Анод какой заряд имеет. Обозначение разных типов диодов на схеме. Диод на схеме где анод и где катод. Электрохимия и гальваника

Определить, какой из электродов является анодом, а какой – катодом, на 1-й взор кажется легко. Принято считать, что анод имеет негативный заряд, катод – правильный. Но на практике могут появиться путаницы в определении.

Инструкция

1. Анод – электрод, на котором протекает реакция окисления. А электрод, на котором происходит поправление, именуется катодом.

2. Возьмите для примера гальванический элемент Якоби-Даниэля. Он состоит из цинкового электрода, опущенного в раствор сульфата цинка, и медного электрода, находящегося в растворе сульфата меди. Растворы соприкасаются между собой, но не смешиваются – для этого между ними предусмотрена пористая перегородка.

3. Цинковый электрод, окисляясь, отдает свои электроны, которые по внешней цепи двигаются к медному электроду. Ионы меди из раствора СuSO4 принимают электроны и восстанавливаются на медном электроде. Таким образом, в гальваническом элементе анод заряжен негативно, а катод – одобрительно.

4. Сейчас разглядите процесс электролиза. Установка для электролиза представляет собой сосуд с раствором либо расплавом электролита, в тот, что опущены два электрода, подключенные к источнику непрерывного тока. Негативно заряженный электрод является катодом – на нем происходит поправление. Анод в данном случае электрод, подключенный к правильному полюсу. На нем происходит окисление.

5. Скажем, при электролизе раствора СuCl2 на аноде происходит поправление меди. На катоде же происходит окисление хлора.

6. Следственно учтите, что анод – не неизменно негативный электрод, так же как и катод не во всех случаях имеет правильный заряд. Фактором, определяющим электрод, является происходящий на нем окислительный либо восстановительный процесс.

Диод имеет два электрода, называемые анодом и катодом. Он горазд проводить ток от анода к катоду, но не напротив. Маркировка, объясняющая предназначение итогов, имеется не на всех диодах .

Инструкция

1. Если маркировка имеется, обратите внимание на ее внешний вид и расположение. Она выглядит как стрелка, упирающаяся в пластину. Направление стрелки совпадает с прямым направлением тока, происходящего через диод. Иными словами, стрелке соответствует анодный итог, а пластине – катодный.

2. Аналоговые многофункциональные измерительные приборы имеют разную полярность напряжения, приложенного к щупам в режиме омметра. У некоторых из них она такая же, как в режиме вольтметра либо амперметра, у других – противоположная. Если она вам незнакома, возьмите диод, имеющий маркировку, переключите прибор в режим омметра, позже чего подключите к диоду вначале в одной, а потом в иной полярности. При варианте, в котором стрелка отклоняется, запомните, какой электрод диода был подключен к какому из щупов. Сейчас, подключая щупы в разной полярности к иным диодам, вы сумеете определять расположение их электродов.

3. У цифровых приборов в большинстве случаев полярность подключения щупов во всех режимах совпадает. Переключите мультиметр в режим проверки диодов – рядом с соответствующим расположением переключателя имеется обозначение этой детали. Алый щуп соответствует аноду, черный – катоду. В верной полярности будет показано прямое падение напряжения на диоде, в неправильной же индицируется бесконечность.

4. Если под рукой измерительного прибора нет, возьмите батарейку от материнской платы, светодиод и резистор на один килоом. Объедините их ступенчато, подключив светодиод в такой полярности, дабы светодиод светился. Сейчас включите в обрыв этой цепи проверяемый диод, экспериментально подобрав такую полярность, дабы светодиод засветился вновь. Итог диода, обращенный к плюсу батарейки – анодный.

5. Если при проверке обнаружится, что диод непрерывно открыт либо непрерывно закрыт, и от полярности ничего не зависит, значит он неисправен. Замените его, заранее удостоверясь в том, что его выход из строя не обусловлен неисправностью других деталей. В этом случае вначале замените и их.

Обратите внимание!
Все перепайки исполняйте при обесточенной аппаратуре и разряженных конденсаторах. Диод проверяйте в выпаянном виде.

Про анод и катод источника питания необходимо знать тем, кто занимается практической электроникой. Что и как называют? Почему именно так? Будет углублённое рассмотрение темы с точки зрения не только радиолюбительства, но и химии. Наиболее популярное объяснение звучит следующим образом: анод — это положительный электрод, а катод — отрицательный. Увы, это не всегда верно и неполно. Чтобы уметь определить анод и катод, необходимо иметь теоретическую базу и знать, что да как. Давайте рассмотрим это в рамках статьи.

Анод

Обратимся к ГОСТ 15596-82, который занимается химическими Нас интересует информация, размещённая на третьей странице. Согласно ГОСТу, отрицательным электродом является именно анод. Вот так да! А почему именно так? Дело в том, что именно через него электрический ток входит из внешней цепи в сам источник. Как видите, не всё так легко, как кажется на первый взгляд. Можно посоветовать внимательно рассматривать представленные в статье картинки, если содержимое кажется слишком сложным — они помогут понять, что же автор хочет вам донести.

Катод

Обращаемся всё к тому же ГОСТ 15596-82. Положительным электродом химического источника тока является тот, при разряде из которого он выходит во внешнюю цепь. Как видите, данные, содержащиеся в ГОСТ 15596-82, рассматривают ситуацию с другой позиции. Поэтому при консультировании с другими людьми насчет определённых конструкций необходимо быть очень осторожным.

Возникновение терминов

Их ввёл ещё Фарадей в январе 1834 года, чтобы избежать неясности и добиться большей точности. Он предлагал и свой вариант запоминания на примере с Солнцем. Так, у него анод — это восход. Солнце движется вверх (ток входит). Катод — это заход. Солнце движется вниз (ток выходит).

Пример радиолампы и диода

Продолжаем разбираться, что для обозначения чего используется. Допустим, один из данных потребителей энергии у нас имеется в открытом состоянии (в прямом включении). Так, из внешней цепи диода в элемент по аноду входит электрический ток. Но не путайтесь благодаря такому объяснению с направлением электронов. Через катод во внешнюю цепь из используемого элемента выходит электрический ток. Та ситуация, что сложилась сейчас, напоминает случаи, когда люди смотрят на перевёрнутую картину. Если данные обозначения сложные — помните, что разбираться в них таким образом обязательно исключительно химикам. А сейчас давайте сделаем обратное включение. Можно заметить, что полупроводниковые диоды практически не будут проводить ток. Единственное возможное здесь исключение — обратный пробой элементов. А электровакуумные диоды (кенотроны, радиолампы) вообще не будут проводить обратный ток. Поэтому и считается (условно), что он через них не идёт. Поэтому формально выводы анод и катод у диода не выполняют свои функции.

Почему существует путаница?

Специально, чтобы облегчить обучение и практическое применение, было решено, что диодные элементы названия выводов не будут менять зависимо от своей схемы включения, и они будут «прикреплены» к физическим выводам. Но это не относится к аккумуляторам. Так, у полупроводниковых диодов всё зависит от типа проводимости кристалла. В электронных лампах этот вопрос привязан к электроду, который эмитирует электроны в месте расположения нити накала. Конечно, тут есть определённые нюансы: так, через такие как супрессор и стабилитрон, может немного протекать обратный ток, но здесь существует специфика, явно выходящая за рамки статьи.

Разбираемся с электрическим аккумулятором

Это по-настоящему классический пример химического источника электрического тока, что является возобновляемым. Аккумулятор пребывает в одном из двух режимов: заряд/разряд. В обоих этих случаях будет разное направление электрического тока. Но обратите внимание, что полярность электродов при этом меняться не будет. И они могут выступать в разных ролях:

1. Во время зарядки положительный электрод принимает электрический ток и является анодом, а отрицательный его отпускает и именуется катодом.
2. При отсутствии движения о них разговор вести нет смысла.
3. Во время разряда положительный электрод отпускает электрический ток и является катодом, а отрицательный принимает и именуется анодом.

Об электрохимии замолвим слово

Здесь используют немного другие определения. Так, анод рассматривается как электрод, где протекают окислительные процессы. И вспоминая школьный курс химии, можете ответить, что происходит в другой части? Электрод, на котором протекают восстановительные процессы, называется катодом. Но здесь нет привязки к электронным приборам. Давайте рассмотрим ценность окислительно-восстановительных реакций для нас:

1. Окисление. Происходит процесс отдачи частицей электрона. Нейтральная превращается в положительный ион, а отрицательная нейтрализуется.
2. Восстановление. Происходит процесс получения частицей электрона. Положительная превращается в нейтральный ион, а потом в отрицательный при повторении.
3. Оба процесса являются взаимосвязанными (так, количество электронов, что отданы, равняется присоединённому их числу).

Также Фарадеем для обозначения были введены названия для элементов, что принимают участие в химических реакциях:

1. Катионы. Так называются положительно заряженные ионы, что двигаются в в сторону отрицательного полюса (катода).
2. Анионы. Так называются отрицательно заряженные ионы, что двигаются в растворе электролита в сторону положительного полюса (анода).

Как происходят химические реакции?

Окислительная и восстановительная полуреакции являются разделёнными в пространстве. Переход электронов между катодом и анодом осуществляется не непосредственно, а благодаря проводнику внешней цепи, на котором создаётся электрический ток. Здесь можно наблюдать взаимное превращение электрической и химической форм энергии. Поэтому для образования внешней цепи системы из проводников разного рода (коими являются электроды в электролите) и необходимо пользоваться металлом. Видите ли, напряжение между анодом и катодом существует, как и один нюанс. И если бы не было элемента, что мешает им напрямую произвести необходимый процесс, то ценность источников химического тока была бы весьма низка. А так, благодаря тому, что заряду необходимо пройтись по той схеме, была собрана и работает техника.

Что есть что: шаг 1

Теперь давайте будем определять, что есть что. Возьмём гальванический элемент Якоби-Даниэля. С одной стороны он состоит из цинкового электрода, который опущен в раствор сульфата цинка. Затем идёт пористая перегородка. И с другой стороны имеется медный электрод, который расположен в растворе Они соприкасаются между собой, но химические особенности и перегородка не дают смешаться.

Шаг 2: Процесс

Происходит окисление цинка, и электроны по внешней цепи двигаются к меди. Так получается, что гальванический элемент имеет анод, заряженный отрицательно, и катод — положительный. Причем данный процесс может протекать только в тех случаях, когда электронам есть куда «идти». Дело в том, что попасть напрямую от электрода к другому мешает наличие «изоляции».

