Дискретных транзисторов

Для МДП-транзисторов, изображенных на 2.25, выводы от областей «-типа называются истоком и стоком (как и в полевом транзисторе с />-«-перехо-дом). Вывод от металлической пластины, расположенной на диэлектрике над областью между истоком и стоком, называется затвором. Нижний вывод, являющийся выводом от подложки, соединяется с истоком (в дискретных транзисторах) или с общей шиной (в интегральных схемах).

До появления линейных интегральных схем к классу операционных усилителей относили многокаскадные усилители постоянного тока с обратными связями, которые использовали в аналоговой вычислительной технике для выполнения операций алгебраического сложения, вычитания, умножения, деления, дифференцирования, интегрирования, логарифмирования и т. д. Однако для усилителей постоянного тока на дискретных транзисторах (а тем более на лампах) характерны многочисленные недостатки.

•Развитие микроэлектроники потребовало во многих случаях новых схемотехнических решений по сравнению со схемотехникой на дискретных транзисторах.

Логические элементы этого типа были разработаны специально для применения в цифровых БИС и не имеют аналогов среди ЛЭ на дискретных транзисторах. В БИС с инжекционным питанием электричес-

Поскольку современная интегральная технология не позволяет создать мощные транзисторы на кристалле в составе микросхемы, то в интегральных микросхемах формируются составные транзисторы, состоящие в основном из двух активных элементов. Однако составные, транзисторы, реализуемые на дискретных транзисторах, могут включать три транзистора. Большее число активных элементов в составном транзисторе пока не применяется, так как при имеющихся мощностях транзисторов входной транзистор будет работать в «голодном» режиме, отчего параметры составного транзистора будут сильно зависеть от температуры

даже с помощью интегральной технологии. Поэтому на практике в ДК, реализованном на дискретных транзисторах, удается уменьшить дрейф начального напряжения только в несколько десятков раз по сравнению с несимметричным каскадом.

Инверсный режим редко встречается в схемах на дискретных транзисторах, но его необходимо знать для понимания режима насыщения, который широко используют в импульсных и цифровых схемах. Кроме того, инверсный режим характерен для ряда интегральных схем.

Методы изготовления полупроводниковых ИМС аналогичны методам изготовления ИМС на дискретных транзисторах или диодах. Поэтому основная задача изготовления 'Полупроводниковых ИМС заключается IB формировании активных и пассивных элементов на единой 'полупроводниковой подложке и в обеспечении хорошей изоляции между ними, которая исключала бы или сводила ,к минимуму паразитное взаимодействие отдельных элементов схемы. Для перекрытия путей токов утечки между элементами ИМС локальные области, в которых формируются эти элементы, должны быть изолированы друг от друга. В технологии изготовления полупроводниковых ИМС используют .несколько методов изоляции, важнейшими из которых являются:

сигнала. Они попадают в перечень наиболее важных применений ПТ, и в них используются те преимущества, которые дают уникальные характеристики ПТ: высокое полное сопротивление затвора и резистивный характер проводимости в обоих направлениях, четко просматривающийся вплоть до напряжения О В. На практике обычно используют МОП-транзисторные интегральные микросхемы (а не схемы на дискретных транзисторах) во всех цифровых и линейных ключах, и только для мощных ключей дискретные ПТ предпочтительнее. Однако и в этих случаях важно (и интересно!) понимать, как работают эти чипы; в противном случае вы почти гарантированы пасть жертвой какого-нибудь загадочного ненормального поведения схемы.

вать свои логические схемы на дискретных транзисторах, самоотверженно бились над резисторно-транзисторной логикой (РТЛ), простым семейством логических элементов, разработанным на фирме Fairchild и характеризующимся небольшим коэффициентом разветвления по выходу и низкой помехоустойчивостью. 9.1 иллюстрирует возникшие в то время проблемы, в частности, логический порог, превышающий уровень земли на одно напряжение [/6э, и крайне маленький коэффициент разветвления по выходу (в некоторых случаях один выход мог питать только один вход!) были обусловлены пассивной выходной схемой и низ-коомной токоотводящей нагрузкой. Это были времена малой интеграции и наиболее сложным элементом, который можно было реализовать, был сдвоенный триггер, работающий на частоте 4 МГц, Но мы смело строили свои схемы на РТЛ, иногда они сбивались особенно, когда в той же комнате включали паяльник.

