86064

Расчёт характеристик ТТЛ транзистора со сложным инвертором

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

На базе 5В. Этого достаточно, что бы открыть pn переход. Эмиторный переход открыт; коллекторный переход открыт. Т3 переходит в режим насыщения. Как только переход открывается, на базе остаётся напряжение 0,7В, а остальное падает.

Русский

2015-04-02

2.03 MB

10 чел.

Кафедра «Электроника и электротехника»

КУРСОВАЯ  РАБОТА

на тему

«Расчёт  характеристик  ТТЛ  транзистора со сложным инвертором»

по дисциплине «Электроника»

Вариант 6

Выполнила:
Артёменко Е.А.

Руководитель:
Самбурский Л.М.


Задание на курсовой проект (Электроника):

1) описать принцип работы схемы;

2) выбрать и описать технологию изготовления схемы;

3) нарисовать структуру транзистора;

4) рассчитать параметры элементов схемы;

5) с помощью SPICE рассчитать:

а. передаточную характеристику схемы: UВЫХ (UВХ); по ней – уровни логического

нуля (U0) и единицы (U1), запас помехоустойчивости;

б. потребляемый ток: IПОТР (UВХ);

в. переходную характеристику схемы: UВЫХ (t); по ней – времена задержек и фрон-

тов переключения, максимальную рабочую частоту схемы (fmax);

г. статическую и динамическую потребляемую мощность;

6) нарисовать топологию всей схемы (в масштабе);

7) сравнить в аналогами, выпускаемыми промышленностью (из справочников).

Дано:

Минимальный размер 3мкм


Принцип работы схемы:

ТТЛ со сложным инвертором реализует логическую функцию И-НЕ.

Вариант 1

Вх. 1

Вх. 2

Вых.

0

0

1

Т1.

Этого достаточно, что бы открыть pn переход. Эмиторный переход открыт; коллекторный переход открыт. Т1 переходит в режим насыщения.  Как только переход открывается, на базе остаётся напряжение 0,7В, а остальное падает.

Потёк ток:

Т2.

На базе ноль. Было 0, пришло 0.

Эмиторный переход закрыт.

Коллеторный переход: было5, пришло 0В. :

0-5=-5В

Коллекторный переход закрыт. Режим отсечки.

Б>Э

К<Б


Т3.

На базе 5В. Этого достаточно, что бы открыть pn переход. Эмиторный переход открыт; коллекторный переход открыт. Т3 переходит в режим насыщения.  Как только переход открывается, на базе остаётся напряжение 0,7В, а остальное падает.  (Потёк большой ток, по закону ома вызывает высокое сопротивление. Напряжение падает на R3)

Потёк ток:

На выходе

Т4.

На базе ноль, так как пришло 0, было 0.

0-0 = 0.

Эмиторный переход закрыт.

Коллеторный переход закрыт.

Коллекторный переход закрыт. Режим отсечки.

Б>Э

К<Б

Вариант 2

Вх. 1

Вх. 2

Вых.

1

1

0

Т1.

На вход подаётся две единицы.

База-эмитор ноль, так как пришло 5В, было 5В.

5-5 = 0.

Эмиторный переход закрыт.

Коллекторный переход: Пришло 5В, было 0В.

Коллекторный переход открыт. Транзистр работает в инверсном режиме.

(коллектор открыт, эмитор закрыт)

Ток от эмитора к коллектору сквозной.

Т2.

Пришло 5В. Упало на 0,7

5-0,7 =4,3

Эмиторный переход открыт. Транзистр работает в режиме насыщения.

Коллекторный переход: пришло 5В, было 5В.

Т3.

На базе  ноль. Пришло 0, было 0.

0 <0,7

Эмиторный переход закрыт.

Коллеторный переход: Пришло 0, было 5.

0-5=-5В.

Коллекторный переход закрыт.

Транзистр работает в режиме отсечки. Ток от эмитора к коллектору сквозной.

Т4.

На базе: пришло 4,3 , было 0:

4,3-0= 4,3 >0,7

Эмиторный переход открыт.

