Интегралды микросхеманың құрлымы

                        Экономика және ақпараттық технологиялар колледжі

 

 

 

 

 

Курстық жұмыс

Тақырыбы : «Интегралды микросхеманың құрлымы»

 

 

 

 

 

                                                                          Орындаған: Тілегенов.А.У.

                                          Тексерген:Сұлтангалиева.Д.Н.

 

 

 

                          

 

 

 

Орал-2013 жыл.

                                                                                                                                                                                        

                                            

 

 

Мазмұны:

 

   Кіріспе....................................................................................................................3                                                                                                                    

   І. Бөлім.1. Интегралды микросхемалар туралы жалпы түсінік................................4

    1.1. Интегралды кернеу қайталағыштары..........................................................6             

    1.2.Интегралды дифференциалдық каскадтар...................................................9

     1.3.Аналогтық интегралдық микросхемалардың ерекшеліктері.....................12

     1.4.Интегралдық  микросұлба...........................................................................14

     1.5.Интегралдық схема ......................................................................................15

  II. бөлім. Интегралдық микросхемалардағы күшейткіштер

2.1.Жоғары сапалылықты таңдаушы интегралдық күшейткіш...........................16

2.2.Операциялық күшейткіштер...........................................................................18

2.3.Интегралдық төменгі жиілік күшейткіштері.................................................20

2.4.Каскадты интегралдық күшейткіштер...........................................................21                                                                                           

     Қорытынды...............................................................................................................23

     Қолданылған әдебиеттер тізімдері..........................................................................24

 

 

 

 

 

 

2

 

                                           Кіріспе

         Қазіргі электрондық  құрылғылар өте күрделі және көп элементті болып келеді. Мысалы,электронды есептеу машиналарының құрамында 107 шамасында элемент бар.Әрине элементтер саны көбейген  сайын құрлығының салмағы, көлемі және бағасы артады, ал сенімді жұмыс істеу мүмкіндігі азаяды. Аталған мәселелерді шешуде электрондық құрылғыға кіретін элементтерді кішірейту және оларды атқаратын міндетіне қызметіне қарай топтастырып жасау маңызды орын алады. Мәселен, күшейткіш каскадты  түрлендіргішті, т.б. бір элемент етіп жасаса, құрылғыны жинастыру, жөндеу жұмыстарының жеңілдейтіні хақ. Бірнеше ұсақ электронды элнменттен тұратын жіне белгілі бір жұмысты атқаратын электрондық аспапты интегралдық микросұлба деп атайды.Мұндағы интегралдық сөзі жиындыдеген ұғымды білдіреді.Интегралдық микросұлбаның негізгі параметрлері-жинастыру тығыздығы мен интеграциялық дәрежесі. Жинастыру тығызды деп интегралдық микросұлбаның бір текше сантиметр көлемінде орналасқан элементтердің санын айтады.Микросұлбаның интеграциялық дәрежесі оның құрамындағ элементтердің жалпы санымен анықталады. Әдетте, егер микросұлбаның құрамында он элементке дейін  болса-бірінші  интеграциялық  дәрежелі, оннан жүзге дейін болса-екінші интеграциялық дәрежелі, жүзден мыңға дейін элемент болса-үшінші интеграциялық дәрежелі, т.с.с. деп саналады. Интеграциялық дәрежесі мыңнан артық элементпен анықталатын интегралдық сұлбалар үлкен интегралдық сұлба деп аталады.

 

 

 

       

                                                 

 

 

 

                                                  

                                                   

3

                                                       

                     1. Интегралды микросұлбалар туралы түсінік

      Қазіргі  электрондық  құрылғылар өте  күрделі және көп элементті  болып келеді. Мысалы,электронды  есептеу машиналарының құрамында  10₇ шамасында элемент бар.Әрине элементтер саны көбейген  сайын құрлығының салмағы, көлемі және бағасы артады, ал сенімді жұмыс істеу мүмкіндігі азаяды. Аталған мәселелерді шешуде электрондық құрылғыға кіретін элементтерді кішірейту және оларды атқаратын міндетіне қызметіне қарай топтастырып жасау маңызды орын алады. Мәселен, күшейткіш каскадты  түрлендіргішті, т.б. бір элемент етіп жасаса, құрылғыны жинастыру, жөндеу жұмыстарының жеңілдейтіні хақ. Бірнеше ұсақ электронды элнменттен тұратын жіне белгілі бір жұмысты атқаратын электрондық аспапты интегралдық микросұлба деп атайды.Мұндағы интегралдық сөзі жиындыдеген ұғымды білдіреді.Интегралдық микросұлбаның негізгі параметрлері-жинастыру тығыздығы мен интеграциялық дәрежесі. Жинастыру тығызды деп интегралдық микросұлбаның бір текше сантиметр көлемінде орналасқан элементтердің санын айтады.Микросұлбаның интеграциялық дәрежесі оның құрамындағ элементтердің жалпы санымен анықталады. Әдетте, егер микросұлбаның құрамында он элементке дейін болса-бірінші интеграциялық дәрежелі, оннан жүзге дейін болса-екінші интеграциялық дәрежелі, жүзден мыңға дейін элемент болса-үшінші интеграциялық дәрежелі, т.с.с. деп саналады. Интеграциялық дәрежесі мыңнан артық элементпен анықталатын интегралдық сұлбалар үлкен интегралдық сұлба деп аталады.

