Контрольная работа по физике

Дешифраторы и шифраторы

 Дешифратором (декодером) называют устройство, предназначенное для распознавания различных кодовых комбинаций (слов). Каждому слову на входе дешифратора соответствует «1» на одном из его выходов. На рисунке 21.1 показано условное обозначение дешифратора, преобразующего двоичные четырехразрядные входные коды от 0 до 9 в «1» (преобразователь 1 из 10), а таблица 21.1 иллюстрирует состояния дешифратора для разных кодовых комбинаций.

  Существуют дешифраторы, преобразующие входной код   в выходной код , называемые преобразователями кодов (например, преобразователи двоичного кода в двоичнодесятичный и наоборот). В таких преобразователях каждому слову на входе соответствует определенное слово на выходе.


Дешифраторы находят разнообразное применение в вычислительной и информационно измерительной технике.

 Рис. 21.1 Рис. 21.2

Таблица состояний дешифратора 1 из 10.

Таблица 21.1

Входное число

    

           

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

 0 0 0 0

 0 0 0 1

 0 0 1 0

  0 0 1 1

 0 1 0 0

 0 1 0 1

 0 1 1 0

 0 1 1 1

  1 0 0 0

 1 0 0 1

 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

 0 0 0 0 0 0 0  0 1 0

 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

 0 0 0 0  0 1 0 0 0 0

 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0

 0  0 1 0 0 0 0 0 0 0

 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

В устройствах визуальной индикации десятичных цифр применяются

семисегментные индикаторы (рис. 21.3), исползующие индикаторы на жидких кри сталлах а светодиоды.

Для работы индикатора необходим дешифратор, преобразующий двоичнодесятичный код. Светящиеся сегменты индикатора подключаются к дешифратору так, что  соответствует свечению iгo сегмента.


 а индикатор; б десятичные цифры на индикаторе

  Рис. 21.3

Шифратор, называемый также кодером и кодирующим устройством, осуществляет кодирование. На рис. 21.2 показан матричный шифратор, позволяющий закодировать десятичные цифры от 0 до 9 соответствующие им четырехразрядные двоичные числа. Шифрация осуществляется нажатием цифровой клавиши. Например, при нажатии клавиши 5 подается напряжение на горизонтальную шину 0101, к которой присоединены два диода. Через левый диод подается напряжение на вертикальную шину , а через правый диод–на вертикальную шину . Очевидно, что сумма  и  дает число 5.

Дешифраторы выпускаются в виде интегральных микросхем, например трехразрядный дешифратор К500ИД162М, преобразующий двоичный код в восьмеричный, четырехразрядные преобразователи двоичного кода в десятичный К176ИД1 и К155ИД1. Дешифратор К155ИД1–позволяет подключать непосредственно к выходам катоды цифровых газоразрядных индикаторов ИН–16 (ИН–4, ИН–12, ИН–14) с анодным напряжением 170 200 В и током катода не более 7 мА. Существуют такие микросхемы, объединяющие счетчик с дешифратором, например микросхемы К176ИЕ3 и К176ИЕ4, предназначенные для управления семисегментными цифровыми индикаторами.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы дешифраторов.

2. Виды дешифраторов

Выбор иных, более сложных топологических конфигураций БПТ осуществляется в случае, если для конфигурации рисунка 2.19 не удовлетворяется условие (2.55) или значительная величина отношения Bc/Lc оказывается неприемлемой из-за значительных потерь площади кристалла, неудобств компоновки массивов элементов. На примере конфигурации БПТ с двумя параллельно включенными эмиттерами, изображенной на рисунке 2.20, иллюстрируется связь изменения формы, размеров областей с обеспечиваемым током Ip.

Допустимая длина (Lei) каждого из двух эмиттеров определяется по формулам (2.49),(2.49а), и, следовательно, общая длина удваивается в сравнении с одноэмиттерной топологией. Ширина (Bei) каждого из двух эмиттеров определяется по формулам (2.49), (2.49а), и, следовательно, ширина в сравнении с одноэмиттерной топологией могла быть увеличенной в два раза. Для заданного рабочего тока и неизменной плотности тока общая площадь эмиттера (Se) должна остаться неизменной, что соответствует возможному уменьшению ширины Be в два раза. Расчет размеров областей двухэмиттерной топологии основывается на учете размеров (d1 — d7) и размера Le, уменьшенного вдвое размера Be. Расчетные формулы для размеров областей двухэмиттерной топологии приведены в примере 1.


Пример 1.

Ширина (Be) и длина (Le) эмиттера, ширина (Bke) и длина (Lke) контактного окна к эмиттеру определяются по перечисленным выше соотношениям в расчете каждого из эмиттеров на половину полного рабочего тока, что определит уменьшение ширины Be вдвое по сравнению с одноэмиттерной топологией.

Ширина (Bb) и длина (Lb) базы, ширина (Bkb) и длина (Lkb) контактного окна к базе определяются по соотношениям

Bb = Be +2×d3; Lb = 2×Le + Lkb + 2×d2+2×d3; Lkb≥ Lmin; Bkb = Be.

(2.59)

Ширина (Bс) и длина (Lс) коллектора, ширина (Bkс) и длина (Lkс) контактного окна к коллектору определяются по соотношениям

Bc = Bb +2×d7; Lc = Lb + Lkb + d5+d6+d7; Lkc= Lke; Bkc = Bb.

(2.60)

Равную функциональную площадь эмиттера Se с удвоенной длиной Le и уменьшенной в два раза шириной Be эмиттера можно реализовать в топологии БПТ с одним эмиттером и двумя контактами к базе, представленной на рисунке 2.21. Благодаря размещению контактов к базе с двух сторон от эмиттера удвоение длины Le, определяемое по формуле (2.49), не сопровождается увеличением неравномерности плотности тока по эмиттеру, так как каждый из контактов обеспечивает смещение для смежной половины полной площади эмиттера.


