Файл: Экзамен.docx

КМОП и ТТЛ (ТТЛШ) технологии являются наиболее распротранёнными логиками микросхем. Где небходимо экономить потребление тока, применяют КМОП-технологию, где важнее скорость и не требуется экономия потребляемой мощности применяют ТТЛ-технологию. Слабым местом КМОП-микросхем является уязвимость от статического электричества — достаточно коснуться рукой вывода микросхемы и её целостность уже не гарантируется. С развитием технологий ТТЛ и КМОП микросхемы по параметрам сближаются и, как следствие, например, серия микросхем 1564 — сделана по технологии КМОП, а функциональность и размещение в корпусе как у ТТЛ технологии.

Микросхемы, изготовленные по ЭСЛ-технологии, являются самыми быстрыми, но наиболее энергопотребляющими и применялись при производстве вычислительной техники в тех случаях, когда важнейшим параметром была скорость вычисления. В СССР самые производительные ЭВМ типа ЕС106х изготавливались на ЭСЛ-микросхемах. Сейчас эта технология используется редко.

Технологический процесс

При изготовлении микросхем используется фотопроцесс. Ввиду малости размера элементов микросхем, от использования видимого света и даже ближнего ультрафиолета при засветке давно отказались. В качестве характеристики технологического процесса производства микросхем указывают ширину полосы фотоповторителя и, как следствие, размеры транзисторов (и других элементов) на кристалле. Этот параметр, однако, находится во взаимозависимости c рядом других производственных возможностей: чистотой получаемого кремния, характеристиками инжекторов, методами вытравливания и напыления.

В 70-х годах ширина процесса составляла 2-8 мкм, в 80-х была улучшена до 0,5-2 мкм. Некоторые экспериментальные образцы рентгеновского диапазона обеспечивали 0,18 мкм.

В 90-х годах из-за нового витка "войны платформ" экспериментальные методы стали внедряться в производство и быстро совершенствоваться. В начале 90-х процессоры (например ранние Pentium и Pentium Pro) изготавливали по технологии 0,5-0,6 мкм. Потом их уровень поднялся до 0,25-0,35 мкм. Следующие процессоры (Pentium 2, K6-2+, Athlon) уже делали по технологии 0,18 мкм.

В конце 90-х фирма Texas Instruments создала новую ультрафиолетовую технологию с шириной полосы около 0,08 мкм. Но достичь её в массовом производстве не удавалось влоть до недавнего времени. Она постепенно продвигалась к нынешнему уровню совершенствую второстепенные детали. По обычной технологии удалось обеспечить уровень производства вплоть до 0,09 мкм.

Новые процессоры (сперва это был Core 2 Duo) делают по новой УФ-технологии 0,065 мкм. Есть и другие микросхемы давно достигшие и превысившие данный уровень (в частности видеопроцессоры и flash-память фирмы Samsung - 0,040 мкм). Тем не менее дальнейшее развитие технологии вызывает всё больше трудностей. Обещания фирмы Intel по переходу на уровень 0,030 мкм. уже к 2006 году так и не сбылись.

Сейчас альянс ведущих разработчиков и производителей микросхем работает над тех. процессом 0,032 мкм.

Назначение

Интегральная микросхема может обладать законченным, сколь угодно сложным, функционалом — вплоть до целого микрокомпьютера (однокристальный микрокомпьютер).

Аналоговые схемы

• Операционные усилители

• Генераторы сигналов

• Фильтры (в том числе на пьезоэффекте)

• Аналоговые умножители

• Стабилизаторы источников питания

• Микросхемы управления импульсных блоков питания

• Преобразователи сигналов

Цифровые схемы

• Логические элементы

• Триггеры

• Счетчики

• Регистры

• Буферные преобразователи

• Модули памяти

• Шифраторы

• Дешифраторы

• Микроконтроллеры

• (Микро)процессоры (в том числе ЦПУ в компьютере)

• Однокристальные микрокомпьютеры

Аналогово-цифровые схемы

• ЦАП и АЦП

Серии микросхем

Аналоговые и цифровые микросхемы выпускаются сериями. Серия — это группа микросхем, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенные для совместного применения. Микросхемы одной серии, как правило, имеют одинаковые напряжения источников питания, согласованы по входным и выходным сопротивлениям, уровням сигналов.

Корпуса микросхем

Микросхемы выпускаются в двух конструктивных вариантах — корпусном и бескорпусном. Бескорпускная микросхема — это полупроводниковый кристал, предназначенный для монтажа в гибридную микросхему или микросборку. Корпус — это часть конструкции микросхемы, предназначенная для защиты от внешних воздействий и для соединения с внешними электрическими цепями посредством выводов. Корпуса стандартизованы для упрощения технологического процесса изготовления изделий из разных микросхем. Число стандартных корпусов исчисляется сотнями! В российских корпусах растояние между выводами измеряется в милиметрах и наиболее часто это 2,5 мм или 1,25 мм. У импортных микросхем растояние измеряют в дюймах, используя величину 1/10 или 1/20 дюйма, что соответствует 2,54 и 1,28 мм. В корпусах до 16 выводов эта разница не значительна, а при больших размерах идеинтичные корпуса уже несовместимы. В современных импортных корпусах для поверхностного монтажа применяют и метрические размеры: 0,8 мм; 0,65 мм и другие.

Специфические названия микросхем

Из большого количества цифровых микросхем изготавливались процессоры. Фирма Intel первой изготовила микросхему Intel 4004, которая выполняла функции процессора. Такие микросхемы получили название микропроцессор. Микропроцессоры фирмы Intel совершенствовались: Intel 8008, Intel 8080, Intel 8086, Intel 8088 (на основе двух последних микропроцессоров, фирмой IBM, были выпущены первые персональные компьютеры).

Микропроцессор выполняет в основном функции АЛУ (арифметико-логическое устройство), а дополнительные функции связи с периферией выполнялись с помощью специально для этого изготовленных наборов микросхем. Для первых микропроцессоров число микросхем в наборах исчислялось десятками, а сейчас это набор из двух-трех микросхем, который получил термин чипсет.

Микропроцессоры со встроенными контроллерами памяти и вводы-вывода, ОЗУ и ПЗУ, а также другими дополнительными функциями называют микроконтроллерами.eo:Integra cirkvitohu:Integrált áramkörlt:Integrinė mikroschemazh-yue:集成電路

