Основные логические функции. 31.Многосеточные электровакуумные лампы

31.Многосеточные электровакуумные лампы. Тетроды – лампы с двумя сетками. Одна из сеток является управляющей и имеет отрицательное напряжение. Другая сетка располагается либо между управляющей сеткой и катодом и наз катодной сеткой, либо между управляющей сеткой и анодом, и в этом случае наз экранирующей. На катодную сетку подается небольшое положительное напряжение. Однако, поскольку эта сетка расположена близко к катоду, ее проницаемость велика и даже при малом напряжении на аноде ток анода оказывается значительным. Благодаря катодной сетке возрастает также крутизна характеристики. ВАХ тетрода с катодной сеткой подобны характеристикам триода, за исключением пониженного анодного напряжения. Анодный ток тетрода с катодной сеткой можно определить по формуле В тетродах с экранирующей сеткой управляющая сетка расположена около катода, а экранирующая – между управляющей сеткой и анодом и имеет положительное напряжение. Ток катода в этом случае распределяется между экранирующей сеткой и анодом. Основным преимуществом такого тетрода является снижение емкости между анодом и управляющей сеткой. Экранирующая сетка снижает эту емкость до долей пикофарады и уменьшает проницаемость анода. В результате увеличивается коэффициент усиления и снижается опасность самовозбуждения усилителя. Однако близость экранирующей сетки к аноду имеет и недостаток, заключающийся в том, что при низком напряжении на аноде проявляется динатронный эффект – снижение тока анода за счет вторичной эмиссии. При этом вторичные электроны не возвращаются обратно на анод, а захватываются экранирующей сеткой. В результате на анодных характеристиках тетрода появляется характерный провал с участком отрицательного сопротивления. Если рабочая точка тетрода оказывается на этом участке, то в цепи могут возникать автоколебания. Для исключения этого явления необходимо соблюдать условия, при которых напряжение на аноде не снижается ниже напряжения на экранирующей сетке. Значение катодного тока такого тетрода можно определить по формуле

32.Электронно-дырочный переход и его свойства. P-n-переходом наз тонкий слой между двумя частями полупроводникового кристалла, в котором одна часть имеет электронную, а другая – дырочную элекропроводность. Технологический процесс создания p-n-перехода может быть различным: сплавление (сплавные диоды), диффузия одного вещества в другое (диффузионные диоды), эпитаксия – ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (эпитаксиальные диоды) и др. По конструкции p-n-переходы могут быть симметричными и несимметричными, резкими и плавными, плоскостными и точечными и др. Однако для всех типов переходов основным свойством является несимметричная электропроводность, при которой в одном направлении кристалл пропускает ток, а в другом – не пропускает. Устройство p-n-перехода. Одна часть этого перехода легирована донорной примесью и имеет электронную проводимость (N-область). Другая часть, легированная акцепторной примесью, имеет дырочную проводимость (P-область). Концентрация электронов в одной части и концентрация дырок в другой существенно различаются. Кроме того, в обеих частях имеется небольшая концентрация неосновных носителей. Электроны в N-области стремятся проникнуть в P-область, где концентрация электронов значительно ниже. Аналогично, дырки из P-области перемещаются в N-область. В результате встречного движения противоположных зарядов возникает так наз диффузионный ток. Электроны и дырки, перейдя через границу раздела, оставляют после себя противоположные заряды, которые препятствуют дальнейшему прохождению диффузионного тока. В результате на границе устанавливается динамическое равновесия и при замыкании N- и P-областей ток в цепи не протекает. При этом внутри кристалла на границе раздела возникает собственное электрическое поле E_собст. Напряженность этого поля максимальна на границе раздела, где происходит скачкообразное изменение знака объемного заряда. На некотором удалении от границы раздела объемный заряд отсутствует и полупроводник является нейтральным. Высота потенциального барьера на p-n-переходе определяется контактной разностью потенциалом N- и P-областей. Контактная разность потенциалов, в свою очередь, зависит от концентрации примесей в этих областях Контактная разность потенциалов для германия имеет значение 0,6...0,7 В, а для кремния – 0,9…1,2 В. Высоту потенциального барьера можно изменять приложением внешнего напряжения к p-n-переходу. Если внешнее напряжение создает в p-n-переходе поле, которое совпадает с внутренним, то высота потенциального барьера увеличивается, при обратной полярности приложенного напряжения высота потенциального барьера уменьшается. Если приложенное напряжение равно контактной разности потенциалов, то потенциальный барьер исчезает полностью. ВАХ p-n-перехода представляет собой зависимость тока через переход при изменении на нем значения и полярности приложенного напряжения. Если приложенное напряжение снижает потенциальный барьер, то оно наз прямым, а если повышает его – обратным.

