Часть 1

Схема интегрирующего включения ОУ изображена на рис. 12.8.

t

Uвых. = K òUвх.(t)dt .

0

Схема дифференцирующего включения ОУ изображена на рис. 12.9. = K dUdtвх. .

Поскольку ОУ с управляемыми параметрами имеют очень малую номенклатуру, то применяют управление при помощи различных внешних цепей таким параметром, как коэффициент усиления, причем он может управляться как аналоговым сигналом, так и цифровым кодом (рис. 12.10).

Рис. 12.10. Вариант ступенчатой регулировки коэффицента усиления ОУ

221

При подаче на один из входов логической единицы соответствующий транзисторный ключ открывается и в цепь инвертирующего входа оказывается включенной коллекторная нагрузка данного ключа.

K ≈ Rос . Rкn

Изменяя цифровой код на входах ключей, можно к инвертирующему входу подключить целый ряд коллекторных нагрузок, включенных в параллель, и соответственно изменять коэффициент усиления схемы.

Управление коэффициентом усиления при помощи аналогового сигнала можно осуществлять с помощью полевого транзистора (рис. 12.11).

Рис. 12.11. Вариант плавной регулировки коэффицента усиления ОУ

В данной схеме роль сопротивления, подключенного к инвертирующему входу, выполняет канал полевого транзистора VT1. Изменяя управляющее напряжение, можно менять ширину канала, следовательно, и его сопротивление, что будет приводить к изменению коэффициента усиления.

Широкое применение ОУ нашли в активных фильтрах. Активные фильтры используются для формирования частотной характеристики заданного типа. Активные фильтры представляют собой ОУ, в обратную связь которого включены частотозависимые элементы. Они подразделяются на фильтры низкой частоты, фильтры ВЧ, полосовые фильтры, режекторные (заградительные) фильтры. Для решения конкретных задач в настоящее время разработано множество разнообразных активных фильтров.

222

Наиболее распространенными являются фильтры Чебышева, Баттерворда и Бесселя. В зависимости от количества частотозависимых цепочек RC ак- тивные фильтры бывают фильтрами первого, второго, третьего и т.д. по- рядка. На рис. 12.12 приведена схема фильтра низкой частоты (ФНЧ).

Рис. 12.12. Схема использования ОУ для ФНЧ и его АЧХ

На рис. 12.13 приведена схема фильтра высокой частоты (ФВЧ).

Рис. 12.13. Схема использования ОУ для ФВЧ и его АЧХ

На рис. 12.14 приведена схема полосового фильтра (ПФ).

223

Рис. 12.14. Схема использования ОУ для реализации полосового фильтра и его АЧХ

Коэффициент передачи двойного Т-образного моста на частоте fo будет минимальным, а это значит, что сопротивление будет максимальным, а так как двойной Т-образный мост стоит в цепи ООС, то коэффициент усиления на частоте fo будет максимальным. Перестроим данную схему так, чтобы данный фильтр превратился в режекторный (рис. 12.15).

Roc

Рис 12.15. Схема использования ОУ для реализации режекторного фильтра и его АЧХ

На частоте fo коэффициент передачи двойного Т-образного моста будет равен нулю, следовательно, сопротивление его будет очень велико, а так как двойной Т-образный мост включен последовательно с входным сигналом, то коэффициент усиления на частоте fo будет минимальным.

224

Контрольные вопросы

1.Что такое дрейф нуля?

2.Объясните принцип работы дифференциального каскада. В чем его преимущество для УПТ?

3.Что произойдет на выходе при подаче переменного напряжения между двумя входами ДУ одновременно?

4.Объясните, почему на несимметричном выходе появляется сигнал при подаче на неинвертирующий вход сигнала.

5.В чем разница между дифференциальным и операционным уси-

лителем?

6.Приведите УГО ОУ, расскажите о назначении выводов и символах на поле УГО.

7.Что означает U0 на УГО ОУ?

8.Что означает выражение «интерфейсный параметр ОУ»?

9.Какие параметры ОУ относят к точностным, динамическим и энергетическим параметрам?

10.Почему в настоящее время практически не используют ОУ для выполнения арифметических вычислений с аналоговыми сигналами?

11.Что такое «активный фильтр»? Чем он отличается от RCфильтров ?

Список использованных литературных источников

1.Москатов, Е. А. Электронная техника / Е. А. Москатов. – Таган-

рог, 2004. – 121 с.

2.Манаев, Е. И. Основы радиоэлектроники / Е. И. Манаев. – М. : Радио и связь, 1985. – 488 с.

3.Нефедов, В. И. Основы радиоэлектроники и связи / В. И. Нефе-

дов. – М. : Высш. шк., 2002. – 510 с.