Расчет размеров областей топологии рисунка 2.21 основывается на учете размеров (d1 — d7), размера Le, увеличенного вдвое к расчетному по формуле (2.49), размера Be, уменьшенного вдвое для сохранения неизменной площади эмиттера. Расчетные формулы для размеров областей топологии БПТ с двумя контактами к базе приведены в примере 2.

Пример 2.

Ширина эмиттера (Be) — формула (2.51), где длина (Le) равна удвоенному расчетному значению формулы (2.49). Ширина (Bke) и длина (Lke) контактного окна к эмиттеру определяются по соотношениям:

Lke = Le – 2×d1; Bke = Be – 2×d1.

Ширина (Bb) и длина (Lb) базы, ширина (Bkb) и длина (Lkb) контактного окна к базе определяются по соотношениям

Bb=Be+2×d3; Lb=Le +2× Lkb + 2×d2+2×d4; Lkb ≥ (1–2)×Lmin; Bkb = Be.

(2.61)

Ширина (Bс) и длина (Lс) коллектора, ширина (Bkс) и длина (Lkс) контактного окна к коллектору определяются по соотношениям

Bc = Bb +2×d7; Lc = Lb + Lkc + d5+d6+d7; Lkc= Lke; Bkc = Bb.

(2.62)

Полученные по расчетным формулам размеры следует округлять в сторону больших значений с кратностью ∆L. При необходимости увеличения числа эмиттеров более двух топологические конфигурации эмиттеров могут состоять из композиций, показанных на рисунках 2.20, 2.21.

Сформированный проектный вариант топологии БПТ позволяет выполнить оценку габаритных размеров с учетом параметров технологического варианта структуры, выполнить расчетные оценки сопротивлений, емкостей физико-топологической модели, оценить ключевые свойства, быстродействие, учесть влияние толщин слоев эмиттера и базы на коэффициент передачи тока транзистора.

 

Объемные формы и габаритные размеры элементов ИМС

Несмотря на малую толщину слоя, элементы ПИМС являются объемными объектами. По мере уменьшения топологических размеров в этих объектах возрастает доля боковой поверхности (в направлении, параллельном плоскости кристалла) против доли площади донной поверхности (в направлении, перпендикулярном плоскости кристалла).

Габаритные размеры элементов ИМС определяются не только размерами топологических конфигураций на поверхности кристалла, но зависят от толщины и формы поверхности слоя в глубине кристалла. Профиль боковой поверхности зависит от толщины слоя и технологического способа разделения слоя на «функциональные островки». Применение диффузии для изоляции элементов ИМС сопровождается образованием «радиальных» боковых поверхностей. По отношению к формируемому элементу локальная диффузия может проводиться со стороны элемента или извне. В первом случае диффузию можно опреде

лить как разделительную внутреннюю, во втором — как разделительную внешнюю. Внешняя разделительная диффузия проводится для изоляции элементов формируемых в эпитаксиальных слоях структур. Различие топологических и габаритных размеров иллюстрируется рисунком 2.22, а, б, где приведены поперечные сечения слоя элемента для внутренней диффузии в слой (см. рис. 2.22, а) и для внешней — на рисунке 2.22, б. На рисунке 2.22 обозначены:

hc — толщина слоя;

hp — глубина разделительной диффузии (hp>(1,1 –1,2) hc) в ЭПС-слое;

f1 = hc при внутренней диффузии (размеры на поверхности элемента соответствуют габаритным;

f2 = hp×(1–√1 –(hc/hp)2);

  lo — линейный размер донной поверхности элемента:

для внутренней диффузии

  lo = lp – 2×f1 <lp, (2.63)

и, следовательно, габаритные размеры не превышают топологические на поверхности (lp),

для внешней диффузии

 lo = lp + f2>lp, (2.63а)

и габаритные размеры превышают топологические на поверхности (lp), что следует учитывать при решении задач компоновки элементов;

 ho — линейный размер огибающей боковой поверхности оценивается по формулам:

для внутренней диффузии

 ho ≈ π×hc/2, (2.64)

для внешней диффузии

 ho ≈ hp×arcsin (hc/hp); (2.64а)

d3p — защитный зазор между смежными элементами (учитывается при решении задач компоновки элементов) оценивается по соотношениям:

 для внутренней диффузии

 d3p ≥ 2×∆L+Wpmax +2×hd, (2.65)

для внешней диффузии

 d3p ≥2×(hp –f2) + hp +2×∆L+Wpmax, (2.65а)

т.е. существенно превосходит этот размер для разделения элементов внутренней диффузией.

 В формулах (2.65), (2.65а) Wpmax есть ширина p-n-перехода при максимальном обратном напряжении.

 Для разделения элементов V-каналами (см. рис. 2.4), образованными анизотропным травлением кремния (с последующим окислением), защитный зазор L между смежными элементами определяется глубиной V-канала d

d3p = L=(√2)×d.

  Цифровым счетчиком импульсов называют устройство, реализующее счет числа входных импульсов и фиксирующее это число в какомлибо коде.

Сложение. Одной из основных арифметических операций, выполняемых в ЭВМ, является сложение двоичных чисел. В качестве примера рассмотрим сложение двух четырехразрядных двоичных чисел: 0111 и 0101. В десятичной системе это числа 7 и 5

Цифро – аналоговые и аналого – цифровые преобразователи Обычно датчики температуры, давления и других физических величин создают напряжение в аналоговой форме, пропорциональное физической величине или отклонениям физической величины от некоторого установленного уровня.


Импульсные и цифровые устройства