С=Ґу(di/dU)+CJO(1-U/Ut)-m для U<FC*VJ;

С=Ґу(di/dU)+CJO(F3-mU/Ut)/F2 для U?FC*VJ;

У приведених формулах т -- час переносу заряду; CJO -- бар'єрна ємність при нульовому зсуві на переході; VJ -- контактна різниця потенціалів; m = 0,33...0,5 -- параметр переходу.

При малих рівнях сигналів використовується линеалізована еквівалентна схема (мал. 3.50, в), на якій провідність G = dl/d = Ioexp(U/(NUt))/(NUt). При цьому ємність переходу визначається формулами [67]:

С=ҐуG+CJO(1-U/Ut)-m для U<FC*VJ;

С=ҐуG+CJO(F3-mU/Ut)/F2 для U?FC*VJ;

Дослідження прямої галузі ВАХ діодів може бути проведене за допомогою схеми на мал. 3.50, м. Вона складається з джерела струму I, амперметра А (можна обійтися і без нього, оскільки регістрований струм точно дорівнює що задається), досліджуваного діода VD і вольтметра V для виміру напруги на діоді.

а)

б)

Мал.3.51. Схема характеріографа (а), отримана на ньому ВАХ діода (в) і схема для дослідження його зворотньої гілки.

Процес дослідження ВАХ може бути автоматизований за допомогою характеристик осцилографа (мал. 3.51, а, в), у якому формування зображення ВАХ виконується в режимі розгорнення В/А осцилографа, при цьому використовуються сигнал з функціонального генератора і з навантаження діода.

Для дослідження зворотної галузі ВАХ діода використовується схема I див. мал. 3.51, б. У ній замість джерела струму використовується джерело напруги \]\ I із захисним резистором Rz для обмеження струму через діод у випадку його пробою.

Крім одиночних діодів, у бібліотеці EWB мається також діодний місток, I для якого можна додатково задати коефіцієнт емісії N (Emission I Coefficient). Світлодіод -- спеціально сконструйований діод, у якому передбачена можливість висновку світлового випромінювання з області переходу крізь прозоре вікно в корпусі.

При проходженні через діод струму в прилягаючим до переходу областях напівпровідника відбувається інтенсивна рекомбінація носіїв зарядів -- електронів і дірок. Частина вивільнюваної енергії виділяється у виді квантів світла. У залежності від ширини забороненої зони напівпровідника випромінювання може мати довжину хвилі або в області видимого світла, або невидимого інфрачервоного випромінювання. Випромінювання переходів на основі арсеніду галію має довжину хвилі близько 0,8 мкм. Переходи з карбіду кремнію або фосфіду галію випромінюють видиме світло в діапазоні від червоного до блакитного кольору. Найважливішими параметрами світлодіода є яскравість, вимірювана в нітах при визначеному значенні прямого струму, і колір світіння (або спектральний склад випромінювання). Для світлодіода додатково вказується мінімальний струм у прямому напрямку Turn-on current (Ion), при перевищенні якого світлодіод запалюється. Для виміру ВАХ світлодіодів можна використовувати приведені вище схеми. Перемикаючі діоди з р-п-р-п- або п-р-п-р-структурами -- це тірістори [86]. Тиристори, що мають висновки від крайніх електродів, називають діністорами, а прилади з третім висновком (від одного із середніх електродів) -- тріністорами. Крім того, до класу тірісторів відносяться сімістори -- симетричні діністори (діаки), симетричні тріністори (тріаки) і досить рідкий тип діністора -- діод Шоклі, у якому структура п-р-п організована за рахунок наявності в р-гс-переході пасток, формованих шляхом легування. На мал. 3.52 приведені позначення перемикаючих діодів, моделі яких маються в програмі EWB 3.1: (ліворуч праворуч) діод Шоклі, симетричний діністор (діак, двохнаправлений діністор), тріністор (тріодний тірістор) і симетричний тріністор (тріак, сімістор).

Мал.3.52. Діоди, які самі перемикаються.

Для перемикальних діодів задаються значення наступних параметрів (для EWB 5.0 їхні позначення вказуються в квадратних дужках):

Saturation current Is [IS], A -- зворотний струм діністора;

Peak Off-state Current Idrm [IDRM], A -- те ж, але для тріністора;

Switching Voltage Vs [VS], У -- напругу, при якому діністор переключається у відкритий стан;

Forward Breakover Voltage Vdrm [VDRM], У -- те ж, але для тріністора при нульовій напрузі на керуючому електроді; Peak On-State Voltage Vtm [VTM], У -- спадання напруги у відкритому стані; Foward Current at wich Vtm is measured Itm [ITM], A -- струм у відкритому стані;

Turn-off time Tg [TG], з -- час переключення в закритий стан; Holding current Ih [IH], A -- мінімальний струм у відкритому стані (якщо він мень-ші встановленого, то прилад переходить у закритий стан);

