Цели и задачи дисциплины

Целью преподавания дисциплины «Электроника» является изучение студентами принципов работы и основ применения полу-проводниковых, электровакуумных и оптоэлектронных приборов, конст-руктивно-технологических и схемотехнических основ микроэлектроники.

Основные задачи дисциплины:

- ознакомление с основными параметрами, математическими моделями и эквивалентными схемами полупроводниковых диодов, биполярных и полевых транзисторов;

- изучение основ применения полупроводниковых диодов, биполярных и полевых транзисторов в аналоговых и цифровых схемах;

- ознакомление с конструкциями гибридных и полупровод-никовых интегральных схем, особенностями интегральных элементов, базовыми технологическими операциями, используемыми при создании интегральных схем;

- изучение основ схемотехники аналоговых и цифровых ин-тегральных схем.

В результате изучения дисциплины студент должен знать:

- основные типы полупроводниковых диодов, их харак-теристики, параметры, эквивалентные схемы, особенности работы на высоких частотах и в импульсном режиме;

- принципы работы, характеристики, параметры и эквивалент-ные схемы биполярных и полевых транзисторов, особенности их работы на высоких частотах и в импульсном режиме;

- основы применения биполярных и полевых транзисторов в аналоговых и цифровых схемах;

- устройства, принципы работы, характеристики, параметры и основы применения полупроводниковых приборов с отрицательным дифференциальным сопротивлением;

- конструкции гибридных и полупроводниковых интегральных схем, особенности характеристик и параметров интегральных эле-ментов;

- базовые ячейки и основные усилительные каскады, лежащие в основе схемотехники аналоговых интегральных схем, структурные схемы, параметры и основы применения операционных усилителей;

3

- электронные ключи и базовые логические элементы циф-ровых интегральных схем;

- основные типы полупроводниковых оптоэлектронных прибо-ров, их характеристики, параметры и основы применения.

В результате изучения дисциплины студент должен уметь:

- находить в справочной литературе основные характеристики и параметры полупроводниковых диодов, биполярных и полевых тран-зисторов, оценивать их влияние на параметры схем, в которых они используются;

- изображать схемы основных усилительных каскадов на биполярных и полевых транзисторах, проводить графический и аналитический расчеты их параметров, сопоставлять усилительные свойства транзисторов в различных схемах включения;

- изображать схемы электронных ключей и базовых логических элементов цифровых интегральных схем, объяснять их принципы работы и определять основные характеристики и параметры, со-поставлять параметры различных базовых логических элементов.

ПРОГРАММА

Полупроводниковые диоды

Математические модели и эквивалентные схемы полупро-водниковых диодов. Динамический и импульсный режимы работы диодов. Различные типы полупроводниковых диодов. Выпрямительные, высокочастотные, импульсные диоды. Стабилитроны. Варикапы.

Материал изложен в [1, п. 3,6 – 3.8, гл.4; 2, гл. 3; 3, п. 2.7, 2.8; 6, гл. 3].

Основы применения биполярных транзисторов

в аналоговых и цифровых схемах

Применение биполярных транзисторов для усиления электри-ческих сигналов. Графический расчет усилительного каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ. Малосигнальные параметры и формальные эквивалентные схемы (схемы замещения) транзистора. Малосигнальные физические эквивалентные схемы транзистора. Использование эквивалентных схем транзистора для аналитического расчета усилительных каскадов в режиме малых сигналов. Сравнение усилительных свойств биполярного транзистора в различных схемах включения.

4

4. При выборе материалов резистивной и диэлектрической пленок следует исходить из того, что для обеспечения максимальной степени интеграции резисторы и конденсаторы должны занимать на подложке минимальную площадь. Поэтому, чем выше сопротивления используемых в заданной схеме резисторов, тем большее удельное поверхностное сопротивление ρ_S должен иметь выбранный материал. Выбрав материал резистивной пленки и определив с помощью таб-лицы 1 его удельное сопротивление *, необходимо в соответствии с выражением [4, (5.2)] определить коэффициенты формы резисто- ров К_Ф. При выборе материала следует также иметь в виду, что резисторы с К_Ф < 0,1 и К_Ф > 50 не используются.

Аналогичным образом следует выбрать материал диэлек-трической пленки для изоляции обкладок конденсаторов и с помощью таблицы 2 определить его удельную емкость С₀ = 0,0885 ε / d *. По фор-муле [4, (5.3)] необходимо определить площади перекрытия обкладок конденсаторов S.

5. Выбор формы резисторов зависит от коэффициента фор- мы: при К_Ф ≤10 резисторы имеют прямоугольную форму, при больших К_Ф резисторы выполняются в форме меандра [4, рис. 5.1, 5.2]. При определении размеров резисторов следует исходить из минимально допустимой ширины резистивной пленки, равной b_МИН =100 мкм и определить длину резистора. В тех случаях, когда полученная длина резистора оказывается меньше минимально допустимой длины, равной l_МИН = 500 мкм, следует задаваться минимальной длиной и определять ширину резистора.

Пленочные конденсаторы могут иметь как прямоугольную (квад-ратную) форму, так и более сложную форму, например Г- или П-образную. Выбор формы диктуется удобством расположения элементов на подложке. При выборе размеров конденсатора следует учитывать, что нижняя обкладка конденсатора должна выступать за край верхней не менее чем на 200 мкм, а диэлектрическая пленка должна выступать за край нижней обкладки не менее чем на 100 мкм.

После того, как определены размеры всех пленочных элемен-тов, необходимо вычислить суммарную площадь элементов схемы (включая площади операционного усилителя и контактных площа- док) S_Σ и определить примерную площадь подложки S_П, полагая S_П = (2…3)S_Σ. С помощью таблицы 3 следует выбрать стандартную подложку, размеры которой соответствуют полученной площади S_П.

*

29

В тех случаях, когда заданные в таблицах значения ρ_S и С₀ имеют определенный диапазон изменения, можно выбирать любое значение из этого диапазона, полагая, что данное значение обес-печивается необходимым выбором длительности процесса напыления и, соответственно, толщиной напыляемой пленки.

Рис. 7. Схемы аналоговых устройств

28

Особенности работы биполярных транзисторов на высоких частотах. Сравнение динамических свойств транзистора в схемах ОБ и ОЭ. Дрейфовый транзистор. Импульсный режим работы биполярного транзистора.

Материал изложен в [1, п. 5.5 – 5.8; 2, п. 4.6 – 4.10; 3, п. 3.8 – 3.12].