Выпрямление электрического тока

Вид обрабатываемого сигнала

· Аналоговые.

· Цифровые.

· Аналого-цифровые.

Аналоговые микросхемы — входные и выходные сигналы изменяются по закону непрерывной функции в диапазоне от положительного до отрицательного напряжения питания.

Цифровые микросхемы — входные и выходные сигналы могут иметь два значения: логический ноль или логическая единица, каждому из которых соответствует определённый диапазон напряжения. Например, для микросхем типа ТТЛ при напряжении питания +5 В диапазон напряжения 0…0,4 В соответствует логическому нулю, а диапазон от 2,4 до 5 В — логической единице; для микросхем ЭСЛ-логики при напряжении питания −5,2 В диапазон от −0,8 до −1,03 В — логической единице, а от −1,6 до −1,75 В — логическому нулю.

Аналого-цифровые микросхемы совмещают в себе формы цифровой и аналоговой обработки сигналов, например, усилитель сигнала и аналого-цифровой преобразователь.

Область применения

Аналоговые схемы

Основная статья: Аналоговая интегральная схема

· Операционные усилители.

· Компараторы.

· Генераторы сигналов.

· Фильтры (в том числе на пьезоэффекте).

· Аналоговые умножители.

· Аналоговые аттенюаторы и регулируемые усилители.

· Стабилизаторы источников питания: стабилизаторы напряжения и тока.

· Микросхемы управления импульсных блоков питания.

· Преобразователи сигналов.

· Схемы синхронизации.

· Различные датчики (например, температуры).

Цифровые схемы

Основная статья: Цифровая интегральная схема

· Логические элементы

· Триггеры

· Счётчики

· Регистры

· Буферные преобразователи

· Шифраторы

· Дешифраторы

· Цифровой компаратор

· Мультиплексоры

· Демультиплексоры

· Сумматоры

· Полусумматоры

· Ключи

· АЛУ

· Микроконтроллеры

· (Микро)процессоры (в том числе ЦП для компьютеров)

· Однокристальные микрокомпьютеры

· Микросхемы и модули памяти

· ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы)

Аналого-цифровые схемы

· цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

· цифровые вычислительные синтезаторы (ЦВС);

· трансиверы (например, преобразователь интерфейсаHYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D1%82%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%B8%D0%B2%D0%B5%D1%80" HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D1%82%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%B8%D0%B2%D0%B5%D1%80"Ethernet);

· модуляторы и демодуляторы;

· радиомодемы

· декодеры телетекста, УКВ-радио-текста

· трансиверы Fast Ethernet и оптических линий

· Dial-Up модемы

· приёмники цифрового ТВ

· сенсор оптической «мыши»

· микросхемы питания электронных устройств — стабилизаторы, преобразователи напряжения, силовые ключи и др.;

· устройства на переключаемых конденсаторах;

· цифровые аттенюаторы;

· схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ);

· коммутаторы;

· генераторы и восстановители частоты тактовой синхронизации;

· базовые матричные кристаллы (БМК): содержит как аналоговые, так и цифровые схемы;

 

· Расскажите об особенностях технологии производства интегральных микросхем

Технологии изготовления

Типы логики

Схемы использования транзисторов в качестве диодов
а, б — малый ток, высокое быстродействие; в — большой ток, малое быстродействие (два перехода включены параллельно); г, д — большое обратное напряжение.

Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы (биполярные или полевые). Разница в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Поэтому нередко в описании микросхемы указывают технологию изготовления, чтобы подчеркнуть тем самым общую характеристику свойств и возможностей микросхемы. В современных технологиях объединяют технологии биполярных и полевых транзисторов, чтобы добиться улучшения характеристик микросхем.

· Микросхемы на униполярных (полевых) транзисторах — самые экономичные (по потреблению тока):

· МОП -логика (металл-оксид-полупроводник логика) — микросхемы формируются из полевых транзисторов n -МОП или p -МОП типа;

· КМОП -логика (комплементарная МОП-логика) — каждый логический элемент микросхемы состоит из пары взаимодополняющих (комплементарных) полевых транзисторов (n -МОП и p -МОП). Существует также смешанная технология BiCMOS.

