Файл: Electron_SE.pdf

66

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

2.6.5. Çàï³ðíèé òèðèñòîð ç ÌÎÍ-êåðóâàííÿì

Íàéá³ëüø ïåðñïåêòèâíèì ³ç òèðèñòîð³â äëÿ ïðèñòðî¿â åíåðãåòè÷íî¿

å6ëåêòðîí³êè º òèðèñòîð, êåðîâàíèé íàïðóãîþ – çàï³ðíèé òèðèñòîð ç

ÌÎÍ-êåðóâàííÿì (MCT – MOS – Controlled Thyristor). Éîãî åêâ³-

âàëåíòíà ñõåìà ³ ïîçíà÷åííÿ íàâåäåí³ íà ðèñ. 2.45. ³í ì³ñòèòü ÌÎÍ-

ñòðóêòóðè ç n- (VT4) òà ð-êàíàëàìè (VT1) ³ òèðèñòîðíó ÷îòèðèøàðîâó

ñòðóêòóðó ð-n-ð-n (VT2, VT3).

VS

Àíîä

Êàòîä

Çàòâîð

Àíîä

Êàòîä

Çàòâîð

VT3

VT4

VT1

VT2

 à)                                     á)

Ðèñ. 2.45 – Åêâ³âàëåíòíà ñõåìà (à) ³ ïîçíà÷åííÿ (á)

çàï³ðíîãî òèðèñòîðà ç ÌÎÍ-êåðóâàííÿì

Âìèêàþòü éîãî ïîäà÷åþ ³ìïóëüñó íàïðóãè ïîçèòèâíî¿ â³äíîñíî êàòî-

äà ïîëÿðíîñò³ íà çàòâîð n-êàíàëüíîãî ÌÎÍ-òðàíçèñòîðà VT1. Âèìè-

êàííÿ çä³éñíþºòüñÿ ïîäà÷åþ ³ìïóëüñó íàïðóãè íåãàòèâíî¿ ïîëÿðíîñò³ íà

çàòâîð ð-êàíàëüíîãî ÌÎÍ-òðàíçèñòîðà VT4, ùî íà êîðîòêèé ÷àñ øóíòóº

êàòîäíèé ïåðåõ³ä òèðèñòîðíî¿ ñòðóêòóðè: åì³òåðíèé ïåðåõ³ä òðàíçèñòîðà

VT2. Öèì çàáåçïå÷óºòüñÿ ìàëà ïîòóæí³ñòü ó êîë³ êåðóâàííÿ ïðèëàäó.

2.7. ²íòåãðàëüí³ ì³êðîñõåìè

2.7.1. Çàãàëüí³ â³äîìîñò³

Áóðõëèâèé ðîçâèòîê òåõí³êè, ùî ó íàø ÷àñ çíà÷íîþ ì³ðîþ çàëå-

æèòü â³ä ðîçâèòêó åëåêòðîí³êè, ïðèçâîäèòü äî çíà÷íîãî óñêëàäíåííÿ

67

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

åëåêòðîííèõ  ïðèñòðî¿â.  Öå,  ó  ñâîþ  ÷åðãó,  âåäå  äî  çá³ëüøåííÿ

ê³ëüêîñò³ åëåìåíò³â ó ïðèñòðîÿõ.

Òàê, ñåðåäíüîñòàòèñòè÷íà ê³ëüê³ñòü àêòèâíèõ (ä³îäè, òðàíçèñòî-

ðè, ëàìïè) òà ïàñèâíèõ (ðåçèñòîðè, êîíäåíñàòîðè, äðîñåë³) åëåìåíò³â

åëåêòðîííèõ ïðèñòðî¿â ñêëàäàëà:

ó 1950 ðîö³ – 10

4

 øò.; ó 1975 – 10

6

¸

 10

7

; ó 1985 – 10

8

; ó 1995 – 10

9

.