Шаг 3: Электролиз

Давайте рассмотрим процесс электролиза. Установка для его прохождения является сосудом, в котором имеется раствор или расплав электролита. В него опущено два электрода. Они подключены к источнику постоянного тока. Анод в этом случае — это электрод, который подключен к положительному полюсу. Здесь происходит окисление. Отрицательно заряженный электрод — это катод. Здесь протекает реакция восстановления.

Шаг 4: Напоследок

Поэтому при оперировании данными понятиями всегда необходимо учитывать, что анод не в 100% случаев используется для обозначения отрицательного электрода. Также катод периодически может лишаться своего положительного заряда. Всё зависит от того, какой процесс на электроде протекает: восстановительный или окислительный.

Заключение

Вот таким всё и является — не очень сложно, но не скажешь, что и просто. Мы рассмотрели гальванический элемент, анод и катод с точки зрения схемы, и сейчас проблем с соединением источников питания с наработками у вас быть не должно. И напоследок нужно оставить ещё немного ценной для вас информации. Всегда приходится учитывать разницу, которую имеет анода.

Дело в том, что первый всегда будет немного большим. Это из-за того, что коэффициент полезного действия не работает с показателем в 100 % и часть зарядов рассеивается. Именно из-за этого можно увидеть, что аккумуляторы имеют ограничение на количество раз заряда и разряда.

Анод в электрохимии

Аноды — множественное число слова «анод»; эта форма применяется преимущественно в металлургии, где применяются аноды для гальваники, используемые для нанесения на поверхность изделия слоя металла электрохимическим способом, либо для электрорафинирования, где металл с примесями растворяется на аноде и осаждается в очищенном виде на катоде . Основное распространение получили аноды из цинка (бывают сферические, литые и катаные, чаще используются последние), никеля, меди (среди которых отдельно выделяют медно-фосфористые, марки АМФ), кадмия (применение которых сокращается из-за экологической вредности), бронзы, олова (применяются при производстве печатных плат в радиоэлектронной промышленности), сплава свинца и сурьмы, серебра, золота и платины.

Аноды из недрагоценных металлов применяются для повышения коррозионной стойкости, повышения эстетических свойств предметов и др. целей. Аноды из драгоценных металлов применяются гальваническим производством для повышения электропроводности изделий и др.

Анод в вакуумных электронных приборах

Знак анода и катода

В литературе встречается различное обозначение знака анода — «+» или «-», что определяется, в частности, особенностями рассматриваемых процессов.

В электрохимии принято считать, что катод — электрод, на котором происходит процесс восстановления, а анод — тот, где протекает окисление . При работе электролизера (например, при рафинировании меди) внешний источник тока обеспечивает на одном из электродов избыток электронов (отрицательный заряд), здесь происходит восстановление металла, это катод. На другом электроде обеспечивается недостаток электронов и окисление металла, это анод.

В электротехнике анод — положительный электрод, ток течет от анода к катоду, электроны , соответственно, наоборот.

См. также

• Мнемонические правила запоминания знака анода

Литература

Ссылки

• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890-1907.
• Рекомендации ИЮПАК по выбору знака для величин анодного и катодного токов

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое «Анод» в других словарях:

— (греч. anodos восходящая дорога). В гальваническом элементе, одна из двух пластинок или проволок, по которой вступает или выходит из жидкости электрический ток. Противоположность катоду. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка … Словарь иностранных слов русского языка

анод — а, м. anode f., англ. anode <гр. anodos путь вверх, восхождение. физ. Положительно заряженный электрод. В действии таких приборов, как гальваническая батарея, полярности нет и быть не может.. <положительный и отрицательный полюс. .… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Отрицательный электрод Словарь русских синонимов. анод сущ., кол во синонимов: 1 электрод (10) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин … Словарь синонимов

анод — электровакуумного прибора; анод; отрасл. коллектор Электрод, основным назначением которого обычно является прием основного потока электронов при электрическом разряде … Политехнический терминологический толковый словарь

анод — (устройства) электрод, через который электрический ток входит в среду, имеющую удельную проводимость, отличную от удельной проводимости анода [СТ МЭК50(151) 78] анод EN anode electrode capable of emitting positive charge… … Справочник технического переводчика

— (от греческого anodos движение вверх, восхождение), электрод электронного или электротехнического прибора (например, электронной лампы, гальванического элемента, электролитической ванны), характеризующийся тем, что движение электронов во внешней… … Современная энциклопедия Толковый словарь Ожегова

— (от греч. anodos движение вверх), 1) электрод электронного или ионного прибора, соединяемый с положит. полюсом источника. 2) Положит. электрод источника электрич. тока (гальванич. элемента, аккумулятора). 3) Положит. электрод электрич. дуги.… … Физическая энциклопедия

Катод – это электрод устройства, который подключен к отрицательному полюсу источнику тока. Анод – противоположность ему. Это электрод прибора, подключенный к положительному полюсу источника тока.

Обратите внимание! Чтобы легче запомнить разницу между ними, используют шпаргалку. В словах «катод»-«минус», «анод»-«плюс» одинаковое число букв.

Применение в электрохимии

В этом разделе химии катод – это отрицательно заряженный электрический проводник (электрод), притягивающий к себе положительно заряженные ионы (катионы) во время процессов окисления и восстановления.

Электролитическое рафинирование – это электролиз сплавов и водных растворов. Большинство цветных металлов подвергаются такой очистке. При помощи электролитической очистки получается металл с высокой чистотой. Так, степень чистоты меди после рафинирования достигает 99,99%.

На положительном электрическом проводнике во время рафинирования или очистки проходит электролитический процесс. Во время него металл с примесями помещают в электролизер и делают анодом. Такие процессы проводятся при помощи внешнего источника электрической энергии и называются реакциями электролиза. Осуществляются в электролизерах. Он выполняет функцию электронасоса, нагнетающего отрицательно заряженные частицы (электроны) в отрицательный проводник и удаляющего его из анода. Откуда исходит ток, неважно.

На катоде очищается металл от посторонних примесей. Простой катод изготавливается из вольфрама, иногда – из тантала. Достоинством вольфрамового отрицательного электрода является стойкость его изготовления. Из недостатков – имеет низкую эффективность и неэкономичность. Сложные катоды имеют разное устройство. У многих таких типов проводников на чистый металл сверху наносится специальный слой, который активирует получение большей производительности при относительно низких температурах. Они очень экономичны. Их недостаток состоит в небольшой устойчивости производительности.

Готовый чистый металл тоже называется катодом. Например, цинковый или платиновый катод. На производстве отрицательный проводник отделяют от катодной основы при помощи катодосдирочных машин.

При удалении отрицательно заряженных частиц из электрического проводника на нем создается анод, а при нагнетании отрицательно заряженных частиц на электрический проводник – катод. При электролизе очищаемого металла его положительные ионы притягивают к себе отрицательно заряженные частицы на отрицательном проводнике, и происходит восстановительный процесс. Чаще всего используют такие аноды:

• цинковые;
• кадмиевые;
• медные;
• никелевые;
• оловянные;
• золотые;
• серебряные;
• платиновые.

Чаще всего на производстве используют цинковые аноды. Они бывают:

• катанные;
• литые;
• сферические.

Больше всего применяют катанные цинковые аноды. Еще используют никелевые и медные. А вот кадмиевые почти не используются из-за их токсичности для экологии. Бронзовые и оловянные аноды применяют при изготовлении радиоэлектронных печатных плат.

Гальванизация (гальваностегия) – процесс нанесения тонкого слоя металла на другой предмет с целью предотвращения коррозии изделия, окисления контактов в электронике, износостойкости, декорации. Суть процесса такая же, как при рафинировании.

Цинк и олово используют для повышения стойкости изделия при коррозии. Цинкование бывает холодным, горячим, гальваническим, газотермическим и термодиффузионным. Золото используют в основном в защитно-декоративных целях. Серебро повышает стойкость контактов электроприборов к окислению. Хром – для увеличения износостойкости и защиты от коррозии. Хромирование придает изделиям красивый и дорогой вид. Используется для нанесения на ручки, краны, колесные диски и т.д. Процесс хромирования токсичен, поэтому строго регламентируется законодательством разных стран. Ниже на картинке представлен метод гальванизации при помощи никеля.

Применение в вакуумных электронных приборах

Здесь катод выступает источником свободных электродов. Они образуются в ходе их выбивания из металла при высоких температурах. Положительно заряженный электрод притягивает электроны, выпущенные отрицательным проводником. В разных аппаратах он в разной степени собирает их в себя. В электронных трубках он полностью притягивает отрицательно заряженные частицы, а в электронно-лучевых приборах – частично, формируя в завершении процесса электронный луч.

Принцип устройства и работы электро-вакуумных приборов

Главное назначение диодов — выпрямление переменного тока. Иногда диоды применяются для генерации шумов, т. е. беспорядочно изменяющихся токов и напряжений, для ограничения электрических импульсов и т. д.

Диод имеет два электрода в стеклянном, металлическом или керамическом баллоне с вакуумом. Один электрод — это накаленный катод, служащий для эмиссии (испускания) электронов. Другой электрод. — анод — принимает электроны, испускаемые катодом. Катод и анод вакуумного диода аналогичны эмиттеру и базе полупроводникового диода. Анод притягивает электроны, если он имеет положительный относительно катода потенциал. Между анодом и катодом образуется электрическое поле, которое при положительном потенциале анода является ускоряющим для электронов. Электроны, вылетающие из катода, под действием поля движутся к аноду.

Простейший катод делают в виде проволочки, которая накаливается током. Такие катоды называют катодами прямого или непосредственного накала. Большое распространение получил катод косвенного накала (подогревный). Это металлический цилиндр, поверхность которого покрыта активным слоем, эмитирующим электроны. Внутри цилиндра находится подогреватель в виде проволочки, накаливаемой током. В наиболее распространенной цилиндрической конструкции диода (рис. 15.1) анод имеет форму цилиндра.

Цепи диода с катодом косвенного накала показаны на рис. 15.2. Основной является анодная цепь (цепь анода). В нее входят анодный источник Е_аи пространство между анодом и катодом.