4.Ткаченко, Ф. А. Техническая электроника : учеб. пособие / Ф. А. Ткаченко. – Минск : Дизайн ПРО, 2000. – 352 c. : ил.

5.Мисюль, П. И.Техническое обслуживание и ремонт бытовой радиоаппаратуры : спецтехнология : учеб. пособие / П. И. Мисюль. – Минск :

Выш. шк., 2002. – 320 с. : ил.

6.Валенко, В. С. Электроника и микросхемотехника : учеб. пособие / В. С. Валенко, М. С. Хандогин. – Минск : Беларусь, 2000. – 320 с. : ил.

7.Лаврентьев, Б. Ф. Аналоговая и цифровая электроника : учеб. пособие / Б. Ф. Лаврентьев. – Йошкар-Ола : МарГТУ, 2000. – 155 с.

225

РАЗДЕЛ 7. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

Содержание раздела

Элементы интегральных микросхем

Общие сведения о микроэлектронике. Пассивные элементы интегральных микросхем: резисторы, конденсаторы. Биполярные транзисторы. Диод полупроводниковых ИМС. Биполярные транзисторы с инжекционным питанием.

Логические элементы и схемы. Основные понятия о системах счисления и логических устройствах. Способы реализации основных логических функций. Разновидности серий логических элементов и их характеристики.

Методические указания

Элементы интегральных микросхем [1, c. 367 – 392; 2, с. 136 – 148; 3, c. 153 – 173]

При изучении материала необходимо ознакомиться с принципами построения интегральных микросхем и выяснить особенности активных и пассивных элементов.

Для лучшего усвоения материала необходимо ознакомиться с технологическими процессами, используемыми при изготовлении микросхем (фотолитография, диффузия, окисление).

Важным звеном при создании микросхем является изоляция элементов интегральных схем, а также изготовление пассивных элементов интегральных схем – диффузионных резисторов и конденсаторов.

Необходимо также ознакомиться с особенностями биполярных интегральных транзисторов, способами получения диодов из транзисторных структур и структурами полевых транзисторов.

Вопросы для самопроверки

1.Охарактеризуйте требования, предъявляемые к современным микросхемам.

2.Технологические этапы изготовления интегральной схемы.

3.Способы изоляции элементов полупроводниковой интегральной

схемы.

4.Какими методами создаются пленочные элементы интегральных

схем?

5.Какие навесные элементы используются в гибридных интегральных схемах?

226

Основные элементы цифровой техники [1, с. 509 – 517; 3, с. 188 – 199]

Основные понятия алгебры логики. Функционально полный набор логических связей. Законы и аксиомы алгебры логики. Минимизация переключательных функций, их реализация в базисах «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ».

Ключи [3, с. 174 – 188]

Схемы и статические характеристики диодных ключей. Быстродействие диодного ключа, процессы переключения. Применение диодных ключей.

Ключевые свойства биполярных транзисторов. Статические режимы работы транзисторных ключей. Процессы переключения и быстродействие. Способы увеличения быстродействия. Насыщенные ключи, ключи на переключателях тока.

Виды нагрузок транзисторных ключей на полевых транзисторах. Ключи на МДП-транзисторах с дополнительной симметрией. Переходные процессы, быстродействие ключей на МДП-транзисторах и КМДПструктурах.

Логические элементы [1, с. 331 – 372; 3, с. 199 – 227]

Параметры и характеристики логических элементов. Виды сигналов, потенциальные и импульсные логические элементы. Классификационные статические параметры и параметры быстродействия. Основные параметры режима универсальных логических элементов.

Базовые схемы ДТЛ и ТТЛ. Входные и выходные каскады. Помехоустойчивость и быстродействие ДТЛ и ТТЛ элементов. ТТЛ с диодами Шоттки.

Базовый элемент ЭСЛ. Принцип работы, статические режимы, параметры быстродействия. Особенности ЭСЛ элементов различных серий.

Схемы и принцип действия nМДП и pМДП логических элементов. Особенности схемотехники логических элементов на МДП-транзисторах. Логические элементы на МДП-транзисторах с взаимодополняющими структурами. Быстродействие логических элементов на МДП-транзисторах и КМДП-структурах. Интегральная инжекционная логика.

Вопросы для самопроверки

1.Что называется системой счисления?

2.Правило перевода числа из десятичной системы в систему с основанием q.

3.Как перевести число из двоичной системы счисления в десятичную?

4.Поясните операцию логического умножения.

5.Приведите условное обозначение операций И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ.

227

6.Что представляет собой накапливающий сумматор?

7.Назовите основные требования к БЛЭ.

8.Что такое коэффициент разветвления по выходу?

