Содержание
Вариант 01
- Напряжение источника питания Е = +12В.
- Коэффициент усиления по напряжению Кu = 8.
- Входное сопротивление Rвх = 2 МОм.
- Сопротивление нагрузки Rн = 0,6 кОм.
- Номинальное выходное напряжение Uном = 2В.
- Нижняя рабочая частота fн = 20 Гц
- Верхняя рабочая частота fв = 15 кГц.
- Коэффициент частотных искажений на нижней рабочей частоте Мн = 1дБ.
- Коэффициент частотных искажений на нижней рабочей частоте Мн = 1дБ.
- Тип входа – несимметричный, тип выхода – симметричный.
Вариант 02, 51
Напряжение питания: Uпит=+9 В
Знак обуславливает тип транзистора. При положительном Uпит биполярный транзистор типа n—p—n и полевой транзистор с n-каналом.
Коэффициент усиления по напряжению: Кu= 6 раз
Входное сопротивление: Rвх=5,1 МОм
Сопротивление нагрузки: Rн=1 кОм
На нагрузке работает выходной каскад.
Номинальное напряжение: Uном=1 В
Это напряжение, при котором качественные показатели остаются в норме.
Нижняя рабочая частота: fн=50 Гц
Верхняя рабочая частота: fв=10 кГц
Коэффициент частотных искажений:
-на нижней частоте Мн=2 дБ=1,259 раз
-на верхней частоте Мв=2 дБ=1,259 раз
Вариант 07
| Uпит, В | Ku | Rвх, МОм | Rн, кОм | Uном, В | fн, Гц | fв, кГц | Мн, дБ | Мв, дБ | Тип входа | Тип
выхода |
|
| 07 | +12 | 11 | 2,7 | 2 | 2 | 15 | 20 | 2 | 2 | Н | С |
Вариант 08
| № вар. | Uпит, В | Кu | Rвх, МОм | RH, кОм | Uном, В | fн, Гц | fв, кГц | Мн, дБ | Мв, дБ | Тип входа | Тип выхода |
| 08 | +9 | 10 | 1,1 | 0,6 | 1 | 15 | 15 | 1 | 1 | Н | Н |
Вариант 09
| № вар. | Uпит,
В |
Кu | Rвх, МОм | RH,
к0м |
Uном, В | fн.
Гц |
fв, кГц | Мн дБ | Мв дБ | Тип входа | Тип выхода |
| 09 | -15 | 9 | 1.0 | 10 | 3 | 20 | 15 | 3 | 3 | Н | С |
Вариант 12
| Uпит,
В |
Кu | Rвх, МОм | RH,
к0м |
Uном, В | fн.
Гц |
fв, кГц | Мн дБ | Мв дБ
|
Тип входа | Тип выхода | |
| 12 | +15 | 6 | 0.51 | 10 | 3 | 300 | 3.4 | 3 | 3 | Н | Н |
Вариант 16
| № вар. | , В | , МОм | , кОм | , В | , Гц | , кГц | , дБ | , дБ | Тип входа | Тип выхода | |
| 16 | -12 | 9 | 1,6 | 10 | 2 | 20 | 15 | 1 | 1 | Н | Н |
Вариант 17
| № вар. | Uпит,
В |
Кu | Rвх, МОм | RH,
к0м |
Uном, В | fн.
Гц |
fв, кГц | Мн дБ | Мв дБ | Тип входа | Тип выхода |
| 17 | -9 | 8 | 2.0 | 0,6 | 1 | 50 | 10 | 3 | 3 | Н | С |
Вариант 19
| Напряжение питания, В | Uпит | -12 |
| Коэффициент усиления | Ku | 7 |
| Входное сопротивление, Мом | Rвх | 6.8 |
| Сопротивление нагрузки, кОм | Rн | 1 |
| Номинальное напряжение, В | Uном | 2 |
| Нижняя частота, Гц | fн | 300 |
| Верхняя частота, кГц | fв | 3.4 |
| Коэффициент искажения нижних частот, дБ | Mн | 2 |
| Коэффициент искажения верхних частот, дБ | Mв | 2 |
| Тип входа | Несим. | |
| Тип выхода | Несим. |
Курсовая работа:РАЗРАБОТКА ИНТЕГРАЛЬНОГО АНАЛОГОВОГО УСТРОЙСТВА
1. Научиться составлять электрические схемы аналоговых устройств на основе биполярных и полевых транзисторов
2. Осуществлять правильный выбор типов и структур биполярных и полевых транзисторов.
3. Производить электрический расчет схем простейших аналоговых устройств.
4. Приобрести навыки в составлении топологии аналоговых интегральных микросхем.
«Разработка интегрального аналогового устройства»
СОДЕРЖАНИЕ
Техническое задание.
Введение.
2. Разработка принципиальной схемы..
