Комплементарных транзисторов

6.М. Принципиальная схема бестрансформаторного усилителя с выходной группой на комплементарных транзисторах и питанием от биполярного :ис-точЕитса

6.13. Принципиальная схема бестрансформаторного усилителя с выходной группой на комплементарных транзисторах и питанием от унипа-лярного источника

Особое место среди МДП ИС занимает логика на комплементарных (т. е. взаимнодополняющих) транзисторах, так называемая МКДП-логика. Основу МКДП-схем составляет инвертор на комплементарных транзисторах ( 3.11, а). Один из последовательно соединенных транзисторов имеет канал р-типа, другой— п-типа. Затворы обоих транзисторов соединены так,что когда один из транзисторов открыт, второй заперт и в статическом

6.11. Схема (а) и потенциальные диаграммы (б) УПТ на комплементарных транзисторах

Задача 2.29. Для бестрансформаторного оконечного каскада на комплементарных транзисторах (см. 2.19) найти коэффициент полезного действия (КПД).

Гораздо лучшими параметрами обладают двухтактные бестрансформаторные усилители мощности, выполненные на комплементарных транзисторах (п-р-п- и р-п-р-типоъ). Такие усилители мощности принято называть бустерами. Различают бустеры тока и напряжения. Если бустер тока предназначен для усиления тока, то бустер напряжения усиливает не только ток, но и напряжение. Поскольку усиление напряжения обычно осуществляется предыдущими каскадами многоканального усилителя, наибольшее распространение получили выходные каскады в виде бустера тока.

Рассмотренные схемотехнические вопросы во многом применимы к ИС на полевых транзисторах, особенно в тех случаях, когда не предъявляются жесткие требования к повышенному сопротивлению канала, большим величинам паразитных емкостей и, естественно, к быстродействию. Преимущественное использование МОП- и МНОП-транзисторы получили в цифровой технике с повышенным уровнем интеграции благодаря малой удельной площади (до 0,004 мм^ на элемент) и минимальной потребляемой мощности. Высокая экономичность (1—5 мкВт на элемент) присуща также КМОП-схемам на комплементарных транзисторах с п - и р-каналами.

зуются двухтактные выходные каскады на комплементарных транзисторах, подключаемые к параллельно-балансным каскадам с помощью сложных схем смещения уровней и согласования сопротивлений.Чтобы компенсировать потерю усиления при таком соединении, во входных каскадах применяют динамические нагрузки. Высокая работоспособность операционных усилителей обеспечивается с помощью дополнительных транзисторов, выполняющих функции защиты входных и выходных цепей, стабилизации токов и т.п.

Снижение мощности, потребляемой логической схемой, за счет простого изменения электрического режима ухудшает ее быстродействие и ряд других параметров. Поэтому для решения указанной задачи служат специально разработанные схемы, обладающие хорошими характеристиками даже при снижении их энергетического уровня. Наилучшие результаты, обеспечивающие получение высокого быстродействия и малой потребляемой мощности, дает использование комплементарных МДП-ИМС (КМДП-ИМС), построенных на транзисторах с различными типами электропроводности. По сравнению с МДП-ИМС схемам на комплементарных транзисторах присущи следующие основные достоинства:

^Ь Еще большие возможности при построении экономичных по числу элементов ^^ интегральных микросхем дает применение дополняющих МДП-транзисторов с нагрузочным транзистором (комплементарных транзисторах, КМДП-транзи-сторах).

Каскад с ДК на комплементарных транзисторах и двухтран-зисторной схемой эталона тока ( 7.3, б) обладает высоким усилением и непосредственно согласуется с выходными каскадами аналоговых ИМС.

Простейшая бестрансформаторная группа каскадов образована из двух комплементарных транзисторов ( 6.11). Особенностью данной группы является присоединение для переменного тока выводов от элемента связи jR3 предвыходного транзистора V3 к точкам б — э низкого напряжения сигнала t/бэт. Дело в том, что в отсутствие элементов С3 и R5 резистор J?3 оказывается (через провод, обозначенный штриховой линией) присоединенным к точкам б — к, между которыми

В более сложных устройствах выходные группы образованы из составных попарно комплементарных транзисторов, тфеимущест-

Выходные группы, образованные из квазикомилементарных транзисторов ![1] представляют интерес для полупроводниковых ИМС, так как изготовление мощных комплементарных транзисторов для них связано с известными технологическими трудностями. Достоинство такого рода усилителей — в более низкой стоимости двух однотипных транзисторов по сравнению с комплементарной парой, что существенно при массовом производстве недорогих устройств. На 6.15 изображена схема рассматриваемого вида усилителя, особенностью которого является использование составных транзисторов в первом плече вида ОК — ОК и {!] вида ОЭ — ОЭ (или ОЭ — ОК — ОЭ) во втором плече.

Параметры комплементарных транзисторов

Приложение 3. Параметры комплементарных транзисторов ... 173

пары МОП-транзисторов с каналами разных типов (р и п), включенных последовательно с источником питания. При этом затворы парных (комплементарных) транзисторов объединяются. В результате при любом входном сигнале («О» или «1») один из транзисторов открыт, а другой закрыт и ток от источника не отбирается. Ток потребляется только в момент переключения, чем и достигается высокая экономичность.

Использование взаимодополняющих (комплементарных) транзисторов, несмотря на дополнительные технологические трудности, позволяет снизить потребляемую мощность или повысить быстродействие и коэффициент разветвления ИМС по выходу.

Без слоя 10 отрицательное пороговое напряжение получается слишком большим по модулю из-за влияния положительного поверхностного заряда, препятствующего образованию канала р-типа, а также довольно высокой концентрации доноров в кармане. Снижение модуля порогового напряжения связано с дозой легирования слоя 10: At/,Iop р ---•= ?/„ор„, то слои 9 и 10 можно сформировать во время одной операции, подобрав дозу так, чтобы получить равенство ,К/г,ор р =- UUopn- Ти-пичные значения t/nop -- 0,5 ... 1 В.

17. Как различаются значения удельной крутизны и времени пролета канала комплементарных транзисторов с одинаковыми размерами в структуре на 4.13?

В связи с тем, что в данной двухтактной схеме применяются биполярные транзисторы одного типа проводимости, для управления ими необходимо иметь парафазное напряжение. Управление мощными выходными транзисторами одного типа проводимости осуществляется с помощью предоконечного каскада, который выполнен на двух ОУ, причем один ОУ в отличие от другого инвертирует фазу усиливаемого сигнала. В результате на выходе предоконечного каскада получаются два сдвинутых по фазе на 180° напряжения, которые подаются на входы обоих выходных транзисторов. При использовании полевых транзисторов с разными типами каналов или биполярных комплементарных транзисторов управление транзисторами можно осуществить однофазным напряжением.

Другой вариант однофазного управления выходными комплементарными транзисторами приведен на 5.11. Это принципиальная схема усилителя мощности, оконечный каскад которого реализован на бестрансформаторной двухтактной схеме на комплементарных транзисторах, а предварительный усилитель выполнен на основе неинвертирующего ОУ. Однофазный управляющий сигнал от ОУ подается на делитель, состоящий из трех резисторов R3, R^, R$ и двух диодов VD3, VD4, которым задается режим питания по постоянному току комплементарных транзисторов предоконечного каскада VT5