Главная Промышленная автоматика.

16.3.5. АКТИВНАЯ НАГРУЗКА

Быстродействие может быть увеличено без возрастания статической мощности рассеяния, т.е. величина „отдинздр может быть уменьшена, если элементы нагрузки имеют нелинейную В АХ. Они называются "активной нагрузкой". В табл. 16.1 это показано для нагрузок, обеспечивающих постоянный ток.

Нагрузка в виде транзистора. Такая нагрузка может быть получена из нормально открытого транзистора, работающего в режиме обеднения, с отрицательным пороговым напряжением в результате соединения его затвора с истоком [4, 10]. Эта нагрузка дает постоянный ток снас ""нта для напряжений, удовлетворяющих условию -вых--ннас ""зипор-Гмкость, вносимая этой нагрузкой в емкость выходного узла, равна ее емкости и определена уравнением (16.16) с заданными значениями й/„и1з,,.

Двухвходовый ограничитель тока [52]. Другая нагрузка, обеспечивающая постоянный ток (рис. 16.16), состоит из обычного и-канала, ограниченного


Рис. 16.16. Вольт-амперные характеристики GaAs двухвходового ограничителя тока (/,3=1 мкм, IV = = 2,5 и 5 мкм соответственно, цена деления: по вертикали 200 мА, по горизонтали 0,5 В) [32]


выхд

Рис. 16.17. Вольт-амперные характеристиют полевого транзистора в режиме обогащения для пяти значений напряжения затвора и нагрузочная кривая туннельного диода. Приведена схема (полевой транзистор и туннельный диод), которая может работать как инвертор (С/*-и D®) или как ячейка памяти {U) [ЗЗ]



Рис. 16.8. Зависимости времен нарастания и спада для инвертора на полевом транзисторе и туннельном диоде (рис. 16.17) от максимального тока туннельного диода, рассчитанного для

4нас=1 "«А,

зипор =0.

зи=п =

-0.5В; С1х=Свьгх-С,д. На шкале справа /„/Сд =10 мА/пФ


10 см~. Ток при /,3 = 1 мкм будет насыщаться при напряжениях, немпо-

двумя «•-областями с малым сопро!ив;;ением контактов и работающего при напряжениях, вы-зыиающих насыщение дрейфовой скорости электронов в канале. з=0,2мк Формирование движущегося домена предотвращается выбором о произведения котщснтрации примеси на длину канала, меньшего

)Чм-

гнм превышающих 0,.S В. На рис. 16.16 показан ток насыщения при напряжении 1,5 В из-за необычно малой подаижности; приблизительно равной 1000 см/(В-с) (предполагается 50%-ная ионизация доноров до величи-\\ь; 2-10" см"), Рмкость этого ограничителя тока очень мала, и его проще сделать, чем транзисторную нагрузку. Эффекты превышения дрейфовой CKjpocTH над статической величиной, равной 2 • Ю см/с, ожидаются только пр:< временах, равных нескольким пикосекундам, когда электроны » е могут быть переведены на верхние энергетические уровни с малой подвижностью в течение короткого времени пролета.

Нагрузка в виде туннельного диода [32]. На рис. 16.17 приведены характеристики транзистора для различных напряжений затвора и нагрузочная кривая туннельною диода (ТД). Для напряжетшя питания U, приблизительно равного падению напряжения на туннельном диоде, т.е. для Ц, = 0,5 В, низкий статический ток при U°,y и, таким образом, низкая моптпость рассеяния сочетаются с большим током нагрузочного транзистора, которьпт достигает пика тока туннельного диода в течение основной части периода нарастания. Старение, встречавшееся у первых туннельных диодов, связано с протеканием тока прямого смещения через переход, а не с туннслирова-нием через него [34]. Этого не будет происходить в цепях, ограничивающих напряжение на диоде величиной, которая немного вьшю напряжения впадины тутшельного диода.

Туннельный диод вносит большую емкость, которая сутиествепно увеличивает емкость узла Сд,- На рис, 16,18 приведены рассчшанные зависи-



мости времен нарастания и спада от отношения пикового тока диода к току насыщения транзистора, от емкости нагрузки (включая емкость туннельного диода), от отношения пикового тока туннельного диода к его емкости. Достигнуто значение более 10мА/пФ. Относительно большая емкость туннельного диода делает цепь инвертора с нагрузкой в виде туннельного диода практически нечувствительной к увеличению емкости выходного узла из-за входных емкостей нагрузок. Таким образом, в то время как схема с ТД является менее быстродействующей, чем с резистивной нагрузкой при коэффициенте разветвления, равном единице, но она будет более быстродействующей, чем другие схемы при большом коэффициенте разветвления Арщ без использования буферного каскада. Максимальный ток ТД должен поддерживаться ниже тока транзистора при U, в противном случае цепь переходит в одно из двух устойчивых состояний при одном и том же входном сигнале. Хороший запас помехоустойчивости инвертора с нагрузкой в виде туннельного диода Uм=U(2U и имш "определяется характеристиками транзистора, которые разделяют режимы работы с одним и двумя устойчивыми состояниями (штриховая линия на рис. 16.17). Схема с нагрузкой в виде ТД, работающая в режиме с двумя устойчивыми состояниями (напряжение f/W на рис. 16.17), интересна как элемент памяти.

16.3.6. БУФЕРНЫЕ КАСКАДЫ

Буферные каскады согласуют сопротивление выходного узла между переключающим транзистором и нагрузкой и входное сопротивление последующих каскадов. Это практически важно для случая большого коэффициента разветвления по входу К. Если использовать не буферные каскады, а многократное разветвление на выходе, то емкость узла будет расти линейно с ростом величины К, это приведет к росту времен нарастания, спада и задержки [4,7,9,35] согласно уравнению (16.27).

Буферный каскад состоит из ПТ, включенного в режиме истокового повторителя с нагрузкой. Напряжение узла между истоком и нагрузкой изменяется в соответствии с напряжением затвора из-за большого усиления транзистора в случае резистивной нагрузки повторителя. При диодной нагрузке, используемой в цепях сдвига уровня в схемах на ЛЭ с буферным каскадом [4], напряжение на выходном узле изменяется также в соответствии с напряжением затвора, поскольку постоянный ток истока поступает в цепь истокового повторителя. В обоих случаях заряд емкости затвор - исток не изменяется при изменении напряжения затвора, что исключает нагрузку выходного узла инвертора емкостью затвор-исток буферного транзистора. Буферный каскад выполнен на входе схемы (рис. 16.19а). В схеме на рис. 16.196 [8, 37] используется выходное напряжение цепи первого инвертора, содержащего транзистор VT1 и сопротивление R, в качестве напряжения затвора п-канального нагрузочного транзистора VT2 второй цепи инвертора, состоящей из транзистора VT2 и VT3. Нагрузочный транзистор VT2 переходит в непроводящее состояние, когда переключающий транзистор KJi находится в режиме проводимости,





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 [121] 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0379