3. Разработка интегральной микросхемы..
3.1. Выбор навесных элементов и расчет конфигурации пленочных элементов.
3.3. Этапы изготовления усилителя в виде гибридной интегральной микросхемы..
Заключение.
Список литературы..
Техническое задание
Требования по оформлению курсовой работы
- Графики и чертежи выполняются с соблюдением правил черчения и ГОСТ. Все графики, чертежи, рисунки и таблицы должны быть пронумерованы.
- Расчетные формулы должны приводиться в тексте работы в общем виде с объяснением буквенных обозначений. Все числовые значения необходимо подставлять в формулы в основных единицах (Вольт, Ампер, Ом, секунда и т. д.), либо указывать единицы измерения . Результаты расчета должны приводиться с указанием единицы измерения полученной величины.
- Пояснения должны быть достаточно полными для описания выполняемых действий.
- В конце работы должна быть перечислена литература, использованная при проектировании.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Во введении указывается назначение и описываются возможности применения разрабатываемого устройства. Обосновывается необходимость реализации устройства в виде гибридной интегральной микросхемы.
Первый раздел посвящен разработке структурной схемы устройства.
Структурная схема составляется на основе типовой схемы приведенной, например, в [2]. В общем случае техническому заданию соответствует двухкаскадная схема усилителя с использованием полевого и биполярного транзисторов. Следует указать какие коэффициенты передачи должны иметь входное устройство, первый каскад, второй каскад и выходное устройство. Здесь же следует определить какие частотные искажения допускаются в каждом каскаде. Используя справочную литературу [5, 6 и др.] производят выбор активных элементов усилителя. Следует обратить внимание на то, что структуры транзисторов должны соответствовать полярности источника питания, указанного в техническом задании. Семейства ВАХ ПТ широкого применения приведены в приложении П.2 и П.З. Данные о бескорпусных БТ и ПТ приведены в приложении П.4.
Второй раздел посвящен разработке принципиальной схемы устройства.
Рисунок 1 — Классическая схема двухкаскадного усилителя
На рисунке 1 изображена классическая схема двухкаскадного усилителя. Первый каскад выполнен на полевом транзисторе, что позволяет добиться высокого входного сопротивления и, следовательно, осуществлять работу с высокомными источниками входного сигнала. Необходимый режим работы первого каскада обеспечивается элементом автоматического смещения:
резистором RИ. Следует отметить, что по постоянному току нагрузкой первого каскада является сумма сопротивлений Rс и RИ. Для исключения отрицательной обратной связи по переменному току, и, следовательно, получения максимального коэффициента усиления первого каскада сопротивление RИ шунтируется емкостью Си. Сопротивление емкости на нижней рабочей частоте должно быть существенно меньше сопротивления Rи. Согласно расчетам, это условие обычно обеспечивается применением электролитического конденсатора большей емкости. Второй каскад работает автономно от первого. Это обеспечивается разделительным конденсатором Cp2. Однако в этом случае усложняется схема второго каскада. Для установки режима VT2 здесь требуется высокоомные резисторы Rд1 и Rд2.
Использование конденсаторов Си и Ср2, а также резисторов RД1 и RД2 усложняет топологию гибридной ИМС и удорожает ее стоимость. Ниже рассматриваются некоторые перспективные варианты схем, свободные от указанных недостатков.
Здесь приводятся принципиальные схемы разрабатываемого устройства с симметричным и несимметричным выходами. В схемах желательно иметь минимальное количество элементов. Это возможно при работе полевого транзистора при нулевом смещении и использовании гальванической связи между каскадами.
Типовая схема усилителя с несимметричным входом и симметричным выходом приведена на рисунке 2.
Рисунок 2-Типовая схема усилителя с несимметричным входомсимметричным выходом
Рисунок 3 — Усилитель с несимметричным входом и несимметричным выходом и БТ включенным по схеме с ОЭ
Рисунок 4 — Усилитель с несимметричным входом и несимметричным выходом и БТ включенным по схеме с ОК
Рассматривая работу активных элементов в квазистатическом режиме и используя семейства выходных характеристик с построением нагрузочных прямых производят расчет необходимого коэффициента усиления напряжения и номинальных значений элементов.
Рекомендации по расчету элементов первого каскада графо-аналитическим методом. На рис. 5 приведены семейство выходных характеристик ПТ с р-n переходом и каналом р типа, а также три нагрузочных прямых.
Рисунок 5. Семейство ВАХ ПТ с нагрузочными прямыми.
Линия нагрузки однозначно определяет выбор сопротивления нагрузки RC:
, (1)
где Iсо ток выходной цепи при UСИ=0.
Вариант I наиболее предпочтителен для разработки. Рабочую точку А удобно выбрать при нулевом смещении входной цепи UЗИ=0. Рабочая точка располагается в пологой области характеристик ПТ, а значит транзистор будет обладать высоким динамическим выходным сопротивлением ( ).