Òàêå çðîñòàííÿ ñêëàäíîñò³ åëåêòðîííèõ ïðèñòðî¿â ïðèçâîäèòü äî âè-

íèêíåííÿ íèçêè ïðîáëåì, îñíîâíèìè ç ÿêèõ º:

1) íàä³éí³ñòü åëåìåíò³â ³ åëåêòðè÷íèõ çâ’ÿçê³â ì³æ íèìè (à, îòæå, ³

íàä³éí³ñòü ïðèñòðîþ â ö³ëîìó);

2) ì³í³àòþðèçàö³ÿ åëåìåíò³â (çìåíøåííÿ îᒺìó òà ìàñè ïðèñòðî¿â);

3) çíèæåííÿ ñïîæèâàíî¿ ïîòóæíîñò³.

Íåìîæëèâ³ñòü âèð³øåííÿ çàçíà÷åíèõ ïðîáëåì çà âèêîðèñòàííÿ ðîçãëÿ-

íóòèõ âèùå äèñêðåòíèõ åëåêòðîííèõ ïðèëàä³â ïðèçâåëî äî âèíèêíåííÿ

íîâîãî íàïðÿìêó â åëåêòðîí³ö³ – ñòâîðåííÿ ³íòåãðàëüíèõ ì³êðîñõåì.

²íòåãðàëüíà ì³êðîñõåìà (²ÌÑ) – öå åëåêòðîííèé ïðèëàä ³ç âèñîêîþ

ù³ëüí³ñòþ ïàêóâàííÿ åëåêòðè÷íî çâ’ÿçàíèõ åëåìåíò³â, ùî âèêîíóº äåÿêó

ôóíêö³þ îáðîáêè àáî ïåðåòâîðåííÿ åëåêòðè÷íèõ ñèãíàë³â ³ ÿêèé, ç òî÷êè

çîðó êîíñòðóêòèâíî-òåõíîëîã³÷íèõ òà åêñïëóàòàö³éíèõ âèìîã, º îäíèì ö³ëèì.

Ïðîåêòóâàííÿì, âèãîòîâëåííÿì òà ðîçðîáêîþ ìåòîä³â çàñòîñóâàííÿ

²ÌÑ çàéìàºòüñÿ  ì³êðîåëåêòðîí³êà.

Çàëåæíî â³ä òåõíîëî㳿 âèðîáíèöòâà ²ÌÑ ïîä³ëÿþòü íà:

– ã³áðèäí³ (âèêîíóþòüñÿ íà îñíîâ³ áåçêîðïóñíèõ äèñêðåòíèõ åëåêòðîííèõ

ïðèëàä³â, ùî ïðèêð³ïëþþòüñÿ äî ³çîëÿö³éíî¿ îñíîâè, íà ÿêó íàíåñåíî ïë³âêîâ³

åëåìåíò蠖 ðåçèñòîðè, êîíäåíñàòîðè ³ ò. ï., à òàêîæ ç’ºäíóþ÷³ ïðîâ³äíèêè);

– íàï³âïðîâ³äíèêîâ³ (âñ³ åëåìåíòè âèêîíóþòüñÿ íà îñíîâ³ ºäèíîãî êðèñ-

òàëó ÍÏ).

Çà ñêëàäí³ñòþ ²ÌÑ ïîä³ëÿþòü íà ÷îòèðè ãðóïè:

1 – ìàëèé ñòóï³íü ³íòåãðàö³¿ (äî 30 åëåìåíò³â ó ñõåì³);

2 – ñåðåäí³é ñòóï³íü ³íòåãðàö³¿ (30 

¸

 150 åëåìåíò³â);

3 – âåëèêèé ñòóï³íü ³íòåãðàö³¿ (150 

¸

 1000 åëåìåíò³â);

4 – íàäâåëèêèé ñòóï³íü ³íòåãðàö³¿ (ïîíàä 1000 åëåìåíò³â).