2. Миниатюризация и микроминиатюризация аппаратуры, способствующие уменьшению массы, габаритов и потребления энергии. Если представить комплекс аппаратуры, включающий в себя 10' элементов и выполненный на электронных лампах или даже на базе дискретных транзисторов, резисторов, конденсаторов и так

Заметим, что коллекторная область структуры транзистора ( 1.1, а) имеет большое объемное сопротивление (порядка 0,5...50 Ом • см), а контакт коллектора вынесен на лицевую поверхность подложки. В результате последовательное сопротивление в цепи коллекторного тока (сопротивление насыщения) получается больше, чем у дискретных транзисторов. На 1.1, в приведена эквивалентная схема паразитных параметров транзистора. Помимо сопротивления в цепи коллектора гн

Кроме того, эти схемы могут синтезироваться из отдельных микросхем — усилителей, наборов транзисторов, мощных дискретных транзисторов и т. д.

с нагрузкой. Это чрезвычайно важное обстоятельство становится возможным благодаря использованию двух источников питания (или одного с общей средней точкой). При этом потенциал на эмиттерах транзисторов в режиме покоя равен нулю, а в нагрузке будет отсутствовать постоянная составляющая тока. В выходной цепи обычного каскада ОК (см. 3.14) конденсатор должен иметь большой номинал для получения приемлемых значений Мн, однако реализовать такой конденсатор в ИМС чрезвычайно сложно. Таким образом, использование двухполяр-ного питания, что широко распространено в ИМС, позволяет получать мощные надежные усилители переменного и постоянного токов. При использовании дискретных транзисторов следует выбирать комплементарные пары с близкими значениями своих параметров. Такие пары транзисторов выпускаются отечественной промышленностью: КТ502 и КТ503, КТ814 и КТ815, КТ818 и КТ819 и др.

По применяемому материалу различают германиевые и кремниевые транзисторы, а по технологии изготовления — сплавные, выращенные, диффузионные, эпитак-сиальные и планарные. В производстве дискретных транзисторов обычно применяется эпитаксиально-планар-ная и мезопланарная технологии, а в производстве транзисторов интегральных микросхем — эпитаксиально-планарная. Одна из распространенных конструкций маломощных транзисторов показана на 2.10.

Второе поколение аппаратуры электронной техники появилось вслед за созданием в 1948 г. нового активного (усилительного) элемента — транзистора. Аппаратура этого поколения состоит из дискретных транзисторов и дискретных пассивных элементов. Развитие аппаратуры второго поколения происходило в двух основных направлениях — миниатюризация и микроминиатюризация. На этом этапе были созданы микромодули, выполняемые из микроминиатюрных элементов специальной формы, изготовленных или установленных на микроплатах. Однако миниатюризация на основе дискретных микроэлементов не позволила уменьшить количества элементов в аппаратуре и обеспечить более высокую ее надежность, дальнейшее уменьшение габаритов, массы и потребления энергии.

Относительно низкая стоимость изготовления ИМС в первую очередь определяется условиями их массового производства, сравнимого с процессом изготовления дискретных транзисторов. По сравнению с технологией изготовления транзисторов способ производства ИМС с внутренними соединениями требует введения только одного дополнительного процесса, которым является процесс изоляции элементов.

Поскольку все технологические методы, применяемые при изготовлении ИМС, являются хорошо отработанными, надежность таких схем почти не отличается от надежности дискретных транзисторов. Однако наряду с очевидными преимуществами ИМС обладают и некоторыми недостатками, которые на основании изложенного можно свести к следующему:

Главные различия структур биполярных транзисторов полупроводниковых микросхем и дискретных транзисторов заключаются в том, что первые содержат дополнительные области, изолирующие их от общей полупроводниковой подложки, и все выводы от областей транзистора располагаются в одной плоскости на поверхности подложки. Такая структура называется пленарной. Она позволяет соединять транзисторы между собой и с другими элементами микросхемы пленочными металлическими проводниками, формируемыми на той же по-

Для расчета аналоговых микросхем используют малосигнальные модели транзистора, соответствующие активному режиму его работы, когда эмиттерный переход включен в прямом, а коллекторный — в обратном направлениях. От моделей для дискретных транзисторов они отличаются дополнительными конденсатором С„.«ар, учитывающим барьерную емкость изолирующего перехода, генератором тока утечки этого перехода и резистором г„.

Необходимо отметить, что проблема теплоотвода особенно усложняется в усилительных каскадах, которые выполнены по микроэлектронной технологии, так как их транзисторы не имеют даже такого радиатора, каким является металлический корпус обычных дискретных транзисторов. Это способствует повышению температуры переходов интегральных транзисторов и снижает полезную мощность, отдаваемую в нагрузку. С увеличением температуры окружающей среды уменьшается тепловое излучение, растет температура коллекторного р-п перехода и падает мощность, рассеиваемая на нем, что в конечном счете приводит к снижению полезной мощности в нагрузке.