Если выполняется неравенство Ri>>RC, то влиянием Ri на коэффициент усиления каскада можно пренебречь.
Выбор рабочей точки при UЗИ=0 гарантирует упрощение принципиальной схемы и топологии, так как отпадает необходимость в использовании сопротивления в цепи тока Ru, и конденсатора большей емкости Сu, устраняющего отрицательную связь во всей полосе рабочих частот.
При выборе высокоомной нагрузки каскада, линия нагрузки соответствует прямой II, рабочая точка располагается в крутой области характеристик ПТ (точка А/ на рис. 5).
В этом случае невозможно реализовать высокие значения Кu, т.к. транзистор имеет низкие значения крутизны, а нагрузка шунтируется малым динамическим
сопротивлением Ri. Кроме того, рабочей точке соответствует малое напряжение , недостаточное для обеспечения нормальной работы выходного каскада и требуемого напряжения на выходе усилителя Uном.
При выборе низкоомной нагрузки каскада, линия нагрузки соответствует прямой III, рабочая точка располагается в пологой области выходных характеристик (точка А// на рис. 5). В этом случае напряжение в рабочей точке ПТ приближается к напряжению питания U, это приведет к тому, что не будет обеспечиваться нормальный режим работы транзистора выходного каскада. Напряжение коллектор-эмиттер будет недопустимо малым (режим работы БТ близок к насыщению), а, следовательно, выходной каскад не обеспечит необходимого по заданию напряжения Uном.
Вышесказанное особенно существенно, если по заданию требуется симметричный выход устройства, а выходной каскад выполняется по схеме с разделенной нагрузкой. В этом случае разработку принципиальной схемы целесообразно начинать с выходного каскада. Идеальным вариантом явится равномерное распределение напряжения питания между нагрузками RК, RЭ и транзистором:
. (2)
Исходя из этого уточняется напряжение в рабочей точке ПТ:
. (3)
Через точки с координатами проводится линия нагрузки. Далее рассчитывается значение КU1. Если рабочая точка выбирается в пологой области выходных ВАХ ПТ, то коэффициент усиления по напряжению первого каскада рассчитывается по формуле
КU1 = SRC , (4)
где S — крутизна ПТ в рабочей точке (находится по семейству стоковых характеристик).
Если рабочая точка выбрана неудачно (в крутой области выходных характеристик), а также при малом входном сопротивлении второго каскада упрощенной формулой пользоваться нельзя, т.к. фактически усиление напряжения первым каскадом будет равно:
kU1=s(rc //rI //rВХ) , (5)
где выражение в скобках представляет собой параллельное соединение
сопротивления в цепи стока RC, внутреннего (выходного) сопротивления полевого транзистора RI и входного сопротивления транзистора следующего каскада rbx.
Если полученное значение превышает требуемое значение избыток усиления рекомендуется погасить выбором необходимого коэффициента передачи входного устройства, рассчитав нужное значение сопротивления источника сигнала:
. (6)
Если полученное значение КU меньше требуемого, то следует повторить выбор ПТ (используя справочную литературу выбрать транзистор с большей крутизной в рабочей точке).
Если в разрабатываемом устройстве предлагается использовать навесные резисторы и конденсаторы. То их выбор должен производиться в соответствии с ГОСТ. Рассчитанные значения сопротивлений и емкостей должны округляться до значений соответствующих выбранному автором работы ряду номинальных значений.
Номинальные значения сопротивлений резисторов с допускаемыми отклонениями ±5, ±10, ±20% должны соответствовать числам, приведенным в табл. 1 и числам, полученным путем их умножения на 10n, где n- целое положительное или отрицательное число.
Таблица 1- Шкала номинальных значений сопротивлений и конденсаторов.
| Обозначение рядов | ||
| Е24 | Е12 | Е6 |
| 1,0
1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0 3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1 5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1 |
1,0
1,2 1,5 1,8 2,2 2,7 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2 |
1,0
1,5 2,2 3,3 4,7 6,8 |
В пояснительной записке следует указать номинал элемента, ряд, тип, габаритные размеры в миллиметрах.
Транзистор выходного каскада выбирается по току покоя Iк.о., который должен в 2¸3 раза превышать ток нагрузки:
. (7)
В каскаде с разделенной нагрузкой выбирают равными сопротивления в цепи коллектора, эмиттера и нагрузки (Rк=Rэ=Rн). Коэффициент усиления каскада с разделенной нагрузкой складывается из коэффициента передачи эмиттерного повторителя и коэффициента усиления транзистора включенного по схеме с общим эмиттером:
КU=KЭП+KОЭ .
(8)
Коэффициент передачи эмиттерного повторителя определяется по формуле:
, (9)
где . (10)
Значение параметра h21Э определяется с использованием семейства выходных характеристик в районе точки покоя.