· Микросхемы на биполярных транзисторах:

· РТЛ — резисторно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);

· ДТЛ — диодно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);

· ТТЛ — транзисторно-транзисторная логика — микросхемы сделаны из биполярных транзисторов с многоэмиттерными транзисторами на входе;

· ТТЛШ — транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки — усовершенствованная ТТЛ, в которой используются биполярные транзисторы с эффектом Шоттки;

· ЭСЛ — эмиттерно-связанная логика — на биполярных транзисторах, режим работы которых подобран так, чтобы они не входили в режим насыщения, — что существенно повышает быстродействие;

· ИИЛ — интегрально-инжекционная логика.

КМОП и ТТЛ (ТТЛШ) технологии являются наиболее распространёнными логиками микросхем. Где необходимо экономить потребление тока, применяют КМОП-технологию, где важнее скорость и не требуется экономия потребляемой мощности применяют ТТЛ-технологию. Слабым местом КМОП-микросхем является уязвимость к статическому электричеству — достаточно коснуться рукой вывода микросхемы, и её целостность уже не гарантируется. С развитием технологий ТТЛ и КМОП микросхемы по параметрам сближаются и, как следствие, например, серия микросхем 1564 сделана по технологии КМОП, а функциональность и размещение в корпусе как у ТТЛ технологии.

Микросхемы, изготовленные по ЭСЛ-технологии, являются самыми быстрыми, но и наиболее энергопотребляющими, и применялись при производстве вычислительной техники в тех случаях, когда важнейшим параметром была скорость вычисления. В СССР самые производительные ЭВМ типа ЕС106х изготавливались на ЭСЛ-микросхемах. Сейчас эта технология используется редко.

Технологический процесс

Основная статья: Технологический процесс в электронной промышленности

См. также: Закон Мура

При изготовлении микросхем используется метод фотолитографии (проекционной, контактной и др.), при этом схему формируют на подложке (обычно из кремния), полученной путём резки алмазными дисками монокристаллов кремния на тонкие пластины. Ввиду малости линейных размеров элементов микросхем, от использования видимого света и даже ближнего ультрафиолетового излучения при засветке отказались.

В качестве характеристики технологического процесса производства микросхем указывают минимальные контролируемые размеры топологии фотоповторителя (контактные окна в оксиде кремния, ширина затворов в транзисторах и т. д.) и, как следствие, размеры транзисторов (и других элементов) на кристалле. Этот параметр, однако, находится во взаимозависимости с рядом других производственных возможностей: чистотой получаемого кремния, характеристиками инжекторов, методами фотолитографии, методами вытравливания и напыления.

В 1970-х годах минимальный контролируемый размер серийно производимых микросхем составлял 2-8 мкм, в 1980-х он был уменьшен до 0,5-2 мкм ^[11].

В 1990-х годах, из-за нового витка «войны платформ», стали внедряться в производство и быстро совершенствоваться экспериментальные методы: в начале 1990-х процессоры (например, ранние Pentium и Pentium Pro) изготавливали по технологии 0,5-0,6 мкм (500-600 нм), потом технология дошла до 250—350 нм. Следующие процессоры (PentiumHYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/Pentium_II" HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/Pentium_II"II, KHYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/K6-2"6-2 +, Athlon) уже делали по технологии 180 нм. В 2002-2004 годах были освоены техпроцессы 90 нм (Winchester AMD 64, Prescott Pentium 4) ^[11].

Следующие процессоры изготавливали с использованием УФ-излучения (эксимерный лазер ArF, длина волны 193 нм). В среднем внедрение лидерами индустрии новых техпроцессов по плану ITRS происходило каждые 2 года, при этом обеспечивалось удвоение количества транзисторов на единицу площади: 45 нм (2007), 32 нм (2009), 22 нм (2011) ^{[12]HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0"[13]}, производство 14 нм начато в 2014 году ^[14], освоение 10 нм процессов ожидается около 2018 года.

В 2015 году появились оценки, что внедрение новых техпроцессов будет замедляться ^[15].

Контроль качества

Для контроля качества интегральных микросхем широко применяют так называемые тестовые структуры.

 

· Дайте понятие о назначении, видах и структуре выпрямителей

 

Выпрями́тель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования входного электрического тока переменного направления в ток постоянного направления ^[1] (то есть однонаправленный ток), в частном случае - в постоянный выходной электрический ток ^[2].

Большинство выпрямителей создаёт не постоянный, а пульсирующий ток, для сглаживания пульсаций применяют фильтры.

Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянного тока в переменный ток называется инвертором.

Применение

Трёхфазные выпрямители

Три полумоста параллельно, объединённые кольцом/треугольником («треугольник-Ларионов»)

· Объясните принцип действия и особенности однополупериодного выпрямителя.

