Коммериялық емес акционерлық  қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

«Электроника» кафедрасы

 

 

СХЕМОТЕХНИКА 1 

5В070400 –Есептеу техникасы және бағдарламалық қамтамасыз ету, 5В070300 – Ақпараттық жүйелер мамандығы бойынша барлық оқу түрінің студенттері үшін cызба-есептеу жұмыстарға арналған әдістемелік нұсқау

 

 

 

Алматы 2011

         ҚҰРАСТЫРҒАН: Ұ.Қ.Дегембаева. Схемотехника 1. 5В070400 –Есептеу техникасы және бағдарламалық қамтамасыз ету, 5В070300 – Ақпараттық жүйелер мамандығы бойынша барлық оқу түрінің студенттері үшін cызба-есептеу жұмыстарға арналған әдістемелік нұсқау– Алматы: АЭжБУ, 2011. – 21 б.

 Әдістемелік нұсқауда cызба-есептеу жұмыстарға, жұмысты безендіруге және қорғауға қатысты жалпы жағдайлар жинақталған.

Әр cызба-есептеу жұмысты келесідей бөлімдерден тұрады: жұмыстың мақсаты, жұмысқа дайындық, жұмысты орындау реті, жасалған жұмысқа кіріспе, жұмыс нәтижесін безендіру және түрлендіру.

Әдістемелік нұсқау «Ақпараттық технология» факультетінің студенттеріне арналған.

Без.7, кесте.8, әдебиет- 12 атау. 

  

Пікір беруші: техн. ғыл. канд.,  доц. Байкенов Б.С. 

 

 

«Алматы энергетика және байланыс университетінің» коммерциялық

емес акционерлік қоғамының  2011 ж. жоспары бойынша басылады.

 

  

© Алматы энергетика және байланыс университеті, КЕАҚ 2011 ж.

 

Мазмұны 

1 Бірінші және екінші сызба-есептеу жұмыстарын орындауға жалпы нұсқаулар     

4

2 Жұмыс орындау талабы

4

3 Сызба-есептеу жұмыс №1.  Бақылау сұрақтары

4

4 Сызба-есептеу жұмыс №2.  Тапсырма

8

5 Бірінші тапсырманы орындауға әдістемелік нұсқаулар –

логикалық элемент сұлбасын талдау

13

Негізгі және қосымша әдебиет тізімі

 

22

 

 

 

1 Бірінші және екінші сызба-есептеу жұмыстарын орындауға жалпы нұсқаулар

 

Схемотехника 1 пәнінің екінші бөлімінің теориялық материалының бекітуі және ЦИМС анализын қолдануы мен гибридті топологиясын құрастыруы cызба-есептеудің негізі болып саналады.

Вариантты таңдау.

Принципиалды схеманың вариантының нөмірін электр есебі мен анализдеуі студенттік билетінің соңғы санымен анықталады.

 

Жұмысты орындау талабы

 

1 Сабаққа кіріспес бұрын студент, 3 cызба-есептеу жұмысының тақырыбына сәйкес теориялық материалды оқу, жұмыстың мақсатымен танысу.

2 Жұмыстың нәтижесін орындау үшін есеп беруді қамту керек, сонымен қатар келесілерден құралған:

а) жұмыс сұлбасы;

б) жұмысқа дайындық бөліміндегі сұрақтарға жазбаша жауап;

в) өлшеу нәтижесін жазу үшін келтірілген кестелер.

3 Сабақ кезінде студенттер өзіндік жұмысты орындау қажет (сұлбаларды жинау, алдын-ала алынған кестелерге нәтижесін жазу).

4 Оқытушы студенттің жұмысты орындау дайындығын тексеру үшін, теория бойынша бақылау сұрақтарын қою, берілген жұмыстың орындалу ретін, сұлбаға әсерін, кейіптемелерді қолдану және нәтижесін алу. Сұрақтар жазбаша және ауызша қойылуы мүмкін.

5 Осыларды орындамаған студенттер, сонымен қатар олардың теориялық дайындықтары нашар болса, жұмысты қорғауға рұқсат берілмейді.

6 Жұмыстын бұрын жасаған және безендірілген, бірақ теориялық бөлімге дайындығы жоқ студенттерге қорғауға рұқсат берілмейді.

7 Жұмысты уақытында орындамаған студенттер жасау уақытын созады. Бұл үшін студент алдын-ала мұғалімге жазылады. Студент жұмысқа рұқсатты жалпылама түрде алады.

8 Сызба-есептеу жұмысының соңында әдебиеттер тізімі берілуі керек.