Значение параметра h21Э определяют по входной характеристике БТ. Входной ток должен соответствовать выбранной точке покоя БТ, указанной на выходной характеристике БТ.
Коэффициент усиления транзистора включенного по схеме с общим эмиттером определяется по формуле:
, (11)
где . (12)
Входное сопротивление эмиттерного повторителя определяется по формуле: RВХЭП=h11Э+(1+h21Э)RЭЭ. (13)
При выборе биполярного транзистора необходимо учитывать, что лучшие показатели выходного каскада (большие значения КU и RВХ) достигаются при высоких значениях h21ОЭ. Если справочные значения h21Э составляют сотни единиц, то в выходном каскаде присутствует глубокая отрицательная обратная связь, обеспечивающая высокое входное сопротивление (больше 105 Ом), коэффициент передачи эмиттерного повторителя близкий к единице, коэффициент усиления каскада с распределенной нагрузкой близкий к двум.
Приложения
П.2 Семейства выходных ВАХ р-канальных ПТ
Рисунок П.2.1 Семейство ВАХ транзистора 2П201А
Рисунок П2.2. –Семейство ВАХ транзистора 2П201Д
П.3 Семейства выходных ВАХ n-канальных ПТ
Рисунок П.3.1 – Семейство ВАХ транзистора 2П202Д
Рисунок П.3.2 –Семейство ВАХ транзистора 2П202Е
П.4. Данные об бескорпусных БТ и ПТ
Рисунок П.4. Данные о биполярных и полевых транзисторах:
2Т307-1; 2Т370А-1; 2Т366Б-1; 2П202Е-1; 2П201Д-1.
П.5 Типовые конфигурации пленочных резисторов
Рисунок П.5- Конфигурации пленочных резисторов
а) –прямоугольная полоска, длина больше ширины
б) –прямоугольная полоска, длина меньше ширины
в)- меандр
г) –группа последовательно соединенных полосок
П.6. Конфигурация пленочного конденсатора
П.6. Схематическое изображение тонкопленочного конденсатора:
нижний электрод;
диэлектрик;
верхний электрод
П.7. Данные навесных пассивных элементов
Рисунок П.7- Данные навесных пассивных элементов:
-резисторы: Р1-12, МЛТ;
-конденсаторы: КЛС, К10-17, К10-50, К50-6, К50-40,
К53-14, К53-16, К53-19, К53-26.
УДК 621.38 к.т.н., профессор А.Н.Игнатов
В методических указаниях приведены рекомендации по выполнению курсовой работы на тему «Разработка интегрального аналогового устройства» по курсам ²Электроника², «Электронные твердотельные приборы и микроэлектроника», «Электроника и микроэлектроника», «Интегральные устройства электроники».
Расчет амплитудно-частотной характеристики
Сравнительный анализ усилительных устройств приводят используя понятие относительного усиления Y, представляющего собой отношение коэффициента усиления схемы К на данной частоте f к ее коэффициенту усиления в области средних частот Кср:
. (14)
Для оценки частотных искажений используют обратное отношение, обозначаемое через М и называемым коэффициентом частотных искажений:
. (15)
Относительное усиление и коэффициент частотных искажений выражают как в относительных, так и в логарифмических единицах.
Для перевода Y и М из относительных значений в децибелы и обратно используют:
YДБ=20lgY; Y= ;
MДБ=20lgМ ; М= .
Частотная характеристика усилителя в области нижних частот определяется выбором емкостей разделительных конденсаторов:
(16)
. (17)
Выбор значений Мн1 и Мн2 обосновывается в разделе 1. В расчетные формулы значения Мн1 и Mн2 следует подставлять в разах (Мн=Мн1×Мн2).
Расчет АЧХ в области нижних частот проводят по формуле:
. (18)
Рекомендуемые значения частот: 0,1fн; 0,2fн; 0,5fн; 0,7fн; fн ; l,5fH ; 2fн.
Частотная характеристика усилителя в области верхних частот зависит от выбора емкости конденсатора Ск, рассчитываемой по формуле:
-14-
. (19)
Расчет АЧХ в области верхних частот проводят по формуле:
. (20)
Рекомендуемые значения частот: : 0,5fв; fв; 2fв; 5fв; 10fв.
Результаты расчетов сводят в таблицы. Затем по результатам расчета строят АЧХ, используя логарифмический масштаб оси частот.
На графике выделяют значения относительного коэффициента усиления Y на нижних fн и верхних fВ рабочих частотах.
В заключение приводят проверку соответствия расчетных и заданных значений Мн и Мв:
. (21)
Введение
Узловыми вопросами изучаемыми в курсе ІЭлектроникаІ , являются вопросы схемотехники элементной базы цифровых и аналоговых устройств, т.е. цифровых и аналоговых микросхем. Немаловажное значение имеют также сведения о структуре конструкции интегральных микросхем, а также технологических процессах, применяемых в микроэлектроники.