2.7.2. Ã³áðèäí³ ²ÌÑ

óáðèäí³ ²ÌÑ ñêëàäàþòüñÿ ç òàêèõ êîíñòðóêòèâíèõ âóçë³â:

68

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

1) ³çîëÿö³éíà îñíîâà ³ç ñêëîïëàñòèêó àáî êåðàì³÷íà, íà ïîâåðõíþ ÿêî¿

ó âèãëÿä³ ïë³âîê íàíåñåí³ ðåçèñòîðè, êîíäåíñàòîðè íåâåëèêî¿ ºìíîñò³,

êîòóøêè íåâåëèêî¿ ³íäóêòèâíîñò³, åëåêòðè÷í³ ç’ºäíàííÿ;

2) äèñêðåòí³ áåçêîðïóñí³ ÍÏ ïðèëàäè;

3) äèñêðåòí³ êîíäåíñàòîðè âåëèêî¿ ºìíîñò³, òðàíñôîðìàòîðè, äðîñåë³;

4) ³çîëÿö³éíèé êîðïóñ, ùî çàáåçïå÷óº ãåðìåòèçàö³þ óñ³õ åëåìåíò³â

²ÌÑ ³ ìຠâèâ³äí³ êîíòàêòè.

Íà ðèñ. 2.46 ïîêàçàíî êîíñòðóêö³þ ïë³âêîâèõ ðåçèñòîð³â ³ç ìàëèì ³

âåëèêèì îïîðîì. Òîíêó ïë³âêó ç ÷èñòîãî õðîìó, í³õðîìó àáî òàíòàëó

íàíîñÿòü áåçïîñåðåäíüî íà ³çîëÿö³éíó îñíîâó. Ó òàêèé ñïîñ³á îäåð-

æóþòü ðåçèñòîðè ç îïîðîì â³ä 0,001 äî äåñÿòê³â ê³ëîîì. Ùîá îäåð-

æàòè á³ëüø âèñîêîîìí³ ðåçèñòîðè

(äî äåñÿòê³â ìåãàîì), âèêîðèñòî-

âóþòü ìåòàëîä³åëåêòðè÷í³ ñóì³ø³

(íàïðèêëàä,  õðîì  òà  ìîíîîêñèä

êðåìí³þ).

Íà ðèñ. 2.47 çîáðàæåíà êîíñò-

ðóêö³ÿ  ïë³âêîâîãî  êîíäåíñàòîðà.

Íèæíÿ  òà  âåðõíÿ  îáêëàäêè  êîí-

äåíñàòîðà 2 º òîíêèìè ïë³âêàìè ³ç

ì³ä³, ñð³áëà àáî çîëîòà. Ä³åëåêòðè-

êîì 1 º ïë³âêà ³ç ñèë³êàòó àëþì³í³þ,

äâîîêñèäó  òèòàíó  àáî  êðåìí³þ.

Ðîçì³ùåí³ âîíè íà ä³åëåêòðè÷í³é

îñíîâ³ 3.

  ªìí³ñòü  òàêèõ  êîíäåíñàòîð³â

ìîæå áóòè â³ä äåñÿòè äî äåñÿòê³â

òèñÿ÷ ï³êîôàðàä.

Ïðîâ³äíèêè âèêîíóþòü ó âèãëÿä³

òîíêî¿ (1 ìêì) ïë³âêè ³ç çîëîòà ÷è

ì³ä³ ç ï³äøàðêîì í³êåëþ àáî õðîìó.

Äèñêðåòí³ åëåìåíòè ³ç ãíó÷êèìè

âèâîäàìè (çîëîòèé äð³ò ä³àìåòðîì

30

¸

50  ìêì)  ïðèºäíóþòüñÿ  äî

ïë³âêîâî¿ ì³êðîñõåìè ïàéêîþ àáî

çâàðêîþ.

2

3

1

Ðèñ. 2.47 – Êîíñòðóêö³ÿ

ïë³âêîâîãî êîíäåíñàòîðà

Ðèñ. 2.46 – Êîíñòðóêö³ÿ

ïë³âêîâèõ ðåçèñòîð³â ç ìàëèì (à) ³

âåëèêèì (á) îïîðîì

69

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

Åëåêòðîíí³ ïðèñòðî¿ íà ã³áðèäíèõ ²ÌÑ ìîæóòü ìàòè ù³ëüí³ñòü ìîí-

òàæó äî 60

¸

100 åëåìåíò³â íà 1 ñì

3

. Çà òàêî¿ ù³ëüíîñò³ îᒺì ïðèñòðîþ,

ùî ìຠ10

7

 åëåìåíò³â, ìîæå ñêëàäàòè 0,1

¸

0,5 ì

3

, à ñåðåäí³é ÷àñ áåç-

â³äìîâíî¿ ðîáîò蠖 10

3

¸

10

4

 ãîäèí ³ á³ëüøå.