Все электроны, вылетающие из катода, образуют ток эмиссии

I_e = Nq, (15.1)

где N — число электронов, вылетающих за 1 с; q — заряд электрона.

Между анодом и катодом образуется отрицательный заряд, называемый объемным или пространственным и препятствующий движению электронов к аноду. При недостаточном положительном потенциале анода не все электроны могут преодолеть действие объемного заряда и часть их возвращается на катод.

Электроны, ушедшие с катода безвозвратно, определяют катодный ток (ток катода), обозначаемый I_к или i_K:

i_K = nq<I_e, (15.2)

где п — число электронов, ушедших за 1 с с катода и не возвратившихся.

Рис. 15.1. Цилиндрическая конструкция электродов диода

 

Рис. 15.2. Цепи диода с катодом косвенного накала

 

Рис. 15.3. Упрощенные схемы с диодами

 

Чем выше потенциал анода, тем больше электронов преодолевает объемный заряд и уходит к аноду, т. е. тем больше катодный ток.

Поток электронов, летящих от катода к аноду и попадающих на анод, называют анодным током (током анода). Он протекает в анодной цепи и обозначается I_а или i_a В диоде катодный и анодный токи равны друг другу:

i_a = i_к.(15.3)

Анодный ток является главным током электронной лампы. Электроны этого тока движутся внутри лампы от катода к аноду, а вне лампы — от анода к плюсу анодного источника, затем внутри него и от минуса источника к катоду лампы.

При изменении положительного потенциала анода изменяется катодный ток и равный ему анодный ток. В этом заключается электростатический принцип управления анодным током.

Если потенциал анода отрицателен по отношению к катоду, то поле между анодом и катодом тормозит электроны, вылетающие из катода, и возвращает их на катод. В этом случае катодный и анодный токи равны нулю.

Основное свойство диода — способность проводить ток в одном направлении. Электроны могут двигаться только от накаленного катода к аноду, имеющему положительный потенциал. Если же на аноде отрицательный относительно катода потенциал, то диод заперт, т. е. он размыкает цепь. Такой анод отталкивает электроны, а сам он не накален и не испускает электронов. Диод обладает односторонней проводимостью и подобно полупроводниковому диоду может выпрямлять переменный ток. В отличие от полупроводникового диода в вакуумном при обратном напряжении обратный ток практически отсутствует.

Анодный ток составляет доли миллиампера в самых маломощных диодах, применяемых в радиоприемниках или измерительной аппаратуре. В более мощных диодах (кенотронах), работающих в выпрямительных установках для питания аппаратуры, анодный ток достигает сотен миллиампер и более.

Разность потенциалов между анодом и катодом называют анодным напряжением (напряжением анода) и обозначают U_a или u_а.

В практических схемах, когда в анодную цепь включена нагрузка, на которой падает часть напряжения анодного источника, анодное напряжение меньше E_а. Нередко возникают ошибки от того, что напряжение анодного источника E_а неправильно называют анодным напряжением. Но они равны только в том случае, когда зажимы анодного источника непосредственно присоединены к аноду и катоду лампы (см. рис. 15.2). Положительное анодное напряжение у маломощных диодов составляет доли вольта или единицы вольт. У кенотронов средней мощности оно достигает десятков вольт, а у мощных кенотронов сотен вольт и более.

Условились принимать потенциал катода за нулевой, так как от катода электроны начинают свое движение. Потенциал любого электрода определяют относительно катода. У катода прямого накала за точку нулевого потенциала принимают минус источника накала.

Второй цепью диода является цепь накала. Она состоит из источника E_н и подогревателя (или катода прямого накала). Ток накала обозначают I_н, а напряжение накала, т. е. напряжение между выводами подогревателя (или катода прямого накала), обозначают U_н. Напряжение накала всегда низкое — единицы, реже десятки вольт. Ток накала у маломощных ламп составляет десятки миллиампер, а у мощных — до десятков и даже сотен ампер. Во многих схемах вывод катода соединяют с корпусом (рис. 15.3, а, б) аппаратуры.

Основные аннотации по теме ламповой схемотехники

 

Двухэлектродная лампа — диод — Энциклопедия по машиностроению XXL

Кенотронные выпрямители. К этому типу ИВН относится широко применяемое в промышленности высоковольтное выпрямительное устройство В-140-5-2, изготавливаемое для стационарных установок окраски в электрическом поле. Устройство работает по однофазной, однополупериодной схеме выпрямления тока с заземленным положительным полюсом. Устройство состоит из высоковольтного (повышающего) трансформатора, помещенного в бакелитовый цилиндр с трансформаторным маслом кенотрона, смонтированного в таком же цилиндре и представляющего собою двухэлектродную лампу (вакуумный диод), пропускающую ток только в одном направлении и являющуюся выпрямительным элементом (вентилем), и трансформатора накала кенотрона. В комплект устройства входит также пульт управления.  [c.111]
Для испытаний используют основную схему (см. рис. 5-7), но в цепь высокого напряжения в этом случае включают дополнительно выпрямительное устройство (рис. 5-11) конденсатор С, включенный параллельно служит для сглаживания пульсаций напряжения. Хотя нормами допускается пульсация, не превышающая 0,05 амплитудного значения, применяемые выпрямительные схемы обеспечивают более низкий уровень пульсаций. Выпрямительное устройство ВУ содержит собственно выпрямитель — ламповый или полупроводниковый, фильтр и в некоторых случаях схему умножения выпрямленного напряжения. Для выпрямления используются высоковольтные двухэлектродные лампы-кенотроны или полупроводниковые диоды.  [c.109]

Конструкция и принцип действия двухэлектродной лампы (диода или кенотрона). Схема двухэлектродной лампы приведена на фиг. 70. Внутри стеклянного баллона-колбы, из которого тщательно удалён воздух, находятся два электрода. Один из этих электродов (катод) выполнен в виде проволочки, накаливаемой током батареи накала (нить накала). Второй электрод выполняется в виде пластинки или чаще в виде цилиндра, окружающего нить накала. Разогретый катод испускает электроны, которые окружают нить накала. Это  [c.541]

Двухэлектродные вакуумные лампы — см. Диоды-, Кенотроны Деаэраторы 202 Деаэрация воды 202 Дегазация воды 202 Делительные головки оптические 2511 Деполяризаторы 356 Детонационное горение 174 Дефектоскопия ультразвуковая 255 Джоуля-Томсона эффект 92 Диаграмма i-d Рамзина IJ1 — р. у 38  [c.538]

Электронная двухэлектродная лампа-диод конструкция, принцип работы. Термоэлектронная эмиссия. Анодный ток насыщения. Схемы одно- и двухполупериодного выпрямления переменного тока с использованием диодов (кенотронов). Схема трехфазного выпрямителя.  [c.319]

При наличии разности потенциалов между катодом и анодом создается электрическое поле, под действием которого испускаемые (эмитируемые) катодом электроны перемещаются. Если потенциал анода выше потенциала катода, электроны движутся к аноду, создавая электрический ток через вакуумный промежуток. При этом убыль электронов, уходящих на анод, восполняется электронами, испускаемыми катодом. Если потенциал анода ниже потенциала катода, то испускаемые катодом электроны возвращаются электрическим полем обратно на катод тока через вакуумный промежуток нет. Следовательно, двухэлектродная лампа проводит ток только в одном направлении. Таким образом, основное назначение диода состоит в выпрямлении переменного тока при включении диода в цепь переменного тока протекание тока будет происходить только во время положительных полуволн переменного напряжения на аноде, т. е. прибор будет обладать односторонней проводимостью.  [c.74]

На фиг. 70 изображена выпрямительная схема диода и графики изменения анодного тока и анодного напряжения при работе двухэлектродной лампы.  [c.92]

Двухэлектродная лампа — диод  [c.238]

Г. Электронными лампами называются устройства, основанные на применении явления термоэлектронной эмиссии (П1.3.7.3°). Простейшим типом электронных ламп является двухэлектродная лампа — диод прямого накала, который изображается схематически, как показано на рис. П1.3.4. Если анод лампы присоединить к положительному полюсу источника постоянного тока, а катод — к отрицательному, то в цепи лампы устанавливается постоянный термоэлектронный ток / .  [c.238]

ДВУХЭЛЕКТРОДНАЯ ЛАМПА — ДИОД  [c.239]

Электронно-дырочный переход обладает односторонней (униполярной) проводимостью, аналогично выпрямляющему действию двухэлектродной лампы — диода (П1. 3.8.3°). Поэтому полупроводник с одним р—-п-переходом называется полупроводниковым диодом. Полупроводниковые диоды обладают целым рядом преимуществ перед электронными двухэлектродными лампами (экономия энергии для получения носителей тока, миниатюрность, высокая надежность и большой срок службы). Недостатком полупроводниковых диодов является ограниченный интервал температур, в котором они работают (приблизительно от —70 до +125 °С).  [c.249]

Двухэлектродная лампа (ДИод)  [c.48]

Двухэлектродная лампа (диод, или кенотрон) является выпрямительной лампой, так как обладает свойством односторонней проводимости. Односторонней проводимостью называется способность некоторых приборов (электрических вентилей) пропускать ток только в одном направлении. Свойство односторонней проводимости диодов широко используется для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямление).  [c.48]

Электронные лампы. Двухэлектродная вакуумная лампа (диод, кенотрон) представляет собой (фиг. 41) стеклянный или металлический баллон (ко-лбу), из которого откачан  [c.360]

Диоды обладают односторонней (униполярной) проводимостью ток в лампе возможен только в том случае, если потенциал анода выше потенциала катода, т. е. напряжение > 0. Если подать на анод отрицательный относительно катода потенциал,т.е.создать электрическое поле, которое будет отталкивать электроны от анода, то лампа будет заперта — анодного тока, т. е. тока в цепи лампы, не будет. Это свойство диодов позволяет применять их для выпрямления переменного тока (1У.2.2.3°). Вакуумная двухэлектродная электронная лампа, которая служит для выпрямления переменного тока, называется кенотроном.  [c.240]

Общими элементами для всех термоэлектронных ламп являются стеклянная или металлическая колба, из которой тщательно удалён воздух, элемент, испускающий электроны, или катод, и элемент, собирающий электроны, или анод. В зависимости от числа электродов различают двухэлектродные лампы, или диоды, трёхэлектродные, или триоды, четырёхэлектродные — тетроды, пятиэлектродные — пентоды.  [c.541]

