Напівпровідникові інтегральні мікросхеми - раздел Образование, Основи радіоелектроніки
Розглянуті Радіодеталі – Резистори, Конденсатори, Діоди, Тран...
Розглянуті радіодеталі – резистори, конденсатори, діоди, транзистори, електровакуумні прилади тощо – складають дискретну елементну 6азу радіоелектроніки. Кожна з цих деталей виготовляється за окремою технологією, має своє конструктивне оформлення, але не має самостійного функціонального призначення.
Для виконання будь-яких перетворень сигналів, навіть для простого забезпечення робочого режиму транзистора за постійним струмом, треба механічно й електрично з'єднати між собою окремі деталі. Розширення різноманітних застосувань та ускладнення задач, які розв'язують з використанням радіоелектроніки, неодмінно призводить до збільшення кількості дискретних елементів у пристроях і, як наслідок, до збільшення маси, габаритних розмірів, витрат енергії, виділення теплоти та зниження надійності радіоелектронної апаратури.
Однак сучасний технічний прогрес висуває вимоги до зменшення всіх цих конструктивних параметрів і витрат на виробництво, мікромініатюризацію приладів при підвищенні надійності їхньої роботи в різноманітних, часто несприятливих умовах. Це протиріччя можна подолати лише переходом від дискретних елементів до інтегральних, застосуванням нових підходів до конструювання та технології виробництва елементної бази радіоелектроніки.
Якщо в електронних схемах, побудованих із дискретних елементів, кожна радіодеталь виконує якусь одну функцію, то в інтегральних мікросхемах виконання кількох функцій поєднується (інтегрується) в одному конструктивно завершеному пристрої.
Інтегральна мікросхема — це сукупність окремих елементів та з'єднувальних провідників (сукупність зон і структур у твердому тілі), яка відтворює їхні властивості, електрично та конструктивно поєднана в єдиний, неподільний елемент, виготовлений за єдиною технологією.
Залежно від технології виготовлення інтегральні мікросхеми бувають напівпровідникові, плівкові та гібридні.
Напівпровідникові інтегральні мікросхеми — це єдиний кристал напівпровідника, локальні зони якого виконують функції активних (транзисторних) і пасивних елементів. Між цими зонами є електричні з'єднання та ізоляційні площадки. Напівпровідникові інтегральні мікросхеми мають досить високий рівень інтеграції (понад 104 елементів в 1 см3) і забезпечують найвищу надійність радіоелектронних пристроїв, зводячи до мінімуму кількість зовнішніх з’єднань та монтажних операцій.
Усі локальні зони, що є елементами заміщення окремих дискретних радіодеталей, формують в єдиному технологічному циклі на основі біполярних або уніполярних структур, в яких використовують унікальні властивості п-р-переходів, розглянуті вище. Сам термін «інтегральна мікросхема» розкриває три її особливості: по-перше, об'єднання, інтеграцію окремих деталей і компонентів у конструктивно єдиний прилад; по-друге, ускладнення функцій, які цей прилад виконує порівняно з функціями аналогічних приладів, складених із дискретних елементів; по-третє, значне зменшення габаритних розмірів й енерговитрат приладу порівняно з його дискретними функціональними аналогами.
Основою побудови напівпровідникових інтегральних мікросхем є груповий метод і планарна технологія. Груповий метод полягає в тому, що на пластині з напівпровідника одночасно виготовляють багато однакових напівпровідникових приладів. Потім пластину розрізають на сотні окремих кристалів, які містять по одному приладу цього типу. Здобуті прилади переносять у корпуси із зовнішніми виводами. Такий метод застосовується при виробництві всіх напівпровідникових приладів.
Суть планарної технології полягає в тому, що окремі елементи і локальні зони наносять на кремнієву підкладку, розташовують в одній площині (в одному плані) в ізольованих одна від одної ділянках і з'єднують між собою тонкими металевими напиленими прошарками. В інтегральних мікросхемах найчастіше використовують уніполярні структури метал — оксид — напівпровідник, тому що вони забезпечують підвищену надійність приладів.
Плівкові інтегральні мікросхеми виконують у вигляді, різноманітних за товщиною, складом і конфігурацією плівок, нанесених на поверхню діелектричної підкладки. Бувають тонко- та товстоплівкові мікросхеми, але самостійного значення вони не мають, оскільки за цією технологією поки що не можна виготовити п -р-переходи.
