6 Бөлім. Байланыс құрылғыларна арналған негізгі микросхемотехникалар мен интегралды микросхемалар

6.1. Имс схемотехникалық ерекшеліктері

Электронды техника өндірісі әртүрлі талаптарға сай келетін радиоэлектронды құрылғылар жасауға арналған микросхемалардың көптеген номенклатураларын шығарады. Интегралды микросхемалардағы құрылғылырдың габариттері, салмағы, пайдаланылатын қуаты аз және сенімділігі жоғары болады. ИМС кез келген радиоэлектронды құрылғының басты элементтік базасы болды.

Микроэлектрониканың дамуы көп жағдайда дискретті транзистордағы схемотехникамен салыстырғанда, жаңа схемотехникалық шешімдерді талап етті. Интегралды микросхеманың электрлік схемасын жасағанда, шалаөткізгішті ИМСдан пассивті элементтерден (резистор, конденсатор) қарағанда, активті элементтер (диод, транзистор) алған жеңілірек екенін ескеру керек. Микроэлектроникадағы схемотехникалық шешімдер, дискретті электроника шешімдерін қолдана отырып, күрделі функцияларды орындайтын құрылғыны жасауға мүмкіндік берді. Күрделі схемаларды қатты дененің микро көлемінде жасай алатын микроэлектрониканың дискретті компоненттерде орындалмайтын жаңа шешімдері пайда бола бастады.

Құрылымдық технологиялық ерекшеліктері мен схемотехникалық шешімдеріне қарамастан, барлық ИМС өңделетін ақпарат түріне қарай сандық және аналогты болып бөленеді.

Сандық ИМС дискретті функция заңы бойынша өзгеретін сигналдары өңдеуге және түрлендіруге арналған. Логикалық микросхема сандық ИМС бір бөлігі болып келеді. Сандық ИМС екі тұрақты қалпы бар элементтер мен құрылымдарды қолдануға негізделген және дискретті автоматика, есептеуіш техника, кейінгі кезде байланыс техникасында қолданылады. Сандық ИМС бипояр транзисторларда да, МДШ транзисторларда да жасалады.

Аналогты ИМС үздіксіз функция заңы бойынша өзгеретін сигналдарды өңдеуге және түрлендіруге арналған. Олар үздіксіз қозғалатын құрылғыларда (радиолокациялық техника, АЖЖ техника, қабылдау жіберу құрылғылары, байланыс техникасы және т.б.) қолданылады және бипояр, МДШ транзисторларда жасалады.

Сандық ИМС негізінде қарапайым транзисторлық кілттер, яғни электромеханикалық контактілер аналогы жатыр. Кілттер екі түрақты күй бойынша сипатталады: алшақ тұрған (разомкнутый) және тұйықталған (замкнутый). Қарапайым кілттерде күрделі схемалар құрылады: логикалық, тұрақты, триггерлі (спутникті) және т.б.

Аналогты ИМС негізінде қарапайым күшейткіш ұяшықтар, яғни каскадтар немесе баспалдақтар жатыр. Күшейткіш каскадтарда көпкаскадты күшейткіштер, ток пен кернеу тұрақтандырғыш, модуляторлар, детекторлар, синусоидалы тербеліс генераторлары және т.б. құрылады. Бұл схемаларды кейде сызықты немесе квазисызықты деп атайды, бірақ бұл атаулар тек күшейткіштер мен тұрақтандырғыштарға ғана тән болып келеді.

Сандық және аналогты ИМС ерекшеліктерін қосымша сипаттамалары қарастыруға болады, мысалы кернеу (6.1-сурет). Суретте 1 санымен - инверттеуші схемалар сипаттамалары белгіленген, ал 2 санымен - инверттемейтін схемалар сипаттамалары. Бұл сипаттамалар қарапайым кілтке де, қарапайым күшейткіш каскадтарға да тән, бірақ олардың схеманың әр түрінде қолдануы өзгеше.

6.1-сурет. Электронды схемалардың кернеулік қосымша сипаттамалары.

Транзисторлық кілтте оның екі тұрақты күйі (ашық және жабық) 6.1-суреттегі А және В нүктелеріне сәйкес келеді. А нүктесінде кілт ашық және оған үлкен кернеу түседі, ал В нүктесінде кілт жабық және оған түсетін кернеу нөлге жақын. Кілттегі кіріс және шығыс сигналдар (кернеулер) екі мән ғана қабылдайды: U_вхА, U_выхА немесе U_вхВ, U_выхВ. А және В нүктелерінің арасындағы өткізу сипаттамалары ескерілмейді; егер ол өзгерсе (үзік сызықтар), онда шығыс сигналдары өзгеріссіз қалады. Осыдан байқайтынымыз, кілттер, яғни сандық ИМС параметрлерге, олардың температуралық тәуелдігіне, параметрлердің уақыт бойынша өзгеуіне, ішкі электромагниттік шуларға сезімтал болмауы. 6.1-суретте оны В нүктесінің жанындағы аз ғана ∆U_в тербеліс кернеуінен (шудан) шығыс сигналдарының өзгермеуінен көруге болады, яғни кілттің жұмысына да әсер етпейді.

Күшейткіш каскадта a және b нүктелерінің арсындағы үздіксіз жұмыс аймағы қолданылады. Кіріс және шығыс сигналдары осы аймақтағы кез келген мәнді ала алады және бір бірімен функционалдық тәуелдігі U_вых=f(U_вх). a – b аймағындағы кез келген “деформация” сипаттамалары бұл тәуелділікке және схема жұмысына әсер етеді. Мысалы, бірдей U_вхС кіріс сигналында шығыс сигналдарының мәні әртүлі U_выхС немесе U”_выхС болуы мүмкін. Осыдан байқайтынымыз, күшейткіш каскад пен аналогты ИМС параметрлердің орналасуына, олардың температурылық және уақыт бойынша тәуелдігіне, шуға сезімтал болатындығы. Бұл суретте С нүктесінің жанындағы аз ғана U тербеліс кернеуі U_вых=f(U_вх) тәуелдігіне сәйкес шығыс сигналдарында өзгеріс туғызатындығынан көруге болады.