Зарождение электронной лампы относится к периоду интенсивного развития дуговой и электромашинной радиотехники. В 1904 г. английский ученый Д. Флеминг использовал открытое Т. Эдисоном явление электрической эмиссии и создал двухэлектродную лампу — диод, который мог служить для детектирования токов высокой частоты [50]. В 1907 г. американский инженер Л. Де Форест ввел в диод третий электрод — сетку и создал электронную ламиу нового типа — триод. Триод позволял по-  [c.318]

ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ —электровакуумные приборы, в к-рых поток свободных электронов, эмитируемых термоэлектронным катодом, движется в высоком вакууме и управляется по плотности и направлению движения с помощью электрич. полей, создаваемых пЬтснциалами на электродах прибора. Э. л. используются для выпрямления перем. тока (диоды—простейшие двухэлектродные лампы, в к-рых анодный ток управляется электрич. полем анода), генерирования, усиления и преобразования эл.-магн. колебаний (сеточные многоэлектродные Э. л., где управление электронным потоком осуществляется гл. обр. с помощью сеток).  [c.567]

Двухэлектродные лампы—диоды — имеют почти единственное назначение — выпрямление переменного тока. Основным свойством диода является способность проводить ток только в одном направлении. Электроны могут двигаться от накаленного катода к аноду и только тогда, когда анод имеет положительный потенциал, относительно катода. Если к аноду приложить отрицательный потаициал относительно катода, то диод запирается и размыкает цепь.  [c.39]

Простейшим электронным прибором, действие которого основано на протекании тока в разреженном газе, является двухэлектродная лампа (диод). Лампа состоит, как видно из ее названия, из двух электродов, находяшихся в герметическом стеклянном или металлическом баллоне, из которого выкачан воздух. Двухэлектродная лампа используется главным образом для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямление тока). Более сложными по конструкции являются трехэлектродная (триод), многоэлектродная и комбинированная лампы.  [c.283]

Двухэлектродная лампа-диод (рис. 45, а и б) является простейшим электронным прибором он имеет акален- ый катод и анод, помещенные в глубоком вакууме.  [c.74]

ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА — электронный прибор с термоэлектронным капгодо.ч И управляемым током, предназначенный для различного рода преобразований электрических величин. Простейшая Э. л.— диод, т. е. двухэлектродная лампа, имеющая только катод и анод. Более сложное устройство имеет триод, в котором содержится, кроме катода и анода, еще один управляющий электрод. Лампы с одним электронным потоком, имеющие катод, анод и два или более управляющих электрода, называются многоэлектродными электронными лампами. Это тетрод (катод, анод и два управляющих электрода), пентод (катод, анод и три управляющих электрода), гексод (катод, анод и четыре управляющих электрода), гептод (катод, анод и пять управляющих электродов), октод (катод, анод и шесть управляющих электродов). Существуют также комбинированные Э. л., содержащие две или более системы электродов с независимыми электронными потоками. К ним относятся, например, двойные диоды, двойные триоды, двойные диоды-триоды и т. д. В зависимости от назначения различают Э. л. генераторные, усилительные, выпрямительные, измерительные и др. В зависимости от диапазона частот, для которых в основном предназначены Э. л., они делятся на низкочастотные, вы-  [c.186]

Диод — двухэлектродная лампа с вентильным свойством ток в диоде может проходить только от анода к катоду (электроны, излучаемые катодом, движутся в обратном направлении). Зависимость меж1гу анодным током и напряжением анод — катод определяется законом сте-[c.692]

Диод, триод, пентод. На рис, 116, а показаны условное обозначение и схема включения двухэлектродной электронной лампы, или диода. Раскаливаемый миниатюрной электрической печкой катод испускает электроны. Их улавливает анод, потенциал которого по отношению к катоду положителен. Если этот потенциал достаточно высок, ток в диоде I равен по абсолютной величине Не (заряду электрона е, умноженному на число электронов Н, вылетающих за 1 сек. из катода). Все испускаемые катодом электроны летят на анод и улавливаются им. Это — ток насыще-  [c.112]

В начале XX в. Д. Флеминг разработал первый электронный прибор — двухэлектродную лампу (диод) с односторонней проводимостью (вентильными свойствами), которая была применена в выпрямителях. С тех пор достижения в области средств электропитания неразрывно связаны с новыми разработками электронных вентилей.  [c.11]

---

Идентификационные светодиоды (светодиоды)

Светоизлучающие диоды, обычно известные как светодиоды, украшают большинство наших электронных устройств, таких как телефоны, автомобили и компьютеры. Они бывают разных форм, типов и цветов для соответствующего применения. Прежде чем мы углубимся в светодиоды, давайте рассмотрим основные диоды. Светодиоды — это диоды, преобразующие электрическую энергию в свет.

Диоды имеют два вывода, анод и катод. Диоды контролируют протекание тока в цепи.Анод — это положительная сторона, а катод — отрицательная сторона диода. Ток течет от анода к катоду, но не в обратном направлении в обычных диодах. Один из способов запомнить это — мнемоническая КИСЛОТА, Anode Cathode Is Diode или Anode Current In Diode. Общий символ схемы для диодов:

Для того, чтобы диод «включился» и ток шел в правильном направлении, необходимо приложить определенное положительное напряжение или прямое напряжение. Прямое напряжение важно для светодиодов, потому что оно необходимо для включения светодиода.Если на диод подается достаточно большое отрицательное напряжение или напряжение пробоя, ток действительно может течь в противоположном направлении от катода к аноду. Светодиоды

имеют такой же символ схемы, что и диоды. Выглядят они так:

Светодиодный индикатор цепи
При использовании светодиодов важно помнить, что полярность имеет значение. Если вы неправильно поместите светодиод в цепь, он не загорится и заблокирует ток через этот путь. Однако он не сломается, если включить его задом наперед, как электролитические конденсаторы.

Ток через светодиод определяет его яркость. Чем выше сила тока, тем ярче свет. Слишком большой ток может сломать светодиод, поэтому в качестве защиты используются резисторы для ограничения тока. Одно значение резистора, подходящее для большинства светодиодов, составляет 330 Ом. Sparkfun создал блок-схему ниже, чтобы упростить выбор резистора.

Блок-схема значений резисторов со светодиодами от SparkFun
Более длинные выводы обычно представляют собой анодную сторону светодиодов, как показано здесь: Анодный вывод — более длинный
Помните правильную ориентацию перед тем, как закрепить и припаять выводы, иначе вы в конечном итоге будете угадывать, какой путь правильный.Ниже показаны различные типы светодиодов. Различные типы светодиодов
Как видите, светодиоды бывают разных форм и цветов. Светодиоды могут быть мигающими, RGB, SMD, мощными и ИК-светодиодами. Мигающие светодиоды похожи на стандартные светодиоды, но они включают в себя встроенную схему мультивибратора, которая заставляет светодиод мигать в течение определенного периода времени. Обычно они мигают одним цветом, но более сложные светодиоды могут мигать несколькими цветами.

Существуют двухцветные и трехцветные светодиоды, содержащие два или три цвета, но светодиоды RGB — это специальные трехцветные светодиоды, которые можно модифицировать для создания любого спектра цветов.У них есть четыре вывода, по одному для каждого цвета: красный, зеленый и синий, а четвертый — общий вывод трех диодов внутри, известный как общий катод или общий анодный вывод.

Светодиоды SMD упакованы иначе, чем версии типичных светодиодов для сквозных отверстий, и в основном используются, если у вас недостаточно места на вашей схеме. Светодиоды высокой мощности классифицируются как рассеивающие мощность 1 Вт и более. Они очень яркие и используются в автомобильных фарах или высококлассных фонариках. Они также рассеивают много тепла, поэтому обычно требуются радиаторы.

Специальные светодиоды, такие как инфракрасные (ИК) или ультрафиолетовые (УФ), используются по-разному. ИК-светодиоды используются на телевизионных пультах дистанционного управления для передачи небольших сигналов. УФ-светодиоды помогают сделать другие материалы флуоресцентными, подобными черному свету. Буквенно-цифровые светодиоды расположены на 7-сегментных дисплеях. Вы также можете найти их в формате точечной матрицы, как это видно на индикаторах отправления железных дорог и в формате звездообразования калькулятора. Выбор подходящего светодиода зависит от приложения.

В технических описаниях приведены характеристики светодиода. Помимо указания величины включения, прямое напряжение Vf поможет вам определить, какое напряжение нужно подавать вашей цепи, поскольку это падение напряжения на светодиодах. Прямой ток If — это величина тока, которую светодиод может обрабатывать непрерывно, в то время как пиковый прямой ток Ifp — это максимальный ток, который он может обрабатывать при коротких импульсах. Длина волны светодиода, измеряемая в нанометрах (нм), точно определяет цвет света.Вот небольшая диаграмма:

Цветовая диаграмма длины волны
Яркость светодиода измеряется в милликанделах (мкд). Чем выше mcd, тем ярче интенсивность. Диапазон яркости светодиодов: 0-100 мкд стандартный, 100-1000 мкд средний, 1000+ мкд высокий. Угол обзора светодиода показывает, где он самый яркий. Некоторые светодиоды концентрируются в определенном месте, а другие можно распространять как можно шире. Вот чертеж с углами обзора: Таблица углов освещения
Спицы светодиода обозначают угол обзора освещения, а круговые линии — относительное расстояние.Синий оттенок показывает, где светится светодиод образца. Светодиод имеет узкий угол освещения около 8 ° — 20 ° с большим расстоянием освещения. В техническом описании будет указан угол обзора его светодиода.

Это некоторые из основных принципов работы светодиодов. Сообщите нам, какие светодиоды вы используете в своих приложениях, на [адрес электронной почты защищен].

Скачать PDF здесь

Двойной переключающий диод с общим анодом

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > транслировать 2016-10-12T23: 30: 56-07: 00BroadVision, Inc.2020-09-08T13: 51: 41 + 02: 002020-09-08T13: 51: 41 + 02: 00 Приложение Acrobat Distiller 9.0.0 (Windows) / pdf

BAW56LT1 — Общий анод двойного переключающего диода

ОН Полупроводник

uuid: 73973369-9c25-4ee5-a1e7-7befbbb6454fuuid: 158976a1-118d-4a66-a8d7-d7ded84266e4 конечный поток эндобдж 4 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > транслировать HVMSH ڣ (W0 # 힌 W dHR ۣ dP7 ^ y61 OJ (\ 0’kĤ $ HCLa ^ 2f $ b & mp2 04’Z * «» K U @ aә?

