Интегралды микросхеманың құрлымы

 

 

9                                       

коллекторлық  тогынан  R3 резисторында  түсетін  кернеу  өсгерісі Т4транзисторы  кірісіне   беріліп, күшейткіш  шығысынада  пайда  болды. Сигналдарға  байланысты осы  өзгеріс R2 резисторында  Т2 транзисторының  кллекторлық  тогы  тудыратын  кернеу  өзгерісімен  қосылады немесе  одан  шегеріледі.Синфазалық  сигнал  құрастырушылары  пайда  болғанда,R₃пен R₂-дегі кернеу өзгерістері бірінен-бірі шегеріледі. Сондықтан Т₄-тің шығысында осы бөгеуліктер әлсірейді. Парафазалық (дифференциалдық )сигнал Т₃-тегі күшейткіш каскадпен қосымша күшейтіледі, өйткені бұл жағдайда R₂ мен R_3-тегі кернеу өзгерістері қосылады.

             б-суреттегі  схеманың негізінде дифференциалдық каскадтың бір фазалық шығысындағы синфазалық сигналдың амплитудасын анықтауға болады.Осы схемада дифференциалдық каскадтың өзі Т₃пенТ₄ транзис торлары кірісіне жалғанған i_ксф ток көздерімен алмастырылған.i_скф ток көздері Т₁мен Т₂транзисторларының коллекторлық токтарынвң синфазалық құрастырушылар болып табылады.

          Дифференциалдық каскадтың екі  фазалы шығысын бір фазалыға  түрлендірудің иагы бір схемасы  1.39-суретте көрсетілген.

 

4-сурет.Дифференциалдық каскадтың екі фазалы шығысын бір                                 фазалыға   түрлендірудің екінші схемасы

                                                    

 

10

              Мұнда осындай түрлендіру  дифференциалдық қосақты құрайтын Т₃ транзисторындағы кенеу қайталағышының және Т₄транзистордағы күшейткіш каскад көмегімен жүзеге асырылады.

           Алдыңғы схемадағы Т₄күшейткіш каскадтың коллекторы бір фазалы шығыс болып табылады.Оның 1.40-суреттегі күшейткіштен айырмашылығы-Т₄ инвертордың орнына дифференциалдық каскадтың бір иінінен(Т₁коллекторынан)базалық кірісіне, екінші иіннен (Т₂коллекторынан)сигнал  келіп түсетін Т₄-тегі күшейткіштің  эмиттерлік кірісіне сигнал беретін кернеу қайталағышы пайдаланылады.Сөйтіп,Т₃пен Т₄транзисторларындағы түрлендіру мхемасының көмегімен, дифференциалдық каскадтың иіндерінен келетін сигналдардың қосылуы немесе бірінен-бірі шегерілуі іске асырылады.Бұл жағдайда парафазалы сигналдар қосылады, қйткені К_ипфпарафазалық сигналдарды күшейту коэффициенті екі еселенеді, ал синфазалы бөгеулер бірінен-бірі шегеріледі, осының арқасында осы бөгеулерді әлсірету (басып тастау) коэффициенті  болатын коллекторлық кернеуін анақтаймыз:

                         u=IR

ал  синфазалық бөгеуліктер  кернеуі:

                     u_{к4СФIксф} R₄

мұнағы I _кпф –Т₁ ,Т₂ дифференциалдық қосақтың коллекторлық тогының парафазалық және синфазалық  құрастырушылары;R_K=R₁=R₂; r_{3r4 ;}r_{б б3б4}

; 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

     1.3 Интегралдық микросхемалардағы күшейткіштер. Аналогтық интегралдық микросхемалардың     ерекшеліктері.

       Аналогтық  ИМС-лар үздіксіз  функция заны  бойынша өзгеретін сигналдарды  күшейтуде,түрлендіруге және өңдеуде  қолданылады.Аналогтық ИМС-ға сызықты ИМС-лардың аумақты класы жатады, олар микро-электрондық (МЭА) және радиоэлектрнодық аппаратурада (РЭА ) кеңінен қолданылады. Жалпы интегралдық микросхемалардың, соның ішінде аналогтық схема технологиясының айтарлықтай ерекшеліктері бар.

