2. В режиме В <. он, диод открыт и высокий уровень на выходе определяется по формуле, аналогичной (2.4):

1 Г.1 , 1

(2.12)

1 + /?пр/Лон 1 + ?он ?пр

и при /?он Ruv f « И здесь учет /?г сводится к замене /?пр

на /пр = -пр + Rt.

3. В режиме С Е = Яон; при этом ток диода равен нулю и {/ = Яон. На практике применяются все три режима, хотя по ряду соображений (см. ниже) режимы В ц С более выгодны.

Рассмотрим теперь некоторые наиболее важные статические параметры диодов интегральных схем (ИС).

Обычно диоды ИС получают путем диодного включения кремниевых транзисторов ИС [22]). Для транзисторов, и.меющих диэлектрическую изоляцию, существует пять способов диодного включения (рис. 2.6). В 1 и 4-й схемах используется только эмит-терный переход; напряжение пробоя f/проб этих схем мало, малы

Рис. 2.6

также и обратные токи /обрмакс, определяемые при максимальных обратных напряжениях (так как у эмиттерного перехода малые площадь и ширина). В схемах 2 и 5-й используется коллекторный переход и для них характерны относительно большие значения

fnpo6 и /обр макс-

В схеме 3 включены параллельно эмиттерный и коллекторный переходы, вследствие чего t/обр мало, а обратный ток равен сумме обратных токов обоих переходов.

Прямые напряжения {/„р и Unp (рис. 2.3) при малых прямых токах (когда можно не считаться с напряжением на объемном сопротивлении базы) и при больших прямых токах можно оценить, исходя из известных уравнений Эберса - Молла (см. также ур-ния (2.38), имея в виду, что для интегральных транзисторов а > 0,9, ах < 0,5, / > 1эо) - В частности, прямые напряжения ипр и {/пр оказываются наибольшими для схемы включения 4 и наименьшими для схемы 1.

Если интегральный транзистор изолирован переходом, то он представляется четырехслойной структурой (рис. 2.7а,б). Изоли-

) Структура транзистора ИС приведена в параграфе 2.3.1.

рующий переход коллектор - подложка обычно смещен в обратном направлении (так как на подложку подается самый низкий потенциал схемы) и имеет наибольщее значение f/проб. В качестве диодов могут использоваться переходы эмиттер - база и база - коллектор п-р-п-транзистора. При этом снова возможны пять

М» Эмиттер (э) } База (Б) 71 Коллектор (к) 71 Подложка (п)

- р-

Рис. 2.7

способов включения (рис. 1.1 в). Однако использование перехода база - коллектор обычно нежелательно из-за образования паразитного р-/г-;7-транзистора.

Переходные процессы

Переходный процесс в диодном ключе, возникающий при его переключении из одного статического состояния в другое, обусловлен, во-первых, инерционностью диода, характеризуемой проходной емкостью Сд, постоянной времени тд (равной времени жизни носителей) и, во-вторых, влиянием емкостей нагрузки Сн и монтажа См, щунтирующих выходные зажимы ключа. [Заметим, что для различных схем диодов ИС (см. рис. 2.6, 2.7) характерны различные значения емкости Сд и времени жизни носителей; особенно велико это время у схемы диода 5 (рис. 2.6).]

Постоянная Тд определяет время установления « Зтд пря* мого сопротивления диода при его включении (это сопротивление устанавливается по меренакопления носителей в базе диода). При запирании диода обратным перепадом напряжения начинается рассасывание избыточных носителей, накопленных в базе; этот процесс длится до тех пор, пока заряд носителей в базе

не уменьшится до уровня, соответствующего равновесному состоянию диода. Длительность рассасывания tp тем меньше, чем меньше постоянная Тд и прямой ток /пр диода (при этом меньше избыточный заряд в базе) и чем больше запирающий ток /зап (этот ток практически равен отношению обратного напряжения на диоде к сопротивлению Roh в цепи диода, так как, пока идет рассасывание носителей, переход смещен в прямом направлении и сопротивление диода мало). Можно считать, что

/р-Тд1п(1+/пр/1/зап1). (2.13)

Действительно, как известно, заряд неосновных носителей в базе в стационарном режиме пропорционален току диода: Qo = = т/пр (т-коэффициент пропорциональности), и если считать, что при рассасывании этот заряд уменьшается по экспоненциальному закону с постоянной времени Тд*), то согласно ф-ле (1.7) можно записать

Qsan - Q {tp)

где Qsan = -TJ/sanl -TOT уровень, к которому стремится заряд в базе при запирающем токе /зап, Q(/p)-уровень заряда в базе в момент завершения рассасывания; так как lQ(/p) <С Сзап, то получаем ф-лу (2.13).

После завершения рассасывания избыточных носителей начинается спад тока и в течение некоторого времени tc диод запирается. У современных импульсных диодов время установления прямого сопротивления (прямого тока) ty и время восстановления обратного сопротивления (обратного тока) /вое = /р + /с не превосходят десятых долей микросекунды. Поэтому во многих случаях при изучении переходных процессов в диодных ключах ограничиваются рассмотрением эквивалентной схемы рис. 2.8а, в которой через Со обозначена суммарная шунтирующая емкость: Со = = С„ -f Cj,; (предполагается, что Сд < Cj, + Сц).

Пусть в момент ti на вход ключа подается от идеального генератора перепад напряжения Я> он (режим А). Положим, что диод запирается мгновенно и Сд<Сн4-См, так что в момент ii скачок напряжения на выходе отсутствует. При этом авых(0 нарастает по экспоненциальному закону с постоянной времени (рис. 2.86) т = Со(/?он1/?обр) » CoRoh и в течение времени

-Зт = ЗСо7?о„ (2.14)

достигает установившегося значения f/ {ф-лы (2.8-2.12)].

При подаче в момент /г отрицательного перепада напряжения диод отпирается, емкость Со разряжается с постоянной времени т" = Со(/?он11/?11р) = Со/?пр и в течение короткого промежутка вре-

*) Такое предположение справедливо, если принять приближенное уравнение для заряда неосновных носителей в виде Q -Ь Тд = т/днф, где диф - диффузионная составляющая тока диода, причем /диф » /пр = const, 70