RWU: ˳fVS ٬ \%. } `]; չ ~ r $ (qomvum} #L md ._ (ޒ`79 {kѦy_

A Сравнительное исследование зажимов ESD для диодных цепочек для защиты входа CMOS

Схемы и системы Том 10 No 02 (2019), Идентификатор статьи: 95801,16 стр.
10.4236 / cs.2019.102002

Сравнительное исследование зажимов для защиты от электростатических разрядов диодных цепей для защиты входа CMOS

Джин Ён Чой

Кафедра электронной и электротехники, Университет Хонгик, Седжонг, Корея

Авторские права © 2019 автора (ов) и Scientific Research Publishing Inc.

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Поступила: 12.01.2019 г .; Принята в печать: 25 февраля 2019 г .; Опубликовано: 28 февраля 2019 г.

РЕФЕРАТ

На основе моделирования двумерных устройств и моделирования переходных процессов в смешанном режиме, характеристик постоянного и переходного разряда обычной диодной цепочки, использующей стандартный процесс CMOS, и цепочки диодов, использующей процесс CMOS с тремя лунками, который может служить важным V _DD -V _SS зажимное устройство для защиты от электростатического разряда на входе CMOS. Сравнивались переходные характеристики разряда, включая пиковые напряжения, возникающие на оксидах затворов транзисторов во входных буферах, нагрев решетки внутри устройств защиты от электростатического разряда и отношения компонентов тока разряда на его пике внутри зажима цепочки диодов. Также сравнивались уровни постоянного тока в режиме ожидания, добавленные для каждой структуры входной площадки, которые являются критическими параметрами, определяющими полезность устройств. Мы показали, что сравниваемые диодно-струнные устройства могут успешно служить в качестве зажимных устройств V _DD -V _SS для защиты от электростатических разрядов благодаря преобладающим механизмам проводимости pnpn, связанным с тиристорами.Оптимизация конструктивных параметров, включая расстояние между контактами анод-катод в каждом диоде в цепочке, ширину устройства в диодной цепочке и количество диодов в диодной цепочке, была выполнена для представления характеристик переходного разряда и постоянного тока некоторых рекомендуемых примеров дизайна, которые могут служить в качестве руководства при проектировании зажимных устройств для струнных диодов.

Ключевые слова:

ESD, защита входа, диодная строка, зажим, CMOS

1. Введение

КМОП-микросхемы

уязвимы для электростатического разряда (ESD) из-за использования тонких оксидов затвора, поэтому на входных площадках требуются защитные устройства.Для защитных устройств предпочтительнее использовать устройства защиты большего размера, чтобы снизить плотность тока разряда и тем самым защитить себя от проблем, связанных с тепловым воздействием. Однако использование большого размера приводит к увеличению паразитных емкостей, добавляемых к входным узлам, что порождает другие проблемы, такие как снижение усиления и плохие шумовые характеристики в ВЧ ИС [1].

Хотя были предложены различные методы для уменьшения дополнительных паразитных воздействий, схемы защиты с использованием диодов наиболее популярны в ВЧ ИС [2] [3] [4].

В схему защиты входа диода необходимо включить фиксирующее устройство V _DD -V _SS , такое как транзистор NMOS, чтобы обеспечить безопасные пути разряда для всех возможных режимов тестирования модели человеческого тела (HBM). В то время как большой размер зажимного устройства NMOS имеет важное значение для предотвращения отказа теплового устройства, малогабаритный pn-диод, который смещен в прямом направлении во время различных событий ESD и, следовательно, термически безопасен, используется в качестве устройств защиты диодов, подключенных к входной площадке RF. ИС для уменьшения дополнительных паразитных воздействий на входной узел.

В схеме защиты входа диода, использующей устройство фиксации NMOS, критическое пиковое напряжение, возникающее на оксидах затвора входного буфера в событии ESD, определяется суммой прямого падения напряжения на диодном устройстве и V _DD -V. _SS напряжение зажима на более поздней стадии разряда, которое равно напряжению возврата устройства зажима NMOS [5]. Следовательно, по мере того, как оксиды затвора становятся все тоньше, напряжение возврата устройства фиксации NMOS, которое достаточно велико, чтобы вызвать сбои оксидов, становится препятствием для дальнейшего использования этой схемы защиты. Кроме того, было показано, что напряжение зажима V _DD -V _SS определяет величину нагрева решетки внутри диодного устройства ESD, подключенного между входным узлом и шиной V _DD [6]. Отсюда ясно, что мы должны найти способ уменьшить напряжение зажима V _DD -V _SS .

Диодная цепочка, подключенная в режиме прямой проводимости, была предложена в качестве зажимного устройства V _DD -V _SS для низковольтных технологий [7].Зажим диодной цепочки был рассмотрен для уменьшения напряжения фиксации V _DD -V _SS , поскольку количество диодов, соединенных последовательно, будет определять прямое напряжение включения диодной цепочки во время электростатического разряда.

Хотя ожидалось, что увеличение количества последовательно соединенных диодов может управлять током утечки для заданного напряжения питания, оказалось, что механизм утечки, связанный с паразитным действием биполярного транзистора pnp, накладывает ограничение на использование устройства при более высоком напряжении питания. [7].Более того, оказалось, что действие тиристора pn-pn внутри диодной цепочки становится еще одним препятствием, поскольку оно генерирует мгновенную обратную связь по постоянному току с низким удерживающим напряжением [8]. В [8] они показали путем измерений, что эффект мгновенного отклика по постоянному току подавляется путем вставки контактов p-подложки между каждым диодом в диодной цепочке. Последующая работа [9] показала, что около 2/3 тока разряда HBM ESD в PS-режиме протекает через паразитные тиристорные пути, что подтверждает, что паразитное действие тиристора все еще доминирует в переходных процессах разряда, что делает это устройство весьма полезным в качестве зажима ESD.

Диодная цепочка, использующая технологию с тремя лунками, была предложена в качестве зажима ESD для уменьшения утечки постоянного тока путем подавления действия биполярного транзистора pnp [10]. Последующая работа [11], однако, показала, что паразитное действие тиристора по-прежнему преобладает над переходным процессом разряда по сравнению с проводимостью последовательного диода, в отличие от ожидаемого.

В этой работе мы подробно сравниваем характеристики постоянного и переходного разряда обычной диодной цепочки, использующей стандартный процесс КМОП (цепочка диодов ST), и цепочки диодов, использующих процесс КМОП с тремя лунками (цепочка диодов TW) в качестве V _{. DD} -V _SS фиксирующее устройство для защиты от электростатического разряда на входе CMOS, чего раньше никогда не было, основано на 2-мерном (2-D) моделировании устройства и моделировании переходных процессов в смешанном режиме.Мы сосредотачиваемся на сравнении двух разных зажимов цепочки диодов, но представляем результаты анализа при использовании зажима NMOS с заземленным затвором (GG-NMOS), приведенного в [6], в качестве эталона для сравнения.

Двухмерный имитатор устройства вместе с имитатором схем используется в качестве инструмента для анализа. Методология анализа с использованием имитатора устройства получила широкое распространение и заслужила доверие [12] [13], поскольку она предоставляет ценную информацию, касающуюся механизмов, приводящих к отказу устройства, которую нельзя получить только с помощью измерений.

В разделе 2 мы объясняем схему диодной защиты и сравниваем поперечные сечения зажимных устройств V _DD -V _SS . В разделе 3 мы приводим результаты моделирования постоянного тока с краткими пояснениями, позволяющими оценить уровни постоянного тока в режиме ожидания и переходные режимы разряда. В разделе 4 мы представляем модель эквивалентной схемы для КМОП-микросхемы, оснащенной устройствами защиты, и приводим результаты моделирования переходных процессов в смешанном режиме HBM с подробным анализом.В Разделе 5 мы объясняем характерные изменения с различными параметрами конструкции, чтобы дать рекомендации по проектированию цепочек диодов по сравнению с зажимами ESD. Раздел 6 завершает работу.

2. Схема защиты от электростатического разряда и устройство устройства

На рисунке 1 показана схема защиты входа диода с использованием зажимного устройства V _DD -V _SS . Три сравниваемых устройства в этой работе можно использовать в качестве зажимного устройства V _DD -V _SS , обозначенного как «Зажим» на Рисунке 1.Метки A и K на зажиме обозначают выводы анода и катода соответственно. Инвертор CMOS предполагается как входной буфер.

На рисунке 1 показан разрядный тракт для теста ESD в PS-режиме, который считается самым слабым режимом среди событий разряда HBM [5]. Режим PS представляет собой тестовый режим, в котором положительное напряжение электростатического разряда (например, +2000 В) подается на входной контакт с заземленным контактом V _SS . Как показано, диод с прямым смещением D ₂ и включенное фиксирующее устройство последовательно образуют разрядный тракт.

На рисунке 2 представлены схемы поперечного сечения NMOS с заземленным затвором с имплантатом ESD (ESD GGNMOS), стандартной 6-ти диодной цепочки (ST 6-ти диодной цепочки) и трехлуночной 4-х диодной цепочки (TW 4- диодная цепочка) представлено устройство фиксации электростатического разряда, в котором паразитные транзисторы, относящиеся к n лункам, описаны вместе с распределенным сопротивлением подложки R _sub .

На рисунке 2 (b), где показаны только 4 диода из-за ограниченного пространства, между каждым последовательным диодом pn-типа вставлено 5 контактов p-подложки для подавления срабатывания цепей тиристоров pn-pn [9].

Для устройств с цепочкой диодов, используемых для моделирования, расстояние между контактами анод-катод в каждом диоде предполагается равным 2,4 мкм, а результирующая длина устройства в направлении x составляет 45,4 мкм и 37,2 мкм для 6-ти диодной цепочки ST и 4-диода TW. строка соответственно. Для всех сравниваемых устройств глубина n-лунки, p-лунки и Deep n-лунки принимается равной примерно 1 мкм, 0,6 мкм и 1,5 мкм соответственно, а глубина устройства в направлении y установлена ​​равной 5 мкм.