9 Орындалған жұмыстың мерзімі көрсетілуі керек.

 

2 Бірінші және екінші сызба-есептеу жұмыстарын орындайтын тапсырмалар.

№1 сызба-есептеу жұмысы. Бірінші тапсырма 1

 

         Схемотехника 1 пәнінің теориялық материалын бекітуі ЦИМС    анализі мен гибридті ИМС топологиясын құруы негізгі мақсаты болып табылады.

 

Жеке тапсырманың варианты 1.1 кесте бойынша сынақ кітапшасының соңғы санымен және студент тегінің бірінші әрпімен анықталады.

 

1.1 к е с т е

 

Студент тегінің бірінші әрпі

Бірінші бөлімнің сұрақтары

А,Д

Б,Е

В,Г,Я

Ж,З,И

Л,К

М,О

Н,П

С,Ч,Ф

Р,Т,У

Х,Ц,Ш,
Щ,Э,Ю

1,11

2,11

3,13

4,14

5,15

6,16

7,17

8,18

9,19

10,20

Екінші бөлімнің сұрақтары

40,29

39,28

38,27

37,26

36,25

35,24

34,23

32,22

31,21

30,20

 

3 Бақылау сұрақтары

 

3.1 Бірінші бөлімнің бақылау сұрақтары

 

1)   Аналогты және цифрлық электрондық құрылғылардың айырмашылығы неде?

2)   Неліктен негізгі сұлбадағы кремнийлі npn транзисторда, кірістегі кернеуді кілттейтін арнайы көзді қолданбай-ақ қоюға болады?

3)   Ашық негізгі транзистордағы қалдықты кернеу неге тәуелді? Оның бағасын беріңіз.

4)   Биполярлы транзистордағы және МДП-транзистордағы кілттің жылдам әсерін қандай параметрлер анықтайды??

5)   Биполярлы транзистордағы шоттки диоды бар кілттің жылдам әсері шоттки диоды жоқ кілтпен салыстырғанда неліктен жоғары?

6)   ТТЛ, ТТЛШ, pМДП, nМДП, КМДП негізгі логикалық элементтердің принципиалды сұлбасын сызып, жұмыс істеу қағидасын түсіндіріңіз.

7)   Кіші және орта дәрежелі ықпалдастығы бар ИМС-тен БИС пен СБИС-ке көшу не себептен болды?

8)   БИС ықпалдастығы дәрежесін көтеруде қандай шектеулер бар?

9)   ОУ сипаттамалары мен параметрлерін келтіріңіз.

10)    Интегралды ОУ қандай негізгі каскадтардан құралған? Сол каскадтардың сұлбасын келтіріп, олардың жұмыс істеу қағидасын түсіндіріңіз.

11)    Дифференциалды күшейткіш каскадтың сұлбасын сызыңыз, қай нүктелер сұлбаның кірісі де, қай нүктелер шығысы екенін түсіндіріңіз; синфазды кіріс сигналы мен дифференциалды кіріс сигналы шығыс сигналдың көлеміне қалай әсер етеді? Күшейту коэффициенті қандай ықпалдарға тәуелді?

12)    Кернеу деңгейі жылжуының каскадтарының және эмиттерлі қайталауыштың сұлбасын келтіріңіз. Жұмыс істеу қағидасы мен параметрлерін түсіндіріңіз.

13)    ОУ негізінде сигналды өңдейтін қандай құрылғыларды құруға болады?

14)   Логикалық элементтер құрамында қолданылатын кілттердің аналогты электронды кілттерден айырмашылығы неде?

15)   Кешенді миниатюризация түсінігіне анықтама беріңіз, РЭА кешенді миниатюризация мақсатын түсіндіріңіз.

16)   Барлық микроэлектроника бұйымдары қалай топталады?

17)   Функционалды құрауыштардың (құрылғылардың) ИМС-тен айырмашылығын түсіндіріңіз.

18)   Гибридты ИМС құрылғысын түсіндіріңіз.

19)   Қалың пленкалы және жұқа пленкалы ИМС-тың артықшылығы мен кемшілігін атап шығыңыз.

 

3.2 Екінші бөлімнің бақылау сұрақтары

 

1)       Пленкалы резистор, конденсатор, индуктивтіліктер

конструкцияларының мүмкін болған нұсқаларын бейнелеңіз және түсіндіріңіз.

2)       Жұқа пленкалы индуктивті элементтерді қолдану қандай себептермен шектелген?