Коллекторный переход: Пришло 4,3В, было 0В

4,3-0 =4,3

Коллекторный переход открыт.

Так как эмиторный переход открыт; коллекторный переход открыт. Т4 переходит в режим насыщения.  Как только переход открывается, на базе остаётся напряжение 0,7В, а остальное падает на R4 по закону Ома. Поэтому на выходе схемы логический 0.

На выходе

Вариант 3,4

Вх. 1

Вх. 2

Вых.

0

1

1

1

0

1

Ситуация схожа с Вариантом 1 но проходит медленнее

Технология изготовления схемы:

Технология изготовления БТ:

  1.  Окисление подложки р-типа.

  1.  Фотолитография под скрытый слой, ионная имплантация n+ скрытого слоя.

  1.  Эпитаксиальное осаждение n-слоя, окисление.


  1.  Фотолитография под изолятор, диффузионное легирование р+ областей изолятора.

  1.  Окисление. Фотолитография, ионная имплантация р-слоя.

  1.  Окисление. Фотолитография под базу и эмиттер, диффузионное легирование n+ областей.


  1.  Нанесение металла.

  1.  Фотолитография по металлу.

Технология изготовления Резистора:

оксид

Si

  1.  Окисление подложки р-типа.


  1.  Фотолитография под скрытый слой, ионная имплантация n+ скрытого слоя.

Наложение маски, окисление, нанесние маталла.

Для малых сопротивлений (1...50 Ом) используются высоколегированные области

(эмиттерный n+ - слой).

Технология изготовления Диода:

В качестве диодов в ПИМС используют транзисторные n-p-n структуры в диодном

включении. В быстродействующих схемах в качестве диода используют эмиттерный p-n –

переход, при этом коллекторный переход закорочен. При необходимости применения дио-

да с более высоким рабочим напряжением (до 60 В) используют коллекторный p-n – пере-

ход. Эмиттерную область в такой структуре обычно не формируют, что позволяет сущест-

венно уменьшить размеры диода.

Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет из себя своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.


Топология и разрез схемы 


Расчёт пареметров элементов схемы:

2 эмиттера

1 эмиттер

  1.  BF – коэффициент усиления тока базы в нормальном режиме.

  1. BR - коэффициент усиления тока базы в инверсном режиме.

Для 2х эмиттеров (М = 2)

6,935*10-8

*10-6

0.0691


Для 1го эмиттера (М = 1)

3.5317*10-8

4.1153*10-7

  1.  IS – ток насыщения.

Для 2х эмиттеров

8.1927*10-18

Для 1го эмиттера

4.0964*10-18

  1.  RB - сопротивление базы

Ёмкость эмиттерного p-n-перехода (CJE)

C одним эмиттером:

1.2692*10-10

С двумя эмиттерами:

2.0792*10-10


Ёмкость коллекторного p-n-перехода

C одним эмиттером:

4.6611*10-10

С двумя эмиттерами:

7.8111*10-10

NF - коэффициент эмиссии эмиттерного перехода NF = 1,1

NR — коэффициент эмиссии коллекторного перехода NR = 1,4


Расчет резисторов

        


Расчёт с помощью SPICE

Уровни логического нуля (U0) и единицы (U1):

(U0) = 0,2 mV

(U1) =3,4  V

∆Uлог = (U1)- (U0) = 3,2 V

(Uc гр) =  1,6V

Помехоустойчивость по положительным и отрицательным помехам соответственно:

(Uпом +)= (Uc гр) - (U0) = 1,4  V

(Uпом -)= (U1) - (Uc гр) = 1,8 V

Порог переключения:

(Uп)=( (U0) + (U1))/2

(Uп)= 1,8 V


Переходная характеристика

t10з =1,5 нс

t01з = 0,8нс

tф-= 1нс

tф+ = 4нс

tз= (t01з+ t10з)/2 =  1,25

сверх быстродействующие: 0,1 3 t нс

С=16,03*10^(-13) Ф

Fп = (34)^(-1) * 10^(9) =29,4 МГц

P=5^2 * 16,03*10^(-13) *(34)^(-1) * 10^(9)  = 1.2 мВт

Топология