Zaryad aloqali asbob - Elec16mbk elektronika va sxemalar 2

|
Elec16mbk elektronika va sxemalar 2
|
bet | 26/28 | Sana | 28.06.2024 | Hajmi | 1,83 Mb. | | #266166 |
Bog'liq 3L0BY8wFsz3ScRmN61veYMgES1v83EaDjes7FCGsZaryad aloqali asbob (ZAA) (1.41 – rasm) yupqa dielektrik qatlam D bilan qoplangan va yuzasiga 12 ta boshqaruvchi metal elektrodlar tizimi joylashtirilgan yarimo’tkazgich kristaldan (masalan p – turli) iborat. Shunday qilib 12 ta MDYa – tizim hosil qilinadi. Tizimlar soni N elementlar orasidagi masofaga, yozuvchi impuls davomiyligiga bog’liq bo’ladi va N = 200 ga yetishi mumkin. Har bir elektrod kengligi 10 ÷ 12 mkm ni, ular orasidagi masofa esa 2 ÷ 4 mkm ni tashkil etishi mumkin.
1.41 – rasm. ZAA turkumidagi uch fazali siljituvchi
registr tizimida zaryad ko’chishi
MDYa – tuzilmadagi fizik jarayonlarda barcha elektrodlarga bo’sag’aviy kuchlanish U0 berilganda dielektrik bilan yarimo’tkazgich orasida kambag’allashgan soha hosil bo’ladi, bu soha potensial chuqur deb ataladi. Alohida elektroddagi kuchlanish qiymati axborotni saqlash kuchlanishi USAQ > U0 gacha o’zgartirilganda, ushbu elektrod ostidagi kambag’allashgan soha yarimo’tkazgichning boshqa yuzalariga qaraganda “chuqurroq” bo’ladi. Potensial chuqurda elektronlarni (paketini) to’plash mumkin. Demak, MDYa – tuzilma ma’lum vaqtgacha potensial chuqurdagi zaryadga mos axborotni eslab qoluvchi element sifatida xizmat qilishi mumkin. Elektron paket dinamik bir jinslikmaslikni tashkil etadi. Elektron paketni saqlash jarayonida ma’lum elektrod (zatvor) ostida termogenerasiya hisobiga qo’shimcha elektronlar hosil bo’lishi mumkin. Agar zaryad o’zgarishining ruxsat etilgan qiymati 1 % ni tashkil etsa, axborotni saqlash vaqti esa bir necha sekunddan oshmaydi. Shuning uchun ZAA dinamik turdagi asbobdir. Birlamchi to’plangan va ma’lum aniq potensial chuqur bilan bog’liq zaryadlar, yarimo’tkazgich sirti bo’ylab potensial chuqur siljitilgan holda ko’chirilishi mumkin. Buning uchun zatvorlardagi kuchlanishlar aniq ketma – ketlikda o’zgartirilishi mumkin.
Zaryadni ma’lum yo’nalishda ko’chirish uchun har bir elektrod uch fazali boshqarish tizimining F1, F2, F3 takt shinalaridan biriga ulanadi. Demak, ZAAning bir elementi uchta MDYa – tuzilmali yacheykadan iborat bo’ladi. Agar ZAA qo’shni elektrodlariga berilgan kuchlanishlar qiymat jihatdan bir–biridan farq qilsa, qo’shni potensial chuqurlar orasida elektr maydon hosil bo’ladi. Ushbu maydon yo’nalishi shunday–ki, elektronlar kattaroq potensialga ega sohaga dreyf harakat qiladi, ya’ni “sayozroq” potensial chuqurdan nisbatan “chuqurroq”qa ko’chadi.
Agar zaryad birinchi elektrod ostida to’plangan bo’lsa–yu, uni ikkinchi elektrod ostiga siljitish zarur bo’lsa, unga kattaroq kuchlanish beriladi, bunda zaryad yuqoriroq kuchlanishli elektrod ostiga ko’chadi. Keyingi taktda yuqoriroq kuchlanish navbatdagi elektrodga beriladi va zaryad unga ko’chadi. Zaryad ko’chirishning uch taktli tizimida 1,4,7,10 va shunga o’xshash elektrodlar F1 shinaga, 2,5,8,11 elektrodlar F2 shinaga, 3,6,9,12 va shunga o’xshash elektrodlar esa F3 shinaga ulanadi.