На рисунке 2 (b), например, 6 диодов серии обозначены как D1, D2, D3, D4, D5 и D6, чтобы облегчить пояснения относительно механизмов проводимости в дальнейшем.Как показано на рисунке 1, выводы анода и катода на рисунке 2 подключены к шине V _DD и шине V _SS соответственно. Как показано на рисунке 2, контакт Subr, который обозначает контакт подложки в правом углу, также подключен к шине V _SS .

Рисунок 1. Схема защиты входа диода с использованием зажимного устройства V _DD -V _SS .

Рис. 2. Схемы поперечного сечения (а) ESD GGNMOS, (b) 6-ти диодной цепочки ST и (в) 4-х диодной цепочки TW зажимов ESD.

3. Характеристики постоянного тока

Моделирование

постоянного тока было выполнено на трех зажимных устройствах, показанных на рисунке 2, с использованием двухмерного имитатора устройств ATLAS [14], который считается одним из проверенных имитаторов устройств. При моделировании учитывались все необходимые физические модели, в том числе модель ударной ионизации. Модель нагрева решетки была деактивирована для моделирования постоянного тока, поскольку нагрев решетки в режиме более высокого тока имеет тенденцию быть термически преувеличенным по сравнению с реальным измерением постоянного тока.

Катод и все контакты подложки были заземлены, а смещение анода варьировалось для моделирования.

На рисунке 3 показаны смоделированные характеристики анодного тока (стока) в зависимости от напряжения устройства ESD GGNMOS, показанного на рисунке 2 (a), в полулогарифмическом масштабе. Текущие значения приведены для ширины устройства 1 мкм в направлении z.

Мы можем видеть на рисунке 3, что это устройство NMOS имеет мгновенное напряжение 9,5 В вскоре после пробоя n ⁺ -drain / p-sub junction, начиная примерно с 9.3 В и удерживающее напряжение около 4,5 В. Такое мгновенное возвращение является результатом паразитного триггера биполярного транзистора npn [5], который обозначен символом на рисунке 2 (a).

На рис. 4 показаны смоделированные токи в зависимости от характеристик анодного напряжения 6-ти диодной цепочки ST, показанной на рис. 2 (b), в полулогарифмическом масштабе. На графике нанесены анодный ток, катодный ток и полный ток подложки.

Ниже 3,4 В величина анодного тока примерно равна величине полного тока подложки, что является результатом проводимости биполярного pnp-транзистора, связывающего смещенный в прямом направлении p-анод / n-катод в каждой n лунке [9] .Результирующий уровень тока при 2,5 В составляет 2,109 × 10 ^-8 А, что увеличивает уровень тока в режиме ожидания во время нормальной работы микросхемы. Обратите внимание, что текущий уровень при 2,5 В в случае GGNMOS на рисунке 3 составляет всего 1,7663 × 10 ⁻¹¹ A.

Рис. 3. Полулогарифмическая шкала Анодный ток (сток) в зависимости от напряжения, характеристики ESD GGNMOS.

Рис. 4. Зависимость токов в полулогарифмическом масштабе от характеристик напряжения анода 6-ти диодной цепочки ST.

На рисунке 4, хотя катодный ток незначителен по сравнению с током подложки ниже 3,4 В, что означает, что последовательный ток диода также незначителен, катодный ток становится доминирующим компонентом анодного тока выше 4,2 В. Было показано, что резкое увеличение катодного тока при 3,4 В является результатом паразитного триггера pnpn цепи [9].

На рис. 5 показаны смоделированные токи в зависимости от характеристик анодного напряжения 4-диодной цепочки TW, показанной на рис. 2 (c), в полулогарифмическом масштабе.На графике нанесены анод, катод и ток Subr.

Как показано на рисунке 5, величина анодного тока близка к величине тока Subr ниже 0,5 В анодного смещения. Этот ток должен быть током утечки через соединение 1 ^st deep n well (Dnw1) / psub с обратным смещением. Выше 0,5 В величина анодного тока близка к величине катодного тока, который должен быть током через 4 последовательных диода с прямым смещением. Обратите внимание, что этот ток может протекать через 4 последовательно соединенных диодами npn биполярных транзистора.

Ниже 3 В ток Subr остается низким, показывая, что биполярное действие pnp подавлено, как задумано. Однако уровень тока при 2,5 В составляет 8,444 × 10 ^-8 А, что примерно в 4 раза больше, чем в случае использования 6-ти диодной цепочки ST. Это результат улучшенной проводимости последовательного диода в этом устройстве.

При 3 В происходит внезапное увеличение тока Subr, которое вызвано срабатыванием паразитного биполярного транзистора pnp, связанного с Dnw1, обозначенного на рисунке 2 (c) [11].

Спусковой механизм можно объяснить следующим образом. По мере увеличения анодного смещения большая часть инжектированных электронов с катода n-типа (Nc1) в p-лунку №1 (Pw1) из-за увеличения прямого смещения диода D1 диффундирует наружу, достигая дна. боковой коллектор n-типа (Dnw1), и вытекает на контакт анода n-типа (Na1). Это просто механизм проводимости в

Рис. 5. Зависимость токов в полулогарифмическом масштабе от характеристик напряжения анода 4-диодной цепочки TW.

npn-транзистор с диодным соединением. Этот механизм снижает потенциал нижней области Dnw1 для прямого смещения перехода Pw1 / Dnw1 для запуска pnp-транзистора, образованного эмиттером (Pw1), базой (Dnw1) и коллектором (p-подложкой), в результате чего резкое увеличение тока Subr при 3 В.

При смещении анода 3,75 В ток анода течет к катоду и к контактам Subr в равной степени, как показано на рисунке 5. Выше 3,75 В ток катода снова быстро увеличивается, становясь доминирующей частью анодного тока. в 4.5 В.

Было подтверждено, что потенциал внутренней подложки резко возрастает примерно на 3,1 В из-за резистивного падения напряжения на R _sub , когда срабатывает pnp-транзистор, и начинает превышать потенциал Dnw4 при 3,75 В для прямого смещения p- Переход подложка / Dnw4, запускающий тиристорный путь pnpn, образованный Pw1 / Dnw1 / p-sub / Dnw4. Этот ток должен течь к катоду n-типа в контакте диода D ₄ (Nc4) через транзистор npn, образованный Dnw4 / Pw4 / Nc4, вызывая быстрое увеличение тока коллектора на 3.75 В на рисунке 5. Обратите внимание, что это напряжение (3,75 В), которое можно рассматривать как удерживающее напряжение для последовательно включенных тиристора pnpn и транзистора npn, достаточно велико, чтобы избежать его срабатывания во время нормальной работы микросхемы.

4. Характеристики переходного разряда

На рисунке 6 показана эквивалентная схема тестовой ситуации входного HBM для режима PS. Часть, обозначенная как «Тестовая среда», представляет собой эквивалентную схему для подключения тестового оборудования. C _ESD и R _ESD представляют емкость человека и сопротивление контакта человека, соответственно.Значения для других паразитарных элементов описаны в [5]. V _ESD — это испытательное напряжение HBM, и переключатель S ₁ заряжает C _ESD , а затем переключатель S ₂ инициирует разряд.

Рисунок 6. Эквивалентная схема тестовой ситуации входного контакта HBM.

На рисунке 6 D ₁ , D ₂ и D ₃ образуют схему защиты на входной площадке. Инвертор CMOS считается входным буфером внутри микросхемы, которая моделируется емкостной сетью.C _ngate и C _pgate представляют емкости затвора-оксида NMOS- и PMOS-транзисторов в CMOS-инверторе соответственно. C _ds представляет собой емкость перехода n-лунка / p-подложка.

С использованием ATLAS было выполнено моделирование переходных процессов в смешанном режиме PS-режима с использованием эквивалентной схемы, показанной на рисунке 6.

Три зажимных устройства, показанные на рисунке 2, использовались как D ₃ на рисунке 6. Мы отмечаем, что мы подключили каждый диод в цепочке диодов с помощью резистора 1 мОм, чтобы контролировать ток, протекающий через анод каждого последовательного диода, путем мониторинга тока. через соответствующий резистор.Обратите внимание, что мониторинг этих внутренних токов возможен только при моделировании, но не при измерениях.

Опорный диод на рисунке 4 в [6] и двухкатодный диод на рисунке 5 в [6] были приняты для D ₁ и D ₂ , соответственно.

Для моделирования переходных процессов в смешанном режиме было принято V _ESD = 2000 В. В отличие от моделирования на постоянном токе, для анализа проблем, связанных с температурой решетки, была активирована модель нагрева решетки, включающая в себя джоулева тепла, тепла генерации-рекомбинации и тепла Пельтье-Томсона.Ширина защитных устройств была отрегулирована для поддержания максимальной температуры решетки внутри всех защитных устройств ниже 500˚K, в результате чего 15 мкм, 15 мкм и 200 мкм для D ₁ , D ₂ и D ₃ , соответственно. . Отметим, что ширина устройства означает длину устройства в направлении z в соответствии с определением оси, используемым на рисунке 2.

На рисунках 7-9 показаны изменения напряжений, возникающих на C _ngate и C _pgate на рисунке 6, в зависимости от времени, когда три устройства, показанные на рисунке 2, используются как D ₃ , которые соответствуют напряжениям, развиваемым через оксиды затвора NMOS- и PMOS-транзисторов во входном буфере.Напряжение контактной площадки, которое не показано на этих рисунках, почти совпадает с напряжением, развиваемым на C _ngate .

На рисунке 7 мы можем видеть, что напряжение контактной площадки (напряжение на входе C _ngate ) в случае использования зажимного устройства GGNMOS для D ₃ достигает пика до 12,9 В на ранней стадии разряда непосредственно перед включением обоих диода в D ₂ и паразитного биполярного транзистора npn в приборе ГГНМОП D ₃ [6]. Этот пик наблюдается в течение очень коротких промежутков времени в диапазоне нескольких наносекунд, что считается безопасным для оксидов затвора во входном буфере [5].

Основной разряд через D ₂ и D ₃ последовательно происходит, когда напряжение на контактной площадке падает до суммы прямого падения на диоде и биполярного удерживающего напряжения, которое составляет около 7 В. Как показано на рисунке 7, это напряжение уменьшается. поскольку ток разряда со временем уменьшается.

Рис. 7. Изменения напряжений, возникающих на C _ngate и C _pgate в режиме PS в случае использования GGNMOS для D ₃ .

