Главная  Интегральный монолит 

[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]

нительной металлизацией и элементами схемы под слоем диэлектрика.

Для предосторожности каждый из контактных выступов схемы размещают в отдельно изолированной области с тем, чтобы схема все-таки сохраняла работоспособность даже в случае, если слой двуокиси кремния, прилегающий к контактному выступу, будет иметь дефекты.

Если алюминиевые соединительные проводники находятся под высоким положительным напряжением, то будет иметь место тенденция к инверсии поверхностного слоя в областях р-типа, расположенных непосредственно под этими проводниками. Влияние этого эффекта можно снизить путем использования сравнительно высокого уровня поверхностной концентрации (порядка 5-10 атомов/см) и путем приме-менения более толстого слоя двуокиси кремния на поверхности схемы.

Основные правила проектирования элементов и их топологии для высоковольтных схем кратко можно сформулировать в следующем виде:

1. Применение электростатического экрана над переходами между базой и коллектором, затвором и стоком.

2. Использование коллекторных областей с высоким удельным сопротивлением.

3. Применение достаточно глубоких коллекторных областей для обеспечения необходимого пространства расширения обедненного слоя в области между коллекторно-базовым переходом и захороненным слоем /г-Ь-типа.

4. Обеспечение необходимого пространства для расширения обедненного слоя в боковых направлениях, в особенности между базой и коллекторным контактом п+-типа, а также базой и изолированной областью.

5. Использование более толстого слоя двуокиси кремния.

6. Помещение каждого контактного выступа схемы в отдельной изолированной области.

7. Поддержание поверхностной концентрации носителей в р-обла-стях на достаточно высоком уровне с тем, чтобы ослабить влияние поверхностной инверсии.

11-9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМ

В процессе проектирования высоковольтных схем разработчик сталкивается с двумя основными ограничениями: небольшие величины пробивного напряжения и рассеиваемой мощности. Однако даже в пределах этих ограничений все же имеется возможность улучшить характеристики схемы и ее способность работать при высоких напряжениях благодаря применению наиболее рациональных методов проектирования.

В качестве смещения высоковольтных схем часто требуется иметь внутренние источники с достаточно высоким напряжением. Обратное пробивное напряжение эмиттерно-базового диода, имеющее величину порядка от 6 до 9 В, слишком мало для этой цели, поэтому приходится применять последовательное включение диодов с тем, чтобы получить напряжение 50-60 В. При этом, конечно, приходится занимать лишнюю площадь на монолитной пластинке. Другим возможным вариантом, который можно использовать вместо лавинного диода для задания уровня напряжения или в качестве внутреннего источника смещения, является схема, приведенная на рис. 11-18. Анализ этой схемы уже приводился в гл. 4 (см. рис. 4-9). Здесь эту схему очень кратко рассмотрим еще раз. Если токи в схеме выбрать соответствующей величины так, чтобы транзистор Ti находился в открытом состоянии, то напряжение на его коллекторе f/к и базе С/б можно связать следующим выражением:

C/.=.C/.(l-f-) = = (С/. + С/йэ)(1+--). (11-18)



Рис. 11-18. Внутренний источник смещения для высоковольтных схем.

Таким образом, выбирая величины сопротивлений резисторов Ri и в схеме рис. 11-18, можно задавать соответствующий уровень напряжения.

Во многих случаях можно расширить возможности схем по применению вних более высокого напряжения путем деления напряжения между отдельными транзисторами схемы таким образом, что ни к одному из транзисторов не прикладывается полное напряжение


источника питания. Такой метод осуществляется путем последовательного соединения транзисторов в так называемые каскодные схемы. На рис. 11-19 показана упрощенная принципиальная схема высоковольтного усилителя, в которой используется такой принцип.

На рис. 11-19,0; приведена схема обычного низковольтного усилителя. Резисторы Ri, в. Rb ь этой схеме образуют цепь обратной связи, которая определяет коэффициент усиления по напряжению

R + Rs

(11-19)

Схема на рис. 11-19,6 является высоковольтным вариантом той же самой схемы, в которой использован принцип деления напряжения. Для упрощения анализа предположим, что в схеме, кроме источника питания высокого напряжения Ек, имеется источник смещения входного каскада Е. Пары транзисторов (Tz, Tz) и (Гз, Гз) фактически действуют таким же образом, как одиночные транзисторы в исходной низковольтной схеме. Однако в лю-

Выход

"ч Выхс

Вход о-\\-о--

Рис. 11-19. Дифференциальный усилитель с параллельно-последовательной обратной свя.эьк>. У а - обычная схема; б - высоковольтная схема.




SXdB „ A

Рис. 11-20. Схема высоковольтного видеоусилителя.

бой момент времени полное напряжение делится между двумя транзисторами. Таким образом, в этой схеме можно получить размах выходного напряжения, равный к, при напряжении на каждом из транзисторов Е12. Таким образом, если использовать рассмотренный принцип, имеется возможность проектировать схемы, работающие при напряжении источника питания 100 В, применяя транзисторы с пробивным напряжением только 50 В. Следует иметь в виду, что в высоковольтных схемах резисторы в цепи нагрузки и в цепи обратной связи должны подбираться таким образом, чтобы установить требуемые уровни напряжения смещения и падения напряжения на последовательно включенных транзисторах Гг и Тъ Если пренебречь падением

напряжения на переходе база эмиттер (/бэ и выбрать

=1. (11-20)

то автоматически будет установлено равенство падений напряжений на парах транзисторов (Гг, Гг) и (Гз, Гз) в любой момент времени. По сравнению с обычной низковольтной схемой коэффициент усиления высоковольтной схемы можно записать в виде

/С„=±. (И-21)

На рис. 11-20 представлен еще один вариант схемы высоковольтного усилителя, который предназначен для работы на высоких частотах. Схема работает от источника питания напряжением 250 В и обеспечивает размах выходного напряжения 100 В на частотах до 4 МГц. Для минимизации рассеиваемой мощности выходной каскад усилителя работает в режиме класса Б (см. § 5-4). Резисторы RiA, Rib и Rz образуют цепь обратной связи, которая определяет коэффициент усиления схемы

" --Ws- (11)

где Rs - параллельная комбинация внутреннего сопротивления источника питания и резистора Rz.

Схема высоковольтного видеоусилителя изготовляется с применением метода диэлектрической изоляции, и в ней использованы высоковольтные транзисторы, характеристики которых аналогичны приведенным на рис. 11-16.



[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]

0.0008