Гібридні інтегральні мікросхеми —- це поєднання плівкових пасивних елементів (резисторів, конденсаторів) і дискретних напівпровідникових. У них спочатку на підкладці з діелектрика формують резистори, конденсатори, струмопровідні смужки, контактні площадки, а потім до цих площадок приєднують безкорпусні кремнієві транзистори та діоди.
За характером виконуваних функцій інтегральні мікросхеми можна поділити на аналогові та цифрові.
Аналогові інтегральні мікросхеми застосовують для перетворення електричних сигналів, що змінюються за законами неперервних функцій. Основу побудови більшості з них складають підсилювачі, на базі яких приєднанням зовнішніх дискретних елементів створюють різноманітні селекторні схеми, перетворювачі, генератори сигналів, інші схеми радіоелектроніки.
Цифрові інтегральні мікросхеми використовують для перетворення й оброблення дискретних електричних сигналів. В основу їх побудови покладено технічну реалізацію операцій математичної логіки — диз'юнкції, кон'юнкції та інверсії. Різноманітне поєднання між собою цих базових логічних елементів забезпечує побудову запам'ятовувальних, обчислювальних, комутувальних, керувальних, перетворювальних та інших елементів сучасної автоматики й обчислювальної техніки. Крім того, деякі цифрові інтегральні мікросхеми можна застосовувати для побудови пристроїв аналогової техніки, а також для перетворення електричних сигналів з аналогової форми на цифрову і навпаки.
Інтегральні мікросхеми розробляють та виготовляють, як правило, серіями. Кожна серія — це сукупність різних за функціональним призначенням мікросхем, побудованих за єдиною конструктивно-технологічною основою, що має взаємоузгодженні експлуатаційні параметри (такі, як напруга живлення, амплітуди і частоти діючих сигналів, кількість, розташування та позначення виводів) і призначена для сумісного використання в радіоелектронних пристроях.
На електричних схемах радіоелектронних пристроїв інтегральні мікросхеми зображують прямокутниками, довжина сторін яких кратна 5 мм. На полі прямокутника виділяють три вертикальні зони. В лівій зоні номерами й умовними літерами позначають вхідні виводи мікросхеми, в правій — вихідні, а в середній умовним знаком або записом — функціональне призначення мікросхеми. Приклади умовних графічних і літерно-цифрових позначень деяких інтегральних мікросхем показано на рис. 3.25.
Умовне кодове позначення інтегральних мікросхем у довідниках, технічних документах, на схемах і в літературі складається з чотирьох елементів. Перший елемент — літера К (друга літера після неї вказує на конструкцію корпусу: якщо корпус пластмасовий, то після літери К ніяких позначень немає; літера М указує на керамічний корпус, а літера Б означає без корпусне виконання; при експортному оформленні перед літерою К ставлять літеру Э). Другий елемент позначення вказує серію мікросхем і складається з трьох або чотирьох цифр (перша з них — конструкторсько-технологічне виконання серії: цифрами 1, 5, 7 позначають напівпровідникові мікросхеми, 2, 4, 6, 8 — гібридні, 3 — інші, а останні цифри вказують порядковий номер розробки). Третій елемент — дві літери вказують на функціональні ознаки мікросхеми. Їхнє значення наводять у спеціальних таблицях. Наприклад, літерами УД позначають операційні підсилювачі, ЛА — базові логічні елементи І — НЕ, ТВ — універсальні тригери. Четвертий елемент позначення складається з цифр, що вказують на порядковий номер розробки в межах одного виду мікросхем. Іноді після чотириелементного кодового позначення вводять літери, які вказують на відхилення електричних параметрів мікросхеми від номінальних значень або на особливості конструктивного виконання мікросхеми.
Рис. 3.25. Приклади умовних графічних і літерно-цифрових позначень деяких
інтегральних мікросхем
Зовнішня структура інтегральних мікросхем, їхні електричні параметри і характеристики, рекомендації щодо застосування наводяться в спеціальних довідниках.
Сучасна мікроелектроніка забезпечує побудову будь-яких радіоелектронних пристроїв майже без застосування дискретних елементів. Однак Для вивчення структури, принципу дії, параметрів та характеристик основних елементів радіоелектронних пристроїв і систем інтегральні мікросхеми непридатні, оскільки за конструктивними та технологічними особливостями вони позбавлені будь-якої наочності. Тому в подальших главах будемо розглядати генерацію, фільтрацію, підсилення і перетворення електричних сигналів на дискретних спрощених моделях генераторів, електричних фільтрів, підсилювачів, нелінійних та параметричних перетворювачів, маючи на увазі, що всі вони мають відповідні аналоги в мікросхемному виконанні.
