Искусство схемотехники. Том 1 (Изд.4-е)
Шрифт:
Проектировщики ИС пользуются такими приемами как перемежающаяся (гребенчатая) структура (два прибора разделяют между собой один и тот же участок подложки ИС) и выравнивание температурных градиентов в схеме между приборами (рис. 3.15).
Рис. 3.15. Гребенчатая структура (а) и температурно-градиентная компенсация (б).
Получаемые результаты впечатляют. Хотя ПТ не могут сравняться с биполярными транзисторами в согласованности UЗИ,
В табл. 3.1–3.3 дан перечень типичных ПТ с p-n– переходом (как одиночных, так и сдвоенных) и малосигнальных МОП-транзисторов. Мощные МОП-транзисторы, которые мы рассмотрим в разд. 3.14, перечислены в табл. 3.5.
Основные схемы на ПТ
Теперь мы готовы к тому, чтобы рассмотреть схемы на ПТ. Обычно можно найти способ преобразовать схему на биполярных транзисторах в схему с использованием ПТ. Однако эта новая схема может не дать улучшения характеристик! В оставшейся части этой главы мы постараемся показать схемные решения, в которых проявляются преимущества уникальных свойств ПТ, т. е. схемы, которые работают лучше, будучи построены на ПТ, или которые совсем нельзя изготовить на биполярных транзисторах. С этой целью может оказаться полезным сгруппировать схемы на ПТ по категориям; здесь особенно важным является, как мы это видим.
Схемы с высоким полным сопротивлением (слаботочные). Сюда относятся буферные или обычные усилители для тех применений, где ток базы или конечное полное входное сопротивление биполярных транзисторов ограничивает их характеристики. Хотя мы можем построить такие схемы на отдельно взятых ПТ, однако сегодняшняя практика отдает предпочтение использованию интегральных схем, построенных на ПТ. В некоторых из них ПТ используется только в качестве высокоомного входного каскада, а вся остальная схема построена на биполярных транзисторах, в других вся схема построена на ПТ.
Аналоговые ключи. МОП-транзисторы являются превосходными аналоговыми ключами, управляемыми напряжением, как мы уже указывали в разд. 3.01. Мы еще обсудим вкратце данный предмет. И снова говоря «аналоговый ключ», мы должны в общем случае иметь в виду интегральные микросхемы, а не схемы, построенные на дискретных элементах.
Цифровая логика. МОП-транзисторы доминируют при построении микропроцессоров, схем памяти и большинства высококачественных цифровых логических схем. Микромощные логические схемы изготавливаются исключительно на МОП-транзисторах. Здесь, как и прежде, МОП-транзисторы используются в составе интегральных схем. Далее мы увидим, почему ПТ отдается предпочтение перед биполярными транзисторами.
Мощные переключатели. Мощные МОП-транзисторы часто бывают предпочтительнее биполярных транзисторов
Переменные резисторы; источники тока. В «линейной» области стоковых характеристик ПТ ведут себя подобно резисторам, управляемым напряжением; в области «насыщения» они являются управляемыми напряжением источниками тока. Вы можете использовать эти присущие ПТ свойства в своих схемах.
Общая замена биполярных транзисторов. Вы можете использовать ПТ в генераторах, усилителях, стабилизаторах напряжения, радиоприемных схемах (по крайней мере в некоторых из них), — там, где обычно используются биполярные транзисторы. Применение ПТ не гарантирует улучшения схемы - иногда такая замена желательна, иногда нет. Их следует просто иметь в виду как возможную альтернативу.
Давайте теперь посмотрим на указанные области применения. Для лучшего понимания мы слегка изменим порядок изложения.
3.06. Источники тока на ПТ с р-n-переходом
ПТ используется в качестве источников тока в составе интегральных схем (в частности, в ОУ), а также иногда и в схемах на дискретных элементах. Простейший источник тока на ПТ показан на рис. 3.16; мы выбрали ПТ с p-n– переходом, а не МОП-транзистор, поскольку ему не требуется смещения затвора (режим с обеднением).
Рис. 3.16.
Из стоковых характеристик ПТ (рис. 3.17) видно, что ток будет приблизительно постоянным при UСИ больше 2 В. Однако в силу разброса IС нач величина этого тока непредсказуема.
Рис. 3.17. Семейство выходных характеристик n– канального ПТ с p-n– переходом типа 25484: зависимость IС (UСИ) при различных значениях UЗИ при полном масштабе изменений параметров (а) и на начальном участке (б).
Например, устройство 2N5484 (типичный n– канальный транзистор с p-n– переходом) имеет паспортную величину IС нач от 1 до 5 мА. И все же эта схема привлекает своей простотой двухвыводного устройства, дающего постоянный ток. Существуют дешевые серийные «диодные стабилизаторы тока», представляющие собой всего лишь отобранные по току ПТ c p-n– neреходом, у которых затвор соединен со стоком. Это токовые аналоги стабилитронов (стабилизаторов напряжения).
Приведем характеристики таких приборов из серии 15283-15314:
Мы построили график вольт-амперной характеристики устройства 15294, имеющего номинальный ток стабилизации 0,75 мА; рис. 3.18, а демонстрирует хорошее постоянство тока вплоть до напряжения пробоя (140 В для данного конкретного образца), тогда как из рис. 3.18, б видно, что полный ток данного устройства достигается при падении напряжения на нем несколько меньше 1,5 В.