Функциональная полупроводниковая электроника. Приборы с зарядовой связью (ПЗС).

ПЗС- это приборы ФППЭ, имеющий большое количество близкорасположенных и изолированных друг от друга и от подложки затворов (МДП структура) под которыми происходит перенос информации к стоку в виде зарядовых пакетов, которые либо инжектируются из истока, либо возникают в подложке при поглощении оптического излучения.

Рассмотрим структуру ПЗС.

Подадим на один из затворов «+» напряжение, образуется слой n-типа, который будет отделен от подложки n-p переходом. Соответственно величина этого слоя тем выше, чем выше др. слой. Под затвором образуется потенциальная яма в которой могут находиться электроны. Если затворы находятся близко друг от друга, оказывают взаимное влияние. И если под одним потенциальная яма глубже чем под другим, то происходит переход электронов из одной ямы в другую. Таким образом можно осуществить перенос пакета зарядов находящихся в одной из потенциальных ям.

Каждый из затворов является МДП конденсатором. Можно рассмотреть как изменение заряда конденсатора, оно характеризует соответствующее изменение информации. Основные режимы работы ПЗС – хранение информации в виде пакета зарядов в одном из конденсаторов и перенос информации путем переноса заряда вдоль цепочки.

Наличие разряда – «1», отсутствие «0» - в цифровой электронике.

В аналоговой электронике величина заряда характеризует какую-либо аналоговую величину.

ВЫВОД: В ПЗС сигнал представлен не током или напряжением, как в обычных ИС, а пакетом зарядов. Для перемещения зарядного пакета создаются специальные системы шин (фаз). С помощью которых осуществляется перенос.

На рисунке трехфазная ПЗС.

T_хр - время хранения.

Предположим что существует зарядовый пакет (электронов). При подаче на первый затвор U⁽³⁾ образуется глубокая потенциальная яма. И зарядовый пакет переносится под первый затвор, где находится потенциальная яма – режим записи (время τ1).

Во время τ2 напряжение на первом затворе уменьшается до U⁽²⁾ – зарядный пакет никуда не может перейти это режим хранения.

В τ3 на второй затвор U⁽³⁾ – зарядный пакет переходит в более глубокую потенциальную яму – режим записи для второго затвора

В τ4 U⁽²⁾ – режим хранения.

В τ5 U⁽³⁾ на 3 затворе – зарядный пакет переходит под 3 затвор.

Таким образом перенос зарядного пакета (перенос информации) в следующий такт. Пакет переходит под четвертый затвор.

Режим устройства ввода/вывода зарядного пакета.

Для этого на U_сток подаем «-» сигнал. Если на «какую-то хуйню» подаем «-» заряд, то переход открыт, он смещается в прямом направлении происходит инжекция электронов. Если в это время включить входной затвор, то этот пакет перемещается под входной затвор.

В зависимости от продолжительности включения и амплитуды сигнала. Можно варьировать величину зарядного пакета. Аналогична работает система вывода сигнала. Заряд выводится в сток, к которому подключен чувствительный усилитель.

На ПЗС может иметься до 10000 затворов. Но мы можем обработать пакет зарядов путем освещения поверхности ПЗС. В зависимости от степени освещенности меняется величина зарядного пакета, так как в общем случае освещенность на различных участках различна, то получаем изображение, которое затем преобразуется в электрический сигнал. Далее с помощью многотактной системы управления этот сигнал выводим во внешнюю цепь. На этом основаны: телевизионные передающие камеры. Помимо этих камер, ПЗС используют в управляющих лазерах, в АЦП и ЦАП.

 

19. Малосигнальные параметры транзистора в схеме с ОБ.

Если An<<Uconst, то изменение U~, i~ можно связать м/у собой линейной функцией. Тогда транзистор можно рассм-ть как линейную схему.

Схема замещения транзистора в физических параметрах:

(3.26).

Все r, кроме r_б- диф-ны:

(3.27);

Сэб, Скб соответствуют сумме барьерных и диф. емкостей своих переходов 10-100 пФ.

α- диф коэф передачи Iэ:

(3.28)

Величины α при НЧ – const, если возрастает f (ВЧ), то значение α падает за счет фазового сдвига м/у Iэ, Iк и Iб.

Для хар-ки частотных свойств используется коэф-т f _{α –} граничная частота.

, где α₀- для F=const, f _α - такая частота, при кот |α| падает в раз.