       1.Аналгтық  ИМС-ды жасағанда және жобалағанда  ИМС-дың әмбебаптығын және көпфункционалдығын  қамтамасыз етуге тырысады.Бұл  ерекшелік бұйымның құнын төмендету  және өндірістің тиімділігін  еөтеру қажеттілігінен туындайды.  Сирек қолданылатын аналогтық  ИМС-ларға 

сұраныс аз, сондықтан олардың  өндірісі қымбатқа түседі. Әмбебап  және көпфункциналды ИМС-ды шығарғанда қолданылуын кеңейтуге болады, осы  арқылы олардың өндірісін ұлғайтып, бағасын төмендетуге болады.

        2.Аналогтық  ИМС-дың екінші ерекшелігі –оларға  тән функционалдығ артықшылығы,  бұл-олардың бірінші ерекшелігі  көп функционалдықтың салдары.Электрондық  аппаратураны өұрастырғанда функционалдық  артықшылықты ИМС-ның смпаттамаларын  жақсартуға, оның сенімділігін арттыруға  оңтайлы пайдаланған жөн.

     3.Үшінші ерекшелігі-технологиялық  операциялардың санын азайтуға  ұмтылу және осыған байланысты  транзисторлық құрылымдарды тек  қана сигналдарды кұшейту үшін  кеңінен пайдаланып қоймай, әр  түрлі пассивті элементтердің  функциясын орындау үшін де  пайдалану. Транзисторлық құрылымдар  ығысуды беру тізбектерінде резисторлар  ретінде және т.б. түрде қолданылады.Осылайша,пассивтік  элементтер санын азайтады.

     4.Сонымен қатар,  аналогтық ИМС-дың ерекшелігі  әр түрлі функцияларды орындауда,яғни  сипаттаманы, таңдаулы  күшейтуді  түзету, әр түрлі математикалық  амалдарды орындау үшін кері  байланысты кеңінен  қолдану.  Ол үшін аналогтық ИМС-ды жасағанда  кері байланыс тізбектеріне жалғауға  мүмкіндік беретін сәйкесті шығыстарды қарастыпамыз.

                                              

 

12                                         

  5.Аналогтық ИМС-да   ережеге сәйкес тікелей байланыстары бар каскадтар қолданылады,өйткені блоктайтын және  бөлетін тізбектерде конденсаторларды пайдалану, біріншіден, үлкен уақыт аумағында (сыйымдылықтардың мәндерінің салыстырмалы түрде аз болу себебінен) каскадтардың сипаттамаларын әжептәуір нашарлатады және екіншіден, өндіріс технологиясын қиындатады.

      

                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13                   

                                    1.4 Интегралдық микросұлба

         Интегралдық сұлба интералдық  микросұлба, миросхема- элементтері  (транзисторлар, диодтар, конденсаторлар  және резисторлар) бір технологиялық  циклда дайындалған, бір-бірімен  бірыңғай өткізгіштер арқылы  байланысқан, өте шағын етіп  жасалған электрондық құрылғы;  бір ғана шала өткізгіші кристалл  ішінде немесе бетінде орналасқан  электрондық сұлба.Құрамы мен  құрылымына қарай ол  микропроцессор, адаптер (контроллер),т.б. қызметін  атқара алады.Алғашқы И.с20ғасырдың 50-жылдары күрделене бастаған  электрондық сұлбалардың сенімділігін, жылдамдығын арттыру, құнын төмендету,көлемін  кішірейту мақсатында жасалады.И.с.  ақпаратты түрлендіруге, сақтауға,өңдеуге  және таратуға арналған.И.с. элементтерді  біріктіру (интеграциялау)тәсіліне  қарай-шала өткізгішті (немесе монолитті), пленкалы және гибридті (сондай  –ақ, көп кристалды); өңделетін  сигналдар түрлеріне қарай-цифрлық  және аналогтық И.с,; И.с.құрамындағы  элементтер (құраушылар)санына (яғни  элементтердің интеграция дәрежесіне ) қарай кіші, орта және үлкен  И.с. болып ажыратылады. Шалат  өткізгішті И.с. аса таза материалдардан  (кремний, германий)жасалады. Цифрлық И.с. компьютерлердің логикалық және есте сақтау құрылғыларында қолданылады. Аналогтық И.с. радио және бейнелік сигналдарды, токтарды, кернеулерді туғызу, күшейту және  түрлендіру мақсатында пайдаланылады. Цифрлық И.с.-лар инвертор, триггер функцияларын, «және -«емес», «немесе-емес»,т.с.с. логикалық сүлбалар қызметін атқарады. Сұлбалық ерекшеліктеріне қарай оларды диодтық-транзисторлық логика (ДТЛ),транзисторлық-транзисторлық логика (ТТЛ),тікелей байланысқан транзисторлық сұлбалар, резисторлық және резисторлық-сыйымдылық байланыстағы, эмитерлік байланыстағы , эмитрлік байланыстығы,т.с.с. сұлбалар деп жіктейді.Бір еристалда 100-ден асақұраушысы бар И.с-ны интеграция дәрежесі жоғары,50-100 барды-орта,10-40 құраушысы барды-төмен,1000-нан аса құраушылары бар және электрондық аппаратураның толық бір бөлігінің қызметін атқаратын