Изучение предмета базируется на знаниях, полученных в предыдущем семестре по данной дисциплине, а также на содержании дисциплин ІфизикаІ, Івысшая математикаІ и Ітеория электрических цепейІ, Іфизические основы электроникиІ.
В процессе обучения предусмотрено выполнение курсовой работы и сдаётся итоговый экзамен.
ЛИТЕРАТУРА.
- Бобровский Ю. Л. И др. Под редакцией Федорова Н. Д. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. -М.: Радио и связь, 1998.-560стр.
2. Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. — М.: Радио и связь, 1990. -496с.
3. Ефимов И.Е., Горбунов Ю.И., Козырь И.Я. Микроэлектроника. Проектирование, виды микросхем, функциональная электроника. -М.: Высшая школа, 1987.-416с.
4. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. -М.: Сов. Радио, 1980.-424с.
5. Игнатов А.Н. Микроэлектронные устройства связи и радиовещания. –Томск: Радио и связь. Томское отделение, 1990, -400стр.
6. Бакалов В.П., Игнатов А.Н., Крук Б.И. Основы теории цепей и электроники – М.: Радио и связь, 1989,- 525 стр.
7. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника – Ростов-на-Дону «Феникс, 2000, -448 стр.
8. Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций. – СПб: Корона-принт, 1998, -400 стр.
Методические указания по изучению курса «Электроника»
Цель преподавания дисциплины состоит в изучении студентами принципов и особенностей работы полупроводниковых приборов, аналоговых и цифровых узлов и устройств.
В результате изучения курса студент должен знать устройство и принцип действия электронных приборов и основных типов функциональных узлов на их основе.
Студент должен уметь анализировать модели, определять параметры электронных приборов и функциональных широкого применения, объяснять назначение элементов и узлов электронной аппаратуры. Студент должен приобрести навыки выбора перспективных типов электронных приборов и функциональных узлов, компьютерного и натурного исследования полупроводниковых приборов и функциональных узлов на их основе.
ЛИТЕРАТУРА
- Бобровский Ю.Л. и др. Под редакцией Федорова Н.Д. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. –М.: Радио и связь, 1998, -560 стр.
2. Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. – М.: Радио и связь, 1990, -496 стр.
3. Ефимов И.Е., Горбунов Ю.И., Козырь И.Я. Микроэлектроника. Проектирование, виды микросхем, функциональная электроника. –М.: Высшая школа, 1987, -416с.
4. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. –М.: Сов. Радио, 1980,-424стр.
5. Игнатов А.Н. Микроэлектронные устройства связи и радиовещания. –Томск: Радио и связь. Томское отделение, 1990, -400стр.
6. Бакалов В.П., Игнатов А.Н., Крук Б.И. Основы теории цепей и электроники – М.: Радио и связь, 1989,- 525 стр.
7. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника – Ростов-на-Дону «Феникс, 2000, -448 стр.
8. Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций. – СПб: Корона-принт, 1998, -400 стр. -
Полупроводниковые приборы
Вопросы, подлежащие изучению - Электронно-дырочный переход
2. Типы и свойства полупроводниковых диодов.
3. Биполярные транзисторы.
4. Полевые транзисторы.
5. Излучающие полупроводниковые приборы.
6. Фотоэлектрические приборы.
Пояснения к изучаемым вопросам.
Теоретический материал по полупроводниковым приборам (ПП) в достаточном объеме изложен в [ 6. стр.345-358].
При изучении этого материала необходимо усвоить основные фундаментальные понятия электроники:
— электропроводность ПП;
— дрейфовый и диффузионный токи;
— электронно-дырочный переход в состоянии равновесия, при прямом и обратном включениях.
Теоретический материал по разновидностям полупроводниковых диодов изложен в работах [ 6, стр. 359-360], [7, стр. 40-48].
Теоретический материал по биполярным транзисторам подробно излагается в учебных пособиях и учебниках [6, стр. 361-368], [7, стр. 53-86].
Основные вопросы теории ПТ в необходимом объеме рассматриваются в работах [6, стр. 369-378], [7, стр. 89-109].
Шумовые и частотные свойства транзисторов рассматриваются в учебнике [6, стр. 385-391].
Оптоэлектронные приборы рассматриваются в работах [6, стр. 406-410], [7, стр. 124-138].
Контрольные вопросы
- Поясните свойства полупроводниковых материалов используемых в электронике.
2. Какой электропроводностью обладают полупроводники.
3. Дать определение дрейфовому и диффузионному токам в полупроводнике.
4. Объяснить устройство р-n-перехода.
5. Объяснить устройство р-n перехода при прямом включении.