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ 14.1. Особенности интегральных схем Интегральные схемы (ИС) представляют собой микроми­ниатюрные устройства из полупроводниковых элементов, та­ких, как транзисторы, резисторы и диоды. Используя специ­альную технологию, различные элементы соединяют между со­бой таким образом, чтобы они могли выполнять определенную функцию: усиление, генерирование сигналов или формирование импульсов. В интегральных схемах отдельные микроэлементы объединены в одной полупроводниковой монолитной пластине (chip). Когда монолитные пластины соединяют друг с другом для получения некоторой электронной схемы (усилителя звуко­вой частоты или схемы обработки цифровых сигналов), такие ИС называют составными. Интегральные схемы могут содержать сотни элементов весь­ма малой площади, размеры которых иногда ограничиваются лишь возможностью изготовления выводов. Часто интегральные пластины являются частью модуля, который содержит в своем составе ряд других элементов (катушки индуктивности, мощные транзисторы и т. п.), необходимых при создании таких уст­ройств, как амплитудный детектор, звуковой усилитель, свип-генератор, выходные усилители разверток телевизионного при­емника. Интегральные схемы также являются основой ручных калькуляторов, электронных систем слежения и других подоб­ных устройств, объединяющих электронные и механические блоки. Для изготовления интегральных схем применяются раз­личные технологические процессы, включающие травление не­обходимого рисунка схемы, тепловую обработку, изготовление маски, химическое травление, фотообработку. Кроме того, ис­пользуются операции диффузии и вакуумного осаждения для соединения элементов в единую структуру. Часть ИС, показанная на рис. 14.1, а, содержит два резисто­ра, конденсатор, транзистор и межэлементные соединения и яв­ляется интегральной реализацией каскада усилительной схемы» приведенного на рис. 14.1,6. Изображение части ИС на рис. 14.1, а дает, конечно, весьма приближенное представление о реальной интегральной схеме. Рис. 14.1. Интегральное представление (а) каскада усилителя (б). ^ 14.2. Применение интегральных схем в модулях Типичная схема модуля, показанная на рис. 14.2, содержит УПЧ звука, детектор и выходной звуковой усилитель. На кор­пусе такого модуля обычно имеется специальный выступ для установки его на шасси, на котором имеется соответствующий выступу вырез. Схема, изображенная на рис. 14.2, может быть схемой мо­дуля обработки звуковых сигналов ЧМ-радиоприемника или мо­дуля ЧМ звукового сопровождения в телевизионном приемнике. Первая интегральная схема HCi содержит несколько каскадов УПЧ, и сигнал с ее выхода подается на входной трансформатор ЧМ-детектора. Перемещением сердечника обеспечивается воз­можность подстройки частоты в процессе регулировки. Далее сигнал подается на схему ИС₂, содержащую частотный детек­тор и один или два каскада звукового усиления, которые позво­ляют получить амплитуду сигнала, необходимую для подачи на динамик. Как показано на рис. 14.2, для обеспечения работы ИС ис­пользуются внешние резисторы и конденсаторы. В тех случаях, когда в модуле применяется один резистор для подачи напря­жения питания на несколько интегральных схем, номинальная мощность этого резистора должна быть больше, чем в случае одной ИС. Таким образом, иногда оказывается более целесооб­разно применять в схемах внешние элементы. Так, используют навесные катушки индуктивности, поскольку пока нет возмож­ности изготовлять их методами интегральной технологии. Для изготовления емкостей в интегральных схемах приходится при­менять дополнительные технологические процессы. Поэтому ча­сто более удобным оказывается их замещение навесными кон­денсаторами. Внешние катушки индуктивности приходится ис­пользовать всегда, когда требуется осуществлять настройку ча стоты. Рис. 14.2. Схема модуля с интегральными схемами. Типичная схема выводов ИС, включающей два звуковых усилителя для стереофонического устройства, показана на рис. 14.3. Выступы на корпусе ИС располагаются с той сторо­ны, которая обращена к панели для включения ИС (или к пе­чатной плате в случае присоединения методом пайки). Выемка, изображенная на рисунке сверху, служит началом нумерации выводов. Такая интегральная схема имеет размеры 6,5х6,5хl,5 мм и выходную мощность порядка нескольких ватт на один канал и содержит в себе все необходимые каскады для обработки входных сигналов. Рис. 14.3. Схема выводов ИС. ^ 14.3. Многоэмиттерные транзисторы в схемах ТТЛ-типа В интегральных логических схемах часто используются мно-гоэмиттерные транзисторы (МЭТ) (рис. 14.4, а). Такие транзи­сторы удобно применять для многовходовых логических венти­лей, так как это упрощает процесс изготовления интегральных схем. Применение многоэмиттерного транзистора в схеме логи­ческого вентиля показано на рис. 14.4,6. Здесь три эмиттера транзистора Т₁ n — р — n-типа являются входными зажимами схемы. Транзистор Т₂ инвертирует сигнал, поэтому оба транзи­стора T₁ и Т₂ формируют логику отрицания. Эта схема пред­ставляет транзисторно-транзисторный логический (ТТЛ) вен­тиль типа И-НЕ (см. гл. 8). Оба транзистора — в схеме n — р — n-типа, поэтому при работе в нормальном (неинверсном) режиме прямое смещение на базе имеет положительную полярность относительно эмиттера. На базу МЭТ через резистор R₁ подается положительный потенциал (несколько вольт). При подаче хотя бы на один из входов МЭТ отрицательного или даже небольшого положитель­ного потенциала (не более — 0,5 В) эмиттерный ток МЭТ почти равен току базы МЭТ, а ток базы транзистора Т₂ практически равен нулю, и транзистор Т₂ заперт. Если же на все входы МЭТ будут поданы положительные потенциалы выше 1 — 2 В, то токи эмиттеров МЭТ становятся практически равными нулю, а ток базы МЭТ оказывается равным току базы транзистора Т₂. Рис. 14.4 Многоэмиттерный транзистор fa) и логическая схема ТТЛ-типа на его основе (б). В этом случае транзистор T₂ открыт и находится в состоянии насыщения. Выходной каскад на транзисторе Т₂ работает как инвертор, а МЭТ выполняет функции логической схемы И. Применение многоэмиттерных транзисторов и логических устройств ТТЛ-типа позволяет минимизировать число элемен­тов, составляющих интегральную схему. Использование непо­средственной связи между транзисторами исключает примене­ние переходного конденсатора, способствует повышению быст­родействия и помехоустойчивости логической схемы этого типа, выполняющей логическую функцию И-НЕ. Иногда применяют многоэмиттерные транзисторы с четырьмя-пятью входами, но большее число эмиттеров приводит к снижению помехоустойчи­вости схемы. ^ 14.4. Интегральные схемы с дополняющими МОП-транзисторами Схемы с дополняющими МОП-транзисторами представляют собой специальный тип интегральных схем и были впервые раз­работаны фирмой RCA. Термин «МОП» означает, что транзи­стор имеет структуру металл — окисел — полупроводник. Как по­казано на рис. 14.5, а, схема состоит из двух дополняющих по­левых транзисторов МОП-типа с р- и я-каналами. Схемы ука­занного типа имеют ряд преимуществ в отношении технологии их изготовления и могут использоваться как в цифровых, так и в линейных аналоговых системах. ^ Рис. 14.5. Интегральные схемы с дополняющими МОП-транзисторами. При отсутствии входных сигналов схемы МОП-типа с до­полняющими транзисторами, по существу, не потребляют ника­кой мощности. Логические системы из таких схем, содержащие