Затверджено Міністерством освіти i науки України... Підручник для студентів вищих педагогічних...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Напівпровідникові інтегральні мікросхеми
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ
АЛП – арифметико-логічний пристрій
АМ – амплітудна модуляція
АРП – автоматичне регулювання
АХ – амплітудна характеристика
АЦП – а
ПЕРЕДМОВА
Політехнічна і практична спрямованість підготовки майбутніх учителів фізики значною мірою залежить від опанування ними необхідного обсягу знань та практичних умінь стосовно загальнотехнічних дисцип
Сигнали та їхні параметри.
Сигнал — це будь-який фізичний носій інформації, кількісні характеристики змінюються з часом. Це фізичний процес, здатний діяти на органи чуття людини або технічні пристрої (
Сигнали повідомлення
Реальні сигнали повідомлення (наприклад, електричні сигнали мови, музики, зображення) є випадковими неперіодичними функціями часу. Для спрощення аналізу вважаємо їx складними періодичними детерміно
Багатоканальна передача інформації
Розглянуті аналогові і цифрові сигнали повідомлення можуть бути використані для передачі по лінії зв'язку одночасно тільки одного повідомлення. Такий зв'язок називається однокана
Деталі й елементи радіоелектронних кіл
Будь-який складний радіоелектронний пристрій складається з обмеженого набору відносно простих деталей, які при з'єднанні утворюють електричні кола. Електричне коло — це сукупність з'єднаних
Схеми радіоелектронних пристроїв
Для побудови, аналізу й унаочнення радіоелектронних пристроїв користуються різноманітними схемами, найпоширенішими з яких є структурні, функціональні, принципові (повні), монтажні (
Аналіз властивостей радіоелектронних кіл
Існує кілька способів аналізу властивостей радіоелектронних кіл: аналітичні, графічні, графоаналітичні. Залежно від схеми, режиму її роботи, виду сигналу, цілей аналізу вибир
Чотириполюсника
Розглянемо навантажений чотириполюсник (див. рис. 2.6, б), в якому значення струму на виході замінимо за законом Ома . Тоді система рівнянь
Вимірювання основних параметрів чотириполюсників
Усі розглянуті вище характеристики та параметри чотириполюсника можна одержати експериментально прямим вимірюванням й обчисленням.
Для визначення малосигнальних параметрів
Вимірювання основних параметрів чотириполюсників
Усі розглянуті вище характеристики та параметри чотириполюсника можна одержати експериментально прямим вимірюванням й обчисленням.
Для визначення малосигнальних параметрів
Вимірювання основних параметрів чотириполюсників
Усі розглянуті вище характеристики та параметри чотириполюсника можна одержати експериментально прямим вимірюванням й обчисленням.
Для визначення малосигнальних параметрів
Діелектричних матеріалів
Найпоширенішими радіодеталями як у дискретному, так і в інтегральному виконанні є резистори та конденсатори, які виготовляють з різноманітних провідникових матеріалів з використанн
Резистори
За зонною теорією провідності до напівпровідників належать речовини, в яких ширина забороненої зони не перевищує 3 еВ, або такі, питома електропровідність яких лежить у межах від 10
Транзистори
Транзистором називають напівпровідниковий прилад, що має три виводи (електроди) і здатний підсилювати потужність сигналу.
Назва приладу походить як словосполучення від двох англі
Електровакуумні прилади
Найпростіший електровакуумний прилад — діод (рис. 3.22, а) має вигляд балона, тиск повітря в якому не перевищує 10–7…10–8 мм. рт. ст., де знаходя
Чотириполюсники
Розглянуті в п. 3.5 та 3.6 активні елементи радіоелектронних кіл мають різну фізичну природу, будову і принцип дії, але в радіоелектронних пристроях вони виконують одну й ту саму фу
Транзисторів та електронних ламп
Режим роботи транзисторів й електронних ламп забезпечується початковим положенням РТ на їхніх ВАХ, яке визначається значеннями постійних напруг на електродах за відсутності сигналу.
