Управляются сигналами

Полевыми (униполярными) транзисторами называются полупроводниковые активные элементы, в основе работы которых используются подвижные носители зарядов лишь одного типа — только электроны или только дырки. Наиболее характерной чертой полевых транзисторов является высокое входное сопротивление, поэтому они управляются напряжением, а не током, как биполярные транзисторы. Наибольшее распространение получили два основных типа полевого транзистора: транзистор с управляющим р-п-пере-ходом и транзистор со структурой металл — диэлектрик — полупроводник (МДП).

Полевые транзисторы управляются напряжением на затворе, то есть ток, протекающий через транзистор, зависит от напряжения на затворе. Полевой транзистор включает в себя протяженную область полупроводника n-типа или р-типа, называемую каналом. Канал оканчивается двумя электродами, которые называются истоком и стоком. Кроме канала п-или р-типа, полевой транзистор включает в себя область с противоположным каналу типом проводимости. Электрод, соединенный с этой областью, называют затвором. Для полевых транзисторов в Electronics WorKbench выделено специальное поле компонентов FET. В программе имеются модели полевых транзисторов трех типов: транзисторов с управляющим р-п переходом (JFET) и двух типов транзисторов на основе металлооксидной пленки (МОП-транзисторы или MOSFET): МОП-транзисторы с встроенным каналом (Depletion MOSFETs) и МОП-транзисторы с индуцированным каналом (Enhancement MOSFETs).

объем полупроводника, занимаемого п—р-переходом, что он займет весь канал и перемещение носителей заряда между истоком и стоком станет невозможным — транзистор полностью закроется (что хорошо видно из рассмотрения вольт-амперной характеристики полевого транзистора, приводимой на 17, д). В отличие от биполярных транзисторов, управляемых током, полевые транзисторы управляются напряжением, и, поскольку это напряжение приложено к управляющему п—р-переходу в обратной (запирающей) полярности, то ток в цепи управления практически не протекает (при напряжении 5 В ток управления не превышает 10~10 А). Условные графические изображения полевых транзисторов с «-каналом и р-каналом приведены на 17, б, г.

Как было показано в главе 1, полевые транзисторы, в отличие от биполярных, управляются напряжением. Эта особенность накладывает свои отпечатки на структуру построения к-параметры схемы обеспечения рабочих режимов усилительных, каскадов на полевых транзисторах и параметры самого каскада. Так же как и биполярные полевые транзисторы, имеют три схемы включения: с общим стоком (ОС), общим истоком (ОИ) и общим затвором (ОЗ). Для конкретности характеристики каскадов рассмотрим полевой транзистор с р—• «-переходом с ка--налом л-типа. Наиболее распространен каскад с ОИ, эквивалентный каскаду с ОЭ на биполярном транзисторе. Принципиальная схема этого каскада показана на 4.7, а. Здесь при выбранной величине сопротивления R3 подбирается напряжение источника —Е3, чтобы обеспечить заданный режим работы каскада. В частности, для работы в режиме А и получения на выходе максимального неискаженного сигнала это напряжение выбирается так, чтобы напряжение на резисторе Rc составляло бы половину питающего напряжения Ес. Конденсаторы Cpi и. Ср2 выбираются так же, как для усилительных каскадов на биполярных транзисторах. Так как входное сопротивление и сопротивление нагрузки у полевых транзисторов значительно больше, чем у биполярных, то при прочих равных условиях величины используемых конденсаторов в этих схемах значительно' меньше.

Коэффициент усиления по току. Ввиду того, что полевые транзисторы управляются напряжением и каскады с ОИ и ОС имеют весьма большое сопротивление, коэффициент усиления по току для них бесконечен и реальное усиление больше зависит от эквивалентной схемы источника сигнала.

В отличие от биполярных транзисторов полевые транзисторы управляются напряжением, и через цепь затвора протекает только малый тепловой ток /3 р-п перехода, находящегося под действием обратного напряжения. Стоковые характеристики, так же как и коллекторные характе-

Наибольшие значения входного сопротивления позволяют получить каскады на полевых транзисторах. Как указано в § 1.6, полевые транзисторы управляются напряжением и практически не потребляют тока из входной цепи. Поэтому их можно использовать вместе с маломощными источниками сигнала, причем через источник сигнала постоянная составляющая тока пе протекает. Ограничимся рассмотрением каскада с общим истоком (ОИ) на полевом транзис-

поперечного электрического поля. МДП-транзисторы управляются .напряжением и имеют чрезвычайно высокое входное сопротивление по постоянному току (1012-М014 Ом). В отличие от полевых транзисторов с затвором в виде р-/г-перехода, МДП-транзисторы сохраняют высокое входное сопротивление независимо от величины л полярности входного напряжения на затворе.