Zaryadlarning elektrodlararo sirkulyasiyasi barcha ZAAlar qo’llanishlarning asosi hisoblanadi. Zaryadlarni ko’chirish imkoniyati ZAAlar asosida siljituvchi registrlar va xotira qurilmalar yaratish imkonini beradi. Registr deb ikkilik kod asosida berilgan ko’p razryadli axborotni yozish, saqlash yoki siljitish uchun qo’llaniladigan qurilmaga aytiladi.
Signalning zaryad paketlarini bir necha usullar bilan, masalan, p – n o’tishdan zaryad tashuvchilarni metal elektrodlar ostiga injeksiyalash, MDYa – turdagi tuzilmada yuza bo’ylab ko’chkisimon teshilish yoki metal elektrodlar orasidagi aniq joylar orqali yorug’lik kiritib elektron – kovak juftliklarni generasiyalash bilan hosil qilish mumkin.
Nomuvozanat zaryad hosil qilish va uni p – n+ o’tishlardan foydalangan holda ZAAdan chiqarish usuli 1.17– rasmda ko’rsatilgan.
Elektronlar paketini birinchi zatvor ostiga kiritish uchun n+– p o’tishga to’g’ri siljitish beriladi. Paket zaryadi qiymati kirish signali amplitudasi ortishi bilan p – n o’tish VAXiga muvofiq eksponensial qonun bilan ortadi va uning uzluksizligiga bog’liq bo’ladi. Signal kiritishning ushbu usuli afzalligi – bir necha nanosekundni tashkil etuvchi tezkor ishlashidan iborat. Chiqishdagi n+– p o’tishga teskari siljitish berilgani uchun 11 zatvordan 12 zatvorga o’tuvchi elektronlar elektr maydon ta’siriga uchraydi va chiqish zanjirida tok impulsi hosil qiladi.
ZAAning ikkita: axborot zaryadini saqlash va uzatish rejimlari mavjud. Ushbu turdagi ZAAlar uchun axborotni saqlashning maksimal vaqti 100 msek ÷ 10 sek ni tashkil etadi. Takomillashgan (yashirin kanalli va ikki fazali boshqaruvga ega ZAAlarda hamda kremniy oksidiga purkalgan kremniy nitridi Si3N4 li dielektrik qatlamli MNOYa – tuzilmalarda) yozib olingan axbortni saqlash vaqti bir necha o’n ming soatlarni tashkil etadi. ZAAlarda yaratilgan xotira qurilmalar raqamli texnikada qo’llaniladi va katta (8 ÷ 16 Kbit) sig’imga ega.
Fotoqabul qiluvchi ZAAlar. Zaryadli paket nafaqat injeksiya yo’li bilan balki sirtni lokal yoritish yo’li bilan ham hosil qilinishi mumkin. Bu holda zaryad aloqali fotosezgir asbob (ZAFA) hosil bo’ladi. Yoritilganda mos zatvor ostida yoritilganlik F ga proporsional zaryad hosil bo’ladi. Natijada zatvorlar ostidagi zaryadlar majmui tasvirni xarakterlaydi. Elektrodlar chiziq (satr) yoki matrisa shaklida joylashadi. Elektrodlarga xos o’lchamlar: uzunligi 5 mkm, kengligi 40 mkm. Elektrodlar orasidagi masofa 1 ÷ 2 mkm. Matrisa ko’rinishidagi ZAFAda elektrodlar soni 106 dan katta bo’lishi mumkin. Shuning uchun ZAA katta integral sxemadek qaralishi mumkin.
Uch fazali boshqarish amalga oshirilganda ZAFAning elementar yacheykasi (piksel) bitta satrning uchta qo’shni elektrodiga 1,2,3 (4,5,6 va x.z.) ega bo’lishi shart. Bunda yacheykaning har bir elektrodi uchta boshqa – boshqa takt shinalari (fazalari) F1, F2, F3 ga (1.17 – rasmdagidek) ulanadi. Birinchi takt davomida 2 (5,8,11 sh.o’.) elektrodga musbat saqlash kuchlanishi USAQ > U0 (10 ÷ 20 V) beriladi. Natijada ushbu elektrod ostida kambag’allashgan soha hosil bo’ladi. Bu soha elektronlar uchun potensial chuqurni hosil qiladi. Sirt yoritilganda elektron – kovak juftliklar soni lokal yoritilganlik va yoritish vaqti bilan belgilanadi. Bunda elektronlar potensial chuqurlikda yig’ilib, zaryadli paketni hosil qiladi. Paket yetarli vaqt (1 ÷ 100 ms) saqlanishi mumkin.