 И.с-ларды үлкен И.с-лар,  ал миллиондаған құраушылары  бар бөлікті- аса үлкен И.с.  деп атайды. Мыс., қазіргі компьтер  процесссорларының кремний кристалы (ауд. 150 мм²)30 млн-нан астам элементті құраушылардан (диод, транзисор, т.б.)тұрады.Біріктіру деңгейінің артуы, үлкен И.с-ларға көшу, жұмысы сенімділігін жоғарылату, құнының төмендеуі жіне жасалу технологиясының автоматтандырылуы И.с-лардың даму тенденциясы болып табылады.

 

 

14

                                               1.5 Интегралды схема  

        Интегралды  схема –брегей технологиялық  циклде, бір-бірімен өзара электрлік  байланысқан транзисторлар, шалаөткізгіш  диодтар,конденсаторлар, резисторлардың  өте тығыз орналасқан жиынтығынан  тұратын,сигналдарды түрлендіру  мен өңдеудің белгілі функциясын  орындайтын біртұтас микроэлетрондық  бұйым. Жасалу технологиясына  байланысты ИС шалаөткізгішті(біртұтас),үлдірлік  және гибридтік болып бөлінеді.Үлдірлік және гибридтік ИС-лар жұқа үлдірлі және қалың үлдірлі болуы мүмкін. Атқаратын функциясына қарай ИС аналогті және сандық болып ажыратады. Күрделілігі және интеграция дәрежесі бойынша ИС кіші  (КИС), орташа (ОИС),  үлкен (YИС)және аса (AYИС)үлкен болып бөлінеді.

Транзисторлардың пайда  болуы екінші деңгейлі компьютерлердің  пайда болуына себеп болса, интегралды схемалардың пайда болуы есептеуіш  техникасының жаңа этапының, яғни үшінші деңгейлі машиналардың дамуына жол  ашты. Кристалл деп те аталатын интегралды схема көлемі 10мм шамасында болатын  кремнийлі кристалдардың үстіңгі  қабатында жасалынған кішігірім  электронны схема түрінде болып  келеді.

Алғашқы интегралды схемалар 1964 ж пайда болды. Алдымен олар тек космостық және әскери техникаларында пайдаланылатын болды. Қазір болса, оларды күнделікті пайдаланылатын тұрмыстық  құралдардан, автомобильден көруімізге болады. Ал компьютерлер бұндай схемаларсыз  тіпті болу мүмкін емес.

Интегралды схемалардың пайда  болуы есептеуіш техниканың нағыз  революциясын туғызды. Мәселен, 1 ғана интегралды схема мыңдаған транзисторлардың орнын алып, ал транзистор өз кезінде 40 электронны лампалардың орнына қолданылады. Бір сөзбен айтқанда, бір майда  кристалл 30 тонндық Эниактың есептеуіш  мүмкіндіктерімен теңестіріледі.