   Жасалу иехнологиясына  қарай интегралдық микросұлбалар  шала өткізгішті және гибриді  болып бөлінеді. Шала өткізшті  интегралдық микросұлбаларда оның  барлық элементтері және оларды  жалғау шала өткізгіш материалдық  ішінде немесе үстінде орындалады (10.53,а-сурет). Шала өткізгіштің .сті  диэлектрик болып есептелетін  силицийдің қос тотығымен жабылған, ал элементтердің арасындағы  изолция міндетін р-түрлі силиций  атқарады. Элементтер металл қабықшалармен  жалғанған.Шала өткізгіштің көлемі  ішінде диодтарды, транзисторларды,  резисторларды және  конденсаторларды  жасауға болады. Конденсаторлардың  сыйымдылығы ретінде p-n өтпесінің  сыйымдылығы пайдаланады.Шала өткізгішті  интегралдық микросұлбаларды жасау  технологиясы өте күрделі және  көп қаржы жұмсауды керек едеді.Сондықтан  оларды пайдалану өте көп мөлшерде  шығарғанда ғана тиімді.

                                                         

4

 

 

                                                                   

1-сурет.  Шала өткізгішті (а)және гибридті (б)микросұлбалардың    құрлысы мен электрлік сұлбас(в)

        

          Гибридті интегралдық микросұлбалар  резисторлар, конденсаторлар мен  индуктивті шарғылар төсеніштің  үстңне әр түрлі әдіспен жұқтырылатын  қабықшалардың көмегімен орындалады  да, ал шала өткізгішті аспаптар  төсенішке жеке-жеке бекітіледі(10,53,б-сурет).Осылайша  дайындалған инднгралдық микросұлбалар  қорапшаның ішіне орналастырады  да, сыртына керекті  ұштары  ғана ғырылады. Гибриді интнгралды  микросұлбаларды жасау технологиясы  шала  өткізгішті  интегралды  микросұлбалардың технологиясына  қарағанда оңай, элементтерге метрлер  беру дәлдігі жоғары, бағасы арзан.Бірақ  иассасы және көлеиі үлкен  де, интеграциялықдәрежесі төмен.

        Қазіргі  интегралдық микросұлбалардың интеграциялық  дәрежесі өте жоғары және фуннкциялық  қолданылуы жан-жақты болып келеді.Интегралдық   микросұлбалардың басым кемшілігі  –берер қуатының аздығы (шамамен  50-100мВт).

 

 

 

5

 

                      1.1 Интегралдық  кернеу қайталағыштары 

        Кернеу  қайталағыштарын, әдетте,күшейткіш  каскадты кері байланыс тізбегі  бойынша кернеуді беру коэффициенті  Х=1 тең болатын терең кері байланыспен  қамту арқылы құрады.Кернеу қайталағышына  тән көрсеткіштерін алу үшін  тізбекті түрдегі кернеу бойынша  теріс кері байланысты пайдаланады. 

       Қарапайым  кернеу қайталағыштары ретінде  бейполярлық транзисторларда   ортақ коллектормен (ОК) қосылған, ал  өрістік транзисторларда ортақ  құймамен    (ОҚ) қосылған каскадтарда  қолданады. Мұның біріншісі эмиттерлік  қайталағыш деп,екіншісі бастаулық  қайталағыш деп аталады.

       Кернеу  қайталағышы (КҚ)күшейткіш каскадтар  арасында үйлестіруші элемент  ретінде жиі қолданылады.Өйткені,  оның мынадай жақсы қасиеттері  бар:кірісіне берілген сигналды  амплитудасы пішіні бойынша өзгертрей,  шығысына береді; кіріс кедергісі  үлкен, сондықтан алдынғы каскадты  тұйықтамайды,шығыс жақсы үйлеседі.Кернеу  қайталағыштарын қосқанда құрылғының  жүктемелік қабілеті айтарлықтай  ұлғаяды.Олар импультік сигналдарды,  төмен кедергіні, соның ішінде  сыйымдылықты жүктемеге ішкі  үлкен кедергісі бар бастаудан  беру үшін қолданылады.Бұл жағдайда  қайталағыштың кішкене шығыс  кедергсі оның шығысында импульс  шебінің, тіпті жүктеменің салыстырмалы  үлкен сыйымдылығы болса да  тез көтерілуін қамтамасыз етеді.  Кернеу қайталағышвның ауқымды  динаьикалық диапазоны үлкен  амплитудалы мипульстерді шамалы  сызықтық емес бұрмалануларда  беріп жіберуді қамтамасыз етеді,  ал кішкене кіріс өткізгіштегі  сызықтық бұрмаланулардың деңгейін  айтарлықтай кішірейтуге мүмкіндік  береді.