Мікроелектроніку
Підвищення рівня інтеграції мікросхем І пов'язане з ним зменшення розмірів елементів мають свої межі. Наприклад, Інтеграція більш як 10е елементів в 1 см3 кристала стає вже ек
Електронно-променеві прилади
Електронно-променевими називають електровакуумні прилади, в яких для перетворення сигналів інформації використовують потік електронів у вигляді гостро сфокусованого променя або пучка пром
Типи електричних фільтрів
Однією з поширених операцій, що виконуються в радіоелектронних колах, є виділення певного сигналу або частини його спектра з сукупності інших сигналів та завад. Для цього використо
Властивості найпростіших RС-елементів
Для виділення сигналів у найпростіших RС-фільтрах використовується залежність реактивного опору конденсатора, а разом із ним і коефіцієнта передачі чотириполюсника, від частоти. Для поліпшен
Вибірні властивості коливального контуру
Резонансні фільтри, або -фільтри, складають з коливальних контурів, тобто з каскадно з’єднаних реактивних елементів різного виду. В них заб
Загальна структура і типи підсилювачів
Підсилення — це найпростіший і базовий вид будь-яких перетворень електричних сигналів. Навіть у тих випадках, коли для виконання основної функції (наприклад, перетворення спектрів сигналів) досить
Каскаду
Для підсилення широкосмугових сигналів найчастіше застосовуються аперіодичні підсилювачі. Вони ж є основою для створення підсилювальних мікросхем і вибірних підсилювачів, побудованих на
Каскаду
Для підсилення широкосмугових сигналів найчастіше застосовуються аперіодичні підсилювачі. Вони ж є основою для створення підсилювальних мікросхем і вибірних підсилювачів, побудованих на
Резонансні підсилювачі
Ці підсилювачі найчастіше використовуються для виділення та підсилення радіочастотних сигналів. Це — суто вузькосмугові вибірні підсилювачі, основними параметрами яких є максимальний коефіцієнт під
Підсилювачі потужності
Ці підсилювачі призначені для забезпечення потрібної потужності сигналу на опорі навантаження при мінімальному значенні коефіцієнта нелінійних спотворень і максимальному ККД. Підсил
Підсилювачі постійного струму й операційні підсилювачі
Якщо миттєві значення сигналу змінюються дуже повільно, то нижня гранична частота смуги пропускання підсилювача має прямувати до нуля. З цією метою каскади підсилювачів з'єднують мі
Загальна структура і типи перетворювачів сигналів
Перетворення електричних сигналів поряд з їх виділенням та підсиленням є однією з основних функцій радіоелектроніки. Існує два виду перетворення сигналів: логічне перетворенн
Модуляція і схеми модуляторів
Модуляція — це процес, завдяки якому з використанням допоміжного коливання спектр керувального сигналу переноситься до ділянки вищих частот із метою здійснення багатоканальної передачі інфор
Демодуляція і схеми детекторів
За визначенням демодуляція (детектування) сигналу — це процес, зворотний його модуляції. Згідно з п. 6.1 детектування може відбуватися як у параметричних (синхронне детектува
Перетворення і множення частоти
Перетворення частоти — це лінійне перенесення спектра радіосигналу з однієї області частот в іншу, як правило, більш низькочастотну. При цьому форма обвідної модульованого сигналу та його
Загальна структура і типи генераторів
Генератори електричних коливань перетворюють енергію джерела живлення на енергію змінного струму, частота якого визначається параметрами коливальної системи. Існують різні способи г
Автогенератори з коливальним контуром
Автогенератор із коливальним контуром — це резонансний підсилювач з колом 33, побудований за трансформаторною, автотрансформаторною або ємнісною схемами. Підсилювач може бути
Підсилювачах
Застосування автогенераторів з коливальним контуром має обмеження як при надвисоких частотах, так і при низьких. із зростанням частоти розміри коливальної системи зменшуються настіл
Генератори релаксаційних коливань
Генераторами релаксаційних коливань називають такі джерела періодичних імпульсних сигналів, в основі роботи яких лежить періодичне накопичення енергії від джерела постійного струму в ємно
Тригери
Тригером називають пристрій, що має два стійких стани рівноваги і здатний стрибком переходити з одного стану стійкої рівноваги в інший під дією зовнішнього (керувального) сигналу запуску.
