Подп. и дата
Практическая работа №3
Тема: Определение параметров цифровых и аналоговых микросхем с использованием справочной литературы
Цель: Выработать навыки использования справочной литературы для определения характеристик и параметров цифровых и аналоговых интегральных схем.
1 Краткие теоретические сведения
По характеру выполняемых функций интегральные схемы (ИС) делятся на цифровые и аналоговые. Цифровые ИС (триггеры, шифраторы, компараторы и др.), применяемые главным образом в электронно-вычислительной технике, характерны тем, что они работают в импульсном режиме.
Широкое применение получили логические элементы. Каждый логический элемент выполняет логическую операцию. Основные логические операции:
а) Логическое отрицание "НЕ" или инверсия;
б) Логическое сложение "или" или дизъюнкция;
в) Логическое умножение "и" или коньюкция;
г) Отрицание логического сложения "или-не";
д) Отрицание логического умножения "и-не".
На основе простейших (базовых) логических элементов конструируются сколь угодно сложные цифровые интегральные схемы – микропроцессоры, микроконтроллеры.
В зависимости от компонентов (активные элементы), которые используются в построении логических элементов и способа соединения компонентов в пределах одного логического элемента различают следующие типы логических элементов или типы логик:
а) Транзисторно - транзисторная (ТТЛ).
Транзисторно-транзисторными называются логические элементы (ЛЭ) во входной цепи которых используется многоэмиттерный транзистор, а в выходной - одноэмитерный.
Для повышения быстродействия ЛЭ в него вводят обратную связь, осуществляемую с помощью диода Шотки. У диода Шотки напряжение отпирания равно 0,2 - 0,3 В и он не позволяет одноэмиттерному транзистору полностью перейти в режим насыщения. Диод Шотки с транзистором в интеграционном исполнении составляет единую структуру, которую называют транзистором Шотки, а логику называют ТТЛШ.
б) Эмиттерно-связная логика (ЭСЛ).
Элементную базу ЭСЛ составляют устройства на переключателях тока. Инвертор ЭСЛ собран так, что суммарный ток двух транзисторов задается генератором тока, включенным в цепь эмиттеров транзисторов. При этом инвертор ЭСЛ работает так, что ток, задаваемый генератором тока протекает либо через один транзистор либо через другой. На коллекторе открытого транзистора образуется отрицательное напряжение низкого уровня (-1,7 В), а на коллекторе закрытого транзистора - отрицательное напряжение высокого уровня (-0,9В).
в) МОП – логика
Транзисторы этой логики - полевые. Они выполнены по технологии металл-окисел полупроводник (МОП) или металл-диэлектрик - полупроводник (МДП). Полевые транзисторы могут быть с индуцированным или встроенным n - каналом (n - МОП), р - каналом (рМОП), либо комплементарные (КМОП) - с n и р - каналами одновременно.
г) Инжекционно - интегральная логика (U2Л).
Выполняется в виде цепочки транзисторов с инжекционным питанием. Отличительной особенностью логики является наличие инжектора n или p - типа.
Главные достоинства ИС - малые размеры и масса, малая потребляемая мощность, высокая надежность за счет уменьшения числа паяных соединений, высокое быстродействие, так как при очень коротких соединительных линиях между элементами время пробега сигналов по этим линиям уменьшается, относительно низкая стоимость.
Аналоговые ИС работают в таких режимах, когда изменения токов и напряжений происходят непрерывно по тому или иному закону, например по синусоидальному. К аналоговым схемам относятся усилители, генераторы, различные преобразователи сигналов и др.
Интегральные микросхемы разрабатываются и выпускаются предприятиями - изготовителями в виде серий. Серия ИМС - это совокупность типов интегральных микросхем, которые могут выполнять различные функции, имеют единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначены для совместного применения. Для характеристики микросхем различных серий и для сравнительной оценки микросхем, относящихся к одному виду, в основном используют совокупности функциональных параметров. Однако практически важную роль играют и такие факторы, как напряжение питания, конструктивное оформление, предельно допустимые условия эксплуатации.
Выпускаемые отечественной промышленностью аналоговые ИМС содержат в качестве активных элементов транзисторы. Независимо от технологии изготовления основные свойства транзисторов определяются процессами протекания токов через p-n переходы и движения неосновных носителей через слой базы. Конструктивные и технологические различия сказываются лишь на значениях тех или иных параметров, качественно же происходящие в транзисторах процессы остаются для всех типов одинаковыми. Основу современных аналоговых ИМС, применяемых в усилительных устройствах, составляют простейшие усилительные схемы: однокаскадные, двухкаскадные, каскодные, балансные, дифференциально - каскадные, на базе которых строятся многокаскадные усилители.
Во многих аналоговых ИМС используются составные транзисторы. В цепях смещения для создания источников стабильного тока и для динамических нагрузок применяются различные варианты диодно-транзисторных структур. В ИМС в качестве каскадов предварительного усиления наибольшее распространение получили каскады с ОЭ и ОК.
Каскад с ОК применяется, в основном, для согласования сопротивлений. Каскодные усилители классического варианта ОЭ – ОБ широко применяются благодаря значительному ослаблению паразитной внутренней обратной связи. Такие схемы обеспечивают большое выходное сопротивление в широком интервале рабочих частот.