.
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

Транзисторные автогенераторы гармонических колебаний

 генераторы с индуктивной связью

Рассмотрим две схемы транзисторных автогенераторов гармонических колебаний томсоновского типа с резонансными контурами. Резонансная частота контура определяет частоту колебаний автогенератора.

На рис. 16.4 представлена схема автогенератора на биполярном транзисторе с индуктивной обратной связью.

Транзистор с контуром  и сопротивлением нагрузки  в коллекторной цепи представляет собой резонансный усилитель напряжения. С помощью индуктивности  создается цепь обратной связи, необходимая для работы автогенератора.

На рис. 16.4 делитель  обеспечивает не обходимыми напряжениями участок базаэмиттер и участок базаколлектор, конденсатор  шунтирует на частоте генерации резистор , в итоге напряжение обратной связи с катушкой  полностью поступает на участок базаэмиттер.


  Рис. 16.4 Рис. 16.5

При работе автогенератора за счет детектирования колебаний на участке эмиттербаза изза цепочки  постоянное напряжение может стать нулевым или даже отрицательным, но это приведет лишь к более экономичной работе автогенератора, так как уменьшается постоянный ток через транзистор, в начале же работы напряжение на участке базаэмиттер открывает транзистор, что облегчает самовозбуждение автогенератора. Автогенератор при включении работает в мягком режиме, а затем переходит в жесткий режим работы.

Необходимо помнить, что источник питания Еп для тока высокой частоты (тока на частоте генерации) представляет собой практически короткое замыкание изза конденсатора на выходе источника питания Еп. В результате резисторы  и  оказываются зашунтированными накоротко на высоких частотах, таким образом  и  никакого влияния на фазовые соотношения в автогенераторе не оказывают.

Амплитуда напряжения на коллекторе  равна амплитуде выходного напряжения  и амплитуде напряжения на катушке  индуктивности . Ток через катушку индуктивности  отстает на от напряжения . Напряжение на входе транзистора  находится в противофазе с напряжением на коллекторе .

Чтобы найти напряжение обратной связи, вспомним, что по закону Фарадея э. д. с. индукции, наводимая со стороны катушки индуктивности L с током iL в катушке Loc вне контура при коэффициенте взаимной индукции М, равна:

 

Если ток iL изменяется по закону

  ,

то  

Из последнего выражения видно, что амплитуда э.д.с. индукции  отстает  от амплитуды тока в катушке на , если М>0; э.д.с. индукции в нашей схеме это э.д.с. в катушке обратной связи Loc; и в итоге получаем, что амплитуда напряжения обратной связи  находится в фазе с , т.е. условие баланса фаз выполняется (рис. 16.5).

16.3. 2.  генераторы с индуктивной трехточки

Широкое распространение получила «трехточечная» схема. Рассмотрим схему индуктивной трехточки, приведенную на рис. 16.9.

От схемы рис. 16.4 она отличается реализацией цепи обратной связи. Сопротивление емкости С выбрано так, что оно превышает по модулю


сопротивление индуктивности :  на частоте генерации. Поэтому ток в ветви  определяется емкостным сопротивлением этой

 Рис. 16.9 Рис. 16.10

цепи и опережает по фазе на  напряжение на контуре . Напряжение на индуктивности  опережает ток , протекающий через эту индуктивность на .  и имеет ту фазу, которую должно иметь управляющее напряжение  для выполнения условия баланса фаз: оно должно быть противофазно напряжению на коллекторе  равному напряжению на выходе генератора . Частота колебаний такого генератора определяется всеми () элементами контура:

 .

 На рис. 16.10 приведена схема индуктивной трехточки на полевом транзисторе.  необходимы для выбора рабочей точки.

Кремниевые пластины с полной диэлектрической изоляцией карманов

Пластины таких микросхем по расположению областей монокристаллического кремния, в которых формируют ее элементы, разделяют на два типа: подложки типа КВД (кремний в диэлектрике) и подложки типа КНД (кремний на диэлектрике). К диэлектрикам пластин (подложек) предъявляют следующие требования:

материал подложки должен обладать малыми значениями тангенса угла диэлектрических потерь tgδ и диэлектрической проницаемости;

механическая прочность подложки должна быть достаточной при небольшой ее толщине;

рабочая поверхность подложки должна поддаваться обработке не ниже чем до 14-го класса чистоты;

температурный коэффициент линейного расширения ТКЛР материала подложки должен быть согласован с ТКЛР монокристаллического кремния;

материал подложки должен обладать высокой химической стойкостью к воздействию жидких и газовых сред, применяемых в производстве полупроводниковых микросхем;

материал подложки должен иметь высокую теплопроводность для обеспечения отвода тепла от элементов микросхем.

Для подложек типа КНД этим требованиям удовлетворяют сапфир и шпинель, а для подложек типа КВД — специальное стекло марки С-40-2.

Структуры типа КНД получают гетероэпитаксией кремния на сапфировых подложках (КНС) толщиной 250...300 мкм. Их обозначают и расшифровывают следующим образом:

 

 

 

— это пластина с гетероэпитаксиальным слоем кремния толщиной 2 мкм, дырочной проводимости, легированным бором, с удельным объемным сопротивлением 15 Ом·см, выращенным на сапфировой подложке (в знаменателе буква «с») диаметром 60 мм и толщиной 250 мкм. Кристаллографическая ориентация эпитаксиальных слоев на структуре типа КНС устанавливается в плоскости (100).

Исполнение структур КНС затрудняется сложностью технологии выращивания бездефектных слоев.


Из структур КВД более распространен вариант КСДИ (кремниевая структура с полной диэлектрической изоляцией). Изготавливаются три варианта КСДИ, различающиеся как наличием скрытого слоя, так и его геометрией (рисунок. 2.10). Толщины структур равны (200±10) и (300±10) мкм при диаметрах пластин, равных 40 и 60 мм. Толщина изолированного кармана без скрытого слоя равна (7...20) мкм, со скрытым слоем — (10...25) мкм. Толщина скрытого слоя (5...8,5) мкм с допуском ±1мкм; толщина изолирующего окисла (1,5…3,5).

 


соответствует кремниевой пластине диаметром 60 мм с диэлектрической изоляцией; толщина монокристаллических областей из кремния электронной проводимости, легированного фосфором, с удельным сопротивлением 4,5 Ом·см с кристаллографической ориентацией (100) составляет 20 мкм. В квадратных скобках указывается наличие скрытого n+-слоя, легированного мышьяком (буква М) и выходящего на поверхность структуры. Если скрытый слой не имеет выхода на поверхность, эти данные заключаются в круглые скобки. В знаменателе указывается толщина структуры 300 мкм, вид диэлектрика 2,5 мкм. Структуры для микросхем с диэлектрической изоляцией могут создаваться на предприятиях, производящих ИС, но более целесообразно осуществлять их производство централизованно по заказам предприятий-изготовителей ИС.


На главную