3)       Жұқа пленканы жағудың негізгі әдістерін атаңыз, әр әдістің артықшылығы мен кемшілігін атаңыз.

4)       Пассивті элементтердің берілген кескінін алудың негізгі әдістерін атап шығыңыз және олардың артықшылықтары мен кемшіліктерін атаңыз.

5)       Жартылай өткізгіш микроэлектронды құрылымдар құралдың негізгі физико-химиялық үрдістерін атап шығыңыз және түсіндіріңіз.

6)       Жартылай өткізгіш биполярлы ИМС жасау технологиялық операцияларының реттілігін келтіріңіз.

7)       МДП ИМС жасау технологиялық операцияларының реттілігін келтіріңіз.

8)       Жартылай өткізгіш ИМС-ті құрастыру және герметизациялау қалайша жүзеге асады, корпустың қандай типтерін білесіз?

9)       Жартылай өткізгіш ИМС элементтерінің арасындағы оқшаулаудың қандай түрін білесіз? Әрқайсысының артықшылығы мен кемшілігін атаңыз.

10)   Интегралы n-p-n транзистор құрылғысын бейнелеңіз, ұқсас дискретті транзистордың негізгі айырмашылығын түсіндіріңіз.

11)   Көпэмиттерлі және көпколлекторлы транзистор құрылғысын бейнелеңіз, негізгі ерекшеліктерін түсіндіріңіз.

12)   Көлденең және тік p-n-p транзистор құрылғысын белгілеңіз, негізгі ерекшеліктерін түсіндіріңіз.

13)   Диод ретіндегі транзистордың қосылу сұлбасын бейнелеңіз, әр қосылу сұлбасы үшін негізгі параметрлерді келтіріңіз.

14)   Жартылай өткізгіш ИМС-тың МДП құрылғысын бейнелеңіз.

15)   КМДП құрылымды құрылғыны бейнелеңіз. Негізгі ерекшеліктері мен артықшылықтарын белгілеңіз.

16)   МДП ИМС-тың биполярлы ИМС-пен салыстырғандағы негізгі артықшылықтары мен кемшілігін айтыңыз.

17)   Диффузиялық резистор құрылғысын бейнелеңіз, оның негізгі параметрлерін келтіріңіз.

18)   Паразитті әсерді есепке алатын диффузиялық резистор моделін (баламалық сызбасын) бейнелеңіз.

19)   МДП конденсатор мен кері жылжыған p-n ауысу негізіндегі диффузиялық конденсатор құрылғысын бейнелеңіз. Олардың параметрлерін атаңыз.

20)   Жартылай өткізгіш ИМС конденсаторының моделін (баламалық сызбасын) келтіріңіз. Олардың салыстырмалы бағасын беріңіз.

21)    Үлкен интегралды сызба ұғымына анықтама беріңіз (БИС).

22)    ҮИС принципиалды артықшылықтарының түпнегізі неде?

23)     ҮИС интеграция деңгейін көтеру кезіндегі негізгі проблемаларды атап шығыңыз.

24)   ҮИС-те қандай негізгі интегралды элементтер және неге қолданылады?

25)   Әмбаб ҮИС-тің негізгі түрлерін атаңыз.

26)    Микропроцессор деген ұғымға анықтама беріңіз, оның қандай негізгі түйіндерден тұратынын түсіндіріңіз.

27)   БИС АЦП мен ЦАП мақсатын түсіндіріңіз.

28)   ОУ параметрлері мен сипаттамаларын келтіріңіз.

29)   Интегралды ОУ қандай негізгі каскадтардан тұрады? Олардың сұлбаларын келтіріп, жұмыс істеу қағидасын түсіндіріңіз.

30)   Дифференциалды күшейткіш каскадтың сұлбасын сызыңыз, қай нүктелер сұлбаның кірісі де, қай нүктелер шығысы екенін түсіндіріңіз; синфазды кіріс сигналы мен дифференциалды кіріс сигналы шығыс сигналдың көлеміне қалай әсер етеді? Күшейту коэффициенті қандай ықпалдарға тәуелді?

31)   ОУ негізінде сигналды өңдейтін қандай құрылғыларды құруға болады?

32)   Функционалды электроника құрылғысының қарапайым интегралды микросұлбадан негізгі айырмашылығы неде?

33)   Зарядты байланыс құрылғыларында зарядты пакетті құрастыру, сақтау және тасымалдау қалай жүзеге асады?

34)   Зарядты байланыс құрылғыларының қолдану аумағын атаңыз.

35)   Магниттық-электронды құрылғыларда ақпаратты жазу мен сақтау қандай қағидаларға негізделген?

