Файл: Контрольная работа за 4 семестр По дисциплине "Электроника" Вариант 21 Фамилия Имя.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 130
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ им. проф. М.А. Бонч-БруевичаФАКУЛЬТЕТ ВЕЧЕРНЕГО И ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯКонтрольная работа за 4 семестрПо дисциплине “Электроника”Вариант 21Фамилия: _______Имя: _______Отчество: _______Курс:_______Студ. билет №: ______Группа №: ______Дата сдачи работы: _________Санкт-Петербург2022Задача 1.1Дано:Схема электронного ключа на биполярном транзисторе приведена на рис. 1. Значения элементов схемы и масштабные коэффициенты Nи M представлены в таблице исходных данных. Семейства входных и выходных статических характеристик транзистора приведены на рис. 2 и 3.Требуется:1. Построить статическую передаточную характеристику ключа.2. Определить основные параметры ключа: уровни логических нуля U0 и единицы U1,логического перепадаUЛ, минимальные уровни отпирающей и запирающей помех U0П и U1П, коэффициент помехоустойчивости КП. 3. Описать принцип работы ключа и указать, в каких базовых логических элементах он используется. Таблица 1 - Исходные данные
Рисунок 2 - Входные характеристики биполярноготранзистораРисунок 3- Выходные характеристики транзистораРешение:На графике выходных характеристик строим по двум точкам нагрузочную линию (рис.3): (1)Строим передаточную характеристику ключа :Задаем значения тока базы и по входной характеристике для UКЭ=5В находим напряжение UБЭ (рис.2). При UБЭ≤0,3В IБ=0. Вычисляем входное напряжение: (2)Выходное напряжение UВЫХ для заданного значения тока базы находим по точкам пересечения нагрузочной линии с выходными характеристиками.Таблица 2
Строим передаточную характеристику ключа и ее зеркальное отражение . По точкам пересечения характеристик находим уровни логического нуля и единицы:Рисунок 4 - Передаточная характеристика ключаПороговые напряжения:Отпирающая помеха:Запирающая помеха:Логический перепад:Коэффициент помехоустойчивости:Вывод:Электронные ключи на биполярных транзисторах широко применяются в электронных ключевых устройствах, предназначенных для включения и выключения цепи нагрузки с помощью входных сигналов. Наибольшее распространение в ключевых схемах имеют транзисторы с ОЭ.В базовой цепи транзистора включены источник входного управляющего напряжения Uвx и резистор RБ, в коллекторной цепи - источник постоянного напряжения Ек и резистор Rк. Изменяя входное напряжения Uвx, можно управлять током коллектора Iк и, следовательно, напряжением на выходе транзисторного ключа Uвых.Задача 2 Разработать и нарисовать в масштабе 10:1 топологию тонкоплёночной гибридной интегральной схемы на основе бескорпусного операционного усилителя, изготавливаемую методом катодного напыления тонких плёнок через свободную маску.Рисунок 5 - Неинвертирующий ФВЧЗначения элементов: R1=20 кОм; R2=40 кОм; R3=20 кОм; R4=40 кОм; С1=5000 пФ; С2=5000 пФ. Способ напыления – термический.Решение:
Обозначения выводов и размеры бескорпусного ОУ показаны на рисунке 6.Рисунок 6 - Обозначения выводов и размеры бескорпусного ОУПреобразуем заданную электрическую схему таким образом, чтобы все внешние выводы находились на краю длинных сторон подложки и были исключены пересечения плёночных проводников. Для этого заменим взаимные пересечения плёночных проводников пересечением плёнки и выводов навесного бескорпусного ОУ.Рисунок 7 - Преобразованная схема неинвертирующего ФВЧРассчитаем размеры пассивных элементов. Коэффициент формы Кф всех резисторов находим по формуле:Кф=Ri /ps (3)где Ri – сопротивление резистора,ps - удельное поверхностное сопротивление материала.Выберем в качестве материала сплав РС3001, имеющий ps=2000 Ом/квадратКф1 =Кф3 = 20000:2000 = 10Кф2 =Кф4 = 40000:2000 = 20Так как 1<Кф1=Кф3 ≤10, то резисторы R1 и R3 имеют прямоугольную форму, а R2 и R4 выполняются в форме меандра.Взяв минимальную ширину резистора bmin = 0,1 мм, находим длину резисторов:L1 = L3 = Кф1,3 ∙ bmin = 10 ∙ 0,1 = 1 ммL2 = L4 = Кф2,4 ∙ bmin = 20 ∙ 0,1 = 2 ммПлощадь, занимаемая резисторами, составляет:SR = 1 ∙ 0,2 + 2 ∙ 0,2 + 1 ∙ 0,2 + 2 ∙ 0,2 = 1,2 мм2 = 0,012 см2Площадь плёночных конденсаторов находим с помощью значений удельной ёмкости С0 для разных типов диэлектрических плёнок, в нашем варианте моноокись германия (С0 =15000 пФ/см2)Sс = Sс1 + Sс2 = С1 /С0 + С2 /С0 = 5000/15000 + 5000/15000 = 0,33 + + 0,33 = 0,66 см2Бескорпусный ОУ занимает площадь:Sоу =1,5 ∙ 1,5=2,25 мм2Общая площадь, занимаемая всеми элементами, составляет: SΣ= 0,012 + 0,66 + 0,0225 = 0,6945 см2Учитывая площадь соединений, промежутки между элементами ИМС и расстояние от края подложки следует увеличить SΣ в несколько раз. При выборе подложки необходимо обеспечить условие:2 SΣ ≤ Sп≤ 3 SΣ.В нашем случае может быть использована подложка минимального размера 10х16мм. Эскиз топологии выполнен в масштабе 10:1 на рисунке 8. При составлении эскиза учитывались основные правила, накладываемые тонкоплёночной технологией.