Critical rate of f-state Voltage rise dv/dt [DV/DT], У/мкс -- припустима швидкість зміни напруги на аноді тринйетора, при якому він продовжує залишатися в закритому стані (при більшій швидкості тріністор відкривається); Zero-bias junction capacitance Cj [CJO], Ф -- бар'єрна ємність діністора при нульовій напрузі на переході;

Gate Trigger Voltage Vgt [VGT], У -- напругу на керуючому електроді відкритого тринйетора;

Gate Trigger current Igt [IGT], A -- струм керуючого електрода; Voltage at which Igt is measured Vd [VD], У -- напругу, що відмикає, на керуючому електроді.

Перераховані параметри можна задати за допомогою діалогових вікон, аналогічних приведеному на мал. 3.53 для тринйетора.

Дослідження прямої гілки ВАХ тринйетора можна проводити з використанням схеми (мал.3.54), на якій показані джерела вхідної напруги Ui.

Мал.3.53. Діалогове вікно установки параметрів тріністора.

Мал.3.53. Схема для дослідження тріністорів.

3.7 Цифрові мікросхеми

Напівпровідникова електроніка бере свій початок у 1948 р., коли групою розробників фірми Bell був створений перший транзистор. Через 11 років інженерами фірми Texas Instruments була розроблена перша мікросхема, що складалася усього із шести транзисторів, а в 1971 р. нині всесвітньо відома фірма Intel розробила перший 4-розрядний мікропроцесор 4004, що містив більш 2000 транзисторів. Надалі мікромініатюризація електронних компонентів досягла таких темпів, що це послужило приводом для досить образного порівняння в журналі Sientific American (1982 р.): "Якби авіапромисловість в останні 25 років розвивалася настільки ж стрімко, як і промисловість засобів обчислювальної техніки, то зараз літак "Боїнг-767" коштував би 500 доларів і робив обліт земної кулі за 20 хвилин, затрачаючи при цьому 5 галонів палива". Разючі результати, досягнуті в мікроелектроніці, стали можливі завдяки не тільки новітнім напівпровідниковим технологіям, але і величезному багажеві схемотехнічних рішень, накопиченому протягом десятиліть багатомільйонною армією розроблювачів. Незважаючи на вражаючу уяву кількості транзисторів, зібраних на малюсіньких напівпровідникових кристалах, варто все-таки пам'ятати, що вони являють собою набори з найпростіших елементів, до розгляду яких ми і перейдемо.

У залежності від технології виготовлення інтегральні мікросхеми (ІМС) підрозділяються на серії (сімейства), що розрізняються фізичними параметрами базових елементів і їхнім функціональним призначенням. Найбільше поширення одержали ІМС, виготовлені по ТТЛ- і КМДН-технологіям. (ТТЛ -- транзисторно-транзисторна логіка з використанням біполярних транзисторів, КМДН -- з використанням комплементарних МДН-транзисторів).

Першої була випущена ТТЛ-серія SN74/SN54 (74 -- комерційна, 54 -- для військових застосувань). Вітчизняним аналогом серії SN74 стала популярна у свій час серія 155. У 1967 р. додатково розроблені сімейства SN74H/54H (High speed -- швидкодіюча, вітчизняні аналоги -- серії 131 і 130) і SN74L/54L (Low power -- малопотужна, аналоги -- серії 158 і 136).

У 1969 р. розроблена серія SN74S/54S (серії 531 і 530), у 1971 р. -- серія SN74LS/54LS (серії 555 і 533), у 1979 р. -- серія SN74F/54F фірми Fairchild (FAST -- Fairchilds Advanced Schottky TTL, серія 1531), у 1980 р. -- серія SN74ALS/54ALS (серія 1533), у 1982 р. -- серія SN74AS/54AS (у позначеннях серій S -- Schottky, LS -- Low power Schottky, ALS -- Advanced Low power Schottky, AS -- Advanced Schottky, Advanced -- удосконалена). Використання діодів з бар'єром Шоткі дозволило значно підвищити швидкодію ІМС за рахунок запобігання глибокого насичення транзисторів у ключовому режимі. Приємною для розроблювача особливістю всіх перерахованих серій є повне співпадання номерів висновків і позначення типу для ІМС однакового функціонального призначення. Наприклад, якщо SN7472 -- JK-тригер, то позначення 72 буде присутнє для нього у всіх серіях. Цей же принцип використовується й у вітчизняних ІМС, хоча тип тут позначається буквами. Помітимо, що в EWB 5.0 для всіх цифрових IC уведена нумерація висновків, що істотно полегшує задачу визначення їхнього функціонального призначення при зіставленні з вітчизняними аналогами.