Рисунок 8.Вариации напряжений на C _ngate и C _pgate в режиме PS при использовании 6-ти диодной цепочки ST для D ₃ .

Рисунок 9. Изменение напряжений на C _ngate и C _pgate в режиме PS при использовании 4-х диодной цепочки TW для D ₃ .

Мы можем видеть, что напряжение контактной площадки снова увеличивается и достигает 10,65 В примерно через 0,46 мкс, когда D ₃ начинает проводить в режиме пробоя, поскольку ток стока D ₃ , который является током разряда в этот момент , уменьшается ниже удерживающего тока для биполярного транзистора.Результатом моделирования было подтверждено, что пиковое напряжение 10,65 В соответствует сумме прямого падения на диоде в D ₂ (1,15 В) и напряжения мгновенного возврата GGNMOS D ₃ (9,5 В).

На рисунках 8 и 9 мы можем видеть, что напряжения на C _ngate достигают пика до 12,3 В и 14,9 В на ранней стадии разряда в случае использования 6-ти диодной цепочки ST и 4-х диодной цепочки TW. зажимные устройства соответственно.

Обратите внимание на рисунки 8 и 9, что при использовании зажимных устройств с цепочкой диодов повторного увеличения напряжения на контактных площадках не происходит, поскольку в этих устройствах отсутствует режим пробоя.Поскольку основной ток разряда протекает через паразитные тиристоры, напряжение на контактных площадках уменьшается намного быстрее по сравнению со случаем использования устройства GGNMOS.

В случае использования 6-ти диодной цепочки ST и 4-х диодной цепочки TW, напряжения на контактных площадках падают до 8,6 В и 7,5 В соответственно, и продолжаются основные разряды. Сравните этот результат с пиковыми значениями 10,65 В в течение значительного периода времени при использовании устройства GGNMOS на рисунке 7. Это заметное улучшение в аспекте защиты оксидов затвора при использовании устройств зажима цепочки диодов.

Места и время смоделированных пиковых температур в случае использования трех различных зажимных устройств сведены в Таблицу 1. В случае использования зажимного устройства GGNMOS общая пиковая температура появляется на дренажном переходе на стороне затвора зажима GGNMOS, где электрическое поле и плотность тока у обоих высока. В случае использования зажимов для цепочки диодов, общая пиковая температура появляется вокруг контактов подложки p ⁺ внутри D ₂ , а не внутри зажимных устройств. Это связано с тем, что внутри устройств с цепочкой диодов не возникает сильного электрического поля, как в устройстве GGNMOS, что приводит к низкому нагреву решетки внутри устройств с цепочкой диодов.

На основе тех же результатов моделирования было подтверждено, что по сравнению со случаем с использованием 6-ти диодной цепочки ST, пик температуры в случае использования 4-х диодной цепочки TW снижается из-за уменьшенного пикового напряжения зажима D ₃ во время основной разряд от 6,95 В до 5,80 В.

Если ширина устройств с диодной цепочкой уменьшается с 200 мкм, ограничивающие напряжения увеличиваются, чтобы обеспечить протекание аналогичного уровня разрядного тока, что приводит к более высокому температурному пику внутри D ₂ .Это поведение будет обсуждаться более подробно в Разделе 5.

В таблице 2 представлены компоненты анодного тока D ₃ на пике около 7 нс для двух случаев с использованием 6-ти диодной цепочки ST и 4-х диодной цепочки TW. Отметим, что ток pnp-транзистора измерялся как полный ток, достигающий всех p-sub контактов, которые служат коллекторами биполярных pnp-транзисторов. Ток последовательного диода измерялся током, поступающим на анодный контакт последнего последовательного диода.Ток тиристора pnpn измеряли путем вычитания последовательного тока диода из тока катода.

Таблица 2 показывает, что в случае использования цепочки из 4 диодов TW, в то время как действие биполярного транзистора pnp значительно подавлено, а проводимость последовательного диода улучшена, как и ожидалось, проводимость pnpn-тиристора по-прежнему является основным механизмом разряда.

Таблица 1. Места и время пиковых температур.

Таблица 2. Компоненты анодного тока D ₃ на пике при использовании 2-х выделенных диодных цепочек с шириной устройства 200 мкм.

Здесь отметим, что ток тиристора pnpn в цепочке из 4 диодов TW представляет собой ток, проходящий последовательно через тиристор pnpn и биполярный транзистор npn, как объяснено в отношении результата моделирования постоянного тока.

5. Оптимизация проектных параметров

В этом разделе мы обсуждаем результаты оптимизации параметров, основанные на дополнительном моделировании с различными конструктивными параметрами, чтобы дать рекомендации по проектированию зажимных устройств с цепочкой диодов и объяснить другое использование устройства GGNMOS.

1) Расстояние между контактами анод-катод каждого диода в диодной цепочке

Прежде всего, одним предпочтительным эффектом при уменьшении расстояния между анодом и катодом в каждом диоде в диодной цепочке является уменьшение длины устройства в направлении x, что приводит к уменьшению площади устройства.

При уменьшении интервала с 2,4 мкм до 1,2 мкм пик напряжения на ранней стадии C _ngate уменьшается на 15% и 35% в случае использования цепочки диодов ST и цепочки из 4 диодов TW соответственно, что составляет неплохо с точки зрения защиты воротных оксидов входных буферов.

Пик напряжения на поздней стадии C _ngate снижается на 8% и 15% в случае использования цепочки диодов ST и цепочки из 4 диодов TW, соответственно, что эффективно с точки зрения защиты оксидов затвора. В результате также уменьшается пик температуры внутри D ₂ . Эта тенденция ослабевает, когда расстояние уменьшается ниже 1,2 мкм.

Коэффициент проводимости тиристора pnpn немного снижен из-за уменьшения величины сосредоточенного сопротивления подложки, что, однако, не ухудшает характеристики разряда.

В случае 6-ти диодной цепочки ST уровень постоянного тока утечки снижается из-за уменьшения тока pnp-транзистора на такой же коэффициент уменьшения длины устройства, что не относится к 4-диодной цепочке TW, поскольку pnp-транзистор триггер подавляется при нормальной работе микросхемы.

В целом, уменьшение расстояния между анодом и катодом до 1,2 мкм рекомендуется для сравнения для обоих устройств с диодной цепочкой.

2) Ширина диодной цепочки прибора

По мере того, как ширина устройства в направлении z уменьшается, напряжение зажима увеличивается, чтобы обеспечить протекание аналогичного уровня разрядного тока, что приводит к увеличению нагрева решетки внутри D ₂ , который не должен превышать верхнего предела.Однако уровень постоянного тока утечки, очевидно, будет уменьшен в том же соотношении, что очень полезно.

Если ширина устройства уменьшена слишком сильно, пик напряжения на ранней стадии разряда может стать слишком высоким, чтобы вызвать проблемы с окислением во входных буферных схемах, даже если продолжительность пика очень мала.

3) Количество диодов в диодной цепочке

В случае цепочки диодов ST увеличение номера последовательного диода увеличивает напряжение включения биполярного транзистора pnp, относящегося к каждой n лунке, которая является источником тока утечки, что приводит к снижению уровня тока утечки постоянного тока.

Поскольку напряжение включения pnp-транзистора увеличивается, удерживающее напряжение для проводимости pnpn-тиристора также увеличивается, чтобы увеличить напряжение ограничения, что приводит к увеличению нагрева решетки внутри D ₂ .

В случае цепочки диодов TW увеличение номера последовательного диода аналогичным образом увеличивает напряжение включения цепочки диодов, что приводит к уменьшению уровня тока утечки постоянного тока.

Как и в случае с цепочкой диодов ST, удерживающее напряжение для проводимости, связанной с тиристором pnpn, увеличивается, чтобы увеличить напряжение ограничения, что приводит к увеличению нагрева решетки внутри D ₂ .

В таблице 3 представлены некоторые рекомендуемые примеры дизайна. Расстояние между контактами анод-катод в каждом диоде в цепочке установлено равным 1,2 мкм. Характеристики переходного процесса разряда в случае электростатического разряда в PS-режиме приведены для сравнения. Также суммируется постоянный ток в режиме ожидания, добавляемый, когда V _DD = 2,5 В, что представляет собой добавленную стоимость на каждую входную площадку во время нормальной работы микросхемы.

В _Пик в таблице 3 представляет напряжение на C _ngate . За исключением случая использования зажимного устройства GGNMOS, пиковые температуры появляются вокруг контактов p ⁺ -подложки внутри устройства D ₂ на Рисунке 1.

Устройства с цепочкой диодов в таблице 3, безусловно, превосходят устройство GGNMOS в аспекте защиты оксидов затвора входных буферов и защиты устройств защиты от электростатических разрядов от сбоев, связанных с перегревом, за счет снижения пиковых напряжений на более поздней стадии. разряда переходного.

Постоянный ток в режиме ожидания, указанный в таблице 3, должен быть важным критерием при выборе типа устройства для клещей ESD. Только в этом аспекте устройство GGNMOS является лучшим.

Таблица 3.Переходные характеристики и характеристики постоянного тока некоторых рекомендуемых примеров проектирования.

4) Эффекты от подключения устройства GGNMOS параллельно устройству с диодной цепочкой

Давайте рассмотрим событие ESD, когда вывод V _DD заземлен и положительное напряжение ESD приложено к выводу V _SS . Если в качестве зажимного устройства между шинами V _DD и V _SS используется GGNMOS или цепочка из 4 диодов TW, то смещенный вперед p-sub / n ⁺ -исходный диод в устройстве GGNMOS или прямой -смещенный p-sub / n ⁺ -анод (внутри Dnw1) в диодной цепочке TW, соответственно, обеспечит безопасный путь разряда.

Однако, в случае использования цепочки диодов ST, вместо этого включится pnp-транзистор, что не является безопасным путем разряда, поскольку вокруг смещенного в обратном направлении p ⁺ -анода / Nw1 (коллектор / база), что привело к тепловому отказу в этом устройстве.

Средство для решения этой проблемы — подключить устройство GGNMOS, подобное показанному на рисунке 2 (а), параллельно с цепочкой диодов ST. Опять же, диод источника p-sub / n ⁺ с прямым смещением в устройстве GGNMOS обеспечит безопасный путь разряда.Этот GGNMOS не будет включаться, когда цепочка диодов ST проводит ток во время обычных событий электростатического разряда, поскольку напряжение запуска для GGNMOS намного больше, чем напряжение цепочки диодов ST. Этот факт был подтвержден посредством дополнительного моделирования переходных процессов в PS-режиме в данной работе.