6. Объяснить устройство р-n перехода при обратном включении.
7. Охарактеризовать типы и свойства полупроводниковых диодов.
8. Дать определение биполярному транзистору.
9. Изобразить и пояснить ход характеристик биполярных транзисторов.
10. Пояснить принцип действия биполярного транзистора.
11. Охарактеризовать дифференциальные Н-параметры биполярного транзистора.
12. Пояснить принцип действия полевого транзистора.
13. Принцип действия полевого транзистора с р-n переходом.
14. Пояснить принцип действия полевого транзистора со структурой МДП.
15. Изобразить и пояснить ход статических характеристик полевого транзистора.
16. Охарактеризуйте параметры полевого транзистора.
17. Охарактеризовать дифференциальные Y-параметры полевых транзисторов.
18. Изобразить и пояснить эквивалентные схемы полевых транзисторов.
19. Охарактеризовать эксплуатационные параметры биполярных и полевых транзисторов.
20. Пояснить работу биполярных и полевых транзисторов с нагрузкой.
21. Охарактеризовать усилительные свойства биполярных и полевых транзисторов.
22. Изобразить и пояснить частотные свойства биполярных и полевых транзисторов.
23. Охарактеризовать шумовые свойства биполярных и полевых транзисторов.
24. Объяснить устройство цифровых ключей на биполярных и полевых транзисторах.
25. Объяснить устройство аналоговых ключей на транзисторах.
26. Дать определение тиристорам.
27. Дать определение излучающим полупроводниковым приборам.
28. Дать определение фотоэлектрическим приборам.
29. Дать определение жидкокристаллическим индикаторам. -
Элементы и узлы аналоговых устройств
Вопросы, подлежащие изучению - Понятие об интегральных операционных усилителях (ОУ), их характеристиках и параметрах. Основные типы ОУ.
2. Структура ОУ, назначение основных узлов ОУ.
3. Основные функциональные устройства на основе ОУ.
4. Аналоговые перемножители сигналов.
5. Аналоговые электронные ключи.
Пояснения к изучаемым вопросам
- Понятие об интегральных операционных усилителях (ОУ), их основные характеристики и параметры изложены в [1, с. 239-242], [2, с. 381-385], [3, с. 313-324], [5, с. 90-98].
2. Современные интегральные ОУ содержат три каскада: входной, промежуточный и выходной. Входной каскад всегда является дифференциальным каскадом, промежуточный – каскадом сдвига уровня и выходной – эмиттерный повторитель [1, с. 224-239], [2, с. 375-381], [3, с. 308-313], [5, с. 99-102].
3. Обратите внимание на основной принцип применения ОУ – включение глубокой отрицательной обратной связи (ООС), позволяющей за счет избыточного коэффициента усиления обеспечить независимость параметров функционального устройства от параметров ОУ. Основные сведения о принципах применения ОУ содержится в [2, с. 385-398, 408-412] и [5, с. 102-106]. Очень коротко [1, с. 242-246] и [3, с. 325-327].
Одним из признаков классификации аналоговых устройств является полоса
(диапазон ) рабочих частот. Особую группу аналоговых ИМС составляют
схемы для частотной селекции [2, с. 398-408] и [5, с. 306-213]. - Понятие об аналоговых перемножителях сигналов (АПС), примеры
построения устройств преобразования сигналов на основе АПС приводятся в [2, с. 462-470] и в [5, с. 265-273]. Следует отметить, что функции, реализуемые АПС, могут быть получены и без их использования, например, с помощью стандартных ОУ. Однако, применение специализированных АПС позволяет существенно повысить точность преобразования и расширить частотный диапазон.
5. Аналоговые электронные ключи и многоканальные электронные
коммутаторы используются в тех случаях, когда коммутируемая цепь должна быть изолирована от управляющей цепи, а коммутируемый аналоговый сигнал должен испытывать минимальные искажения при прохождении через коммутируемую цепь. Электронные ключи, используемые в логических ИМС, для этой цели, как правило, не пригодны, так как в них управляющая (входная) и коммутируемая (выходная) цепи имеют общую точку. Поэтому были разработаны специальные ИМС аналоговых коммутаторов на основе МДП-
транзисторов. Описание таких ИМС можно найти в [5, с. 148-160, 164-198].
Другим примером интегрального коммутатора аналоговых сигналов могут быть оптоэлектронные коммутаторы [5, с. 160-164].Контрольные вопросы
1. Приведите характеристики и перечислите параметры ОУ.
2. Из каких основных каскадов состоят интегральные ОУ? Приведите схемы этих каскадов и поясните принцип их работы.
3. Начертите схему дифференциального усилительного каскада и поясните, какие точки являются входом схемы, а какие выходом; как влияет на величину выходного сигнала синфазный входной сигнал и дифференциальный входной сигнал; от каких факторов зависит коэффициент усиления?