2.7.3. Íàï³âïðîâ³äíèêîâ³ ²ÌÑ

Íà â³äì³íó â³ä ã³áðèäíèõ ²ÌÑ, íàï³âïðîâ³äíèêîâ³ (ç’ÿâèëèñÿ ó

1958 ð.) âèêîíóþòüñÿ íà îñíîâ³ êðèñòàëó ÍÏ, äå îêðåì³ éîãî ä³ëÿíêè

âèêîíóþòü ðîë³ òðàíçèñòîð³â, ä³îä³â, êîíäåíñàòîð³â, ðåçèñòîð³â ³ ò. ³í.,

³ ç’ºäíóþòüñÿ çà äîïîìîãîþ àëþì³í³ºâèõ ïë³âîê, ùî íàíîñÿòüñÿ íà

ïîâåðõíþ êðèñòàëó.

Åëåêòðîíí³  ïðèñòðî¿  íà  íàï³âïðîâ³äíèêîâèõ  ²ÌÑ  ìîæóòü  ìàòè

ù³ëüí³ñòü ìîíòàæó äî 500 åëåìåíò³â ó 1 ñì

3

 ³ öåé ïàðàìåòð ç ðîêó â ð³ê

çðîñòàº. Ñåðåäí³é ÷àñ áåçâ³äìîâíî¿ ðîáîòè ïðèñòðîþ, ùî ìຠ10

7

¸

10

10

åëåìåíò³â, ñÿãຠ10

3

¸

10

4

 ãîäèí.

2.7.4. Ïðèçíà÷åííÿ ³ ïàðàìåòðè ²ÌÑ

Íà â³äì³íó â³ä äèñêðåòíèõ åëåìåíò³â (ä³îäè, òðàíçèñòîðè), ²ÌÑ ÿâëÿ-

þòü ñîáîþ ôóíêö³îíàëüí³ ïðèñòðî¿, ïðèçíà÷åí³ äëÿ ïåðåòâîðþâàííÿ åëåê-

òðè÷íèõ ñèãíàë³â àáî åíåð㳿.

Çàëåæíî â³ä ïðèçíà÷åííÿ ²ÌÑ, äëÿ íå¿ ìîæóòü íîðìóâàòèñÿ ð³çí³ ïà-

ðàìåòðè, ùî õàðàêòåðèçóþòü ¿¿ ÿê ôóíêö³îíàëüíèé ïðèñòð³é â ö³ëîìó.

Çà ïðèçíà÷åííÿì óñ³ ²ÌÑ ïîä³ëÿþòüñÿ íà äâà êëàñè:

1) ë³í³éíî-³ìïóëüñí³ (àáî àíàëîãîâ³);

2) ëîã³÷í³ (àáî öèôðîâ³).

Äî ë³í³éíî-³ìïóëüñíèõ (àíàëîãîâèõ) íàëåæàòü ²ÌÑ, ùî âèêîíóþòü

ôóíêö³¿ ïåðåòâîðåííÿ é îáðîáêè åëåêòðè÷íèõ ñèãíàë³â, ÿê³ çì³íþþòüñÿ

çà çàêîíîì áåçïåðåðâíî¿ ôóíêö³¿. Äî íèõ íàëåæàòü ð³çí³ ï³äñèëþâà÷³,

ãåíåðàòîðè, ñòàá³ë³çàòîðè ñòðóìó òà íàïðóãè.

Îñíîâí³ ïàðàìåòðè ï³äñèëþâà÷³â:

– êîåô³ö³ºíò ï³äñèëåííÿ çà íàïðóãîþ K

U

;

– âõ³äíèé îï³ð R

âõ

;

– ìàêñèìàëüíà âèõ³äíà íàïðóãà U

âèõ max

;

– ðîáî÷èé ä³àïàçîí ÷àñòîò.