около 100 вентилей, потребляют мощность менее 0,1 мВт. Как показано на рис. 14.5, полевые транзисторы МОП-типа с р- и n-каналами соединены параллельно и, таким образом, имеют характеристики противоположной полярности. Следовательно, если транзистор с р-каналом открыт, то транзистор с я-каналом находится в закрытом состоянии. По этой причине рабочий ток в схеме весьма мал, а к. п. д. схемы очень высок. При работе в цифровых системах, где используются им­пульсные сигналы малой длительности, транзисторы работают поочередно, обеспечивая также очень незначительное потребле­ние мощности. При увеличении скорости переключения средняя мощность вентиля возрастает, хотя, если скорость переключения не превышает 10 кГц, значение рассеиваемой мощности состав­ляет не более 1 мкВт на вентиль. С повышением частоты сиг­нала увеличивается частота повторения импульсов тока, и по­этому несколько возрастает потребляемая мощность. Благодаря особенностям передаточной характеристики схе­мы МОП-типа с дополняющими транзисторами имеют высокую помехоустойчивость. Различные фирмы выпускают интеграль­ные цифровые схемы такого типа, которые могут хорошо рабо­тать на частотах до нескольких мегагерц. Таким образом, МОП-схемы с дополняющими транзисторами могут с успехом применяться не только в вычислительных устройствах, но так­же в системах связи и измерительной аппаратуре. Как показано на рис. 14.5,6, в схему может быть введен до­полнительный резистор Rь обеспечивающий линейный режим работы. Этот резистор включают между входным и выходным зажимами, так что он является цепью обратной связи, которая автоматически корректирует дрейф, появляющийся на выходе схемы. Так как при нормальной работе вентиля через него про­текает ток незначительной величины, то падение напряжения на резисторе R₁ практически отсутствует. Это позволяет при­менять высокоомный резистор R₁ величиной в несколько десят­ков мегом, что обеспечивает эффективное разделение сигналов на входе и выходе. Схема, изображенная на рис. 14.5,6, может использоваться для построения генератора или усилителя. В схеме генератора с кварцевой стабилизацией частоты кварцевую пластину вклю­чают параллельно резистору R₁. Кварц ведет себя как резо­нансный контур в цепи обратной связи на частоте сигнала, обес­печивая высокую стабильность частоты колебаний (см. рис. 4.5). ^ 14.5. Логические схемы инжекционного типа Термин «интегральные логические схемы инжекционного ти­па» (схемы инжекционной логики — PL) относится к интеграль­ным схемам, достоинства которых особенно очевидны в бипо­лярных схемах с большим уровнем интеграции (БИС). Логиче­ские схемы инжекционного типа потребляют очень незначи­тельную мощность, просты, так как содержат минимальное ко­личество схемных элементов, и обладают высокой эффектив­ностью. Так, например, на одной полупроводниковой пластине можно изготовить систему, содержащую до 3000 вентилей, или систему памяти объемом 10000 двоичных разрядов. Важной характеристикой инжекционных схем является уни­версальность их применения в электронных схемах. Они могут применяться в производстве недорогих электронных часов, в ко­торых потребление мощности не превышает нескольких микро­ватт. Несмотря на очень малое потребление энергии, такие схе­мы обеспечивают достаточно большую амплитуду сигнала и тем самым делают возможной работу цифрового устройства отобра­жения на светодиодах. Схемы инжекционного типа могут также использоваться в цифровых вольтметрах, цифровых блоках на­стройки, в линейных схемах радио- и телевизионных приемни­ков. Но главное применение инжекционных схем — логические матрицы, устройства считывания информации из постоянных запоминающих устройств, а также системы обработки логиче­ских сигналов в калькуляторах. Инжекционные схемы, включающие два дополняющих тран­зистора, выполняют роль вентиля (рис. 14.6, а). Многоколлек­торный транзистор n — р — n-типа применяется в качестве инвер­тора, а транзистор р — n — р-типа служит либо в качестве нагрузки, либо является источником тока. На входе и выходе схе­мы не используется ни одного резистора. Рис. 14.6. Логические схемы инжекционного типа. Типичная схема инжекционного типа показана на рис. 14.6,a. Здесь в виде двух пересекающихся окружностей изображен ис­точник тока, который присоединен к многоколлекторному тран­зистору n — р — n-типа (см. также рис. 2.3). Источник тока мо­жет быть транзистором р — n — р-типа, как показано на рис. 14.6,6. В такой схеме первый транзистор р — n — р-типа яв­ляется вентилем, который инжектирует неосновные носители в базу второго транзистора n — р — n-типа, являющегося инверто­ром. Второй транзистор можно .рассматривать как нагрузку, следовательно, отпадает необходимость в применении обычных резисторов (см. разд. 14.3). Схемы инжекционного типа работают очень устойчиво при различных видах сигналов, а потребляемая мощность не увели­чивается с возрастанием частоты. Кроме того, такие схемы об­ладают высокой помехоустойчивостью при действии шумов и нежелательных сигналов. Рис. 14.7. Схема вентиля ИЛИ-НЕ инжекционного типа. ^ 14.6. Схема вентиля ИЛИ-НЕ инжекционного типа На рис. 14.7 изображена схема логического двухвходового вентиля ИЛИ-НЕ. Схема имеет два выхода, один из которых является выходом с отрицанием (ИЛИ-НЕ), а второй выход — неинвертированный (ИЛИ). В таком вентиле использованы три схемы инжекционного типа, а источники постоянного тока об­разованы инжекционными транзисторами, являющимися неотъ­емлемой частью интегральной схемы. Коллекторы каждой из входных инжекционных схем соеди­нены между собой перекрестно, т. е. верхний коллектор схе­мы А соединен с нижним коллектором схемы В и наоборот. Вы­ход схемы А подан на базу дополнительной инжекционной схе­мы, которая является инвертором. Благодаря этому при подаче сигнала на вход А на выходе этой схемы он инвертируется; вто­рая схема инвертирует сигнал вторично и возвращает его в ис­ходное состояние. Когда же сигнал подается на вход В, то он инвертируется только один раз, и поэтому полярность сигнала на выходе окажется противоположной сигналу на входе. ^ Рис. 14.8. Схема фиксации с диодами Шоттки. При подаче сигнала на вход А он появляется на выходе пос­ле второго инвертора в неинвертированном виде. Однако с пер­вой инжекционной схемы этот же сигнал подается и на выход нижней схемы, а так как здесь он не подвергается повторной операции инвертирования, на нижнем выходе вентиля сигнал появляется в инвертированном виде (А). Аналогичным образом при подаче импульса на вход В на нижнем коллекторе схемы и на выходе он появится в инвертиро­ванном виде (В). Выходной сигнал с верхнего коллектора ниж­ней схемы подается одновременно на верхнюю схему и выход­ной инвертор. Следовательно, на верхнем выходе этот сигнал появится в неинвертированном виде. Таким образом, выходные сигналы в такой схеме появляются в случае подачи сигнала ИЛИ на вход Л, ИЛИ на вход В, ИЛИ на оба входа вместе, а выходной сигнал получается как в инвертированном, так и в неинвертированном виде. Путем добавления других схем, ана­логичных показанной на рис. 14.7, можно получить схему с большим числом входов и выходов. ^ 14.7. Схема фиксации с диодами Шоттки Для улучшения характеристик логических схем в интеграль­ной технике широко применяются специальные приборы, назы­ваемые диодами Шоттки. Эти диоды выполняют функции переключения с значительно более высокой скоростью, чем обычные