Однополупериодный выпрямитель - это устройство или контур, проводящее во время одной половины цикла переменного тока. Однополупериодный выпрямитель, схематически изображённый на рисунке), состоит из трансформатора, полупроводникового диода (D1) и сопротивления (RL).

В течение первой половины цикла переменного тока диод D1 находится в состоянии прямого подключения – положительный электрический потенциал воздействует на его анод, а отрицательный потенциал воздействует на его катод. Когда D1 находится в состоянии прямого подключения, ток протекает от отрицательной стороны вторичной обмотки трансформатора, через сопротивление нагрузки, через диод, обратно к положительной стороне вторичной обмотки. Этот путь тока показан на рисунке 3-2. Поскольку ток протекает через сопротивление нагрузки, в нём происходит падение напряжения; ток, выходящий из выпрямительного контура появляется в виде положительной полуволны на сопротивлении нагрузки.

 

Рисунок 3-2. Путь тока через однополупериодный находится в состоянии прямого подключения D1

 

В течение второй половины цикла переменного тока (Рисунок 3-3) диод D1 находится в состоянии обратного подключения – на его анод воздействует отрицательный электрический потенциал, а положительный электрический потенциал воздействует на его катод. Этот диод не проводит, поэтому в сопротивлении нагрузки RL никакое напряжение не присутствует.

 

Рисунок 3-3. Однополупериодный выпрямитель в состоянии обратной проводимости D1

 

Форма кривой выходного сигнала однополупериодного выпрямителя изображена на рисунке 3-4. Как видно по форме кривой, у однополупериодных выпрямителей только одна полуволна постоянного тока на выходе при каждом полном цикле переменного тока на входе. По этой причине в оборудованиях обычно не применяются однополупериодные выпрямители; когда они используются, они обычно устанавливаются в оборудовании или контурах, где требуется ток невысокого напряжения и где колебания напряжения не бывают причиной для беспокойства.

 

 

Рисунок 3-4. Форма кривой выходного сигнала однополупериодного выпрямителя

81 вопрос

RC – генераторы

В генераторах этого типа баланс фаз достигается за счет специальной фазосдвигающей RC – цепи, устанавливаемой в цепи обратной связи. Схема простейшего RС-генератора на транзисторе приведена на рис.1.7.Трехзвенная RC-цепь на частоте квазирезонанса обеспечивает сдвиг фазы, равный 1800. Схема с общим эмиттером, на которой собран генератор, изменяет фазу сигнала на выходе по отношению ко входному также на 1800, т.е. суммарный фазовый сдвиг равен , за счет чего выполняется условие баланса фаз. При условии С1=С2=С3=С и R3=R4=Rвх_VT = R коэффициент передачи трехзвенной RC-цепи равен примерно 1/29, поэтому, если коэффициент усиления транзисторного каскада К_U< 29, в схеме возникают колебания с частотой

 

Рисунок 1.7 – RC-генератор на транзисторе

Особенностью данного генератора является необходимость достаточно точно поддерживать величину коэффициента усиления усилителя. При уменьшении коэффициента усиления колебания затухают, при увеличении – амплитуда выходного напряжения начинает возрастать, вплоть до насыщения выходных каскадов усилителя, что приводит к искажению формы выходного сигнала.

 

· Дайте понятие об электронных ключах к формированию импульсов.

 

Электронные ключи часто используют в устройствах формирования импульсов. К простейшим и наиболее распространенным устройствам формирования импульсов относят ограничители, а также линейные цепи, включаемые на выходе электронных ключей.

Ограничителем называют нелинейный четырехполюсник, выходное напряжение которого повторяет форму входного напряжения, если последнее не выходит за уровни ограничения, и почти не изменяется, если входное напряжение превышает эти уровни.

В качестве ограничителей используют рассмотренные электронные ключи.

Для ограничения сверху применяют последовательные или параллельные диодные ключи, а также транзисторные ключи, работающие только в режиме отсечки или только в режиме насыщения. На рисунке 17.7 показано ограничение синусоидального напряжения сверху с помощью параллельного диодного ключа (рис. 17.5в). Уровень ограничения равен уровню включения ключа. Аналогично получают ограничение снизу. Для двустороннего ограничения (рис. 17.8а) используют двойные ключи (рис. 17.8б).

Рис. 17.7

Часто в качестве ограничителей применяют устройства с кремниевыми стабилитронами, аналогичные стабилизаторам напряжения. Используя вольт амперную характеристику стабилитрона, можно построить передаточную характеристику ограничителя на стабилитроне. Этот ограничитель дает двустороннее ограничение.

Применение ограничителей весьма разнообразно. С помощью ограничителя легко сформировать трапецеидальное напряжение из синусоидального. Если амплитуда входного напряжения значительно больше уровня ограничения, то можно получить выходное напряжение, близкое по форме к прямоугольным импульсам. Другое применение ограничителей сглаживание вершин импульсов, искаженных помехой или определяемых условиями формирования (рис. 17.9 а). Ограничители применяют также для формирования импульсов неизменной амплитуды, например в устройствах измерения временных или фазовых сдвигов между сигналами.

 

Рис. 17.8

Обширная область применения ограничителей устройства амплитудной селекции (выделения). Амплитудным селектором называют устройство, предназначенное для выделения импульсов, амплитуда которых больше или меньше определенного уровня (уровня селекции), или импульсов, амплитуда которых находится в заданных пределах. Рисунок 17.9а поясняет применение последовательного диодного ограничителя (рис. 17.9б) для селекции импульсов, превышающих уровень .

Рис. 17.9

17.2.4. Дифференцирующие и интегрирующие цепи служащие для формирования коротких импульсов

Для формирования коротких импульсов служат дифференцирующие цепи линейные четырехполюсники, у которых выходное напряжение приблизительно пропорционально производной выходного напряжения по времени:

Uвых = k duвх/dt. (17.5)

где коэффициент пропорциональности.

Рис. 17.10

На рисунке 17.10а,б приведены схемы простейшей дифференцирующей цепи и диаграммы, поясняющие ее работу при воздействии прямоугольного импульса напряжения. Для уменьшения длительности выходных импульсов следует уменьшить постоянную времени цепи . Можно показать, что при этом повышается и точность дифференцирования входного напряжения.

Интегрирующие цепи четырехполюсники, у которых выходное напряжение пропорционально интегралу по времени от входного напряжения, применяют для формирования импульсов реже, чем дифференцирующие цепи. Схема интегрирующей цепи отличается от схемы рисунок 16.10а тем, что конденсатор С и резистор R меняются местами.

 

· Объясните особенности и принцип действия мультивибратора

 

Мультивибра́тор — релаксационныйгенератор электрических прямоугольных колебаний с короткими фронтами. Название мультивибратор предложил голландский физик ван дер Поль, и отражает тот факт, что в спектре прямоугольных колебаний мультивибратора присутствует множество высших гармоник — в отличие от генератора синусоидальных колебаний («моновибратора»). Впервые мультивибратор был описан Икклзом и Джорданом в 1918 году.

Мультивибратор является одним из самых распространённых генераторов импульсов прямоугольной формы, используемый в электронике и радиотехнике. Обычно представляет собой двухкаскадный резистивный усилитель, охваченный глубокой положительной обратной связью.

В электронной технике используются самые различные варианты схем мультивибраторов, которые различаются между собой по типу используемых активных компонентов (ламповые, транзисторные, тиристорные, микроэлектронные и другие), различающиеся режимом работы (автоколебательный, ждущие, с внешней синхронизацией синхронизации), видам связи между усилительными элементами, способам регулировки длительности и частоты генерируемых импульсов и другими параметрами.

 

Рис. 1. Принципиальная схема «классического» простейшего транзисторного мультивибратора на транзисторах одного типа проводимости.

Существуют три типа мультивибраторов в зависимости от режима работы:

· нестабильный, автоколебательный или астабильный: устройство непрерывно генерирует колебания и самопроизвольно переходит из одного состояния в другое. При этом не обязателен внешний сигнал синхронизации, если не требуется захват частоты колебаний;

· моностабильный: одно из состояний является стабильным, но другое состояние неустойчиво (переходное). Мультивибратор на некоторое время, определяемое параметрами его компонентов, переходит в неустойчивое состояние под действием запускающего импульса. Затем возвращается в устойчивое состояния до прихода очередного запускающего импульса. Такие мультивибраторы используются для формирования импульса с фиксированной длительностью, не зависящей от длительности запускающего импульса. Такой тип мультивибраторов иногда, в литературе, называют одновибраторы или ждущие мультивибраторы.

· бистабильный: мультивибратор устойчив в любом из двух состояний и может быть переключён из одного состояния в другое подачей внешних импульсов. Такие устройства называют бистабильными триггерами, и такие триггеры иногда, не совсем корректно, называют «мультивибраторы», так как двусмысленно.

Принцип действия «классического» двухтранзисторного мультивибратора

Схема может находиться в одном из двух нестабильных состояний и периодически переходит из одного в другое и обратно. Фаза перехода очень короткая относительно длительности нахождения в состояниях благодаря глубокой положительной обратной связи, охватывающей два каскада усиления.

Пусть в состоянии 1 Q1 закрыт, Q2 открыт и насыщен, при этом C1 быстро заряжается током открытого базового перехода Q2 через R1 и Q2 почти до напряжения питания, после чего при полностью заряженном C1 через R1 ток прекращается, напряжение на C1 равно (ток базы Q2)·R2, а на коллекторе Q1 — напряжению питания.

При этом напряжение на коллекторе Q2 невелико (равно падению напряжения на насыщенном транзисторе).

C2, заряженный ранее в предыдущем состоянии 2 (полярность по схеме), медленно разряжается через открытый Q2 и R3. При этом напряжение на базе Q1 отрицательно и этим напряжением он удерживается в закрытом состоянии. Запертое состояние Q1 сохраняется до того, пока C2 не перезарядится через R3 и напряжение на базе Q1 не достигнет порога его отпирания (около +0,6 В). При этом Q1 начинает приоткрываться, напряжение его коллектора снижается, что вызывает начало запирания Q2, напряжение коллектора Q2 начинает увеличиваться, что через конденсатор C2 еще больше открывает Q1. В результате в схеме развивается лавинообразный регенеративный процесс, приводящий к тому, что Q1 переходит в открытое насыщенное состояние, а Q2 наоборот полностью запирается.

Далее колебательные процессы в схеме периодически повторяются.

Длительности нахождения транзисторов в закрытом состоянии определяются постоянными времени для Q2 - T₂ = С1·R2, для Q1 — T₁ = C2·R3.

Номиналы R1 и R4 выбираются намного меньшие, чем R3 и R2, чтобы зарядка конденсаторов через R1 и R4 была быстрее, чем разрядка через R3 и R2. Чем больше будет время зарядки конденсаторов, тем положе окажутся фронты импульсов. Но отношения R3/R1 и R2/R4 не должны быть больше, чем коэффициенты усиления соответствующих транзисторов, иначе транзисторы не будут открываться полностью.

 

 

· Расскажите о видах и особенностях логических схем

 

Логические элементы — устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме (последовательности сигналов высокого — «1» и низкого — «0» уровней в двоичной логике, последовательность «0», «1» и «2» в троичной логике, последовательностями «0», «1», «2», «3», «4», «5», «6», «7», «8» и «9» в десятичной логике). Физически логические элементы могут быть выполнены механическими, электромеханическими (на электромагнитных реле), электронными (на диодах и транзисторах), пневматическими, гидравлическими, оптическими и др.

Применение логических элементов

Подразделяют на 2 класса: комбинационныесхемы (Л. с. без памяти) и послед овател ьностные схемы (Л. с. с памятью). Наиб. распространены т. н. двоичные Л. с., для к-рых всё множество сигналов ограничено двумя значениями,отмечаемыми символами 1 и 0 и подчиняющимися условию: a =1, если и а =0, если

 

 

Вид обрабатываемого сигнала

· Аналоговые.

· Цифровые.

· Аналого-цифровые.

Аналоговые микросхемы — входные и выходные сигналы изменяются по закону непрерывной функции в диапазоне от положительного до отрицательного напряжения питания.

Цифровые микросхемы — входные и выходные сигналы могут иметь два значения: логический ноль или логическая единица, каждому из которых соответствует определённый диапазон напряжения. Например, для микросхем типа ТТЛ при напряжении питания +5 В диапазон напряжения 0…0,4 В соответствует логическому нулю, а диапазон от 2,4 до 5 В — логической единице; для микросхем ЭСЛ-логики при напряжении питания −5,2 В диапазон от −0,8 до −1,03 В — логической единице, а от −1,6 до −1,75 В — логическому нулю.

Аналого-цифровые микросхемы совмещают в себе формы цифровой и аналоговой обработки сигналов, например, усилитель сигнала и аналого-цифровой преобразователь.

Область применения

Аналоговые схемы

Основная статья: Аналоговая интегральная схема

· Операционные усилители.

· Компараторы.

· Генераторы сигналов.