Обратный ток в p-n-переходе вызывается неосновными носителями одной из областей, которые, дрейфуя в электрическом поле области объемного заряда, попадают в область, где они уже являются основными носителями. Так как концентрация основных носителей существенно превышает концентрацию неосновных, то появление незначительного дополнительного количества основных носителей практически не изменит равновесного состояния полупроводника. Таким образом, обратный ток зависит только от количества неосновных носителей, появляющихся на границах области объемного заряда. Внешнее приложенное напряжение определяет скорость перемещения этих из одной области в другую, но не число носителей, проходящих через переход за единицу времени. Следовательно, обратный ток через переход является током проводимости и не зависит от высоты потенциального барьер, т.е. он остается постоянным при изменении обратного напряжения на переходе. Этот ток наз током насыщения и обозначается При прямом смещении p-n-перехода появляется (диффузионный) ток, вызванный диффузией основных носителей, преодолевающих потенциальный барьер. Пройдя p-n-переход, эти носители попадают в область полупроводника, для которой они являются неосновными носителями. Концентрация неосновных носителей при этом может существенно возрасти по сравнению с равновесной концентрацией. Такое явление носит название инжекции носителей. Таким образом, при протекании прямого тока через переход из электронной области в дырочную будет происходить инжекция электронов, а из дырочной области будет происходить инжекция дырок. Диффузионный ток зависит от высоты потенциального барьера и по мере его снижения увеличивается экспоненциально: . Кроме диффузионного тока прямой ток содержит ток проводимости, протекающий в противоположном направлении, поэтому полный ток при прямом смещении p-n-перехода будет равен разности диффузионного тока и тока проводимости: . Это уравнение наз уравнением Эберса – Молла. Дифференциальное сопротивление p-n-перехода: откуда получаем: . Предельное значение напряжения на p-n-переходе при прямом смещении не превышает контактной разности потенциалов ψ_K. Обратно напряжение ограничивается пробоем p-n-перехода. Пробой p-n-перехода возникает за счет лавинного размножении неосновных носителей и наз лавинным пробоем. При лавинном пробое p-n-перехода ток через переход неограниченно возрастает при неизменном напряжении на нем. Полупроводниковый p-n-переход имеет емкость, которая в общем случае определяется как отношение приращения заряда на переходе к приращению падения напряжения на нем, т.е. C = dq/du. Емкость перехода зависит от значении и полярности внешнего приложенного напряжения. При обратном напряжении на переходе эта емкость наз барьерной и определяется как: .

35.Серии логических ИМС. В зависимости от технологии изготовления логические элементы ИМС делятся на серии, отличающиеся набором элементов, напряжением питания, потребляемой мощностью, динамическими параметрами и др. Наибольшее применение получили серии логических ИМС, выполненные по ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика), ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика) и КМОП (комплементарная МОП логика) технологиям. Каждая из перечисленных технологий совершенствовалась, поэтому в каждой серии ИМС имеются подсерии, отличающиеся по параметрам.

36.Элемент 2И-НЕ (ТТЛ) схема принцип работы. В ИМС, выполненных по технологии ТТЛ, в качестве базового элемента используется многоэмиттерный транзистор. Многоэмиттерный транзистор (МЭТ) отличается от обычного транзистора тем, что он имеет несколько эмиттеров, расположенных так, что прямое взаимодействие между ними исключается. Благодаря этому переходы база-эмиттеры МЭТ можно рассматривать как параллельно включенные диоды. Второй транзистор VT2 является инвертором сигнала, выполняющим функцию НЕ. Если хотя бы на один эмиттер МЭТ подан низкий уровень, то ток базы VT2 равен нулю и на коллекторе VT2 будет высокий уровень. Для того чтобы напряжение на коллекторе VT2 имело низкий уровень, необходимо на все эмиттеры МЭТ подать высокий уровень. Благодаря этому алгоритму реализуется функция И-НЕ. В более поздних сериях ИМС, выполненных по технологии ТТЛ, использовался сложный инвертор с двуполярным ключом, а для исключения насыщения МЭТ применялись диоды Шотки с малым падением напряжения в прямом направлении (ТТЛШ).