ПОНЯТИЕ ОБ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ

Применение электронных устройств для решения современных технических задач приводит к существенному усложнению их электрических схем. Анализ развития электронной техники показывает, что примерно в течение 10 лет сложность электронных устройств возрастает приблизительно в 10 раз. Такой рост приводит к возникновению в первую очередь проблемы надежности как элементов схем, так и электрических соединений между ними. Усложнение электронной аппаратуры приводит к увеличению вероятности отказов из-за увеличения отказов комплектующих элементов и отказов в цепях электрических соединениях.

Существенное увеличение надежности возможно только при значительном уменьшении числа комплектующих элементов за счет увеличения их функциональной сложности при повышении надежности их работы. Создание новых комплектующих изделий стало возможным на основе внедрения в электронную технику принципов элементной интеграции, т.е. объединения в одном сложном миниатюрном элементе многих простых элементов (резисторов, диодов, транзисторов и т.п.). Полученный в результате такого объединения сложный микроэлемент называют интегральной микросхемой. Таким образом, интегральные микросхемы – это микроэлектронные изделия, состоящие из активных элементов (транзисторов, диодов), пассивных элементов (резисторов, конденсаторов, дросселей), которые изготавливаются в едином технологическом процессе, электрически соединены между собой, заключены в общий корпус и представляют единое целое. По технологии изготовления интегральные микросхемы делятся на полупроводниковые, в которых все элементы формируются в полупроводниковом материале, и гибридные, которые выполняются в виде пленок, наносимых на поверхность диэлектрического материала, и навесных бескорпусных элементов (транзисторов, конденсатора и т.п.), применяемых к основанию. В отличие от гибридных интегральных микросхем, которые состоят из двух различных типов элементов: тонкопленочных резисторов, конденсаторов, соединительных проводов и навесных транзисторов, дросселей и конденсаторов большой емкости, полупроводниковые интегральные микросхемы состоят, как правило, из отдельных областей кристалла, каждая из которых выполняет функцию резистора, конденсатора, диода или транзистора. Дроссели в таких микросхемах создавать очень трудно; поэтому большинство схем проектируется так, чтобы исключить применение индуктивных элементов. Все эти элементы схемы получают в едином технологическом цикле в кристалле полупроводника. Это позволяет существенно усложнять микросхему и увеличивать число активных и пассивных элементов практически без повышения трудоемкости изготовления. При этом можно создавать весьма сложные микросхемы с большой (содержащей более 150 элементов) степенью интеграции при вполне удовлетворительной себестоимости.

Полупроводниковые интегральные микросхемы могут рассеивать мощности порядка 50-100 мВт, работать до частот 20-100 мГц, обеспечивать время задержки не более 2-5 нс. Надежность этих схем весьма высока: в пределах нагруженных режимов среднее время безотказной работы может достигать (1÷2)∙10⁶ ч. Электронные устройства, выполненные на полупроводниковых интегральных микросхемах, могут иметь плотность монтажа до 500 элементов (резисторов, конденсаторов, транзисторов, диодов) на кубический сантиметр. Это позволяет увеличить плотность элементов в 20-50 раз по сравнению с микромодульными схемами. Среднее время безотказной работы устройства, содержащего 10⁷-10⁸ элементов, может достигать 10-20 тыс. ч. Преимуществом интегральных микросхем являются также высокое быстродействие, таких паразитных параметров, как междуэлектродные емкости и индуктивности соединительных проводов; высокая экономичность (даже большие интегральные схемы обычно потребляют не более 100-200 мВт). Такая малая величина потребляемой мощности позволяет снизить расход электроэнергии и уменьшить массу источников питания устройств, выполненных с применением с применением интегральных схем. Некоторым недостатком интегральных микросхем является небольшая величина их выходной мощности (обычно 50-100 мВт), что обусловлено в основном малыми габаритами и сложностью отвода тепла от микросхем. Общетехнические параметры интегральных микросхем- механическая прочность, диапазон рабочих температур, устойчивость к пониженным и повышенным давлениям и влагоустойчивость, как правило, не хуже, чем у диодов и транзисторов. Основными функциональными параметрами интегральных схем являются: коэффициент усиления , входное сопротивление , выходное сопротивление , максимальная величина выходного напряжения , рабочий диапазон частот и , где - нижняя рабочая частота, -верхняя рабочая частота.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Принцип устройства электроннолучевых трубок. Назначение трубок, их маркировка.

2. Расскажите о прохождении электрического тока через пространство, заполненное разреженным газом.

3. Формы (виды) газового разряда.

4. Устройство и работа тиратрона тлеющего разряда.

5. Почему после зажигания тиратрона его сетка теряет свое управляющее действие?

6. Внутриатомное строение чистого полупроводника.

7. Как влияют примеси на проводимость полупроводника?

8. Электронная (типа n) проводимость полупроводников.

9. Электронная (типа p) проводимость.

10. Процесс прохождения тока через электронно-дырочный переход.

11. Устройство и свойства точечных и плоскостного диодов.

12. Полевые транзисторы и тиристоры.

13. Устройство и работа полупроводникового триода.

14. Что называется коэффициентом усиления по току? напряжению? Каковы их значения для транзисторов?

15. Принцип выпрямления переменного тока.

16. По каким признакам классифицируются усилители низкой частоты и каковы их особенности?

17. Как определяется коэффициент усиления усилительного каскада?

18. В каких случаях используют многокаскадные усилители?

19. Каким образом осуществляется связь между каскадами в многокаскадном усилителе?

20. Что такое амплитудная характеристика усилителя?

21. Что такое частотная характеристика усилителя?

22. Чем определяется максимальное значение коэффициента усиления усилителя?

23. Что такое обратная связь в усилителях? Какие виды обратной связи вы знаете?

24. как изменяется коэффициент усиления с увеличением глубины отрицательной обратной связи?

25. При каких условиях происходит переход усилителя в режим самовозбуждения?

26. как влияет отрицательная обратная связь на стабильность работы усилителя?

27. Принципиальное отличие усилителя мощности от усилителя напряжения.

28. Назначение усилителя напряжения.

29. Принцип работы усилителя напряжения на сопротивлениях с автоматическим смещением. Назначение элементов схемы.

30. Принцип действия схемы усилителя напряжения на полупроводниковом триоде с общим эмиттером.

31. Какие характеристики являются входными и выходными каждой из схем включения транзистора?

32. Что такое h – параметры транзистора?

33. Что такое рабочая точка транзистора?

34. Почему для усилителя с общим коллектором коэффициент усиления по напряжению меньше единицы?

35. В чем преимущество усилителя по схеме с общим коллектором перед другими схемами усилителей?

36. За счет чего достигается усиление мощности в схемах с полупроводниковым триодом?

37. Начертите схему и объясните принцип работы генератора с автотрансформаторной (индуктивной) обратной связью.

38. Сравнение RC-генераторов с LC-генераторами.

39. Какие параметры диодов ограничивают величину мощности, которую необходимо получить на нагрузке?

40. Принцип работы импульсивных устройств.

41. Чем вызвана необходимость перехода на интегральные схемы?

42. Особенности микроэлектронных устройств.