диоды. Кроме того, бла­годаря небольшому падению напряжения на диодах Шоттки по­тери мощности в таких диодах минимальны. Условное изобра­жение диодов Шоттки (рис. 14.8) отличается от принятого для обычных диодов. В схеме на рис. 14.8 диоды Шоттки используются для фик­сации выходных сигналов вентилей инжекционного типа. Эти диоды ограничивают амплитуду сигналов, подаваемых на вход логических схем, и уменьшают время переключения, которое имело бы место при чрезмерно большой амплитуде сигналов. Применение фиксирующих диодов Шоттки позволяет увеличить скорость переключения инжекционного вентиля примерно в 5 — 6 раз. Приведенная на рисунке схема применяется в вентилях инжекционного типа фирмы IBM для уменьшения амплитуд сигналов, превышающих 500 мВ, до уровня 150 — 300 мВ. Глава 15 ^ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ПЕРЕДАЮЩИХ И ПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ 15.1. Передатчик АМ-сигналов Рис. 15.1. Блок-схема передатчика с A.M. Схема передающего устройства, показанная на рис. 15.1, применяется для генерирования АМ-сигналов, которые переда­ются в широковещательных радиосистемах. (Соответствующий приемник АМ-сигналов рассмотрен в разд. 15.5). Как показано на рис. 15.1, высокочастотный генератор с кварцевой стабили­зацией генерирует колебания несущей частоты. С выхода гене­ратора колебания подаются на стандартный буферный усили­тель класса С или умножитель частоты, после чего амплитуда и частота сигнала принимают такие значения, которые требу­ются для управления высокочастотным усилителем мощности. Сигналы с микрофона, звукоснимателя или магнитофона пода­ются на предварительный усилитель. Далее для повышения амплитуды сигнала применяются звуковой усилитель и выход­ной усилитель мощности, с выхода которого сигнал использу­ется для модуляции несущей (более подробно см. гл. 6). Если сигнал с модулирующего усилителя класса С подается непосредственно в антенну, как показано на рисунке, то такую схему называют схемой модуляции на высоком уровне мощно­сти (модуляция осуществляется при наибольшей мощности не­сущей). Если же после модулятора используется линейный уси­литель класса В (показан штриховой линией), выход которого присоединяется к антенне, тогда имеет место схема модуляции на низком уровне мощности (модуляция производится при наи­меньшей мощности несущей). В результате амплитудной модуляции для каждого сигнала звуковой частоты образуются сигналы верхней и нижней боко­вых частот. Таким образом, если несущая частота 100 кГц мо­дулируется сигналом частотой 1000 Гц, то образуются сигналы с частотами 101 и 99 кГц. Это сигналы боковых полос, и вме­сте с несущей они образуют сложный радиосигнал, амплитуда высокочастотных колебаний которого изменяется с частотой мо­дулирующего звукового сигнала. Так как боковые составляю­щие отстоят от несущей на частоту модулирующего сигнала, то при большей частоте модулирующего сигнала боковые составляющие будут дальше отстоять от несущей частоты, и, следова­тельно, для передачи и приема будет требоваться более широ­кая полоса частот. ^ 15.2. Одноканальный передатчик с ЧМ Существует несколько методов получения ЧМ-сигналов, Блок-схема передатчика с непосредственной частотной модуля­цией приведена на рис. 15.2. Неотъемлемой частью такой схе­мы является реактансная схема. Для получения сигнала, моду­лированного по частоте, требуется изменять частоту несущей со скоростью, зависящей от частоты модулирующего сигнала. Таким образом, если частота модулирующего сигнала равна 100 Гц, частота несущей после модуляции будет отклоняться от средней частоты в обе стороны 100 раз в секунду. Аналогично, если частота модулирующего сигнала равна 2 кГц, то частота модулированного сигнала будет изменяться 2000 раз в секунду. Величина же отклонения частоты от ее среднего значения опре-дечяется амплитудой модулирующего сигнала. При увеличении амплитуды модулирующего сигнала отклонение частоты несу­щей от среднего значения возрастает. Поскольку частота несущей непрерывно изменяется в про­цессе частотной модуляции, генератор несущей должен позво­лять осуществлять перестройку частоты. Для того чтобы часто­та несущей была стабильной, применяется кварцованный авто­генератор. Кроме того, для той же цели используется схема ав­томатической подстройки частоты. Рис. 15.2. Блок-схема передатчика с непосредственной ЧМ. Генератор с регулируемой частотой в схеме на рис. 15.2 име­ет частоту, равную ~ 1/18 частоты несущей. Таким образом, если частота несущей равна 90 МГц, то частота генератора составит 5 МГц. Максимальное отклонение (девиация) частоты поддер­живается в пределах 4,2 кГц с тем, чтобы обеспечить линей­ную частотную модуляцию. Если, например, отклонение частоты генератора равно 4 кГц, то отклонение частоты на выходе со­ставит 72 кГц, так как за счет умножения отклонение частоты также увеличивается в 18 раз. В данной схеме кварцованный автогензратор вырабатывает колебания частотой 2,8 МГц. Затем эта частота удваивается до 5,6 МГц и подается на смеситель, на который также поступают сигналы частотой 5 МГц от генератора с регулируемой часто­той. На выходе смесителя образуется сигнал разностной часто­ты 600 кГц, который поступает на схему автоматической под­стройки частоты (АПЧ). При работе схемы в ней поддерживается устойчивое состоя­ние. Если частота генератора отклоняется от значения 5 МГц, то сигнал разностной частоты на выходе смесителя не будет совпадать с резонансной частотой, на которую настроена схема АПЧ. В результате на выходе схемы АПЧ появится напряжение, которое будет действовать как управляющий сигнал, кор­ректирующий уход частоты генератора (см. также разд. 4.6). Как показано на рисунке, управляющий сигнал с выхода схемы АПЧ проходит через фильтр нижних частот и подается на реактансную схему. Последняя осуществляет коррекцию ухода частоты генератора с регулируемой частотой (см. гл. 12). Фильтр нижних частот используется для того, чтобы модули­рующие колебания, которые содержатся в сигнале 0,6 МГц, не попадали на реактансную схему. Этот фильтр обычно пропуска­ет сигналы частотой не более 10 Гц. Благодаря исключению сигналов звуковой частоты они не будут оказывать влияния на функцию управления. Если же звуковые составляющие не бу­дут отфильтрованы, то они приведут к появлению реактивно­сти, противоположной по знаку той, которая возникает под действием сигналов, подаваемых с модулирующей схемы. В ре­зультате частотная модуляция несущей может свестись к нулю. Так как уход частоты генератора с регулируемой частотой про­исходит с очень небольшой скоростью, то изменение напряже­ния на выходе схемы АПЧ происходит с частотой значительно ниже 10 Гц, т. е. в пределах полосы фильтра нижних частот. Другой метод получения ЧМ-сигналов представлен на рис. 15.3. Вначале осуществляется амплитудная модуляция, ко­торая затем преобразуется в частотную путем смещения боко­вых составляющих на 90° и воссоединения боковых составляю­щих и несущей. Здесь используется маломощная частотная мо­дуляция, поэтому образуются только две боковые составляю­щие достаточной амплитуды. Путем сдвига фазы боковых со­ставляющих получается фазовая модуляция, которая может быть преобразована в частотную при помощи схемы коррекции. В схеме на рис. 15.3 используется кварцованный автогенера­тор, сигналы которого после умножения частоты образуют не­сущую. Звуковые сигналы с усилительного выходного каскада подаются