В.В. Филинов, А. В. Филинова - Электроника и основы измерений, страница 6

В качестве предельно допустимых параметров нормируются: максимально допустимые напряжения U_СИмакс и U_ЗИмакс; максимально допустимая мощность стока P_Смакс; максимально допустимый ток стока I_Смакс. Значения параметров полевых транзисторов приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3. Значения параметров полевых транзисторов

Межэлектродные емкости полевых транзисторов между затвором и стоком C_ЗС, а также затвором и истоки C_ЗИ, обычно не превышают 1÷20пФ.

Основными преимуществами полевых транзисторов являются:

1. высокое входное сопротивление;

2. малый уровень собственных шумов в измерительных схемах;

3. высокая плотность распространения элементов при изготовлении интегральных схем

К недостаткам полевых транзисторов следует отнести сравнительно большие межэлектродные емкости.

1.1.7. Тиристоры.

Тиристоры – это полупроводниковые приборы с тремя или более p-n-переходами, которые имеют два устойчивых состояния и применяются как мощные электродные ключи.

Тиристоры имеют два вывода от крайних чередующихся p- и n- областей и управляющий электрод (рис. 1.18,а).

Вывод, соединенный с крайней p-областью, называется анодом (А), а с крайней n-областью катодом (К). Внешнее напряжение U является прямым по отношению к p-n-переходам П₁ и П₃ и обратным для перехода П₂, поэтому переходы П₁ и П₃ открыты (подобно открытым диодам), а переход П₂ заперт. В результате напряжение U почти целиком приложено к П₂ и через тиристор протекает небольшой ток, являющийся обратным током I₀ p-n-перехода.

С увеличением напряжения U ток через тиристор несколько возрастает (Участок ОВ характеристики 1.18 в), а при достижении напряжением значения U_ВКЛ p-n-переход П₂ пробивается (электрический пробой) и ток лавинообразно увеличивается (участок BCD рис. 1.18 в) и ограничивается только сопротивлением нагрузки. Изменяя величину тока управляющего электрода I_У меняю величину напряжения включения U_ВКЛ тиристора.

Тиристоры нашли свое применение в силовой электронике и электротехнике – там, где требуется формирование мощных питающих напряжений постоянного или переменного тока, питающих напряжений с регулируемой частотой, специальной формы. В частности, на основе тиристоров разрабатываются устройства регулирования частотой вращения электродвигателей, в том числе в приводах станков.

1.2. Интегральные схемы.

Микроэлектроника – это направление электроники, позволяющее с помощью комплекса технологических, конструктивных и схемотехнических средств создавать малогабаритные, высоконадежные и экономичные электронные устройства.

Микроэлектроника основана на применении интегральных микросхем (ИМС), в которых элементы нераздельно связаны между собой и представляют единое целое. ИМС изготавливают на основе кристалла полупроводника, в качестве которого чаще всего используют кремний. В кристалле кремния создаются p-n-переходы, образующие как активные, так и пассивные элементы электрической схемы. Элементы микросхемы связывают между собой электрически с помощью тонких металлических перемычек. Такой кристалл называют ЧИП (от англ. Chip- кристалл). Характеристикой сложности ИМС является уровень интеграции, оцениваемый числом транзисторов, которые могут быть реализованы в кристалле.

В зависимости от уровня интеграции ИМС делят на несколько категорий:

1. малые ИМС – до 10 элементов (МИС);

2. средние ИМС – от 10 до 100 элементов (СИС);

3. большие ИМС – от 100 до 10⁵ элементов (БИС);

4. сверхбольшие ИМС - 10⁵ и более элементов (СБИС).

В качестве элементов в микросхемах чаще выступают транзисторы, что в особенности касается цифровых микросхем. Современные СБИС содержат несколько десятков миллионов транзисторов, причем степень интеграции постоянно повышается. Необходимо отметить, что четкой границы между БИС и СБИС не существует, и часто их объединяют в один класс БИС/СБИС. На сегодняшний день практическое использование находят все категории ИМС.

