dsd1-10 / dsd-06=Kruglov+АИС / PDF_VERSION pic / Лекции по АИС 2 часть

- на ВАХ МДП-транзисторов может появиться «гистерезис», температурный сдвиг рабочей точки из-за температурной зависимости подвижности носителей в канале (сначала рост, затем снижение из-за фононного рассеяния). Как следствие, с ростом температуры падает усиление в схемах, причем раньшее по частотному диапазону по сравнению с расчетами при одинаковых локальных перегревах.

IC

UC

A/A0

T

Ω

температуру корпуса измеряют термопарой, температуру кристалла (место локального перегрева) – при помощи термозависимого элемента, чаще всего – это р- п-переход, чья ВАХ легко градуируется для каждого технологического процесса. Современный диапазон изменения рабочих температур: -600 … +1500С.

Температура корпуса и атмосферы обязательно должны быть ниже температуры кристалла!

Рекомендуемая процедура учета тепловых процессов в ИС.

1) необходимо определить Т0 в местах локального перегрева с учетом полной мощности компонентов и отдельно каждого компонента, желательно, чтобы Тmax≤

1500C,

96

2)определить общий температурный фон. Всегда существует значительный температурный фон в ИС, примерно одинаковый по всему кристаллу. Если пренебречь локальным перегревом, все компоненты в кристалле работают в более-менее одинаковых условиях,

3)определить температурный градиент. Хотя фон постоянный, по кристаллу всегда есть температурный градиент. Всегда стараются усреднить температурное влияние, особенно влияние выхода на вход в мощных схемах,

4)необходимо учесть, что имеет место инерционность на высоких частотах, тепловые связи уменьшаются.

выводыкорпуса основание корпуса

Уравнение (1) можно представить для распределенных RCцепей в виде:

где

P0 = CT1 ddtT1 + R1T1 (T2 − T1),

P0 – мощность, выделяемая источником тепла,

RT1 – тепловое сопротивление в установленном состоянии от рассматриваемого участка до соседнего,

CT1 – теплоемкость участка конструкции,

T1 – температура вблизи участка.

97

RT кристалл-корпус (10-50 град/Вт)

RT корпус-среда (150-200)

Град/Вт

t

98

RXTΣ (P1+P2)

Выявив места локальных перегревов, рассчитав тепловые сопротивления, температурный градиент, т.е., выполнив этапы процедуры учета тепловых процессов можно моделировать ожидаемые изменения работы фрагментов ИС и принимать соответствующие меры.

Известны практические приемы обеспечения стабильной работы фрагментов АИС в условиях больших рассеиваемых мощностей.

Термостабилизация.

В ИС для термостабилизации прежде всего пользуются фактором технологической идентичности параметров, дополняя двумя основными способами схемотехнической стабилизации:

1) использование дифференциальных каскадов, за счет идентичности транзисторов обеспечивается равномерное распределение токов в транзисторах, участвующих в передаче сигнала, а стабилизация транзисторов источников токов и нагрузок (токовые зеркала) поддерживается как за счет идентичности транзисторов, так и за счет схемотехнических и топологических приемов;

2) схемотехническая температурная компенсация изменений UБЭ и β N дополнительными цепями.

Минимизация чувствительности параметров АИС к температуре достигается за счет ухудшения качества усилителя, например, включением реактивности (емкости) в цепи ОС, уменьшая размах напряжений на выходе.

Основные каскады АИС, как правило, - мощные схемы с большим рассеянием мощности и выделением тепла. Например, очень сильно нагреваются формирователи тока сактивной нагрузкой в виде токовых зеркал.

Для перераспределения мощности и температуры используют следующие приемы:

- структурирование схемы, когда вводятся рядом с полезными схемами схемы термокомпенсации:

99

- введение термозависимых элементов, в которых с ростом температуры ограничивается ток в цепях и в результате температура падает.

Пример: на кристалле устанавливается температура, независимая от Токр, если выполняется узел с термочувствительным элементом, при изменении температуры происходит компенсация токов. Более подробная реализация схемы термокомпенсации показана в схеме №2 ОУ (раздаточный материал).

мощный усил. транзистор

термочувствительный

элемент

- распределение мощностей. Мощный транзистор большой площади можно выполнить в виде параллельно соединенных транзисторов, выделение тепла распределяется по большей площади. Для повышения температурной стабильности можно добавить резисторы в эмиттерных цепях.

Э

100

- схемотехническая термокомпенсация. Самый распространенный вариант схемотехнической термокомпенсации – введение в цепи с диодами резисторов: используется фактор разных знаков температурных коэффициентов ТКР -ТКН, а также возможен вариант создания контура согласованных транзисторов.

Покажем подробнее такой вариант на примере каскада простейших усилителей с ОЭ. Ниже показана исходная схема и ее модификация с согласованными транзисторами.

101