на балансный модулятор, на который поступают так­же сигналы с кварцованного автогенератора. В балансном мо­дуляторе осуществляется амплитудная модуляция несущей звуковыми сигналами. Две боковые составляющие АМ-сигнала подаются на квадратурную фазосдвигающую схему. Две боко­вые полосы затем объединяются с несущей, которая подается от кварцованного автогенератора через буферный усилитель. Таким образом, осуществляется косвенная частотная модуля­ция. В последующих каскадах происходит умножение частоты до требуемого значения. В балансном модуляторе несущая по­давляется, так что на его выходе получаются только сигналы боковых составляющих (см. гл. 6). ^ Рис. 15.3. Блок-схема передатчика с косвенной ЧМ. При фазовой модуляции девиация несущей является функ­цией частоты звукового модулирующего сигнала, умноженной на максимально допустимый сдвиг фазы. Следовательно, более высокой частоте звукового сигнала будет соответствовать большая величина девиации несущей в отличие от частотной модуляции, где девиация зависит только от амплитуды звуко­вого сигнала. Для уравнивания девиации с тем, чтобы она со­ответствовала значению, которое имеет место при ЧМ, вводит­ся корректирующая цепь, показанная на рис. 15.3. Эта цепь со­стоит из последовательного резистора и параллельного конден­сатора. Сопротивление pesncTqpa выбирается таким образом, чтобы оно было значительно больше реактивного сопротивления конденсатора во всем диапазоне звуковых частот. Поэтому осу­ществляется компенсация характеристик, полученных во время фазовой модуляции сигналов, и на выходе сигнал приобретает свойства ЧМ-сигнала. Выходной сигнал с корректирующей цепи снимается с кон­денсатора, поэтому амплитуда сигналов изменяется в зависи­мости от частоты. На низких частотах конденсатор имеет боль­шое реактивное сопротивление и оказывает слабое шунтирующее действие В этом случае амплитуда сигнала, по существу, полностью передается на следующий каскад. Однако на более высоких частотах реактивное сопротивление конденсатора уменьшается так что он оказывает более сильное шунтирующее влияние Поэтому при возрастании частоты амплитуда сигна­лов поступающих с корректирующей схемы на выходной уси-титель уменьшается. Эта операция, обратная процессу фазо­вой модуляции, приводит к компенсации последней. В резуль­тате осуществляется процесс, эквивалентный стандартной час­тотной модуляции, при которой одинаковым амплитудам звуко­вых сигналов соответствуют одинаковые отклонения частоты несущей независимо от частоты. ^ 15.3. Многоканальный передатчик с ЧМ Как было показано ранее в разд. 6.4, в радиовещательных ЧМ-системах 100%-ная модуляция определяется как девиация частоты по 75 кГц в обе стороны от несущей. В ЧМ стерео- или других многоканальных системах передача должна осуществ­ляться таким образом, чтобы спектр частот оставался в задан­ных пределах определяемых указанной 100%-ной модуляцией. Таким образом, в процессе стереопередачи различные модули­рующие сигналы не должны приводить к превышению преде­лов определяемых 100%-ной модуляцией. В системах высокого качества модулирующие звуковые сиг­налы обычно находятся в диапазоне частот 30 Гц- 15 кГц. Мо­гут быть использованы и более высокие модулирующие часто­ты но при условии, что их амплитуда не будет слишком вели­ка и полоса частот не превысит заданных пределов. При более высокой частоте модулирующих сигналов скорость девиации несущей возрастает. Таким образом, применение более высоко­частотных модулирующих сигналов позволяет реализовать удобный метод формирования сигналов в многоканальных (сте­рео-) системах. ^ Рис. 15.4. Стереопередатчик с ЧМ. Пои передаче стереосигналов должна обеспечиваться совме­стимость т. е. возможность приема как стерео-, так и обычным одноканальным приемником. Для обеспечения совместимости стереостанции ведут передачу моносигнала, получаемого сложе­нием двух сигналов от разных источников. При этом звуковые сигналы с левого и правого микрофонов подаются на модули­рующую схему основного ЧМ-передатчика, который является основным каналом. Такой способ иллюстрируется на рис. 15.4, ?де сигналы левого (Л), и правого (П) каналов подаются на моносмеситель. Эти сигналы затем поступают на модулятор ге­нератор несущей и другие схемы, составляющие основной ЧМ-передатчик. Для передачи стереосигналов требуются дополнительные схемы, которые образуют отдельно левый и правый каналы. С этой целью формируется разностный сигнал путем вычитания правого сигнала из левого (правый и левый сигналы подаются на смеситель со сдвигом фаз 180°). Разностный сигнал исполь­зуется для модуляции дополнительной несущей (называемой поднесущей) по амплитуде (AM), в результате чего образуются боковые составляющие. Эти боковые составляющие отдельно модулируют несущую по частоте. Поднесущая частота подавляется, и поэтому при приеме стереосигналов она должна вос­станавливаться в приемнике (см. разд. 15.7). Частота поднесущей равна 38 кГц (генератор вырабатывает частоту 19 кГц, которая затем удваивается для получения тре­буемой частоты 38 кГц). Сигнал частотой 19 кГц также пере­дается (путем модуляции несущей) для синхронизации стерео-детектора в приемнике. При этом сигнал частотой 19 кГц, назы­ваемый пилот-сигналом, осуществляет неглубокую модуляцию несущей (приблизительно 10%). Этого оказывается достаточно для удвоения этой частоты с целью восстановления поднесущей 38 кГц в приемнике. В приемнике поднесущая демодулируется вместе с боковыми составляющими стереосигнала (см. рис. 9.6). Боковые составляющие, которые получаются в результате модуляции поднесущей частотой 38 кГц разностным сигналом, не совпадают с модулирующими моносигналами; боковые со­ставляющие располагаются в диапазоне частот 23 — 53 кГц. Как и в случае моносигнала, диапазон частот звуковых стерео­сигналов находится в пределах 30 Гц — 15 кГц. Таким образом, многоканальный модулирующий сигнал при ЧМ-стереопередаче состоит из моносигнала (Л + П), частота которого лежит в зву­ковом диапазоне 30 Гц — 15 кГц, пилот-сигнала (поднесущей) частотой 19 кГц и (Л — П)-сигнала (23 — 53 кГц) с подавленной при передаче несущей частотой 38 кГц. При передаче музыкаль­ных записей производится также модуляция основной несущей сигналами по двум каналам при помощи вспомогательного ге­нератора, как показано на рисунке штриховыми линиями. Метод совмещения каналов (subsidiary communications aut­horization — SCA) позволяет в передающей станции использо­вать дополнительные каналы, кроме канала обычного радиове­щания. ЧМ-канал используется для радиовещания, а совме­щенный (SCA) канал — только для передачи сигналов со звуко­снимателя, например для звукового сопровождения и других вспомогательных целей. Как показано на рис. 15.4, вспомога­тельный генератор является по существу миниатюрным ЧМ-пе-редатчиком (по сравнению с основным передатчиком) с часто­той поднесущей 67 кГц. ^ 15.4. Телевизионный передатчик В телевидении изображение передается по способу ампли­тудной модуляции несущей, как и при обычной АМ-радиопере-даче. Для передачи сигналов звукового сопровождения исполь­зуется частотная модуляция. Разность между частотами несу­щей изображения и несущей звука составляет 4,5 МГц (см. рис. 5.14, а). При передаче черно-белого изображения требуется переда­вать и сигналы для синхронизации кадровой и строчной раз­верток. Однако в цветном телевидении при модуляции несущей используются, кроме того, сигналы