36)   Акусто-электрондық құрылғылар көмегімен сигналды түрлендіру мен өңдеу функцияларының қайсысын іске асыруға болады?

37)   Жүктемелі биполярлы және өрістік транзисторлар жұмысын түсіндіру.

38)   Биполярлы және өрістік транзисторлардың шулық қасиетін сипаттап беру.

39)   Биполярлы және өрістік транзистордағы цифрлық кілттер құрылғысын түсіндіріңіз.

40)   Транзистордағы аналогтық кілттер құрылғысын түсіндіру.

 

4 №2 сызба-есептеу жұмысы. Бірінші тапсырма 1

 

4.1 Бірінші тапсырма - цифрлық схеманың электр есебі

 

Үш кіріс сигналының комбинациясына бәрі актив элементтеріне анықтау кестесін құрып электр есебін өткізіңіз:

 - схемада көрсетілген нүктелердің потенциалың анықтаңыз (А, В, С, ж т. б.);

 - схемадағы барлық токты есептеп, бағыттарын көрсетіңіз;

 - резисторларда таратылған қуаттар мен толық схеманың тұтынатын қуатын есептеңіз.

Есептеу қорытдысың кестелерге енгізіңіз. Кестелер мен есеп үлгілері алдындағы тапсырмаларда көрсетіледі.

 

4.2 Екінші тапсырма – жоғарыда келтірілген схемаға сәйкес ИМС топологиясын құру

 

Топологияны құру келесі операциялармен орындалады:

- тапсырылған вариант бойынша қабыршақты резисторлардың материалын таңдаңыз;

- барлық резистордың ұзындықтарын есептеңіз;

- өткізгіштер мен түйіспелік орындардың материалдарын анықтаңыз;

- енжар мен белсенді схема элементтерінің ауданын есептеңіз;

- табанды таңдап ұзындықтарын анықтаңыз;

- топологияның сызуын құрыңыз.

Топологияның сызуын 10:1 немесе 20:1 масштабымен орындау керек.

                                                                                                                         

Бірінші тапсырманы орындайтын нұсқаулар

 

1 суретте көрсетілген принципиалдық схемалардың варианттары, ал кіріс сигналдарын анализдеудің комбинациялары 2 кестеде келтірілген .

 

 

 

 

 

1 сурет – Есептеу – графикалық жұмыстар схемаларының түрлері (1,2 варианты)

 

 

1 сурет – Есептеу – графикалық жұмыстар схемаларының түрлері (3,4,5 варианты)

 

1 сурет – Есептеу – графикалық жұмыстар схемаларының түрлері (6,7,8 варианты)

 

1 сурет – Есептеу – графикалық жұмыстар схемаларының түрлері (9 вариант)

 

2 к е с т е – Кіріс сигналдардың комбинациялары

Студентің сынақ кітапшасының бірінші әрпі

Кіріс

сигналдарының

мәні

Студент тегінің бірінші әрпі

Кіріс

сигналдарының

мәні

 

Кірістер

 

Кірістер

 

1

2

 3

 4

 

 1

 2

 3

 4

 

 0

 1

 1

 1

 

1

1

1

0

 0

 0

 0

 1

 0

5

1

0

1

0

 

 1

 1

 0

 0

 

0

1

1

1

 

 0

 1

 1

 1

 

1

1

0

1

  1

 1

 1

 0

 1

6

0

1

0

1

 

 0

 1

 1

 0

 

0

1

1

1

 

 1

 1

 1

 0

 

1

1

0

1

 2

 0

 1

 0

 0

7

0

0

0

1

 

 1

 0

 0

 1

 

0

1

1

1

 

 1

 0

 1

 0

 

1

1

1

0

 3

0

1

1

1

8

1

0

0

1

 

0

1

0

1

 

1

0

1

1

 

1

1

0

1

 

1

0

1

0

4

1

0

0

1

9

0

0

1

1

 

0

0

1

1

 

1

1

1

0

 

Бұл модельдердің сөздік тұжырымдарын келтірейік.

Кремнийлі p-n ауысудың (диодтың) жеңілдетілген ВАС моделі:

-      егер p-n өткелдегі кернеу тура немесе кері болса, бірақ U* мәнінен аспаса, ол кездегі p-n өткелдегі ток 0-ге тең;

-      егер p-n өткелінен тура ток жүрсе, диодтағы кернеуді U*=0,7 В-ге тең деп аламыз.

Кремнийлі биполярлы транзистордың жеңілдетілген моделі:

-      егер екі p-n өткелдің әрқайсысына U*-дан аспайтын тура немесе кері кернеу түссе, ол кезде транзистор жабық және барлық токтар 0-ге тең;

-      егер эмиттер өткелінен тура ток жүрсе, онда база–эмиттердегі кернеу  U*=0,7 B, транзистор ашық және екі режимнің біреуінде, активті режимде, немесе қанығу режимінде;

-      режимді анықтау үшін база тогын IБ, туындысы В×IБ, қаныққан транзистор коллекторының мүмкін болатын максималды ток мәнін IКН есептеп, кейін салыстыру жүргізеді;

-      егер В×IБ <IKH болса, режим активті, егер В×IБ>IКН, режим қанығулы;

Активті режиміндегі коллектор тогы коллектор-база өткеліндегі кернеуден тәуелсіз және оның мәні IК =B×IБ.

Қаныққан режиміндегі коллектор-база өткеліндегі кернеу 0,6 В, коллектор-эмиттер кернеуі 0,1 В-ке тең.

Демек, есептеулер кезінде шығатыны:

U0=0,1 B, U1>3 В, тура қосылудағы диод пен эмиттер өткеліндегі кернеудің түсуі 0,7 В-ке тең, база тогының берілу коэффициенті В=50, база тогының инверсті берілу коэффициенті ВI=0,05.

 

5 №1- тапсырманы орындауға әдістемелік нұсқаулар. Логикалық элемент сұлбасын талдау

 

Логикалық элементтің принципиалды сұлбасы 2-ші суретте көрсетілмеген. Қорек кернеуі мен кедергі мәні сұлбада көрсетілген. Тіктөртбұрыш ретінде кірісі біздің логикалық элементке жүктеме болып келетін келесі логикалық элемент көрсетілген. ²1100² және ²1111²кіріс сигналының 2 комбинациясы үшін кедергі және шығыс кернеуі арқылы токтарды өлшеу қажет және жұмыс істеу қағидасын баяндап, ақиқаттылық кестесін құру қажет.

²1100²кіріс сигналдар комбинациясы үшін есептеулер жүргізейік, яғни UВХ1=UВХ2=U1>3 В, UВХ3=UВХ4=U0=0,1 В қабылданған мәндерге сай R1 резисторы арқылы ток мәнін анықтаймыз. Бұл токтың ағуы мүмкін болған барлық жолдарды қарастырамыз. Сұлбада +5 В қорек көзі – қорек кернеуі біреу ғана. Сондықтан барлық тұрақты токтар бір ғана бағытта, ол +5 В шинадан ортақ шинаға ағуы мүмкін.

 

2 сурет – Логикалық элементтің принципиалды сұлбасы

 

3- суретте, сұлбада R1 (ток I1) арқылы жүретін, токтың ағуы мүмкін бөлігі көрсетілген. I1 тогы +5 В шинадан R1 арқылы әрі қарай VT1 транзисторының базасынан солға эмиттерлі өткелдері, сигнал көзі арқылы ортақ шинаға немесе оңға  VT2 транзисторының коллекторлы өткелі, диод, эмиттерлі өткелі арқылы ортақ шинаға ағуы мүмкін.

Айталық, VT1 транзисторының Б-Э3 және Б-Э4 өткелдері арқылы ток ағып жатыр, онда бұл өткелдерде кернеу бірдей және жоғарыда ұсынылған модельге сәйкес 0,7 В-ке тең. Демек, VT1 транзисторы базасының потенциалы (А нүктесі 3 суретке қара) 0,8 В-ке тең.

 

 

3 сурет – ²1100² кіріс сигналдары комбинациясы кезіндегі I1 есептеуге арналған бөлшекті сұлба

 

Айталық, VT1 транзисторының Б-Э3 және Б-Э4 өткелдері арқылы ток ағып жатыр, онда бұл өткелдерді кернеу бірдей және жоғарыда ұсынылған модельге сәйкес 0,7 В-ке тең. Демек, VT1 транзисторы базасының потенциалы (А нүктесі) UА=U0+UБЭ=0,1+0,7=0,8 В-ке тең. Байқағаныңыздай база потенциалы (р-аумағы) эмиттерлер (n-аумағы) потенциалынан 0,8-3=-2,2 В көлеміне төмен болғандықтан Б-Э1 мен Б-Э2 база эмиттер өткелдері кері кернеуге ие. Сондықтан бұл өткелдер арқылы тек кері ток жүреді.

А нүктесінде ток жүру үшін UБК1+UVD1+UБЭ2=0,6+0,7+0,7 =2 В-ке тең потенциал қажет болғандықтан оң тармақта ток болмайды.

