Компенсирующий фототек

Рис. 11-1.2. Схема компенсации фототока в усилительном каскаде с общим эмиттером.

тером. Транзисторы Ti и Т имеют одинаковую площадь коллекторно-базовых переходов. Поэтому первичный фототок h, протекающий в цепи базы транзистора Т оказывается равным фототоку /г, протекающему через коллекторно-базо-вый переход транзистора Гг. Таким образом, большая часть тока /j замыкается на землю, и лишь незначительная его доля умножается в р раз, вызывая образование вторичного фототока. Применение диодов для компенсации фототока позволяет снизить величину вторичного фототока приблизительно на порядок.

2. Применение резисторов, ограничивающих величину тока в каждой цепи схемы между источником питания и землей для ограничения пикового значения фототока до безопасного уровня.

3. Применение схем с малым от-нощением количества активных элементов к количеству пассивных элементов. Это правило отходит от основного принципа проектирования интегральных схем, согласно которому изготовление большого количества активных элементов не встречает серьезных затруднений. Однако следует учитывать, что в условиях воздействия излучений активные элементы схемы обладают значительно более низкой радиационной устойчивостью по сравнению с пассивными элементами.

4. В случае, когда требуется применять транзисторы с широкой

базовой областью, например транзистор р-п-р типа с горизонтальным расположением областей или транзистор р-п-р типа, в котором подложка используется в качестве коллекторной области, следует применять составные схемы из транзисторов р-п р и п-р-п (см. § 4-5) с целью минимизации зависимости характеристик всей схемы от коэффициента усиления по току транзисторов р-п-р типа.

5. Обеспечение малой рассеиваемой мощности при работе в обычных условиях, чтобы в течение-импульса фототока рассеиваемая, мощность не превысила допустимого предела. Однако следует избегать применения устройств очень-малой мощности, так как ухудшение коэффициента усиления р, обусловленное воздействием радиации,, у микромощных схем выражено более ярко по сравнению со схемами, работающими при обычных уровнях рассеиваемой мощностп.

Перечисленные правила проектирования схем, устойчивых к радиации, не являются, конечно,, исчерпывающими и дают лишь самое общее представление о подходе к разработке таких схем. Особо следует обратить внимание на то, что каждое из этих правил зависит от специфических особенностей конкретной схемы.

11-7. ПРИМЕР «ПРОЕКТИРОВАНИЯ

На рис. И-13 приведена принципиальная схема монолитного операционного усилителя с повышенной устойчивостью к радиации. Основой для этой специфической схемы послужила схема операционного усилителя типа 709 (см. § 5-6 и рис. 5-20), которая была модифицирована с целью приспособления ее работы в условиях радиации. Здесь будут рассмотрены лишь дополнительные ее характеристики, которыми она стала обладать как схема с повышенной устойчивостью к радиации. Эти дополнительные характеристики схемы операцион-

МеанВер/пи-рувмый дхпЯ

0 7t„

Рис. П-13. Схема монолитного операционного усилителя

к радиации (Fairchild 744).

с повышенной устойчивостью

НОГО усилителя удобнее всего рассмотреть путем сравнения ее с исходной схемой усилителя типа 709, которая приведена на рис. 5-20,g. В схеме с повышенной устойчивостью к радиации входные транзисторы в дподном включении используются в качестве фиксирующих диодов для предотвращения явления полного иарушенпя работы транзисторов при чрезмерно большой положительной амплитуде сигнала ка симметричном входе. Резисторов Rz, Rt, Rb, Ръ Rii, R2Z, R23 и Rzi в исходной схеме нет, а в схему с повышенной устойчивостью к радиации они введены с целью ограничения импульса фототока. На принципиальной схеме эти защитные резисторы обведены прямо-

угольниками, чтобы отличить их от функционально необходимых элементов.

Транзистор Г15 в диодном включении служит для компенсации фототока в предоконечном каскаде на транзисторе Tie- Способ компенсации пспользовап точно такой же, как показан на рис. 11-12. Транзистор Тц р-п-р типа с горизонтальным расположением активных областей оставлен в.схеме с повышенной устойчивостью к радиации, так как . для выполнения своих функций в схеме он должен иметь небольшой коэффициент усиления Р>0,5.

Еще одно существенное различие между схемой рис. 11-13 и обычной схемой операционного уси-

w"

w"

0,01

а»

Двда, нейтрон/с Доза, нейтрон/с

а.) б)

Рис. 11-14. Влияние нейтронного излучения на характеристики схемы операционного усилителя, показанного на рис. 11-13.

лителя типа 709 имеется в выходном каскаде. Вместо транзистора Г13 р-Пр типа, в котором подложка используется в качестве коллекторной области, поставлены два транзистора Г17 р-п-р типа с горизонтальным расположением областей и транзистор Tig п-р-п типа. Эта замена обусловлена тем обстоятельством, что в схеме с повышенной устойчивостью к радиации, изображенной на рис. 11-13, использован метод диэлектрической изоляции, который не позволяет изготовить структуру р-п-р транзистора, используя подложку в качестве коллекторной области. Заметим также, что соединение транзисторов Т-п и Г19 обеспечивает схеме сравнительно большую нечувствительность к уменьшению коэффм диента усиления р р-п-р транзиСОра с горизонтальным расположением областей. Для повышения радиационной устойчивости схема изготовляется с использованием метода диэлектрической изоляции и в ней применяются кремний-хромовые тонкопленочные резисторы.

Электрические характеристики схемы рис. П-13 очень близки к характеристикам операционного усилителя типа 709, которые приведены в табл. 5-1. Основными параметрами схемы, которые подвержены наиболее сильному влиянию ней-

тронного излучения, являются коэффициент усиления при разомкнутой цепи обратной связи и входной-ток смещения. Зависимость этих параметров от уровня нейтронного» излучения показана на рис. 11-14,с и б соответственно.

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ СХЕМЫ

В обычных монолитных схем .х пробивное напряжение, как правило, ограничивает применение источников питания напряжением не более 50 В. Однако имеется настоятельная и все возрастающая необходимость в аналоговых интегральных схемах, которые могли бы нормально функционировать при напряжениях источника питания порядка 100 В и более. Специфической областью применения таких схем являются аналоговые устройства управления и отображения, например телевизионные кинескопы, сервоусилители, которые могли бы работать непосредственно от сети переменного тока. Применением соответствующих устройств и методов проектирования удается расширить диапазон питающего напряжения монолитных схем до 100 В и выше. В последующих параграфах будут рассмотрены некоторые методы и правила проектирования таких схем.