Рисунок 8 - Чертёж топологии гибридной ИМС неинвертирующего ФВЧ
| № вар | Элементы схемы | Масштабные коэффициенты | |||||
| ЕК/ ЕС В | RБ кОм | RК кОм | RС кОм | N | M | ||
| 21 | 4,5 | 3,9 | 1,0 | - | 1 | 50 | |
Рисунок 2 - Входные характеристики биполярноготранзистораРисунок 3- Выходные характеристики транзистораРешение:На графике выходных характеристик строим по двум точкам нагрузочную линию (рис.3): (1)Строим передаточную характеристику ключа :Задаем значения тока базы и по входной характеристике для UКЭ=5В находим напряжение UБЭ (рис.2). При UБЭ≤0,3В IБ=0. Вычисляем входное напряжение: (2)Выходное напряжение UВЫХ для заданного значения тока базы находим по точкам пересечения нагрузочной линии с выходными характеристиками.Таблица 2
 | 0 | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 |
 | 0  0,3 | 0,51 | 0,62 | 0,71 | 0,76 | 0,80 | 0,82 | 0,86 | 0,90 |
 | 0 0,3 | 0,71 | 1,01 | 1,30 | 1,54 | 1,78 | 1,99 | 2,23 | 2,46 |
 | 4,5 | 4,0 | 3,3 | 2,6 | 1,9 | 1,1 | 0,4 | 0,2 | 0,2 |
Строим передаточную характеристику ключа и ее зеркальное отражение . По точкам пересечения характеристик находим уровни логического нуля и единицы:Рисунок 4 - Передаточная характеристика ключаПороговые напряжения:Отпирающая помеха:Запирающая помеха:Логический перепад:Коэффициент помехоустойчивости:Вывод:Электронные ключи на биполярных транзисторах широко применяются в электронных ключевых устройствах, предназначенных для включения и выключения цепи нагрузки с помощью входных сигналов. Наибольшее распространение в ключевых схемах имеют транзисторы с ОЭ.В базовой цепи транзистора включены источник входного управляющего напряжения Uвx и резистор RБ, в коллекторной цепи - источник постоянного напряжения Ек и резистор Rк. Изменяя входное напряжения Uвx, можно управлять током коллектора Iк и, следовательно, напряжением на выходе транзисторного ключа Uвых.Задача 2 Разработать и нарисовать в масштабе 10:1 топологию тонкоплёночной гибридной интегральной схемы на основе бескорпусного операционного усилителя, изготавливаемую методом катодного напыления тонких плёнок через свободную маску.Рисунок 5 - Неинвертирующий ФВЧЗначения элементов: R1=20 кОм; R2=40 кОм; R3=20 кОм; R4=40 кОм; С1=5000 пФ; С2=5000 пФ. Способ напыления – термический.Решение:
Обозначения выводов и размеры бескорпусного ОУ показаны на рисунке 6.Рисунок 6 - Обозначения выводов и размеры бескорпусного ОУПреобразуем заданную электрическую схему таким образом, чтобы все внешние выводы находились на краю длинных сторон подложки и были исключены пересечения плёночных проводников. Для этого заменим взаимные пересечения плёночных проводников пересечением плёнки и выводов навесного бескорпусного ОУ.Рисунок 7 - Преобразованная схема неинвертирующего ФВЧРассчитаем размеры пассивных элементов. Коэффициент формы Кф всех резисторов находим по формуле:Кф=Ri /ps (3)где Ri – сопротивление резистора,ps - удельное поверхностное сопротивление материала.Выберем в качестве материала сплав РС3001, имеющий ps=2000 Ом/квадратКф1 =Кф3 = 20000:2000 = 10Кф2 =Кф4 = 40000:2000 = 20Так как 1<Кф1=Кф3 ≤10, то резисторы R1 и R3 имеют прямоугольную форму, а R2 и R4 выполняются в форме меандра.Взяв минимальную ширину резистора bmin = 0,1 мм, находим длину резисторов:L1 = L3 = Кф1,3 ∙ bmin = 10 ∙ 0,1 = 1 ммL2 = L4 = Кф2,4 ∙ bmin = 20 ∙ 0,1 = 2 ммПлощадь, занимаемая резисторами, составляет:SR = 1 ∙ 0,2 + 2 ∙ 0,2 + 1 ∙ 0,2 + 2 ∙ 0,2 = 1,2 мм2 = 0,012 см2Площадь плёночных конденсаторов находим с помощью значений удельной ёмкости С0 для разных типов диэлектрических плёнок, в нашем варианте моноокись германия (С0 =15000 пФ/см2)Sс = Sс1 + Sс2 = С1 /С0 + С2 /С0 = 5000/15000 + 5000/15000 = 0,33 + + 0,33 = 0,66 см2Бескорпусный ОУ занимает площадь:Sоу =1,5 ∙ 1,5=2,25 мм2Общая площадь, занимаемая всеми элементами, составляет: SΣ= 0,012 + 0,66 + 0,0225 = 0,6945 см2Учитывая площадь соединений, промежутки между элементами ИМС и расстояние от края подложки следует увеличить SΣ в несколько раз. При выборе подложки необходимо обеспечить условие:2 SΣ ≤ Sп≤ 3 SΣ.В нашем случае может быть использована подложка минимального размера 10х16мм. Эскиз топологии выполнен в масштабе 10:1 на рисунке 8. При составлении эскиза учитывались основные правила, накладываемые тонкоплёночной технологией.
Рисунок 8 - Чертёж топологии гибридной ИМС неинвертирующего ФВЧ