Транзисторы с каналом л-типа имеют лучшие частотные свойства, так как подвижность электронов выше подвижности дырок. Полевые транзисторы управляются напряжением, не потребляют в статических режимах ток от источника управляющих сигналов, имеют высокую степень гальванической развязки между сигнальной и управляющей цепями. В запертом состоянии они имеют малые токи утечки (единицы наноампер при комнатной температуре), а в открытом—остаточное напряжение, близкое к нулю. Отмеченные свойства позволяют строить

В отличие от биполярных транзисторов полевые транзисторы управляются напряжением, и через цепь затвора протекает только малый тепловой ток h р-п перехода, находящегося под действием обратного напряжения. Стоковые характеристики, так же как и коллекторные характе-

Наибольшие значения входного сопротивления позволяют получить каскады на полезых транзисторах. Как указано в § 1.6, полевые транзисторы управляются напряжением и практически не потребляют тока из входной депи. Поэтому их можно использовать вместе с маломощными источниками сигнала, причем через источник сигнала постоянная составляющая тока не протекает. Ограничимся рассмотрением каскада с общим истоком (ОИ) на полевом транзнс-

i". В результате в 3Mj оказывается выбранным ЗЭ, находящийся на пересечении этих линий (двух координат) , т. е. адресуемый кодом i=i'/i". Адресные формирователи управляются сигналами Чт и За/г и в зависимости от них выдают сигналы выборки для считывания или записи. При считывании сигнал о состоянии выбранного ЗЭ поступает по /-и линии считывания к УсСч (третья координата ЗЭ). При записи в выбранный ЗЭ будут занесены 0 и 1 в зависимости от сигнала записи в /-и разряд, поступающего по /-и линии от УсЗап (третья координата ЗЭ при записи). Для полупроводниковых ЗУ, как отмечалось выше, характерно объединение в одну линию разрядных линий записи и считывания.

Кинескоп цветного изображения конструируется в известной степени аналогично черно-белому кинескопу. В нем применяются три электронных прожектора, лучи которых управляются сигналами цве-тоделенных изображений UK, Uu, UB, используется металлизированный экран и общая для трех лучей отклоняющая система. Специфическое отличие заключается в выполнении люминофорного экрана, который не является сплошным и однородным, а состоит из большого количества отдельных люминофорных элементов с красным /?, зеленым G и синим В цветом свечения, расположенных в определенной последовательности. Для того чтобы каждый из трех лучей попадал только на «свои» люминофорные элементы, на некотором расстоянии от экрана располагают электрод специальной формы — так называемую теневую маску. Цветной кинескоп с дельтавидным расположением прожекторов / (дельта-кинескоп) ( 10.3, а) содержит маску 3 с конической формой отверстий 2, число которых равно числу элементов разложения (не менее 500 тыс.). Электронные прожекторы, размещенные под углом 120° друг к другу, формируют электронные лучи, которые сходятся в отверстии маски, а затем расходятся и попадают на соответствующие люминофоры R, G, В. Люминофоры экрана 4 расположены строго регулярно, образуя триады RGB (штрихом на экране показаны проекции отверстий маски).

Построение и принцип работы динамического ОЗУ рассмотрим на примере БИС динамического ОЗУ на п-МДП-транзисто-рах емкостью 64 К бит, структурная схема которого представлена на 6.24. Накопитель в виде матрицы 128X512 выполнен на однотранзисторных ЗЭ. Такая организация обеспечивает полную регенерацию информации за 128 циклов при времени регенерации 2 мс. Два генератора тактовых сигналов управляются сигналами RAS (строб адреса строки) и CAS (строб адреса столбца). Сигналы, вырабатываемые схемой управления, и сигнал разрешения записи WE обеспечивают работу ОЗУ в режимах записи, считывания, регенерации, мультипликации адресов. Для выборки ЗЭ требуется 16-разрядный адресный код, который подается на 8-разрядный адресный регистр в мультиплексном режиме (для сокращения числа выводов БИС). Сначала 8 младших разрядов кода фиксируются на регистре адреса сигналом RAS и выбирается строка. Затем 8 старших разрядов кода фиксируются сигналом CAS и выбирается столбец. Сигнал CAS одновременно является сигналом выбора микросхемы (в блоке ОЗУ). БИС данного ОЗУ имеет выход с тремя состояниями и совместима по логическим уровням с ИМС типа ТТЛ.