4. Какие устройства обработки сигналов можно построить на основе ОУ?
5. Какие устройства преобразования сигналов можно построить на основе АПС? -
Элементы и узлы цифровых устройств
Вопросы, подлежащие изучению - Определение понятий “цифровые устройства”, “цифровые интегральные микросхемы”. Система параметров цифровых интегральных микросхем (ИМС).
2. Транзисторный ключ на биполярном транзисторе. Статический и динамический режимы работы. Ключ с диодом Шоттки. Ключи на полевых транзисторах.
3. Логические элементы на биполярных транзисторах: ДТЛ, ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, ИИЛ.
4. Логические элементы на МДП- транзисторах: пМДП, рМДП, КМДП.
5. Интегральные триггеры и запоминающие устройства.
6. Большие и сверхбольшие интегральные микросхемы (ВИС и СБИС).
Пояснение к изучаемым вопросам
- Содержание понятий цифровые устройства, цифровые ИМС и определения основных параметров цифровых ИМС можно изучать по [с.247-256], [с. 53-62], [3, с. 260-264], а также [с. 244-246, 348-350, 370-372].
2. Теоретический материал по схемам ключей на биполярных транзисторах достаточно подробно изложен в [с.246-262, 275-278]. Очень кратко в [1, с.256-257].
При изучении этого материала следует, прежде всего, научиться на примере простейшего ключа [рис.8.2] различать управляющую цепь и управляемую (коммутируемую) цепь; научиться определять с помощью статических характеристик транзистора [рис. 8.3], в каком состоянии находится ключевой транзистор при различных значениях управляющего напряжения.
При рассмотрении динамического режима работы ключа, т.е. переходных процессов переключения ключа, нужно разобраться в том, как влияют на быстродействие ключа (времена задержки) такие факторы, как входные и выходные емкости ключа, степень насыщения транзистора.
3. Необходимый минимум сведений по схемотехнике логических элементов на биполярных транзисторах содержится в [ 1, с. 260-273] [4, с. 348-363]. Более подробно те же вопросы изложены в [2, с. 74-106]. В [ 3, с.264-268, 284-286] вопросы схемотехники логических элементов рассмотрены слишком сжато, почти без объяснений физических принципов работы.
4. Логические элементы на МДП-транзисторах лучше всего изучать по [4,
с.266-275, 364-369]. Для более подробного изучения можно использовать [2,
с.106-116]. В учебных пособиях [ 1,с. 273-276] и [3, с. 278-284] материал изложен слишком кратко.
5. На основе простейших логических элементов реализуются интегральные
триггеры. Функциональное отличие триггера от логического элемента состоит в том, что триггер обладает двумя устойчивыми состояниями по каждому из выходов. Перевод триггера из одного устойчивого состояния в другое возможен при определенной логической комбинации входных сигналов. По логической структуре переключения различают типы триггеров. Необходимо знать принципы их построения и типы [4, с. 378-385]. Подробно схемотехническое построение отдельных типов триггеров изложено в [2, с. 156- 203]. Кратко в [1, с. 278-280]. Триггер является элементарной ячейкой запоминающих устройств. Следует различать типы запоминающих устройств и их основные параметры [4, с. 378-385]. Подробно [2, с. 239-271]. Разнообразие видов триггеров объясняется их применением для построения различных логических и арифметических устройств.
6. Понятие о БИС и СБИС, сведения о проблемах их создания и перспективах развития имеются в [1, 281-287], [3, с. 210-241] и [4, с. 385-392]. Важно обратить внимание на то, что отличие БИС от интегральных микросхем малой степени интеграции не только количественное, но и качественное. Чем сложнее БИС и чем больше элементов она содержит, тем труднее обеспечить ее универсальность, чтобы получить экономически оправданный объем выпуска БИС. Примерами удачного сочетания высокой сложности с универсальностью применения могут служить микропроцессорные БИС и БИС запоминающих устройств. -
Большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС)
Вопросы, подлежащие изучению - Общая характеристика БИС и СБИС.
2. Особенности схемотехники БИС и СБИС.
3. Основные типы БИС и СБИС.
Пояснения к изучаемым вопросам
- Повышение степени интеграции является основной тенденцией развития микроэлектроники, так как использование БИС сопровождается резким улучшением всех основных показателей аппаратуры. Пути повышения степени интеграции и проблемы, связанные с созданием БИС и СБИС, подробно описаны в [3, с. 210-257]. Кратко в [1, с. 281 284].
2. В цифровых БИС находят применение базовые ячейки, занимающие малую площадь на подложке и обладающие минимальной потребляемой мощностью (n-МДП, КМДП, И2Л).
В настоящее время для создания БИС и СБИС начали использоваться функционально-интегрированные структуры, в частности приборы с зарядовой связью (ПЗС), которые рассмотрены ниже.