цветности и дополнительные синхронизирующие сигналы. В черно-белом телевизионном приемнике задающий генера­тор вырабатывает колебания основной частоты, из которых по­лучают сигналы для схем развертки. Частота колебаний за­дающего генератора равна 31,5 кГц. Для получения частоты строчной (развертки 15750 Гц она делится на два, а для полу­чения частоты кадровой развертки 60 Гц ее делят на 7, 5, 5 и 3. В случае передачи цветного изображения эти частоты не­сколько отличаются из-за особенностей ширины спектра и син­хронизации. При цветной передаче требуется генерировать под-несущую и осуществлять ее модуляцию для получения боковых составляющих сигналов цветности, а затем несущую требуется подавить ввиду того, что отведенная для передачи полоса ча­стот ограничена. Поэтому в приемнике несущую следует вос­становить и смешать с боковыми составляющими для после­дующей демодуляции цветоразностных сигналов. Таким образом, частота строчной развертки в цветном теле­визионном приемнике равна 15734,264 Гц, а частота поднесу-щей при этом составляет 3,579545 МГц (3,58 МГц). Частота кадровой развертки в цветном телевизионном приемнике равна 59,94 Гц. Так как частоты строчной и кадровой разверток в цветном приемнике близки к соответствующим частотам в чер­но-белом приемнике, то при нормальных условиях работы не возникает никаких проблем при переходе от приема черно-бело­го изображения к цветному. Основные блоки передающего устройства цветного телеви­дения показаны на рис. 15.5. Передающая камера цветного те­левидения со специальной передающей трубкой и линзовой си­стемой воспринимает три основных цвета изображения. Исходя из принципа аддитивности цвета, такими цветами являются красный (R), синий (В) и зеленый (G). Как следует из схемы, приведенной на рис. 15.5, схемы уси­ления и развертки формируют на выходе три составляющих (сигналы красного, зеленого и синего) передаваемого изобра­жения. Сигналы R, G и В далее подаются на три матричные схемы, две из которых содержат фазоинверторы. Выходные сиг­налы матриц обозначены У, 7 и Q. Сигнал У, как было отмече­но выше, называют яркостным сигналом. Он получается сложе­нием трех сигналов основных цветов — красного, зеленого и си­него — в соотношении 0,3:0,59:0,11. Соблюдение такого соот­ношения необходимо для компенсации неодинаковой чувстви­тельности глаза человека к различным цветам. Рис. 15.5. Блок-схема цветного телевизионного передатчика. Два основных цветоразностных сигнала состоят из I-сигна­ла (в фазе) и Q-сигнала (квадратурного). Сигнал I содержит 0,6 сигнала красного, 0,28 сигнала зеленого и 032 сигнала си­него. Соотношение этих составляющих для сигнала Q следую­щее: R : G : B = 0,21 : 0,52 : 0,13. Сигналы I и Q подаются на балансные модуляторы, где они модулируют две поднесущие частотой 3,58 МГц, сдвинутые по фазе на 90°, причем сигнал I опережает сигнал Q. В баланс­ных модуляторах поднесущая и сигналы I и Q подавляются, а на выход проходят только боковые колебания поднесущей. Сигнал У через фильтр поступает на сумматор, куда подаются также выходные сигналы с балансных модуляторов. Формирователь сигналов цветовой синхронизации, на кото­рый поступают сигналы от генератора частотой 3,58 МГц, вы­рабатывает 9-периодный сигнал частотой 3,58 МГц, который передается на заднем уступе строчного гасящего импульса и служит для синхронизации генератора поднесущей в приемни­ке (см. разд. 4.6). Все сигналы, включая синхронизирующие сигналы и гасящие импульсы строк и полей, складываются в сумматоре. Сформированный таким образом полный телевизи­онный сигнал подается на усилитель-модулятор, где при необхо­димости он усиливается, и затем поступает на оконечный моду­ляционный каскад, работающий в режиме усиления класса С. Как и в других передатчиках с AM, здесь используется генера­тор с кварцевой стабилизацией. Сигналы с этого генератора умножаются по частоте, усиливаются и подаются на усилитель класса С. Для передачи сигналов звукового сопровождения ис­пользуется отдельный передатчик с ЧМ. Таким образом, в те­левизионном передающем устройстве используются два передат­чика: один с амплитудной, а другой с частотной модуляцией. ^ 15.5. Приемник АМ-сигналов Блок-схема приемника АМ-сигналов изображена на рис. 15.6. Здесь представлена супергетеродинная схема приема, которая положена в основу большинства приемников, используемых в системах связи. Сигнал с выхода антенны через ВЧ-усилитель (см. рис. 3.4) поступает на преобразователь частоты, включающий в себя ге­теродин и смеситель. В приемниках с низкой чувствительностью высокочастотного усилителя может и не быть; тогда сигнал с выхода антенны подается непосредственно на преобразователь, как показано на рисунке штриховой линией (см. также рис. 4.2). Гетеродин преобразователя вырабатывает колебания тре­буемой частоты, которые, смешиваясь в смесителе с принимае­мыми колебаниями модулированной несущей, образуют на вы­ходе смесителя колебания промежуточной (разностной) часто­ты. Значение промежуточной частоты 455 кГц является стан­дартным для радиовещательных приемников [Промежуточная частота приемников, используемых в различных обла­стях радиоэлектроники, изменяется в очень широких пределах. — Прим. Ред]. Рис. 15.6. Блок-схема супергетеродинного приемника. Со смесителя сигнал подается на усилитель промежуточной частоты для дополнительного усиления и фильтрации мешаю­щих сигналов, которые появляются в процессе гетеродинирова-ния. После усиления сигнал промежуточной частоты демодули-руется в детекторе, и выделяется звуковой сигнал. Так как звуковые сигналы на выходе детектора довольно слабые, их усиливают в обычном звуковом усилителе до уровня, необходи­мого для их дальнейшего воспроизведения в громкоговорителе. Независимо от частоты принимаемых сигналов промежуточ­ная частота приемника сохраняет определенное значение. Для этого настроечные конденсаторы высокочастотного усилителя, смесителя и гетеродина связывают между собой, так что в про­цессе настройки их роторы вращаются одновременно. Парал­лельно каждому из основных конденсаторов настройки включа­ют подстроечный конденсатор небольшой емкости для обеспе­чения точной настройки во всем диапазоне работы приемника (см. рис. 4.2). Таким образом, независимо от частоты прини­маемого сигнала гетеродин обеспечивает получение сигнала промежуточной (строго фиксированной) частоты; обычно часто­та гетеродина выше несущей частоты сигнала. Следовательно, если станция ведет передачу на частоте несущей 1000 кГц, то для получения разностной частоты 455 кГц частота колебаний гетеродина должна быть равна 1455 кГц. ^ 15.6. Одноканальный приемник ЧМ-сигналов Блок-схема одноканального приемника ЧМ-сигналов изобра­жена на рис. 15.7. Эта схема аналогична схеме приемника АМ-сигналов (рис. 15.6), за исключением того, что здесь ис­пользуется частотный, а не амплитудный детектор (см. гл. 7). Рис. 15.7. Блок-схема одноканального приемника ЧМ-сигналов. Хотя блок-схемы AM- и ЧМ-приемников схожи, тем не менее имеется существенное различие между их схемными реализа­циями, обусловленное тем, что ЧМ-приемники используются в диапазоне существенно более высоких частот. Так как радиове­щательная полоса частот с частотной модуляцией лежит в пре­делах 88 — 108 МГц, входная часть смесителя и гетеродин долж­ны строиться таким образом, чтобы минимизировать потери,, действующие на высоких частотах. Стандартное значение про­межуточной частоты здесь