70

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

Îñíîâí³ ïàðàìåòðè ñòàá³ë³çàòîð³â:

– êîåô³ö³ºíò ñòàá³ë³çàö³¿ K

ñò

;

– íàïðóãà ñòàá³ë³çàö³¿ U

ñò

;

– ìàêñèìàëüíà ïîòóæí³ñòü P

max

;

– ä³àïàçîí çì³íè âõ³äíî¿ íàïðóãè.

Äî ëîã³÷íèõ (öèôðîâèõ) íàëåæàòü ²ÌÑ, ùî âèêîíóþòü ôóíêö³¿ ïåðå-

òâîðåííÿ é îáðîáêè åëåêòðè÷íèõ ñèãíàë³â, ÿê³ çì³íþþòüñÿ çà çàêîíîì

äèñêðåòíî¿ ôóíêö³¿ (çàçâè÷àé öå äâ³éêîâèé öèôðîâèé êîä).

 Ïàðàìåòðè òàêèõ ñõåì:

– ð³âåíü ëîã³÷íîãî íóëÿ;

– ð³âåíü ëîã³÷íî¿ îäèíèö³;

– øâèäêîä³ÿ;

– çàâàäîñò³éê³ñòü.

Îñíîâí³ ïåðåâàãè ²ÌÑ:

– âèñîêà íàä³éí³ñòü;

– ìàë³ ãàáàðèòè ³ ìàñà;

– íåçíà÷íà ñïîæèâàíà ïîòóæí³ñòü;

– íåâèñîêà âàðò³ñòü;

– âèñîêèé ð³âåíü øâèäêî䳿.

Íåäîë³ê – íåâåëèêà âèõ³äíà ïîòóæí³ñòü (50

¸

100 ìÂò).

Ïðîòå çà ²ÌÑ ìàéáóòíº, áî çàâäÿêè ñòâîðåííþ ì³êðîïðîöåñîð³â òà

âíàñë³äîê ðîçâèòêó ³íôîðìàòèêè ñòàëà ìîæëèâîþ ïîáóäîâà ôóíêö³îíàëüíî

ð³çíèõ åëåêòðîííèõ ïðèñòðî¿â íà îäíîòèïíèõ åëåìåíòàõ (äàò÷èêè, ïå-

ðåòâîðþâà÷³ àíàëîãîâèõ ñèãíàë³â ó öèôðîâ³, ïðîöåñîð, âóçëè ïàì’ÿò³,

ïåðåòâîðþâà÷³ öèôðîâèõ ñèãíàë³â ó àíàëîãîâ³ â ïîºäíàíí³ ç âèêîíàâ÷è-

ìè ïîòóæíèìè ïðèñòðîÿìè íà äèñêðåòíèõ åëåìåíòàõ). Ïðè öüîìó àëãî-

ðèòì îáðîáêè åëåêòðè÷íèõ ñèãíàë³â âèçíà÷àºòüñÿ çàäàíîþ ïðîãðàìîþ

ðîáîòè ïðèñòðîþ ³ íàá³ð âèêîíóâàíèõ ôóíêö³é ôàêòè÷íî çàëåæèòü â³ä

ïðîãðàìè, à íå â³ä ñõåìè ïðèñòðîþ.

Ïðè öüîìó çàçíà÷èìî, ùî òåîðåòè÷íî âñòàíîâëåíîþ ìåæåþ ì³êðî-

ì³í³àòþðèçàö³¿  íàï³âïðîâ³äíèêîâèõ  ²ÌÑ  º  ìàêñèìàëüíî  äîñÿæíà

ê³ëüê³ñòü åëåìåíò³â (òðàíçèñòîð³â), ùî ìîæóòü áóòè ðîçì³ùåí³ íà 1 ìì

2

ïëîù³ êðèñòàëó, – 10

16

-10

18

 øòóê.

ßê â³äîìî, 16 ãðóäíÿ 1947 ðîêó Äæîí Áàðä³í, Óîëòåð Áðàòòåéí òà

Ó³ëüÿì Øåêë³ ñòâîðèëè åëåêòðîííèé ïðèëàä, ó ÿêîìó çóì³ëè ï³äñèëèòè

ñèëó ñòðóìó ó äåê³ëüêà ðàç³â. Òåïåð ìè íàçèâàºìî éîãî á³ïîëÿðíèì