Ikkinchi takt davomida 3 elektrodga o’qish kuchlanishi UO’Q beriladi. O’qish kuchlanishi qiymati saqlash kuchlanishidan katta bo’ladi. Natijada elektronlar 3 elektrod ostidagi chuqurroq potensial chuqurlikka dreyf siljiydi.
Uchinchi takt davomida 3 elektroddagi kuchlanish qiymati saqlash kuchlanishi qiymatigacha kamayadi, 2 elektroddan esa potensial olinadi. Saqlash yoki o’qish kuchlanishi berilmagan elektrodlarga hamma vaqt katta bo’lmagan siljituvchi kuchlanish berib qo’yiladi. Shu bilan zaryadli paketlar harakatining bir tomonlama bo’lishiga erishiladi. Har bir satr oxirida 3.17 – rasmdagidek chiquvchi element mavjud. n+– p o’tish orqali chiquvchi zaryad paketlar R yuklama rezistorida videoimpulslar ketma–ketligini ta’minlaydi. Videoimpulslar amplitudasi turli sohalar yoritilganligiga proporsional bo’ladi. Matrisasifat ZAFAda butun kadr bir vaqtning o’zida hosil bo’ladi, chiziqlida esa – ketma–ket ikkinchi koordinata bo’yicha qo’shimcha yoyish bilan hosil qilinadi. Bunday tasvir signallarni hosil qiluvchilardan foydalanish kichik o’lchamli, kam energiya sarflovchi yarimo’tkazgich uzatuvchi televizion kameralar, jumladan, rangli televideniye uchun ham yaratish imkonini beradi. Piksellarning maksimal formati pikselning minimal o’lchami 3÷5 mkmni tashkil etganda 4080x4080 mkmni tashkil etadi. Chastota 30 kadr/sek bo’lganda iste’mol etilayotgan quvvat 0,03÷0,1 mVt/pikselni tashkil etadi.
ZAFA faqat tasvirni qabul qiluvchi funksiyasini bajarishini aytib o’tish kerak. Televizion signal hosil qilish uchun boshqaruvchi sxemalar, har bir ustun chiqishida o’quvchi analog kuchaytirgichlar, analog – raqamli o’zgartgich va qator boshqa bloklar bo’lishi zarur.
Hozirgi zamonda ZAFAlarni takomillashtirishdan tashqari kristal hajmida joylashgan boshqaruvchi sxemalarga va tasvirga ishlov beruvchi bir kristalli ZAFAlar ishlab chiqilayapti. Bir kristalli fotoqabulqiluvchi qurilmalarning element bazasi sifatida FD va komplementar MDYa – tranzistorlar asosida hosil qilingan aktiv fotosezgir elementlar (aktiv piksellar) matrisasi xizmat qiladi. Shuning uchun O’KIS deb ataladi. KMDYa – fotodiodli qurilmaning asosiy afzalligi iste’mol quvvatini kichikligi, foydalanuvchilarni qiziqtirgan “oynalarni” dasturlash imkoniyati va o’qish tezligining kattaligi bilan aniqlanadi. Asosiy kamchiliklari – shovqinlarning yuqoriligi, fotosezgirligining kichikligi, aktiv element o’lchamlarining kattaligi, ZAFAlarga qaraganda kichikroq ajratish xususiyatiga egaligi bilan belgilanadi. KMDYa – fotodiodli O’KISlar yordamida bir kristalli xonadonbop foto va videokameralar, avtomobillarni qo’riqlash tizimlari, videotelefonlar hosil qilinadi.
Shunday qilib ZAAlar universal tuzilmalar bo’lib xizmat qiladi. ZAAlar asosida sig’imi katta xotira qurilmalar, boshqariluvchi kechiktirish liniyalari, moslashtirilgan va polosali filtrlar, hamda yuqorida aytib o’tilgan raqamli kameralar ishlab chiqilgan.
|
| |