Цифровая электроника и её основные характеристики
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
свойство позволяет тратить для размещения переключателей меньшую площадь поверхности кристалла по сравнению с биполярным транзистором. Второй тип полевого транзистора - полевой транзистор с управляющим р-п переходом в структурном отношении занимает промежуточное положение между биполярным транзистором и полевым МОП-транзистором. Данный тип полевого транзистора имеет две структурные разновидности. Он может быть выполнен с горизонтальным или вертикальным встроенными каналами. Третьим классификационным признаком транзисторов - переключателей является вид вольт-амперных характеристик (ВАХ). ВАХ бывает двух принципиально различных типов: нормально закрытого и нормально открытого. Транзисторы различных принципов действия и различных структурных видов, которые закрыты при напряжении на управляющем электроде, равном нулю, является нормально закрытыми (ИЗ). Типичные ВАХ транзисторов НЗ типа приведены на рис. Д. 2.5 и Д. 2.6.
Рис. 6 ВАХ биполярных транзисторов
К НЗ транзисторам относятся биполярные транзисторы, полевые транзисторы с управляющим р-п переходом, МОП транзисторы с индуцированным каналом и полевые транзисторы Шоттки. К транзисторам нормально открытого типа (НО) относятся полевые транзисторы со встроенным каналом. Типичные ВАХ транзисторов НО типа приведены на рис.6
Следствием принципиальных различий в НЗ и НО ВАХ является то, что транзисторы как переключатели могут быть разделены на приборы, управляемые током и приборы, управляемые напряжением. Это обстоятельство является очень важным с точки зрения энергетики производства информации. Дело в том, что отпирание переключателя НЗ типа неизбежно сопровождается потреблением тока и, следовательно, энергии по входной цепи (см. рис 6 и 7). В подавляющем большинстве переключателей эта энергия термализуется по мере потребления. Другое дело в переключателях НО типа. В этих приборах запирание производится путем подачи на управляющий электрод (затвор полевого транзистора) напряжения.
В любом из известных типов НО элементарных переключателей - МОН транзисторов, НТШ и полевом транзисторе с управляющим р-п переходом ток по входной цепи не потребляется. Следовательно, не потребляется и энергия от источника питания.
Рис. 7 ВАХ полевых транзисторов с управляющим переходом (ПТУП)
Энергия накапливается на входной емкости (емкости затвористок) транзистора. Важно подчеркнуть, не рассеивается по мере отпирания, как это имеет место в биполярных транзисторах, а накапливается. Это обстоятельство создает предпосылки для ее повторного использования при производстве информации. Повышение скорости обработки цифровой информации, прежде всего, обязано совершенствованию структур.
Прогресс в области микроэлектроники в целом и в области цифровой техники в частности на протяжении более пятидесяти лет обусловлен в основном за iет совершенствования транзисторов на базе развития технологии. Совершенствование транзисторов ведется по следующим стратегическим направлениям. Первое - уменьшение геометрически размеров классических типов транзисторов традиционных конструкций. Уже более тридцати лет уменьшение топологических и структурных размеров ведется путем простого масштабирования.
То есть одновременно с уменьшением длины канала полевого транзистора, размеров контактных окон и электродов к рабочим областям затвора, истока и стока уменьшается и толщина подзатворного диэлектрика и глубины залегания р-п переходов (или толщины областей). В биполярном транзисторе одновременно с уменьшением размеров эмиттера, базы, коллектора и электродов к ним уменьшаются и глубины залегания р-п переходов эмиттер-база и коллектор-база.
Второе стратегическое направление - создание полной диэлектрической изоляции iелью уменьшения паразитных емкостей структур переключателей и разработка новых конструктивно-топологических и структурных решений в рамках классических принципов действия.
Третье стратегическое направление - разработка новых переключателей на квантово-механических принципах функционирования на основе гетероструктур с нанометровыми размерами в рамках полупроводниковой технологии.
И, наконец, четвертое направление - исследование возможностей использования в качестве переключателей молекул, полимерных и других материалов и структур, создаваемых на базе нанотехнологий.
4. Раiетная часть
Задача 1
Расiитать клепаное соединение (рисунок 1.), нагруженное переменной растягивающей силой Fmax = 60 кН.
Материал тяги и проушины - сталь марки Ст3. Отверстия под заклепки сверленые. Толщина тяги ? = 6 мм. Клепка производится горячим способом.
Решение. Проектировочный раiет.
1.Тип соединения. Принимаем для крепления тяги с проушиной клепаное соединение внахлестку. Назначаем = 0,67
. Размеры поперечного сечения тяги. По таблице 2. для стали марки Ст3 при растяжении переменной нагрузкой:
= 160*0,85 = 136 Н/ммРЖ.
Из условия прочности на растяжение необходимая площадь опасного сечения тяги с учетом ослабления ее отверстиями под заклепки (=0,67):
А ? = = 658 ммРЖ.
Ширина тяги:
b = = 658/6 = 109 мм.
. Размеры элементов клепаного соединения:
а) диаметр отверстий под заклепки
? 2? ? 2*6 ? 12 мм.
Принимаем заклепки с полукруглой головкой, изготовленные из стали марки Ст3. По таблице 3. принимаем: диаметр заклепок d = 12 мм, диаметр от