равно 10,7 МГц, и так же, как и в приемнике АМ-сигналов, при перестройке приемника оно сохра­няется неизменным. Как и в случае АМ-приемника, гетеродин вырабатывает колебания, частота которых на 10,7 МГц выше частоты принимаемого сигнала. При приеме сигналов различ­ной частоты гетеродин отслеживает настройку ВЧ-усилителя и смесителя и обеспечивает получение фиксированного значения промежуточной частоты. Каскады УПЧ также должны проектироваться с учетом их работы на более высоких частотах и обеспечивать минималь­ные потери на этих частотах. В схеме применяется специаль­ный детектор, чувствительный к изменениям частоты сигнала, описанный в гл. 7. После детектора вводится цепь частотной коррекции для компенсации частот сигнала, «подчеркнутых» передатчиком (см. разд. 6.8). ^ 15.7. Многоканальный приемник ЧМ-сигналов Рис. 15.8. Блок-схема стереоприемника ЧМ-сигналов. Как было показано в разд. 15.3, многоканальная система позволяет передавать несколько сигналов одновременно. Такая необходимость возникает в ЧМ-стереовещашш для передачи дополнительных боковых составляющих, которые требуются при нескольких звуковых каналах. Для модуляции использует­ся дополнительная несущая, называемая поднесущей, которая и позволяет получить необходимые боковые составляющие в спек­тре сигнала. После получения боковых полос поднесущая по­давляется в передатчике с целью экономии полосы частот. Сле­довательно, в приемнике поднесущая должна быть восстанов­лена и вместе с боковыми составляющими подана на детектор. Частота поднесущей равна 38 кГц. Так как сигнал такой ча­стоты должен воспроизводиться в приемнике с высокой точ­ностью, то производится передача сигналов, используемых при­емником для синхронизации. Таким синхронизирующим сигна­лом является пилот-сигнал, т. е. поднесущая частотой 19 кГц. В приемнике эта частота удваивается до требуемого значения 38 кГц, Блок-схема многоканального (стерео-) ЧМ-приемника пока­зана на рис. 15.8. Заметим, что первый блок представляет собой одноканальный ЧМ-приемник, состоящий из блока настройки, УПЧ и детектора. Корректирующая цепь здесь исключена, так как она используется в последующих схемах. Напряжение на выходе детектора содержит все виды при­нятых сигналов. В случае, когда принимается стереосигнал, сигнал на выходе детектора содержит боковые составляющие ле­вого (Л) и правого (П) сигналов, пилот-сигнал поднесущей и моносигнал; перечисленные сигналы образуют составной (пол­ный) ЧМ-сигнал. Как показано на рис. 15.8, для увеличения амплитуды полного сигнала до величины, необходимой для его последующей обработки, применяется специальный усилитель. Сигнал с выхода этого усилителя подается на резонансный усилитель, настроенный на частоту 19 кГц, и заградительный фильтр, настроенный на такую же частоту. С усилителя сигнал поступает на схему удвоения частоты до 38 кГц и далее пода­ется на мостовой балансный демодулятор. Заградительный фильтр пропускает сигналы всех частот, кроме пилот-поднесу-щей частотой 19 кГц. Следовательно, на его выходе будут со­держаться (Л + П) -сигналы в диапазоне 50 Гц — 15 кГц, боко­вые составляющие (Л — П) с полосой частот 23 — 53 кГц и сигнал частотой 67 кГц, предназначенный для приема сигналов только определенной станции. Такой дополнительный сигнал передается с целью музыкального сопровождения передачи или обеспечения служебной связи. Для приема этих специальных сигналов необходимо иметь декодирующее устройство. В обыч­ных радиовещательных стереоприемниках дополнительные сиг­налы подавляются при помощи заградительного фильтра, на­строенного на частоту 67 кГц. После этого остальные сигналы подаются на балансный мостовой демодулятор вместе с подне­сущей частотой 38 кГц. В демодуляторе боковые составляющие смешиваются с под-несущей и производится их совместное детектирование. Коррек­тирование сигналов левого и правого каналов осуществляется отдельно для каждого канала, а общий потенциометр между ка­налами позволяет регулировать баланс сигналов левого и пра­вого каналов (см. разд. 9.9). Сигналы левого и правого кана­лов затем поступают на отдельные усилители и, наконец, на два отдельных громкоговорителя стереосистемы. ^ 15.8. Телевизионный приемник Основные блоки цветного телевизионного приемника показа­ны на рис. 15.9. Блоки, изображенные на рисунке двойными ли­ниями, необходимы для приема сигналов цветного изобра­жения. Рис. 15.9. Блок-схема цветного телевизионного приемника. В блоке настройки (переключателе телевизионных про­грамм) имеются две секции: для приема в диапазоне метровых волн и в диапазоне дециметровых волн. Выходы с этих секций подаются на общий вход усилителя промежуточной частоты. В цветном телевизионном приемнике УПЧ должен иметь более широкую полосу частот для обеспечения хорошей цветопереда­чи изображения. Поэтому УПЧ должен пропускать сигналы сшириной спектра до 4,2 МГц. При такой широкой полосе вели-­ка возможность возникновения помех, поэтому должны быть, предусмотрены меры по частичному снижению уровня звуковых сигналов. В результате на входе видеодетектора амплитуда не­сущей звука будет несколько меньше, а для ее детектирования используется отдельный детектор в звуковом канале (см. гл.7). Промежуточная частота в звуковом канале равна 4,5 МГц, так же как и в черно-белом телевизионном приемнике. Сигналы цветности с выхода видеоусилителей подаются на соответствую­щие детекторы через полосовые усилители, как показано на рис. 15.9. Сигнал яркости У, несущий информацию о яркости передаваемой сцены и обеспечивающий передачу черно-белого изображения, подается на катод трехпрожекторного цветного кинескопа. На внутренней поверхности переднего стекла колбы кинескопа нанесено множество триад люминофорных кружков с красным, синим и зеленым цветами свечения, на которые на­правлены электронные лучи соответствующих электронных про­жекторов. Таким образом, при приеме черно-белого изображе­ния в цветном приемнике должны светиться все три цветных люминофора, свечение которых, смешиваясь, дает черно-белое изображение. Три цветоразностных сигнала (исключая сигнал У) поступа­ют каждый на отдельную управляющую сетку трехпрожектор­ного кинескопа. Усилитель импульсов цветовой синхронизации пропускает сигнал частотой 3,58 МГц (см. разд. 4.6) и обеспе­чивает синхронизацию генератора поднесущей частотой 3,58 МГц. Выходной сигнал этого генератора поступает на де­текторы сигналов цветности, где боковые колебания поднесу­щей смешиваются с самой поднесущей и происходит детектиро­вание цветоразностных сигналов. Синхронизирующие сигналы с видеоусилителя подаются на схемы строчной и кадровой раз­верток (см. гл. 2 и 4). Так же, как и в черно-белом телевизионном приемнике, им­пульсы с устройства строчной развертки после увеличения их амплитуды и выпрямления используются для получения высо­кого напряжения, подаваемого на второй анод кинескопа. Для стабилизации высокого напряжения часто применяется высоко­вольтный стабилизатор. Для фокусирующего электрода также вырабатывается дополнительное напряжение. (Такая схема была описана в гл. 2.) В системах строчной и кадровой раз­верток имеются схемы сведения лучей, которые служат для точной регулировки совмещения трех цветных изображений на экране кинескопа. Это позволяет создать такие условия, когда каждый луч направляется в определенную точку экрана, бла­годаря чему обеспечивается соответствующее воспроизведение цветов на экране кинескопа.

Сверхвысокочастотный диод — полупроводниковый диод, предназначенный для работы в сантиметровом диапазоне волн. Диод содержит между двумя сильно легированными областями высокой проводимости n+ и p+ активную базовую i-область с низкой проводимостью и большим временем жизни носителей заряда, то есть p-i-n-переход. Это позволяет снизить его емкость и повысить частоту работы элемента.

Проводимость диода зависит от длины волны, интенсивности и частоты модуляции падающего излучения. Обедненный слой существует почти во всей области собственной электропроводности, которая имеет постоянную ширину даже при обратном включении. Область собственной электропроводности может быть расширена с помощью увеличения зоны рекомбинирования электронов и дырок. Этим обуславливается применение p-i-n диодов в фотодетекторах.

Сверхвысокочастотные диоды подразделяют на:

• смесительные (например: 2А101 — 2А109);

• детекторные (например: 2А201 — 2А203);

• параметрические (например: 1А401 — 1А408);

• переключательные и ограничительные (например 2А503 — 2А524);

• умножительные и настроечные (например: 2А601 — 2А613);

• генераторные (3А703, 3А705).

В зависимости от внутреннего строения диода и используемых в нем физических эффектов диоды СВЧ бывают множества самых различных подтипов. Часто диоды одного подтипа могут использоваться в устройствах различного назначения. Например, и как умножительные, и как смесительные и т.д. Наиболее известны и распространены следующие виды диодов СВЧ: лавинно-пролетные диоды (диоды Рида, диоды Мисавы, диоды Тагера и т.д.), p-i-n диоды, диоды Ганна, точечно-контактные диоды, диоды с переходом Шоттки или Мотта и др.

Содержание:

• Полевой транзистор с плавающим затвором.

• МНОП транзистор.

Полевой транзистор с плавающим затвором.

Если затвор обычного полевого транзистора модифицировать введением дополнительного металл-полупроводникового “сэндвича” (плавающий затвор), новая структура может служить элементом па­мяти, длительно сохраняющим накопленный заряд. Схематически рисунок полевого транзистора с плавающим затвором,котроый явля­ется в основном р-канальным прибором в режиме обогащения, предс­тавлен на рис.4.1.

Рис.4.1 МОП транзистор с плавяющим затвором.

Затвор выполнен в виде “сэндвича”: изолятор - металл - изолятор - металл. Если толщина нижнего слоя достаточно мала, так что возможен контролируемый полем механизм перехода электронов, такой, как туннелирование или внутренняя полевая эмис­сия, то положительное смещение на верхнем затворе относительно полупроводни­ка вызовет накопление электронов в плавающем затворе при условии, что перемещение электронов через верхний диэлектрический слой мало. Эти условия могут быть выполнены подбором диэлектрических слоев таким образом, что от­ношение диэлектрических проницаемостей e₁ / e₂ мало и (или) высота барьера в втором слое меньше, чем во втором. Кроме того, толщина плавающего затвора должна быть достаточно большой, чтобы эмитированные электроны были бы близки к уровню Ферми металла ПЗ, прежде чем достигнут второго диэлектрического слоя, толщина которого должна быть большой, с тем чтобы не допустить пере­носа носителей в нем. Величина заряда Q, накопленного за время t определится из уравнения: , где J(t)-величина инжекционного тока в момент времени t.

Когда возникает необходимость быстро разрядить плавающий затвор, необходимо приложить к внешнему затвору напряжение, при­мерно равное по величине и противоположное по знаку напряже­нию, которое использовалось при зарядке.Очевидно,что в плавающем затворе может быть накоплен и суммарный положительный заряд (убыль электронов), если подобрать подходящее по продолжительнос­ти и величине разряжающее напряжение на затворе.

МДП-транзистор с плавающим затвором может быть использован в качестве элемента памяти со временем хранения, равным времени диэлектрической релаксации структуры. Затвор с таким элементом памяти обеспечивает возможность непрерывного считывания без раз­рушения информации (с электродов сток-исток), причем запись и считывание могут быть выоплнены в очень короткое время, например в наносекундный интервал или даже меньше.

МНОП транзистор.

МНОП-структуры (металл - нитрид кремния - оксид кремния - по­лупроводник) в настоящее время используются при конструировании ячеек памяти энергонезависимых запоминающих устройств, благодаря эффекту накопления объемного заряда на глубоких ловушках в под­затворном диэлектрике. На рис.4.2 приведена конструкция МНОП-транзистора, используемого в качестве элемента памяти интегральных схем.

Рис.4.2. Конструкция МНОП-транзистора. 1 - металлический затвор; 2,3 - области истока и стока соответственно; 4 - подложка.

Эффект памяти ос­нован на изменении порогового напряжения транзистора при наличии захваченного в подзатворном диэлектрике заряда определенного знака. Положительный или отрицательный заряд хранится на глубо­ких ловушках в нитриде кремния вблизи границы SiO₂ - Si₃N₄ и пе­реписывается при приложении к затвору импульсов напряжения дос­таточно большой амплитуды. В хорошо сконструированной ячейке па­мяти заряд может сохраняться многие годы. Основными факторами, влияющими на запись и хранение заряда, являются электрическое поле, температура и радиация.

Зонная диаграмма МНОП структуры представлена на рис.4.3. При приложении импульса напряжения определенной полярности к метал­лическому затвору происходит инжекция носителей заряда из полуп­роводниковой подложки через слой SiO₂ во второй диэлектрик (нит­рид кремния) и захват в нем заряда (рис.4.4). Стирание инфор­мации (возврат структуры в исходное состояние) осуществляется подачей на структуру импульса напряжения, противоположного по знаку записывающему.