приведена на 3-50. Здесь выходы триггера Т] соединяются с установочными входами триггера T'jt которые управляются синхросигналами Сде(т2). На установочные входы триггера Tj подаются сигналы с выходов триггера T'f_l через клапаны входной логики, которые управляются сигналами Cde(ti). Иначе говоря, управляющий сигнал Сдв синхронизируется сигналами TI и Та, не совпадающими во времени.

приведена на 3-50. Здесь выходы триггера Tj соединяются с установочными входами триггера Т., которые управляются синхросигналами Сдв(т2). На установочные входы триггера Т, подаются сигналы с выходов триггера 7j._j через клапаны входной логики, которые управляются сигналами Cde(ti). Иначе говоря, управляющий сигнал Сдв синхронизируется сигналами г\ и Тг, не совпадающими во времени.

Каждое весовое сопротивление 2'7?Vc включается в цепь обратной связи или закорачивается переключателем в зависимости от того, имеется-ли в данном г'-м разряде преобразуемого двоичного числа код единицы или нуля. Переключатели управляются сигналами кодов разрядов. Если код разряда единица, то соответствующий контакт разомкнут, если код разряда нуль, то соответствующий

Рассмотрим вопросы построения ЦПЭ требуемой разрядности на основе объединения нескольких МПС. Схема включения m МПС для получения 4т-разрядного ЦПЭ дана на 9.3. Выходы переносов АЛУ и СК (т. е. выводы ПВых и ПСТВых) каждой МПС подключаются к соответствующим входам П и ПСК следующей МПС. Соответственно объединяются двунаправленные входы/выходы сдвигов Л1, Л2, Ш, П2 соседних секций. Код микрооперации подается на все секции параллельно. Входные, выходные и адресные шины всех МПС в совокупности образуют соответствующие 4т-разрядные шины ЦПЭ. Как указывалось ранее, позиция каждой МПС определяется входами ПО и П1, значения которых обычно фиксируются с помощью распайки. Если ЦПС занимает младшую позицию, то ее входы П, ПС1 и У И управляются сигналами, предусмотренными в формате микрокоманды. Для повышения быстродействия многоразрядного ЦПЭ рекомендуется использовать блок ускоренного переноса (БУП), в качестве которого можно использовать, например, ИС 133ИШ. На 9.3 показано подключение четырех БИС ЦПС ко входам БУП

Декодирующие сетки типа R — 2R. Декодирующая сетка для суммирования напряжений ( 13.16, а) является делителем из резисторов только двух -номиналов R и 2R, включенных так, что съем разрядных напряжений с выхода схемы пропорционален весам двоичных разрядов. Подключение источника эталонного напряжения к декодирующей сетке осуществляется с помощью ключей К\ — Кп, которые управляются сигналами с регистра. Если, например, в регистр — предварительно была записана кодовая комбинация 1 1. . .10, соответствующая переданной измеряемой величине, то при параллельном считывании этой комбинации ключи Кп, К.п-1 К К.2 переключатся и подсоединят соответствующие резисторы к источнику эталонного напряжения. Ключ К\, на который подан сигнал О, не переключится1 оставив присоединенные к его выходу резисторы подключенными к земле. Используя законы электротехники, можно подсчитать, какие напряжения -будут подаваться на операционный усилитель О У, если замыкать тот или иной ключ. Так, при включении только старшего и-го разряда выходное напряжение декодирующей сетки . (А,= (1/2)?эг, • . : -

При увеличении входного напряжения сопротивление р-канального транзистора увеличивается, а л-канального транзистора уменьшается. В результате параллельное соединение этих транзисторов имеет почти неизменное сопротивление г0 в открытом состоянии, как показано на 10.11 б. Поскольку транзисторы ключа управляются сигналами противоположной полярности, то импульсы помех взаимно компенсируются, что позволяет снизить уровень входных сигналов.

Логические гонки. Здесь скрываются многие коварные ловушки. Классический случай логических гонок был описан в разд. 8.19 на примере синхронизатора импульсов. В любом случае, когда вентили управляются сигналами от триггеров, необходимо убедиться в том, что в схеме не может возникнуть ситуация, в которой к моменту тактирования триггера вентиль открывается, а по истечении задержки на триггере закрывается. Сигналы, возникающие на входах триггеров, не должны быть задержанными по отношению к тактовым импульсам (еще одно преимущество синхронной системы!). В общем случае задерживайте такты, но не информацию. Необычно легко проглядеть возможность во'чшкновения логических гонок.