Використовуваних радіочастот
Першим технічним застосуванням радіоелектроніки було передавання інформації на відстань за допомогою електромагнітних хвиль, або радіохвиль. Для його здійснення треба, утворити кана
Радіопередавачів
Структурні схеми радіопередавачів, їхні конструкції та принципові схеми значною мірою визначаються основними технічними показниками: призначенням і місцем експлуатації; потужністю сигналу в антені
Радіоприймачів
Усі радіоприймачі можна поділити на дві великі групи: побутові та професійні. Перші призначені для приймання програм радіомовлення і телебачення. Ними користується нас
Особливості побудови деяких елементів радіоприймачів
Ці особливості пов'язані з широкодіапазонністю радіоприймачів як за частотою, так i за динамічністю сигналів на вході. Висока якість приймання потребує в цих умовах зберіганн
Принципи телебачення
Сукупністъ оптичних, електронних i радіотехнічних пристроїв, за допомогою яких зображення перетворюєься на електричні сигнали, після чого вони передаються на відстань, синтезуються
Структурні схеми монохромних телевізорів
За принципом дії телевізійні приймачі можуть бути прямого підсилення i супергетеродинні. Вони можуть бути побудовані за дво- або одноканальною схемою. Із збільшенням кількості телев
Принципи радіолокації
Радіолокація — це галузь радіоелектроніки, за допомогою якої при використанні електромагнітного випромінювання виявляють, визначають місцеположення у просторі, напрямок i швидкістъ руху (
Радіолокація неперервним сигналом
Найперші РЛС були саме доплерівськими станціями неперервного випромінювання. Спрощену структурну схему такої станції показано на рис. 10.2. Станція складається з генератора високоча
Радіолокація імпульсним сигналом
На рис. 10.4 зображено спрощену структурну схему імпульсної РЛС. Її роботою керує генератор синхроімпульсів ГСІ. Від його дуже коротких імпульсів у вcix блоках РЛС починається відлі
Конструктивні особливості окремих елементів РЛС
Виявлення та визначення координат i параметрів руху об'єктів у просторі за допомогою електромагнітних хвиль — досить складна суперечлива технічна проблема, однією з основних умов ус
Оброблення цифрової інформації
Електронні обчислювальні машини (комп'ютери) — це засоби перетворення інформації, які є програмованими автоматами.
Існують машини для оброблення інформації в аналоговій формі та
Апаратні засоби ЕОМ
Будь-яка ЕОМ складається з електронних операційних пристроїв, що виконують операції, задані програмою, і генерують, транспортують та перетворюють електричні імпульси, якими позначен
Комп’ютерні мережі
З'єднання кількох комп’ютерів у систему значно розширює можливості користувачів. Для організації комп’ютерної мережі в кожному комп’ютері встановлюється спеціальна плата — мережний адаптер. У мереж
Основні типи комп’ютерів
Практично всі типи ЕОМ побудовано за принципами і схемою, розглянутими вище. Проте залежно від конкретних сфер застосування вони різняться кількісними характеристиками, структурою а
Основні операційні елементи обчислювальної техніки
Як зазначено при розгляді апаратних засобів обчислювальних систем, оброблення цифрової інформації полягає у виконанні елементарних операцій з електричними імпульсами, що відтворюють
Питания радіоелектроніки в курсі фізики i спецкурсах
Вивченню питань радіоелектроніки в структурі базового курсу фізики приділяється значна увага. В шести великих розділах завершального ступеня навчання i майже десяти лабораторних роб
Радіоелектроніка у кабінеті фізики i засобах навчання
Кабінет фізики сучасної загальноосвітньої школи досить насичений радіоелектронною апаратурою та обладнанням. Його можна поділити на такі основні групи: навчальні моделі для вивчення
Радіоелектроніка в позакласній роботі
Через те, що радіоелектроніка оточує нас у повсякденному житті, завдяки багатьом своїм загадковим явищам та ефектам i різноманітності застосування вона викликае жвавий інтерес навит
Елементи радіоелектроніки в технічній творчості школярів
Однією з найбільш гнучких та ефективних форм опанування теоретичних знань радіоелектроніки i набуття практичних навичок школярами є фізико-технічний гурток або факультатив, що пєедн
ТА РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1.Алгинин Б. Е. Кружок электронной автоматики.— М.: Просвещение, 1990. —192 с.
2.Бобровников Л. 3. Радиотехника и электроника. — М.: Недра,
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов