И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 50

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 50)

Если теперь замкнуть выключателем В накоротко базу с эмиттером, то напряжение на змиттерном переходе станет равным нулю. Тогда к коллекторному переходу р,— и, перестанут поступать носители и сопротивление этого перехода резко возрастет. Транзистор перейдет в состояние, близкое к режиму отсечки, что соответствует разомкнутому ключу. Роль выключателя В может выполнить другой транзистор с инжекционным питанием, находящийся в режиме насыщения. В ИС с инжекционным питанием применяют цепочки из нескольких рассмотренных транзисторов. Для всех таких транзисторов кристалл типа и является общим эмиттером, и в нем создана область р, служащая общим инжектором. В такой цепочке чередуются транзисторы, находящиеся в режиме насыщения и в режиме отсечки. Если какой-то из транзисторов переходит в режим насыщения, то он замыкает базу и эмиттер следующего транзистора, который переходит в режим отсечки.

В настоящее время разработано много различных ИС с инжекционным питанием и это направление микроэлектроники непрерывно развивается. Для обозначения приборов с инжекционным питанием в литературе часто применяется сокращение И Л (от слов «иижекционная интегральная логика»). 9.б. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ДЛЯ СВЧ На СВЧ (до 15 ГГц) широко используются гибридные ИС. Подложки таких схем делают из керамики, а также нз кварца, сапфира и других материалов. Особенность ИС СВЧ— так называемые микрололосковые линии, обладающие распределенными параметрами (т. е. активное сопротивление, индуктивность и емкость распределены вдоль линии). Наибольшее распространение получила несимметричная микро- полосковая линия, показанная на рнс.

9.33. Она прелставляет собой тонкопленочную металлическую полоску 1, нанесенную на подложку 2, у которой нижняя поверхность покрыта металлической пленкой 3. При подложке из алюмооксидной керамики толщиной 0,6 мм и ширине полоски 0,6 мм такая линия обладает волновым сопротивлением 50 Ом. Применяются микро- полосковые линии и более сложного устройства.

Различные элементы включаются либо последовательно — в разрыв микрополосковой линии, либо параллельно — между проводящей полоской и металлизированной нижней поверхностью подложки. Пассивные элементы (конденсаторы, индуктивности, резонаторы) могут быть выполнены в виде отрезков или комбинаций микрополосковых линий. Используются также сверхминиатюрные дискретные конденсаторы и резисторы.

Широко применяются тонкопленочные элементы. Толстопленочная технология используется реже н лишь для схем, работающих на частотах не выше 2 ГГц. Пленочные конденсаторы делаются емкостью от 1 пФ до сотен пикофарад. Иногда для малых емкостей применяются гребенчатые конденсаторы (рис. 9.34). Катушки в форме плоской круглой илн прямоугольной спирали делаются с индуктивностью от единиц до десятков наногенри. Рис. 9.33. Несимметричная микрополосковая линия 162 Рис. 9.34.

Гребенчатый конденсатор В качестве активных элементов могут служить бескорпусные малогабаритные биполярные транзисторы, полевые транзисторы с диодом Шотки, лавинно- пролетные диоды, туннельные диоды, диоды Ганна, р — 1 — л-диоды, диоды Шотки. Биполярные транзисторы позволяют получать полезную мощность до 1О Вт на частотах до 10 ГГц, а полевые транзисторы — единицы ватт на частотах до 20 ГГц. Применение вместо кремния арсеннда галлия, у которого подвижность носителей в несколько раз выше, нежели у кремния, позволяет увеличить граничную частоту транзисторов до десятков гигагерц. Вообще для полупроводниковых ИС СВЧ желательно применение арсенида галлия вместо кремния.

Следует отметить, что одно из важных применений ИС СВЧ вЂ” так называемые активные фазированные антенные решетки (АФАР). Эти решетки представляют собой большое число расположенных в одной плоскости и выполненных по микроэлектронной технологии блоков, каждый из которых содержит излучатель, генератор СВЧ-колебаний и фазирующее устройство. Мощности излучаемых блоками радиоволн складываются в пространстве.

Изменяя фазы колебаний отдельных блоков, можно изменять диаграмму направленности АФАР. Особенность АФАР состоит в том, что каждый блок объединяет генератор и излучатель, т. е., по существу, АФАР является радиопередающим устройством. Однако в блоках АФАР могут быть также радиоприемники. Тогда излучатели могут работать как приемные антенны и АФАР становится приемно- передающим устройством. Создание АФАР, содержащих огромное число блоков и имеющих приемлемые, 'а не гигантские размеры, стало возможным за счет успехов микроэлектроники.