Кроме степени интеграции ИМС могут классифицироваться в зависимости от их функционального назначения на два больших класса: цифровые и аналоговые. Цифровые ИМС оперируют с входными напряжениями, дискретно меняющими свое значение, которое соответствует либо «1», либо «0». Аналоговые ИМС используются для преобразования непрерывно изменяющихся во времени сигналов.

Цифровые ИМС в зависимости от степени интеграции могут выполнять простейшие логические преобразования (МИС), образовывать целые узлы цифровых устройств, таких как малоразрядные регистры, счетчики, дешифраторы, сумматоры и т.п. (СИС). Цифровые БИС/СБИС способны выполнять функции уже не отдельного узла, а целой системы. К ним относятся все микропроцессоры ИМС, микросхемы памяти, ИМС программируемой логики, ИМС, реализующие стратегию «Система в кристалле».

Аналоговые ИМС выполняют разнообразные функции: усиление сигналов переменного и постоянного токов, генерирование колебаний различной формы, обеспечение других ИМС стабилизированным напряжением питания, цифроаналоговое и аналого-цифровое преобразование сигналов, фильтрацию сигналов, их модуляцию и демодуляцию и т.п.

По технологии изготовления различают полупроводниковые и гибридные ИМС.

Полупроводниковая интегральная схема – интегральная микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Современные полупроводниковые ИМС достигают плотности упаковки более 10⁵ эл/см³. Линейные размеры отдельных элементов и расстояния между ними могут быть уменьшены до 1 мкм.

Анализ тенденции развития микроэлектроники показал, что сложность самых больших полупроводниковых ИМС увеличивается приблизительно в два раза ежедневно.

Гибридная интегральная микросхема – интегральная микросхема, пассивные элементы которой выполнены посредством нанесения различных пленок на поверхности диэлектрической подложки из стекла, керамики, ситалла или сапфира, а активные элементы – бескорпусные полупроводниковые приборы.

Плотность упаковки гибридных ИМС несколько меньше – до 150 эл/см³ . Гибридные ИМС перспективны для устройств с небольшим количеством элементов, в которых может быть обеспечена высокая точность параметров.

Высокая точность выполнения пленочных элементов может быть использована при изготовлении микросхем по совмещенной технологии, в которой активные и часть пассивных элементов выполняются в объеме полупроводника, а часть пассивных элементов – на его поверхности в тонкопленочном исполнении. Применение двух технологий повышает стоимость таких микросхем, но позволяет существенно повысить точность их параметров.

В последнее время нашла применение совмещенная технология, в которой в гибридных микросхемах в качестве навесных компонентов используются бескорпусные полупроводниковые интегральные микросхемы. По такой технологии выполняются ИМС до шестой степени интеграции для быстродействующих ЭВМ.

В то же время отдельные активные и пассивные элементы микросхем имеют характеристики, не уступающие навесным (обычным) диодам, транзисторам, резисторам и т.д. Однако их объединение в одной микросхеме приводит к новой качественной возможности создания предельно сложных электронных устройств. Применение ИМС существенно повышает надежность электронных устройств, так как надежность микросхем, содержащих большое количество элементов, не уступает надежности отдельных транзисторов, диодов и резисторов.

1.3. Система обозначений полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Современные отечественные полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы обозначают кодом, состоящим из букв русского алфавита и цифр.

Первый элемент обозначения полупроводниковых приборов (буква или цифра) определяет исходный полупроводниковый материал: Г или 1 – германий; К или 2 – кремний; А или 3 – соединение галлия; И или 4 – соединение индия.

Второй элемент (буква) определяет подкласс прибора: Т – биполярные транзисторы; П – полевые транзисторы; Д – диоды выпрямительные; Ц – выпрямительные столбы и блоки; А – диоды сверхвысокочастотные; И – диоды туннельные; В – варикапы; С – стабилитроны; Н – тиристоры диодные; У – тиристоры триодные; Л – светоизлучающие приборы; О – оптоэлектронные пары.

