Источники мощности эвтектический

сплав

основание корпуса

выводы корпуса

Уравнение (1) можно представить для распределенных RC- цепей в виде:

где

P₀ – мощность, выделяемая источником тепла,

R_T1 – тепловое сопротивление в установленном состоянии от рассматриваемого участка до соседнего,

C_T1 – теплоемкость участка конструкции,

T₁ – температура вблизи участка.

Запишем систему уравнений для RC- цепи с конечным числом элементов:

R_T1 R_T2 R_Tm

I ₀ C_T1 C_T2 C_Tm

(2)

Если мы зафиксируем Т⁰ основания корпуса Т_{осн.корп.} = Т_окр.= const и рассмотрим участки

 - выделения мощности,

 - на этом же кристалле,

 - на соседнем кристалле,

то можно представить распределение температуры графически:

T-T_окр

 R_T –локальный перегрев (10-30град/Вт)

 R_T кристалл-корпус (10-50 град/Вт)

•  R_T основания корпуса

10^-5 10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 1 10 100 t[сек] (1-10 град/Вт)

Е сли температура основания корпуса не постоянна Т_{осн.корп..} const, то картина искажается.

T

R_T корпус-среда (150-200)

Град/Вт

t

Р₁ Р₂

Т_окр Р₂=0

R_T1^*P₁

R_T=R_{Ткорп.ср}+R_{Тосн.корп.}+R_{Tкр.-корп.}

Т_окр

Р₁=0 R_T2^*P₁

R_TP₂

T

R_T1^*P₁ R_T2^*P₂

R_T(P₁+P₂)

X

Выявив места локальных перегревов, рассчитав тепловые сопротивления, температурный градиент, т.е., выполнив этапы процедуры учета тепловых процессов можно моделировать ожидаемые изменения работы фрагментов ИС и принимать соответствующие меры.

Известны практические приемы обеспечения стабильной работы фрагментов АИС в условиях больших рассеиваемых мощностей.

Термостабилизация.

В ИС для термостабилизации прежде всего пользуются фактором технологической идентичности параметров, дополняя двумя основными способами схемотехнической стабилизации:

1) использование дифференциальных каскадов, за счет идентичности транзисторов обеспечивается равномерное распределение токов в транзисторах, участвующих в передаче сигнала, а стабилизация транзисторов источников токов и нагрузок (токовые зеркала) поддерживается как за счет идентичности транзисторов, так и за счет схемотехнических и топологических приемов;

2) схемотехническая температурная компенсация изменений U_БЭ и _N дополнительными цепями.

Минимизация чувствительности параметров АИС к температуре достигается за счет ухудшения качества усилителя, например, включением реактивности (емкости) в цепи ОС, уменьшая размах напряжений на выходе.

Основные каскады АИС, как правило, - мощные схемы с большим рассеянием мощности и выделением тепла. Например, очень сильно нагреваются формирователи тока сактивной нагрузкой в виде токовых зеркал.

Для перераспределения мощности и температуры используют следующие приемы:

- структурирование схемы, когда вводятся рядом с полезными схемами схемы термокомпенсации:

Полезная схема (УПТ)

Схема термо стабили зации

- топологическая оптимизация. Топологическое расположение фрагментов ИС с учетом многопараметрической оптимизации схемы по теплу, по площади, по паразитным RC- cоставляющим.

Т1 Т2 Т3 Т4 Т1 Т4

Т2 Т3

- введение термозависимых элементов, в которых с ростом температуры ограничивается ток в цепях и в результате температура падает.

Пример: на кристалле устанавливается температура, независимая от Т_окр, если выполняется узел с термочувствительным элементом, при изменении температуры происходит компенсация токов. Более подробная реализация схемы термокомпенсации показана в схеме №2 ОУ (раздаточный материал).

мощный

усил. транзистор

термочувствительный

элемент

- распределение мощностей. Мощный транзистор большой площади можно выполнить в виде параллельно соединенных транзисторов, выделение тепла распределяется по большей площади. Для повышения температурной стабильности можно добавить резисторы в эмиттерных цепях.

К К

Б  Б

Э

Э

- схемотехническая термокомпенсация. Самый распространенный вариант схемотехнической термокомпенсации – введение в цепи с диодами резисторов: используется фактор разных знаков температурных коэффициентов ТКР  -ТКН, а также возможен вариант создания контура согласованных транзисторов.

Покажем подробнее такой вариант на примере каскада простейших усилителей с ОЭ. Ниже показана исходная схема и ее модификация с согласованными транзисторами.

+ U_ИП R_K1 R_K2

T2  R_Б1 R_Б2 Т2

Т1 Т1

Запишем уравнения для падений напряжения в контурах 1)базовых цепей обоих транзисторов U_БЭ1+I_Б1R_Б1 =U_БЭ2+I_Б2R_Б2, 2) в контуре от источника питания через базовую цепь первого транзистора до земли.

I_Э1= I_K1+I_Б1

Получили выражение для тока эмиттера одного транзистора, при больших номиналах сопротивлений в его коллекторной цепи (особенно при активных нагрузках), вклад последних слагаемых становится пренебрежимо малым. Приведенные формулы показывают, как осуществляется стабилизация Т1: в выражении практически отсутствуют температурозависимые параметры. Транзистор Т2 стабилизируется при помощи коэффициента k, через площадь эмиттера.

Недостатки всех способов стабилизации температуры в схеме

• возрастающие аппаратные затраты;

• снижение коэффициентов усиления в схеме А_uo;

• потеря части мощности источника питания на цепи стабилизации (увеличение суммарного потребления мощности).

103