          Жеке ИМС ретінде өндірісте  шығарылған эмиттерлік және бастаулық  КҚ-тары бар.Біріншілеріне К119УЕ1 К218УЕ1(оң полярлы сигналдар үшін), К218УЕ2 (екі полярлы сигналдар  үшін),К218УЕ2 (екі полярлы сигналдар  үшін),ал екіншісіне К284УЕ1 микросхемасы  жатады.  

          1.37-суретте К218УЕ1 эмиттер қайталағышының  схемасы көрсетілген (осындай  схемамен қалған КҚ-тары жасалады).                   

     

 

                                                   6

 

 

       

                  2-сурет. К218УЕ1 эмиттер қайталағышының схемасы

          Микросхемада екі кіріс қарастырылған: бөлгіш конденсатор С1 арқылы (14-шықпа) және тікелей базаға (13-шықпасы).

         Анықтамада КҚ-ның мынадай деректері көрсетіледі:қоректену кернеу уөзі, тұтыну қуаты, кіріс кедергісі, шығыс импулстің ең үлкен амплитудасы, жүктеме сыйымдылығы. С_ж-ны көрсетумен шығыс импульстің фронты мен төмендеу ұзақтылықтары, R_ж берілген жүктемедегі беріліс коэффициенттері, орташа жиеліктер обысы үшін төмендегі формулалармен анықталады.Эмиттерлік өайталағыш үшін кернеу бойынша беру коэффициенті:

 

Мұндағы  ток таралу коэффициенті;R_r-сигнал көзінің ішкі кедергісі; R_эж=R_э// R_ж-жүктеме,токты күшейту коэффициенті

                         K .

Кіріс кедергісі:

                            R_кір=r_б+(R_эж+r_ж)(b+1)g_э

 

 

7

                                         

                                                                   

Шығыс кедергісі:

                               R_шығ.=r_э-.

                                                                                          

Бастаулық қайталағыш үшін кернеу бойынша беру коэффициенті:

 

                                K =

Мұндағы бастау мен құйма арасындағы ток таралу коэффициенті.

R  =R  //R  ,S- өрістік   транзистор тіктікгі, токты күшейту  коэффициенті:

                                  K_i=

Кіріс кедергісі R_шығ=r_жб(1+SR_бжg _{бк ) +}r_i// R_бж Мұндағы r_I-өрістегі тронзистордың ішкі  дифференциалдық кедергісі;r_жб-жаппа мен бастау арасындағы ішкі кедергі, шы

             R_шығ

Мұндағы-өрістік транзистордың анықтамадағы кернеу бойынша шекті күшейту коэффициенті.

 

 

 

 

 

 

 

                                                            8

 

                      1.2 Интегралды дифференциалдық каскадтар

       Интегралды  микросхемаларда (ИМС)шығысы каскадтармен  үйлестіру үшін бір фазалы  шығысы бар дифференциалдық каскадтар  қолданылады. Осындай каскадтың  схемасы 1.38-суретте көрсетілген:а)екі  фазалы шығысты бір фазалыға  түрлендіру каскады бар дифференциалдық  күшейткіш;б)синфазалық бөгеулер  мен дрейфті есептеуге арналған  Т3 пенТ4-тегі шығыс каскадтардың  алмастыру схемасы.

 

 

 3-сурет   Бір фазалы шығысы бар дифференциалды каскадтар схемасы

          Бұл схемада дифференциалдық каскад Т1жәнеТ2 транзисторларынан құрылған. Олардың  эмиттерлері токтары Т5транзисторлық құрылымдарынан  және R5 -R6 ризиторларынан тұратын ток көзімен беріледі.Жоғарыда айтылғандай, ток көзі кері байланысты  тереңдетуге мүмкіндік береді, осыған байланысты синфазалық сигналды әлсірету дірежесі жоғарылайы Дифференциалдық каскадтың шығысының біреуі күшейткіш каскадты құрайтын Т4 транзистордың базасына жалғанады. Схема симмертриясын бұзбау үшін Т3 транзисторындағы осындай каскад  дифференциалдық  каскадтың  екінші  шығысына  қосылады .Т3-тегі  каскад,  сонымен  қатар,  пайдалы  күшейту  коэффициентін  ұлғайту  үшін  және  синфазалық  сигналдарды  әллсірету  коэффициентін  жоғарылату  үшін  инверторлы  күшейткіш  ретінде  пайдаланыладын. Сондықтан  да Т3 транзисторы  коллекторы  А  ортақ нүктесіне  қосылады.  Бұл  жағдайда Т3 транзисторының