.
Импульсные и цифровые устройства. Логические элементы Дешифраторы и шифраторы Мультивибраторы Проектные параметры резисторов Элементы инжекционной логики Конструкции МДП-транзисторов Проектирование топологии ИС

Физика решение задач

Эмиттерный повторитель

Между усилителями надо включать каскады передачи сигнала, которые обладают большим входным сопротивлением.

Таким каскадом является эмиттерный повторитель напряжения (прииспользовании биполярных транзисторов) и истоковый повторитель напряжения (при использовании полевых транзисторов). Сопротивление нагрузки у этих устройств включено соответственно в цепь эмиттера или в цепь истока.

Эмиттерные повторители, кроме большого входного сопротивления, имеют малое выходное сопротивление, что во многих случаях полезно, однако коэффициент передачи по напряжению этих устройств несколько меньше единицы. По напряжению они не усиливают.


 Рис. 15.25 Рис. 15.26

Принципиальная схема однокаскадного эмиттерного повторителя приведена на рис. 15.24, а двухкаскадного приведена на рис. 15.26.

Рассмотренные повторители позволяют согласовать по напряжению высокоомный генератор с большим внутренним сопротивлением с низкоомной нагрузкой, т. е. обеспечить передачу напряжения от генератора к нагрузке. Повторители применяются также в схемах, где требуется согласование по мощности.

15.5. Усилители радиочастоты и промежуточной частоты

15.5.1. Резонансные усилители

  При усилении радиочастотных колебаний в качестве сопротивления нагрузки транзистора можно использовать параллельный колебательный контур, настроенный в резонанс с частотой усиливаемых колебаний. Такой усилитель называется резонансным или избирательным.

  Принципиальная схема усилителя радиочастоты на транзисторе изображена на рис. 15.27. При отклонении от резонансной частоты  модуль импеданса уменьшается, и модуль коэффициента усиления падает. АЧХ усилителя приведена на рис. 15.9.



 Рис. 15.27 Рис. 15.28 Рис. 15.29

В усилителях радиочастоты на биполярных транзисторах для уменьшения шунтирования контура LC выходным сопротивлением транзистора  используют «неполное» включение контура (рис. 15.27). В этом случае транзистор подключается к части катушки индуктивности и слабо влияет на резонансные свойства нагрузки, ее добротность Q и полосу . Неполное включение можно использовать и для ослабления шунтирующего действия входного сопротивления  следующего каскада.

Резонансный усилитель, применяемый для усиления в узкой полосе частот, имеет ряд преимуществ по сравнению с резисторным:

входная емкость, емкость соединительных проводников и выходная емкость компенсируются настройкой контура в резонанс, поэтому сопротивление нагрузки, равное эквивалентному сопротивлению контура, может быть большим и обеспечивает большое усиление;

на сопротивлении нагрузки нет падения постоянного напряжения, поэтому сопротивление нагрузки можно выбирать очень большим.

15.5.2. Полосовые усилители

Полосовым усилителем называется усилитель с амплитудно частотной характеристикой, близкой к прямоугольной (рис. 15.8).

При использовании связанных контуров АЧХ усилителя оказывается близкой к идеальной П образной характеристике (рис. 15.29). Такие усилители широко используются в высококачественных радиоприемниках для усиления промежуточной частоты. Поэтому они и носят название «усилители промежуточной частоты». Принципиальная схема такого усилителя с неполным включением биполярного транзистора и следующего каскада приведена на рис. 15.28.

Полосовые усилители чаще всего работают на фиксированных частотах и не перестраиваются. Обычно они имеют один или два колебательных контура в каждом каскаде. Применяются также фильтры сосредоточенной избирательности.

Технологические слои структур БПТ ИМС

Современные технологии производства ИМС обеспечивают формирование слоев структур следующими способами [1, 3–5]:

диффузией примесей в пластину;

эпитаксиальным наращиванием монокристаллических слоев;

ионной имплантацией примесей в пластину.

Диффузия является одним из основных способов легирования полупроводников, позволяющим формировать диффузионные слои структур разного типа проводимости. По условиям проведения различают варианты способа:

по площади обработки — общую и локальную диффузии;

по мощности источника примеси — диффузию из ограниченного и неограниченного источников;

по повторяемости проведения процесса — однократную и многократную, одностадийную и многостадийную диффузии.


Результаты общей и локальной диффузий иллюстрирует рисунок 2.5.

Согласно рисунку общая диффузия приводит к образованию диффузионного слоя по всей поверхности пластины (см. рис. 2.5, а), а при локальной диффузии формируется слой через окно в маске, расположенной на поверхности пластины (см. рис. 2.5, б). Диффузионный слой отличается неоднородностью распределения примесей по глубине пластины (координата Х на рис. 2.5) при общей диффузии, а при локальной диффузии — неоднороден и по глубине, и по поверхности пластины, вследствие проникновения примесей под маску. Для приближенных расчетных оценок глубин диффузионного проникновения примесей в пластину применяются две формы описания распределения примесей в пластине в зависимости от «мощности» источника атомов примеси при проведении диффузии.

Случай неограниченного источника характеризуется постоянством концентрации атомов примеси Nо[см–3] на поверхности пластины в процессе проведения диффузии. Распределение примеси в диффузионном слое в этом случае определяется выражением

N(x,t) = No×(1 – erf (x/2×√D×t)) = No× erfc(x/2×√D×t), (2.1)

где N(x,t)— концентрация примеси на глубине Х к моменту времени t;

No[см–3] — концентрация примеси на поверхности слоя;

erf (x/2×√D×t) — функция ошибок (error function complementary) аргумента Z= x/2×√D×t;

erfc Z — дополнительная функция ошибок (error function complementary) аргумента Z= x/ erf Z;

D [см2/сек] — коэффициент диффузии примеси в полупроводнике;

 t [сек] — время диффузии примеси.


Графическая форма функции erfc Z представлена на рисунке 2.6 в полулогарифмическом масштабе

Функции erf Z, erfc Z являются табличными. Для аналитического представления при Z < 3,5 может применяться аппроксимация вида [6]

 erfc Z ≈ exp (–1,08× Z – 0,78× Z2), (2.2)

которую, с учетом (2.1), можно применить к определению значений erf Z.

Распределение вида (2.1) имеет место на стадии легирования поверхности, для создания тонкого слоя с фиксированным количеством примесного вещества (стадия «загонки») либо в условиях заключительной диффузии, не связанной с последующей температурной обработкой пластины без доступа атомов примеси. Количество атомов примеси на единицу площади слоя (доза накопления), внедренное на стадии «загонки», определяется по формуле [1]

 Q = 2×No×√ ((Dз×t3)/π) [ см–2], (2.3)

где значение параметра Dз×t3 соответствует температурному режиму и времени t3 проведения стадии «загонки». Диффузия, характеризуемая постоянством концентрации No в процессе ее выполнения, определяется как однократная диффузия.

Случай ограниченного источника характеризуется постоянством количества атомов примеси в слое в процессе диффузии. Это условие имеет место, когда на поверхности пластины перед проведением диффузии формируется пренебрежимо тонкий слой, в сравнении с толщиной получаемого диффузионного слоя, с фиксированной поверхностной плотностью Q. Один из вариантов такого слоя реализуется на стадии «загонки». Распределение примеси в диффузионном слое, формируемом из ограниченного источника, представляется выражением

 N(x,t) =(Q/√ π××tр)× exp (–Z2) = No× exp (–Z2), (2.4)

в котором:

×tр — параметр соответствует температуре и времени tр процесса формирования диффузионного слоя;

No[см–3] — поверхностная концентрация в слое после завершения процесса;

Z= x/2×√Dр×tр.

Стадию формирования диффузионного слоя из ограниченного источника определяют как стадию «разгонки» примеси. «Разгонка» примеси в слое происходит во время любой высокотемпературной обработки пластины, в которую произведена предварительная «загонка» примеси. По существу процесс формирования диффузионного слоя при ограниченном количестве внедряемых атомов примеси является многократным, многостадийным. В многостадийном процессе формирования диффузионного слоя произведение Dр×tр может в первом приближении рассматриваться как интегральный и значение его оценивается по выражению [1]

 n

 (Dр×tр)эфф = ∑ (Dр×tр)j, (2.5)

  j = 1

где n — число стадий процесса «разгонки» примеси.


На главную