Обратите внимание, что устройство GGNMOS, подключенное параллельно, будет выполнять еще одну важную роль в качестве большого разделительного конденсатора для уменьшения дребезга V _DD во время нормальной работы микросхемы, что очень полезно. Следовательно, вышеупомянутое средство защиты может быть применено и в случае использования зажима для цепочки диодов TW без какого-либо вреда.Этот факт также был подтвержден с помощью дополнительного моделирования переходных процессов в PS-режиме.

Наконец, отметим, что для микросхем, использующих несколько напряжений питания, устройства ESD GGNMOS, подключенные между двумя отдельными шинами V _DD , будут обеспечивать безопасные пути прямого и обратного разряда, если анод и катод, обозначенные на рисунке 2 (а), подключены к шина V _DD и младшая шина V _DD соответственно.

6. Выводы

На основе двухмерного моделирования устройств и моделирования переходных процессов в смешанном режиме мы сравнили характеристики постоянного и переходного разряда обычной диодной цепочки, использующей стандартный процесс КМОП, и диодной цепочки, использующей процесс трехъямной КМОП, как V _DD . -V _SS фиксирующее устройство для защиты от электростатического разряда на входе CMOS.

Мы показали, что оба сравниваемых устройства с диодной цепочкой могут успешно служить в качестве зажимного устройства V _DD -V _SS для защиты от электростатического разряда благодаря преобладающим механизмам проводимости pnpn, связанным с тиристорами, во время событий электростатического разряда.

Было также сравнено

уровней постоянного тока в режиме ожидания, добавленных для каждой структуры входной площадки при использовании фиксирующих устройств, которые намного выше, чем при использовании фиксирующих устройств GGNMOS, но могут быть минимизированы до приемлемых уровней в зависимости от того, как их спроектировать.

Изменения в характеристиках разряда при изменении основных конструктивных параметров были проанализированы, чтобы представить некоторые рекомендуемые примеры конструкции, которые могут служить руководством при проектировании зажимных устройств с цепочкой диодов. Было также предложено выгодное использование зажимного устройства GGNMOS.

Несмотря на то, что эта работа основана на моделировании в смешанном режиме с использованием имитаторов устройств и схем, анализ, представленный в этой работе, ясно объясняет задействованный механизм, который не может быть выполнен путем измерений.

Благодарности

Работа поддержана Исследовательским фондом Университета Хонгик 2018.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи.

Цитируйте эту статью

Choi, J.Y. (2019) Сравнительное исследование зажимов ESD для диодных цепочек для защиты входа CMOS. Схемы и системы, 10, 21-36. https://doi.org/10.4236/cs.2019.102002

Список литературы

1. 1.Leroux, P. и Steyaert, M. (2001) Высокопроизводительный МШУ 5,2 ГГц со встроенным индуктором для защиты от электростатического разряда. Электроника Письма, 37, 467-469. https://doi.org/10.1049/el:20010271


2. 2. Yeh, C.-T., Ker, M.-D. и Лян, Ю.С. (2010) Оптимизация стиля компоновки диода защиты от электростатического разряда для высокочастотных интерфейсных схем и схем высокоскоростного ввода / вывода. IEEE Transactions по надежности устройств и материалов, 10, 238-246. https://doi.org/10.1109/TDMR.2010.2043433


3. 3.Ян М.-Т. и др. (2010) Модель бокового диода на основе BSIM4 для МШУ, разработанная совместно со схемой защиты от электростатического разряда. 11-й Международный симпозиум по качеству электронного дизайна, Сан-Хосе, 22-24 марта 2010 г., стр. 87-91.


4. 4. Au, T. и Syrzycki, M. (2013) Исследование диодов STI в качестве устройств защиты от электростатического разряда (ESD) в процессах Deep Submicron (DSM) CMOS. 26-я конференция IEEE CCECE, Регина, 5-8 мая 2013 г., 1-5. https://doi.org/10.1109/CCECE.2013.6567790


5. 5.Чой, Ж.-Й. (2010) Сравнительное исследование входных схем защиты от электростатического разряда с использованием NMOS, тиристора и диода. Связь и сеть, 2, 11-25. https://doi.org/10.4236/cn.2010.21002


6. 6. Choi, J.-Y. (2017) Оптимизация структуры диодов электростатического разряда для защиты входа КМОП ВЧ ИС. Журнал полупроводниковых технологий и науки, 17, 401-410.


7. 7. Дабрал С., Аслетт Р. и Мэлони Т. (1994) Зажимы сердечника для низковольтных технологий. Материалы симпозиума EOS / ESD, Лас-Вегас, 27-29 сентября 1994 г., 141-149.


8. 8. Glaser, U., et al. (2005) Режим работы диодных цепочек SCR для защиты от электростатического разряда. Протоколы симпозиума EOS / ESD, Тусон, 8–16 сентября 2005 г., 1–10.


9. 9. Choi, J.-Y. (2018) Характеристики переходного разряда в зажиме для защиты от электростатических разрядов диодной струны. Журнал полупроводниковых технологий и науки, 18, 481-490. https://doi.org/10.5573/JSTS.2018.18.4.481


10. 10. Chen, S., et al. (2003) Конструкции диодных гирлянд с малой утечкой с использованием технологий с тремя скважинами для приложений RF-ESD.Электронные письма IEEE Transactions, 24, 595-597. https://doi.org/10.1109/LED.2003.815938


11. 11. Choi, J.-Y. (2018) Разрядные характеристики зажима ESD с тройной диодной струной. Схемы и системы, 9, 75-86. https://doi.org/10.4236/cs.2018.95008


12. 12. Feng, H., et al. (2003) Методология моделирования и проектирования схем смешанной защиты от электростатического разряда. IEEE Journal of Soilid-State Circuits, 38, 995-1006. https://doi.org/10.1109/JSSC.2003.811978


13. 13.Фанкхаузер Б. и Дойчманн Б. (2004) Использование моделирования устройств для оптимизации схем защиты от электростатического разряда. Симпозиум IEEE EMC, Кремниевая долина, 9-13 августа 2004 г., 963-968. https://doi.org/10.1109/ISEMC.2004.1349956


14. 14. Платформа ATLAS II, версия 5.10.2.R, Silvaco International. (2005)

Основные сведения о драйверах лазерных диодов

В своей основной форме драйвер лазера представляет собой источник тока, состоящий из токоизмерительного резистора и операционного усилителя.Операционный усилитель измеряет напряжение на измерительном резисторе и регулирует его выход в цепи обратной связи, чтобы поддерживать напряжение резистора как можно ближе к управляющему напряжению.

Поскольку на отрицательный вход усилителя ток не течет, ток лазера I _L равен управляющему напряжению V _C , деленному на резистор считывания R _S .

Выходной каскад большинства операционных усилителей не может обеспечивать ток более нескольких десятков мА, поэтому его обычно заменяют дискретным транзистором:

Соответствие напряжения

Драйвер лазера может регулировать ток только до тех пор, пока напряжение лазера остается в определенных пределах.Напряжение питания V _S является суммой напряжения резистора считывания V _Rs = R _S x I _L , напряжения лазера V _L и напряжения транзистора V _T .

Транзистор можно рассматривать как переменный резистор, управляемый операционным усилителем. Когда напряжение лазера увеличивается, операционный усилитель пытается уменьшить сопротивление транзистора R _T , чтобы поддерживать постоянный ток. В какой-то момент сопротивление транзистора достигает минимального значения R _Tmin , и драйвер ведет себя так, как если бы на лазер был подан V _S , последовательно с R _Tmin и R _S .

Соответствующее напряжение — это максимальное напряжение лазера, при котором драйвер поддерживает регулировку тока. Это напряжение зависит от тока и обычно указывается на максимальном рабочем токе драйвера.

Анализ шума

На входе операционного усилителя можно рассмотреть три источника шума напряжения: шум управляющего напряжения v _C ² , приведенный к входу шум операционного усилителя v _O ² и тепловой шум. шум чувствительного резистора v _R ² = 4 кОм _B TR _S .

Рассмотрим драйвер лазера на 100 мА, состоящий из чувствительного резистора 10 Ом, операционного усилителя с шумом входного напряжения 0,85 нВ / √Гц и бесшумного управляющего напряжения. При комнатной температуре тепловой шум резистора 10 Ом составляет около 0,4 нВ / √Гц. Поскольку два шума напряжения независимы, они в сумме составляют спектральную плотность мощности (0,4 ² +0,85 ² ) ^½ = 1,0 нВ / √Гц. Разделив результат на 10 Ом, мы получим токовый шум 100 пА / √Гц.

Можно уменьшить шум тока, увеличив номинал резистора считывания, как показано на графике ниже.При низких значениях резистора тепловым шумом можно пренебречь, а текущий шум масштабируется обратно пропорционально сопротивлению. Выше 50 Ом тепловой шум становится преобладающим, а текущий шум масштабируется только пропорционально величине, обратной корню квадратному из сопротивления.

Выбор номинала резистора — это компромисс между текущим шумом и потребляемой мощностью.

Модуляция лазерного тока

Модуляция может выполняться как минимум двумя способами, в зависимости от требуемой частоты модуляции.Пока частота модуляции меньше ширины полосы контура обратной связи, ток лазера можно модулировать с помощью управляющего напряжения V _C . Эта полоса пропускания обычно составляет от нескольких кГц до нескольких МГц.

Выше полосы модуляции драйвера ток лазера можно модулировать с помощью тройника смещения, как показано на рисунке ниже:

Конденсатор позволяет модуляции переменного тока проходить через лазер, блокируя сигнал постоянного тока. Катушка индуктивности, которая изолирует драйвер от модуляции переменного тока, должна быть достаточно маленькой, чтобы не добавлять слишком много фазы в полосе пропускания драйвера.

Конфигурации заземления

У некоторых лазерных диодов положительная сторона (анод) или отрицательная сторона (катод) подключены к металлическому корпусу диода. Если металлический корпус должен быть заземлен, необходимо использовать драйвер лазера с заземленным анодом или заземленным катодом, как показано на рисунке ниже:

Драйверы с анодным заземлением работают от отрицательного источника питания, а драйверы с заземленным катодом работают от положительного источника.