У бібліотеці програми EWB використовується тільки серія SN73. У число дактуючих параметрів цифрових ІМС входять наступні (у дужках приводяться позначення для EWB 3.1):

VOH, VOL -- верхній і нижній рівні вихідного сигналу (напруга логічної одиниці і логічного нуля); у EWB 3.1 ці параметри відсутні;

VIH (Vih), VIL (Vil) -- верхній і нижній рівні вхідного сигналу;

TPLH (Tplh) -- затримка поширення сигналу при включенні (звичайно дає на рівні 1,0);

TPHL (Tphl) -- затримка при вимиканні (на рівні ОД); VTG (Vth) -- середня напруга спрацьовування.

Для полегшення роботи з бібліотекою нижче приводиться список вітчизняних аналогів серії SN74 (для стислості деякі повторювані символи опущені):

4 елементи 2І-НІ (цифра 2 означає двовхідний); 4 елементи 2АБО-НІ;

4 елементи 2І-НІ з відкритим колектором (дозволяють підключати навантаження з живленням більш високовольтного джерела живлення);

6 елементів НІ;

6 елементів НІ з відкритим колектором;

6 елементів НІ з відкритим колектором;

6 буферних елементів з відкритим колектором;

4 елементи 2І;

4 елементи 2І с відкритим колектором;

3 елементи ЗІ-НІ;

3 елементи ЗІ;

3 елементи ЗИ-НІ з відкритим колектором;

6 тригерів Шмітта з інверсією (мають підвищену перешкодозахищеність);

6 буферних елементів НІ;

6 буферних елементів з відкритим колектором;

2 елементи 4І-НІ;

2 елементи 4І;

2 елементи 4І-НІ з відкритим колектором;

2 елементи 4І-НІ з входом стробирования;

4 елементи 2І-НІ з відкритим колектором;

4 елементи 2АБО-НІ;

елемент 8І-НІ;

4 елементи 2АБО;

4 елементи 2І-НІ з відкритим колектором;

4 елементи 2І-НІ з відкритим колектором;

2 елементи 4І-НІ з підвищеною навантажувальною здатністю;

7442 555ИД6 дешифратор 4x10 (декодування 4-розрядного двійкового числа в десяткове);

7451 155ЛР11 елементи 2-2І-2АБО-НІ (2 елементи 2І, виходи яких підключені на кристалі ІМС до елемента 2АБО-НІ) і 2-ЗІ-2АБО-НІ (аналогічно для 2-ЗИ);

7454 155ЛР13 елемент 2-3-3-2І-4АБО-НІ (2 елементи 2І и 2 елементи ЗИ об'єднані через 4АББО-НІ);

7455 155ЛР4 Елемент 4-4І-2АБО-НІ (2 елементи 4І об'єднані через 2АБО-НІ) з можливістю об'єднання по АБО (вихідний каскад елемента 2ИЛИ-НІ має додаткові входи транзистора З -- Collector і Е -- Emitter, що і дозволяє здійснити об'єднання по АБО);

7472 155ТВ1 JK-тригер з елементом ЗИ на входах;

155ТМ2 2 D-тригери;

155ТМ7 4 D-тригери з прямими й інверсними виходами;

155ТВ7 2 JK-тригери;

155ТМ5 4 D-тригери з прямими виходами;

134ТВ14 два JK-тригери;

7486155ЛП5 4 елементи що Виключає АБО;

155ИЕ2 4-розрядний асинхронний двійково-десятковий лічильник;

134ИР2 8-розрядний зміщуваний регістр;

155ИЕ4 4-розрядний асинхронний лічильник-дільник на 12;

7493155ИЕ5 4-розрядний асинхронний двійковий лічильник;

74107155ТВ6 2 JK-тригери з роздільною установкою нуля;

74109155ТВ15 2 JK-тригери;

74112 155ТВ9 2 JK-тригери;

74113 155ТВ10 2 JK-тригери з предустановкою нуля або одиниці;

74114 55ТВ11 2 JK-тригери з предустановкою нуля або одиниці і загальним пронуленням;

74125 155ЛП8 4 буфера з трьома станами;

74126155ЛП14 4 формуавтеля з трьома станами;

74132155ТЛЗ 4 тригери Шмітта;

74134155ЛА19 елемент 12І-НІ з трьома станами;

74138155ИД7 дешифратор-демультиплексор 3x8;

74139155ИД142 дешифратора-демультиплексора 2x4;

7414555ИД10 двійково-десятковий дешифратор з відкритим колектором;

74147555ИВЗ пріоритетний шифратор 10-4;

74148155ВЕРБ1 шифратор пріоритетів 8x3;

74150 155КП1 селектор-мультиплексор 16x1;

74151 155КП7 селектор-мультиплексор 8

74 152 155КП5 селектор-мультиплексор 8

74153 155КП2 2 селектора-мультиплексора 4х2.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7