Третий элемент (цифра) обозначает один из характерных признаков прибора (назначение, принцип действия и др.). Например, цифра третьего элемента маркировки транзисторов указывает на его мощностные и частотные свойства. Маломощные транзисторы (с мощностью рассеяния до 0,3 Вт) обозначены цифрами 1 (низкочастотные, до 3 МГц), 2 (среднечастотные, до 30 МГц) и 3 (высоко- и сверхвысокочастотные, свыше 30 МГц). Аналогично цифрами 4, 5, и 6 подразделены по частоте транзисторы (от 0,3 до 1,5 Вт), а цифрами 7, 8 и 9 – мощные транзисторы ( свыше 1,5 Вт). При обозначении оптопар вместо цифр используют буквы: Р – резисторные оптопары; Д – диоды; У – тиристорные; Т – транзисторные.

Четвертый элемент (двухзначное или трехзначное число) обозначает порядковый номер разработки прибора в данной серии.

Пятый элемент (буква) указывает на классификацию по параметрам (коэффициент передачи тока, напряжение стабилизации и др.).

В соответствии с указанной системой маркировки обозначение ГТ308В принадлежит германиевому (Г) транзистору (Т), высокочастотному, малой мощности (3), номер разработки 08, с коэффициентом передачи тока базы 50 – 120 (В); обозначение КД202Р соответствует кремниевому (К) выпрямительному диоду (Д) средней мощности (2), номер разработки 02, с максимально доступным обратным напряжением 600 В (Р).

В обозначении полупроводниковых фотоэлектрических приборов первый элемент (две буквы) означает группу приборов: ФР – фоторезисторы, ФД – фотоприемники с p-n переходом без усиления (фотодиоды).

Второй элемент (буквы) означает материал, из которого изготовлен прибор: ГО – германий; ГБ – германий, легированный бором; ГЗ – германий, легированный золотом; К – кремний; КГ – кремний, легированный галлием; РГ – арсенид галлия и т.д.

Третий элемент (трехзначное число) является порядковым номером разработки прибора.

Четвертый элемент (буква) означает подгруппу полупроводниковых фотоэлектрических приборов: У – фототранзисторы униполярные; Б – фототранзисторы биполярные; Л – фотодиоды лавинные; Т – фототиристоры и т.д.

Пример обозначения: ФДГЗ-001К – фотодиод из германия, легированного золотом, координатный, номер разработки 001.

Обозначение интегральных микросхем состоит из четырех элементов.

Первый элемент (цифра) обозначает группу ИМС: 1, 5, 7 – полупроводниковые; 2, 4, 6, 8 – гибридные; 3 – прочие (например, пленочные).

Второй элемент (двух- или трехзначное число) означает номер разработки.

Третий элемент (две буквы) определяет подгруппу и вид ИМС по функциональному назначению: ЛИ – логический элемент И; ТД – триггер динамический; ИР – цифровой регистр, УД-усилитель дифференциальный и т.д.

Четвертый элемент – порядковый номер ИМС в серии по функциональному признаку.

Различные буквы (например, К, КР) перед условным обозначением некоторых серий микросхем определяют характерные их особенности. Для бескорпусных микросхем перед обозначением добавляют букву Б.

В качестве примера приведем условные обозначения полупроводниковой и гибридной ИМС. Так, микросхемы К140УД14А означает: К – микросхема для электронных устройств широкого применения, 1 – полупроводниковая, 40 – порядковый номер серии (серия140), УД – дифференциальный усилитель, 14 – порядковый номер дифференциального усилителя в серии 140, А – с коэффициентом усиления определенного значения. Шифр микросхемы 284КН1 означает: 2 – гибридная, 84 – порядковый номер серии (серия 284), КН – коммутаторы, 1 – порядковый номер коммутатора в серии 284.