 

 

  

 

 

15

 

2.1 Жоғары сапалылық таңдаушы интегралдық күшейткіш

        Тандаушы  жүйелердің интегралдық түйіндерін  жасағанда контурлардың жеткілікті  сапалылығын қамтамасыз ететін  индуктивтік элементтердің жоқтығынан бірнше МГц және одан төменгі жиілікте  айтарлықтай қиындықтар туындайды.

       Бұл  тек  микроминиатюралы индуктивтік  элементтерді жасаудың технологиялық қиындығына ғана емес,индуктивтік элементтің өлшемдерін кішірейткенде оның сапалылығы  О өлшемдердің кішірею шаршысына үшін LC резонанстық контуры бар таңдаушы интегалдық күшейткіш ИМС-да ілмелі бөлшек түрдегі жоғары сапалы контурлар қолданады.

       Осындай  салыстырмалы түрде шағын өлшемдегі  ілмелі жоғары сапалы контурлар  ретінде қазіргі уақытта кварц  негізінде монолитті кристалл  сүзгілер, пьезкерамикалық және механикалық сүзгілер қолданылады.

       Монолитті  кристалл сүзгілер 5-тен 150 МГц-ке  дейінгі жиеліктер диапазонында  қолданылады және жиеліктің салыстырмалы  тұрақсыздығы10^-6/0с- та

                                               О_{к1000-250000}

Контур сапалылығын қамтамасыз ете алады. 100кГц-тен 10МГц-ке дейінгі  жиіліктер диапазонында жұмыс істейтін таңдаушы күшейткіштерде сапалылығы

                                        _к30-1500

және  10^{-4 /0}С тұрақсыздығы бар пьезокерамикалық сүзгілерді пайдалануға болады. Төменгі жиілікті жүйелерде, яғни 100 Гц-тен 20 кГц-ке дейінгі жиеліктерде О_к=50-5000 сапалылықпен f/f_р=(510 ^{- 5)/0}C тұрақсыздықта

қанағаттандырарлық жұмыс  істейтін электр-механикалық сүзгілерде пайдаланады.

          

 

 

 

16

Ілмелі контуры бар  интегралдық иаңдаушы күшейткіш  өзінің дискреттік аналогінен контурды тербелтуге арналған к.шейткіш монолитті  немесе гибидті ИМС түрінде орындалуымен ерекшеленеді. Интегралдық күшейткіш ретңнде айнымалы сигналдың жоғары сапалы күшейткіштері, каскадтар, ОК, төмен сапалылығы бар  RC- резонанстық күшейткіштер қолданылады.

       1.40-суретте 175УВ4 дифференциалдық каскады бар интегралдық каскадтық күшейткіштен құралған таңдаушы күшейткіштің схемасы көрсетілген.

 

5-сурет. 175УВ4 интнгалдық микросхемадағы жоғары жиілікті таңдаушы күшейткіш (L₁=0,23мкГн; L₂=0,26 мкГн;                 C₁=36ПФ;С₂=65пф;С₃=200пф; С₄27пф,С=1000пф)

            Оның кірісінде және шығысында ілмелі LC контурлары бар, суретте үзікті қоршау  сыртында көрсетілген.Күшейткіштің резонаныстық жиелікгі f₀=60МГц.Қоректену тңзбектепі кішкене сыйымдылықты конденсаторлармен тұйықталған (C=1000пф).Күшейткіш жоғары жиілікті диапазонда жұмыс істеуге арналғандықтан, тіпті кішкентай сыйымдылықтың өзінде қоректену тізбектері арқылы кері байланыстар болмайды.Күшейтуді автоматты реттеу (КАР)сигналы дифференциалдық каскад кірісіне беріліп,Т₂ транзисторының эмиттер тогын өзгертеді.Бұл жағдайда Т₃ кіріс транзистордың эмиттер тогы мен кедергісі өзгермиді, ал бұл кіріс сүзгінің ауытқуын болдырмайды. 175УВ интегралдық микросхемадағы жоғары жиелікті таңдаушы күшейткіштің кейбір көтсеткіштері(L ₁=0 ,23мкГн L₂=0,26мкГн;C₁=36пф;C₂=65пф,C₄=27пф,С=1000пф )