Демек, VT2 транзисторы жабық болады. I1 тогын табамыз.

I1=(E-UA)/R1=(5-0,8)/8*103=0,525 мА.

R2 және R3 резисторы арқылы ағатын I2 және I3 токтарын есептейміз. Бұл токтар жүретін сұлбаның (4-сурет) бөлігін аламыз. VT2 жабық транзисторы пунктирмен көрсетілген. R2 резистор арқылы VT3 транзисторы базасының тогы жүріп жатыр, транзистор ашық және бұл транзистор базасындағы кернеу UБ3=0,7 В-ке тең.

I2=IБ3. I2=(E-UБ3)/R2=(5-0,7)/4*103=1,075 мА тогын табамыз.

Айталық VT3 транзисторы қанығу режимінде.

Ашық транзистор кернеуі шарт бойынша UКЭ3=Uшығ=0,1 В, онда ток

I3=(E-UКЭ3)/R3=(5-0,1)/1*103=4,9 мА.

4 сурет - ²1100² кіріс сигналдары комбинациясы кезіндегі I2 мен I3  токтарын табуға арналған бөлшекті сұлба

 

VT3 транзисторының коллекторындағы төмен кернеу сұлбаның шығысындағы логикалық ²0²-ге сай келеді. VT3 транзисторының коллектор арқылы IК3=I3+IВЫХ=4,9+1=5,9 мА тогы жүріп жатыр.

IБ3*B-ны және IК3-ны салыстырайық. IБ3*В=1,075*50=53,75 мА.

IБ3*B>IК3болғандықтан, транзистор расында да қанығу режимінде.

Енді  ²1111²кіріс сигналдар комбинациясы үшін есептеулер жүргізейік, демек барлық төрт кіріске логикалық бірлікке сай жоғары кернеу берілген жағдай Uкір1=Uкір2=Uкір3=Uкір4>3 B.

Бұл жағдайда токтар мен потенциалдар қалай орналасатынын 5-ші сурет сұлбасында көрсетейік.

 

5 сурет - ²1111² кіріс сигналдар комбинациясы кезіндегі I1, I2, I3 токтарын анықтауға арналған сұлба

 

Ең алдымен А нүктесі мен ортақ шина арасында тізбектей 3 p-n өткел; VT1 база-коллекторы, VD1 диоды және VT2 база эмиттері қосылғандықтан, VT1 транзистор базасының А нүктесіндегі потенциалы UA=UБК1+UVD1+UБЭ2=

0,6+0,7+0,7=2 В-ке тең екенін ескеріп қояйық. VT1 транзисторының төрт эмиттері де базаға қарағанда жоғары потенциалды болғандықтан, барлық төрт эмиттерлі өткелдер жабық және А нүктесінен шыққан ток оң тармақпен жүреді. Сол кездегі I1 тогы

I1=(E-UА)/ R1=(5-2)/8*103=0,375 мА.

Кіріс эмиттерлі өткелдерінен кері ток өтіп жатыр. Ол токтарды VT1 ( I1) база тогын В1 берілу тогының инверсті коэффициентіне көбейте отырып табамыз: IЭ1=IЭ2=IЭ3=IЭ4=I1*BI=0,375*0,05=0,01775 мА.

VT1 транзисторына бес ток IЭ1,IЭ2,IЭ3,IЭ4  және I1 кіріп жатыр, ал коллекторлы өткел арқылы VT2 транзисторының базасына келіп шығатын ток біреу, ол - IБ2. Бұдан VT2 база тогын анықтаймыз:

IБ2=IЭ1+IЭ2+IЭ3+IЭ4+I1=0,446 мA.

VT2 транзисторы қанығу режимінде екендігін болжай отырып және жоғарыдағы есептеулерді жүргізе отырып, оның расында да солай екендігін аламыз. Онда кернеу UКЭ2=UБЭ3=0,1 В. Бұдан шығатыны VT3 транзисторы жабық, оның коллекторының тогы 0-ге тең.

Осы кезде шарт бойынша I3=0,04 мА болатын R3 резистор арқылы тек жүктеме логикалық элементтің кіріс тогы ғана жүреді. Сонда шығыстағы кернеу  Uшығ=E – I3 ×R3=5 - 0,04×10-3 ×103=4,96 B.

Алынған Uшығ қорек кернеуіне жақын және логикалық бірлік дәрежесіне сай.