3. Увеличение степени интеграции приводит к резкому сужению сферы применения БИС и СБИС, что делает их производство нецелесообразным. Исключение составляют БИС и СБИС для средств вычислительной техники. Использование базовых матричных кристаллов при создании БИС и СБИС частного применения снимают экономические ограничения. Эти вопросы рассмотрены в [ 1, с. 284-287].
Широкое применение средств вычислительной техники и цифровой обработки сигналов стимулируется созданием цифровых БИС микропроцессоров, однокристальных микро-ЭВМ, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей (АЦП и ЦАП). Начальные сведения о таких БИС содержатся в [2, с. 307-349].
4. Понятие о БИС и СБИС, сведения о проблемах их создания и перспективах развития имеются в [1, 281-287], [3, с. 210-241] и [4, с. 385-392]. Важно обратить внимание на то, что отличие БИС от интегральных микросхем малой степени интеграции не только количественное, но и качественное. Чем сложнее БИС и чем больше элементов она содержит, тем труднее обеспечить ее универсальность, чтобы получить экономически оправданный объем выпуска БИС. Примерами удачного сочетания высокой сложности с универсальностью применения могут служить микропроцессорные БИС и БИС запоминающих устройств.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятию большая интегральная схема (БИС).
2. В чем заключаются принципиальные преимущества БИС?
3. Перечислите основные проблемы, возникающие при повышении степени
интеграции БИС.
4. Какие базовые интегральные элементы используются в БИС и почему?
5. Перечислите основные виды универсальных БИС.
6. Дайте определение понятия микропроцессор , поясните, из каких
основных узлов он состоит?
7. Поясните назначение БИС АЦП и ЦАП.
-
Функциональная электроника
Вопросы, подлежащие изучению
1. Приборы с зарядовой связью (ПЗС).
2. Магнитоэлектронные приборы.
3. Акустоэлектронные приборы.
Пояснения к изучаемым вопросам
1-3. Общая характеристика различных направлений функциональной электроники рассмотрена в [1, с. 287-288].
Приборы с зарядовой связью лучше изучать по [1, с. 294-301] и [4, с. 392-399].
Магнитоэлектронные приборы и, в частности запоминающие устройства на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), кратко описаны [1, с. 291-294] и [3, с. 387-390].
Контрольные вопросы
- В чем состоит основное отличие приборов функциональной электроники от обычных интегральных микросхем?
2. Каким образом происходит формирование, хранение перенос зарядовых пакетов в приборах с зарядовой связью?
3. Назовите область применения приборов с зарядовой связью.
4. На каких принципах основана запись и хранение информации в магнитоэлектронных приборах?
5. Какие функции преобразования и обработки сигналов можно реализовать с помощью акустоэлектронных приборов?
Содержание лекций
- Транзисторные ключи – основа построения цифровых ИМС (2 ч.).
2. Логические элементы на биполярных транзисторах (3 ч.).
3. Логические элементы на МДП-транзисторах (2 ч.).
4. Большие ИМС (4 ч.).
5. Операционные усилители. Параметры, характеристики и устройства на их основе (3 ч.).
Перечень лабораторных работ
- Исследование ЦИМС ТТЛ.
2. Исследование ЦИМС КМДП.
3. Исследование характеристик и параметров ОУ.
Введение
Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированных специалистов «Телекоммуникаций» предусмотрено изучение курса «Электроника» (дисциплина ОПД Ф02.02) в объеме 85 часов.
Изучение курса «Электроника» базируется на знаниях, полученных в предыдущем семестре по курсу «Физические основы электроники», а также на содержании курсов «Физика», «Высшая математика» и «Теория электрических цепей». В процессе обучения предусмотрены: выполнение курсовой работы, лабораторного практикума и сдача экзамена.
ЛИТЕРАТУРА
- Бобровский Ю.Л. и др. Под редакцией Федорова Н.Д. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. –М.: Радио и связь, 1998, -560 стр.
3. Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. – М.: Радио и связь, 1990, -496 стр.
4. Ефимов И.Е., Горбунов Ю.И., Козырь И.Я. Микроэлектроника. Проектирование, виды микросхем, функциональная электроника. –М.: Высшая школа, 1987, -416с.
5. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. –М.: Сов. Радио, 1980,-424стр.
6. Игнатов А.Н. Микроэлектронные устройства связи и радиовещания. –Томск: Радио и связь. Томское отделение, 1990, -400стр.
7. Бакалов В.П., Игнатов А.Н., Крук Б.И. Основы теории цепей и электроники – М.: Радио и связь, 1989,- 525 стр.
8. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника – Ростов-на-Дону «Феникс, 2000, -448 стр.
9. Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций. – СПб: Корона-принт, 1998, -400 стр.
Отзывы
Отзывов пока нет.