9.6. НАДЕЖНОСТЬ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ГЛАВА ДЕСЯТАЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРОНИКА И АКУСТОЭЛЕКТРОНИКА 10.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЬЕЗО ЭЛЕКТР О НИКИ 163 Интегральные микросхемы характеризуются высокой надежностью. У полупроводниковых микросхем интенсивность отказов составляет 10 '— 10 эч Полные отказы обычно происходят из-за коротких замыканий и обрывов. Короткие замыкания возникают под действием механических вибраций или ударов либо в результате перегрева и разрушения диэлектриков. Короткому замыканию способствует и попадание влаги в корпус ИС из-за каких-то Работа различных приборов пьезоэлектроники основана на пьезоэлектрическом эффекте, который был открыт в 1880 г.

французскими учеными братьями П. Кюри и Ж. Кюри. Слово «пъезоэлектричество» означает «электричество от давления». Прямой пьезоэлектрический эффект (короче пьезоэффект) состоит в том„что при давлении на некоторые кристаллические тела„ называемые пьеэоэлектриками, на противоположных гранях этих тел возникают равные, но разные по знаку электрические заряды. Если изменить направление деформации, т. е.

не сжимать, а растягивать пьезоэлектрик, то заряды на гранях изменят знак на обратный. К пьезоэлектрикам относятся некоторые естественные или искусственные кристаллы, например кварц или сегнетова соль, а также специальные пьезокерамические материалы, например титанат бария. Кроме прямого пьезоэффекта применяется также обратный пьезоэффект, который состоит в том, что под дефектов герметизации.

Нарушения, и в частности обрывы, контактов могут также возникать от вибраций и ударов или в результате электрохимическнх и химических процессов. Постепенные отказы происходят от изменений параметров ИС. Главная причина этих изменений — возникающие на границе кремния и его диоксида процессы, связанные с перемещением ионов, которые имеются в диоксиде. Под действием электрических полей ионы дрейфуют и образуют в слое диэлектрика проводящие каналы.

За счет таких паразитных каналов уменьшаются входное сопротивление и коэффициент усиления тока. действием электрического поля пъезоэлектрик сжимается или расширяется в зависимости от направления вектора напряженности поля, У кристаллических пьезоэлектриков интенсивность прямого и обратного пьезоэффекта зависит от того, как направлена относительно осей кристалла механическая сила илн напряженность электрического поля. Для практических целей применяют пьезоэлектрики различной формы: прямоугольные или круглые пластинки, цилиндры, кольца.

Из кристаллов такие пьезоэлементы вырезают определенным образом, соблюдая прн этом ориентировку относительно осей кристалла. Пьезоэлемент помещают между металлическими обкладками нли наносят металлические пленки на противоположные грани пьезоэлемента. Таким образом получается конденсатор с диэлектриком из пьезоэлектрика Если к такому пьезоэлементу подвести переменное напряжение, то пьезоэлемент за счет обратного пьезоэффекта будет сжиматься и расширяться, т.

е. совершать механические колебания. В этом случае энергия электрических колебаний превращается в энергию механических колебаний с частотой, равной !64 частоте приложенного переменного напряжения. Так как пьезоэлемент обладает определенной частотой собственных механических колебаний, то может наблюдаться явление резонанса.

Наибольшая амплитуда колебаний пластинки пьезоэлемента получается при совпадении частоты внешней ЭДС с собственной частотой колебаний пластинки. Следует отметить, что имеется несколько резонансных частот, которые соответствуют различным типам колебаний пластинки. Под воздействием внешней переменной механической силы на пьезоэлементе возникает переменное напряжение той же частоты. В этом случае механическая энергия преобразуется в электрическую и пьезоэлемент становится генератором переменной ЭДС.

Можно сказать, что пьезоэлемент является колебательной системой, в которой могут происходить электромеханические колебания. Каждый пьезоэлемент эквивалентен колебательному контуру. В обычном колебательном контуре, составленном из катушки и конденсатора, периодически осуществляется переход энергии электрического поля, сосредоточенной в конденсаторе, в энергию магнитного поля катушки и наоборот. В пьезоэлементе механическая энергия периодически переходит в электрическую. В эквивалентной схеме пьезоэлемента на рис. 10.1 индук- Рис.

Характеристики

Список файлов книги