Әр комбинация үшін микросұлбаның тұтынатын қуатын есептейміз. Есептеулерді мына формуламен P=E*(I1+I2+I3) жүргіземіз.

Бірінші комбинация үшін Р=5×(0,525+1,075+4,9)10-3=32,5 мВт.

өткізгіштердің барлық қиылысулары жоқ болатындай етіп, түрлендіру керек. Соңғы шарты пленкалы өткізгіштердің өзара қиылыстарын өзара аспалы корпуссыз диодтар мен транзисторлар қорытындылары мен пленка киылыстарымен ауыстыра отырып орындайды.

Топологиялық сызбаны кұрудың жалпы қағидаларына жататыны элемент арасындағы қосылулар ұзындығын кішірейту болып табылады; элементтер орын алатын ауданды кішірейту; элементтердің подложка ауданы бойынша біркелкі орналасуы.

Топология эскиз масштабы 10:1 немесе 20:1 болатын милиметрлік қағазына орындалуы қажет.

Топологиялық сызбаны кұру кезінде жұқа пленкалы технология шек қоятын келесідей негізгі шектеулерді ескеру қажет:

 -  пассивті және активті элементтер подложка шетінен ең аз дегенде 1 мм қашықтықта болуы керек;

 - кіріс және шығыс контактілер подложканың ұзын жағын бойлай және шетінен ең аз дегенде 1 мм қашықтықта орналасуы қажет;

 - аспалы элементтер (компоненттер) арнайы өзінің орнында, пленкалар элементтерден аз дегенде 0,5 мм, контактілі алаңдардан аз дегенде 0,6 мм, аспалы элементтер арасындағы қашықтық 0,3 мм болып орналасуы қажет;

-аспалы компоненттердің сымды қорытындыларының  ұзындығы 1-5 мм арасында болуы керек. Пленкалы элементтер (контактілі алаңдарда кіреді) арасындағы минималды қашықтық 0,2 мм болуы керек;

-  пленкалы резисторлар мөлшері 0,05 мм еселі болуы керек ;

-  lmin резисторының минималды ұзындығы 0,5 мм кем емес;

-  bmin  резисторының минималды ені 0,2 мм кем емес;

- өткізгіштердің минималды мүмкін ені 0,1 мм;

- сыртқы қорытындыларды дәнекерлеуге арналған контактілі алаңдардың минималды мүмкін өлшемі 0,4х0,4 мм, ал аспалы элементтерді дәнекерлеу үшін 0,2х0,25 мм.

 

5.2 №2 – методикалық жұмысты орындау үлгісі – ГИМС топологиясын орындау үлгісі

 

Қабыршақты резисторлар өлшемі мен конфигурациялары Ri резисторларының, қабыршақты RS беттік меншікті кедергісінің резистордағы таралатын қуаттың берілген номиналы 4 кестеде орналасқан. Ол 6-кестеден алынған.

Резистор өлшемін анықтау үшін, олардың форма коэффициентін табамыз Кфi= Ri/Rs.

Мысалға меншікті беттік кедергісі  RS=400 Ом/квадрат болатын нихромды алайық. Нәтижесін 7 кестеге енгіземіз.

Резистор ұзындығын формула бойынша есептейміз.  

 

6 к е с т е – Қабыршақты резистор материалының сипаттамалары

Сынақ кітапшасының соңғының алдындағы номері

 

Материал

RS,

Ом/квадр.

Р0,

мВт/мм2

0

Нихром

400

20

1

МЛТ-3 балқымасы

500

20

2

Тантал нитриді

400

30

3

РС-3001балқымасы

800

20

4

РС-3710 балқымасы

2000

20

5

Нихром

500

20

6

МЛТ-3 балқымасы

500

20

7

Тантал нитриді

500

30

8

РС-3001 балқымасы

1000

20

9

РС-3710 балқымасы

2500

20

 

Резистор ені мына  bi=li/KФi формуласымен анықталады.

Есептеулер нәтижесін 7-кестенің 1-жолына енгіземіз.

 

7 к е с т е – Қабыршақты резисторлар өлшемі

 

R1

R2

R3

 

KФ1

l1, мм

b1,

мм

KФ2

l2,

мм

b2,

мм

KФ3

l3,

мм

b3, мм

Есептік мәні

20

1,48

0,07

10

1,73

0,17

2,5

1,73

0,692

Соңғы мәні

 

20

 

4,0

 

0,2

 

10

 

2,0

 

0,2

 

2,5

 

1,75

 

0,7

b1және  b2 резисторларының ені 0,2 мм-ден кіші болғандықтан, оларды 0,2 мм-ге тең деп алып, олардың ұзындығын қайта өлшейміз. l3 резисторынынң ұзындығын ұзындығын 1,75 мм дейін жуықтап, оның енін қайта өлшейміз. Жаңа нәтижелерді 7-кестенің екінші жолына енгіземіз.

