Введение

Предлагаемое учебное пособие содержит методические указания для изучения принципов действия и расчета схем полупроводниковых приборов с использованием учебного лабораторного стенда «Электроника» [1-3].

В учебном пособии изложены основные сведения из теоретических основ электротехники [4-9], необходимые для понимания принципа действии и особенностей работы полупроводниковых электронных приборов. Рассматриваются электронные усилители напряжения и мощности, даются рекомендации по выбору основных элементов предварительных и оконечных каскадов усиления. Приводятся наиболее распространенные выпрямительные схемы. Излагаются основные сведения о принципе действия и схемы компенсационных стабилизаторов напряжения.

Часть I

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Практическое занятие №1

МАРКИРОВКА ПАССИВНЫХ И АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Цель занятия. Изучение маркировки элементов электронных схем в интегральном исполнении.

1.1. Теоретические сведения

Интегральная электроника (интегральная микроэлектроника) это область электроники, в которой решаются проблемы конструирования, изготовления и применения интегральных схем и функциональных устройств.

Интегральной схемой называется микроминиатюрное электронное устройство, все или часть элементов которого нераздельно связаны конструктивно и соединены между собой электрически. Различают три основных типа интегральных схем (ИС): полупроводниковые, пленочные и гибридные.

Полупроводниковые ИС изготавливают из особо чистых полупроводниковых материалов (германия или кремния), в которых перестраивают саму решетку кристаллов так, что отдельные области кристалла становятся элементами сложной схемы. Пластинка из кристаллического материала площадью, примерно равной 1 мм превращается в сложнейший электронный прибор, эквивалентный электронному блоку (совокупности функциональных узлов), состоящему из 50... 100 и более электронных элементов.

1.1.1. Классификация и основные параметры интегральных схем

Интегральные схемы классифицируются по самым разнообразным признакам. По технологическому принципу, как это уже отмечалось, ИС делятся н(например, С1-5)а полупроводниковые, пленочные и гибридные.

По количеству микроэлементов, входящих в ИС, различают интегральные схемы 1-й степени интеграции (до 10 электронных элементов), 2-й степени интеграции (от 10 до 100 элементов), 3-й степени интеграции (от 100 до 1000 элементов) и т. д.

По выполняемым функциям ИС делятся на логические (или цифровые) и аналоговые (или линейные).

Цифровые ИС предназначены для выполнения разнообразных логических операций, простейшими из которых являются логическое умножение (или операция И), логическое сложение (или операция ИЛИ) и отрицание (или операция НЕ). Эти элементарные логические функции составляют базис булевой алгебры, используемой для анализа и синтеза разнообразных схем цифровой вычислительной и управляющей техники.

Аналоговые ИС предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывных функций. К ним относятся разнообразные усилители, генераторы и другие устройства. Они выполняют функции усиления, модуляции, детектирования, сложения и вычитания сигналов, фильтрации, генерации, преобразования сигналов по форме и частоте и др. Многообразие функций, выполняемых аналоговыми устройства ми, создает значительные трудности в изготовлении ИС широко го применения. Поэтому в технике аналоговых ИС наметились три следующих самостоятельных направления:

1. Создание универсальных усилителей, обладающих большой избыточностью по всем параметрам, в том числе и по количеству микроэлектронных компонентов.

2. Построение аналоговых ИС методами гибридной технологии. Благодаря сравнительно небольшой стоимости гибридных ИС это направление открывает возможность микроминиатюризации специализированных схем, разрабатываемых для конкретной ЭА.

3. Создание сверхвысокочастотных ИС. Этот класс аналоговых ИС выделяется в самостоятельное направление из-за существенных отличий от остальных ИС по типу активных и пассив НЫХ элементов, методам передачи сигналов, используемым материалам и т. п.

Основные параметры ИС рассматриваются отдельно для цифровых и аналоговых интегральных схем.

Аналоговые ИС характеризуются набором специфических параметров. Например, для операционного усилителя такими параметрами являются: коэффициент усиления, полосы пропускания, средний выходной ток смещения, входное напряжение смещения и др.

К основным параметрам цифровых интегральных схем относятся: средняя задержка распространения сигнала, статическая помехоустойчивость, потребляемая мощность, выходное напряжение, нагрузочная способность и коэффициент объединения по входу.