9.Назовите основные типы БЛЭ и область их применения.

10.Приведите схему базового элемента 3И-НЕ ТТЛ.

11.Назначение диодов Шоттки в схемах БЛЭ ТТЛШ.

12.Нарисуйте токовый ключ БЛЭ ЭСЛ.

13.Нарисуйте БЛЭ КМОП-типа, реализующий операцию 2И-НЕ.

Рекомендуемая литература

1.Опадчий, Ю. Ф. Аналоговая и цифровая электроника : учеб. для вузов / Ю. Ф. Опадчий, О. П. Глудкин, А. И. Гуров ; под ред. О. П. Глудкина. –

–М. : Радио и связь, 1999.

2.Гусев, В. Г. Электроника / В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. – М. : Высш.

шк., 1991.

3. Ткаченко, Ф. А. Техническая электроника : учеб. пособие / Ф. А. Ткаченко. – Минск : Дизайн ПРО, 2000. – 352 c. : ил.

Тема 13. Основы микроэлектроники

Термины: микросборка, микросхема, бескорпусной компонент,

пленочные, гибридные, совмещенные, полупроводниковые технологии, степень интеграции, БИС, СБИС, серия, климатическое исполнение, функциональный ряд, МЭТ, МКТ, транзистор с инжекционным пита-

нием, DIP, QFP, PLCC, BGA.

13.1.Классификация и УГО интегральных микросхем (ИМС)

13.2.Аналоговые интегральные микросхемы

13.3.Классификация микросхем по функциональному признаку, система обозначений. Функциональная классификация микросхем

13.4.Элементы и компоненты гибридных ИМС (ГИС)

13.5.Элементы и компоненты полупроводниковых ИМС

13.6.Типы корпусов и техническая документация на ИМС

Самым ранним этапом процесса микроминиатюризации было использование микросборок – компактных унифицированных узлов для быстрой сборки и замены (рис 13.1). Пик в их

Рис. 13.1. Внешний вид микросборок применении пришелся на 60 – 70-е гг.

228

XX века. Однако требования по увеличению количества элементов в схеме, с одной стороны, и уменьшения массы и габаритов, с другой, они обеспечить не смогли. Поэтому с 70-х годов началось массовое производство и использование интегральных микросхем.

13.1. Классификация и УГО интегральных микросхем

Интегральная микросхема (ИМС) – микроэлектронное устройство, выполняющее функции целой электрической схемы и выполненное как единое целое. Согласно ГОСТ 17021-88 интегральная микросхема – это микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования, обработки сигнала или накопления информации и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов и кристаллов, которые рассматриваются как единое целое.

Элементом называют часть ИМС, в которой реализуется функция какого-либо радиоэлемента (транзистора, диода, резистора и т.д.) и которую нельзя отделить от схемы и рассматривать как самостоятельное изделие. Элементы формируются на полупроводниковой пластине в едином технологическом процессе.

В некоторых случаях в состав ИМС входят компоненты (бескорпусные транзисторы, навесные конденсаторы, резисторы и т.д.), которые устанавливают при выполнении сборочно-монтажных операций. Компоненты являются самостоятельными изделиями, они могут быть отделены от изготовленной ИМС и заменены другими. Классифицируют ИМС по следующим признакам:

1. По технологии изготовления Пленочные – это ИМС, у которых все элементы выполнены в виде

тонких пленок, нанесенных на диэлектрическое основание, т.е. подложку. В зависимости от способа нанесения пленок на поверхность диэлектрической подложки и их толщины различают тонкопленочные (толщина пленок менее 1 мкм) и толстопленочные (толщина пленок порядка 20 – 40 мкм).

Гибридные (ГИС) – это ИМС, у которых пассивные элементы выполнены по тонкопленочной технологии, а активные элементы выполнены как отдельные, навесные, бескорпусные. Совмещенные ГИС использовали полупроводниковую подложку, в которой изготавливались активные компоненты, а пассивные напылялись на поверхность (рис. 13.2).

Полупроводниковые ИМС – это микросхемы, у которых все элементы «выращены» в кристалле полупроводника (см. рис. 13.2).

229

Гибридная

Рис. 13.2. Конструкции ИМС, изготовленных по различным технологиям

2. По способу преобразования и обработки информации:

∙Аналоговые ИМС – с непрерывной обработкой информации

(рис. 13.3, а);

∙Цифровые ИМС – с дискретной обработкой информации (см.

рис. 13.3, б).

∙Аналогоцифровые и цифроаналоговые преобразователи.

Рис. 13.3. Пояснения к разновидностям сигналов: аналоговый (а) и цифровой двухуровневый (б)

230