6-суретте форма коэффициентіне қатысты барлық пленкалы резисторлар типтерінің конфигурациялары көрсетілген.

Резисторлардың алып тұрған ауданын анықтаймыз.

SR=SR1+SR2+SR3=0,8+0,4+1,225=2,425 мм2.

Өлшемдері көрсетілген аспалы элементтер 7-суретте көрсетілген

Сұлбадағы аспалы элементтер ауданы:

S=SVT1+SVT2+SVT3+SVD1=4+1+1+1=7 мм2.

Қабыршақты резисторлар мен аспалы элементтер көлемі алып тұрғаны 9,425 мм2 тең. Қосылу ауданын ИМС элементтерінің арасындағы орындарын, подложка шетінен алғандағы қашықтығын ескере отырып, подложканың жиынтық ауданын 4-5 есеге өсіру керек. Яғни ол 50 мм2 – тан аз болмау керек. 8-кестеден өлшемі 10х10 мм болатын подложкаларды таңдаймыз.

 

 

6 сурет – Қабыршақты резисторлар конфигурациясы

 

8 к е с т е – Гибридті ИМС-ке ұсынылған табан өлшемдері

Ұзындығы, мм

30

30

30

24

20

16

12

10

Ені, мм

24

16

12

20

16

10

10

10

 

Есептелген элементтерді подложка алаңына орналастыра отырып, ИМС-тің топологиялық сызбасын құрамыз (8-суретке қара).

 

7 сурет – Аспалы элементтер конструкциясы

а) үшэмиттерлі;

б) екіэмиттерлі;

в) бірэмиттерлі: биполярлы транзисторлар;

г) диод.

 

                         8 сурет – ГИМС топологиясының сызбасы

  

Әдебиет тізімі 

1.                 Жолшараева Т.М., Рахимжанова З.М. Микроэлектроника. Шала өткізгішті аспаптар. Оқу құралы. 050704 – Есептеу техникасы және бағдарламалық қамту, 050702 – Автоматтандыру және басқару мамандықтары бойынша оқитын студенттерге арналған. 2009.

2.                 Жолшараева Т.М., Схемотехника. Учебное пособие для студентов по специальности 5В0704 ВТиПО и для специальности 5В0719 РЭТ. 2010 г.

3.                 Жолшараева Т.М., Электроника. Учебное пособие для студентов обучающихся по специальности 5В0702 – Автоматизация и управение, 5В0719 – РЭТ, 5В0704 ВТиПО. 2010.

4.                 Шанаев О.Т. Цифрлық құрылғылар және микропроцессорлар. Оқу құралы. 2009.

5.                 Шанаев О.Т. Микропроцессорлық жүйелер. Оқу құралы. 2009.

6.                 Шанаев О.Т. Бағдарламалы құрылымдар. Оқу құралы. 2011.

7.                 Дегембаева У.К., Шайхин Б.М. Электроника және аналогтық құрылғылардың схемотехникасы. Оқу құралы 5В0719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандықтары бойынша оқудың барлық түріндегі студенттер үшін. 2009 .

8.                 Дегембаева У.К., Шайхин Б.М. Электроника. 5В0719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация және 5В0702 – Автоматтандыру және басқару мамандықтары бойынша оқудың барлық түріндегі студенттер үшін. Оқу құралы 2009 .

9.                 Дегембаева У.К., Шайхин Б.М. Микроэлектроника. Жартылай өткізгішті аспаптар мен интегралдық микросұлбалар. 050704 – Есептеу техникасы жәнебағдарламалық қамту, 5В0719 - Радиотехника, электроника және телекоммуникация және 050702 – Автоматтандыру және басқару мамандықтары бойынша оқудың барлық түріндегі студенттер үшін. 2009 .

10.            Берикулы Әлімжан Техникалық электроника: Жоғарғы техникалық оқу орындары студенттеріне арналған оқулық. – Алматы: Білім, 1995. – 196 бет.

11.            Берикулы Ә. ЭВМ және электроника. – Алматы, 1995. – 150 с.

12.            Алексеев А.Н., Шайхин Б.М. “Электроника мен фотониканың физикалық негіздері”. Оқу құралы, АЭИ, Алматы, 1992.

 

2011 ж. жиынтық  жоспар, реті 196