· Фильтры (в том числе на пьезоэффекте).

· Аналоговые умножители.

· Аналоговые аттенюаторы и регулируемые усилители.

· Стабилизаторы источников питания: стабилизаторы напряжения и тока.

· Микросхемы управления импульсных блоков питания.

· Преобразователи сигналов.

· Схемы синхронизации.

· Различные датчики (например, температуры).

Цифровые схемы

Основная статья: Цифровая интегральная схема

· Логические элементы

· Триггеры

· Счётчики

· Регистры

· Буферные преобразователи

· Шифраторы

· Дешифраторы

· Цифровой компаратор

· Мультиплексоры

· Демультиплексоры

· Сумматоры

· Полусумматоры

· Ключи

· АЛУ

· Микроконтроллеры

· (Микро)процессоры (в том числе ЦП для компьютеров)

· Однокристальные микрокомпьютеры

· Микросхемы и модули памяти

· ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы)

Аналого-цифровые схемы

· цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

· цифровые вычислительные синтезаторы (ЦВС);

· трансиверы (например, преобразователь интерфейсаHYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D1%82%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%B8%D0%B2%D0%B5%D1%80" HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D1%82%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%B8%D0%B2%D0%B5%D1%80"Ethernet);

· модуляторы и демодуляторы;

· радиомодемы

· декодеры телетекста, УКВ-радио-текста

· трансиверы Fast Ethernet и оптических линий

· Dial-Up модемы

· приёмники цифрового ТВ

· сенсор оптической «мыши»

· микросхемы питания электронных устройств — стабилизаторы, преобразователи напряжения, силовые ключи и др.;

· устройства на переключаемых конденсаторах;

· цифровые аттенюаторы;

· схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ);

· коммутаторы;

· генераторы и восстановители частоты тактовой синхронизации;

· базовые матричные кристаллы (БМК): содержит как аналоговые, так и цифровые схемы;

 

· Расскажите об особенностях технологии производства интегральных микросхем

Технологии изготовления

Типы логики

Схемы использования транзисторов в качестве диодов
а, б — малый ток, высокое быстродействие; в — большой ток, малое быстродействие (два перехода включены параллельно); г, д — большое обратное напряжение.

Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы (биполярные или полевые). Разница в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Поэтому нередко в описании микросхемы указывают технологию изготовления, чтобы подчеркнуть тем самым общую характеристику свойств и возможностей микросхемы. В современных технологиях объединяют технологии биполярных и полевых транзисторов, чтобы добиться улучшения характеристик микросхем.

· Микросхемы на униполярных (полевых) транзисторах — самые экономичные (по потреблению тока):

· МОП -логика (металл-оксид-полупроводник логика) — микросхемы формируются из полевых транзисторов n -МОП или p -МОП типа;

· КМОП -логика (комплементарная МОП-логика) — каждый логический элемент микросхемы состоит из пары взаимодополняющих (комплементарных) полевых транзисторов (n -МОП и p -МОП). Существует также смешанная технология BiCMOS.

· Микросхемы на биполярных транзисторах:

· РТЛ — резисторно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);

· ДТЛ — диодно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);

· ТТЛ — транзисторно-транзисторная логика — микросхемы сделаны из биполярных транзисторов с многоэмиттерными транзисторами на входе;

· ТТЛШ — транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки — усовершенствованная ТТЛ, в которой используются биполярные транзисторы с эффектом Шоттки;

· ЭСЛ — эмиттерно-связанная логика — на биполярных транзисторах, режим работы которых подобран так, чтобы они не входили в режим насыщения, — что существенно повышает быстродействие;

· ИИЛ — интегрально-инжекционная логика.

КМОП и ТТЛ (ТТЛШ) технологии являются наиболее распространёнными логиками микросхем. Где необходимо экономить потребление тока, применяют КМОП-технологию, где важнее скорость и не требуется экономия потребляемой мощности применяют ТТЛ-технологию. Слабым местом КМОП-микросхем является уязвимость к статическому электричеству — достаточно коснуться рукой вывода микросхемы, и её целостность уже не гарантируется. С развитием технологий ТТЛ и КМОП микросхемы по параметрам сближаются и, как следствие, например, серия микросхем 1564 сделана по технологии КМОП, а функциональность и размещение в корпусе как у ТТЛ технологии.

Микросхемы, изготовленные по ЭСЛ-технологии, являются самыми быстрыми, но и наиболее энергопотребляющими, и применялись при производстве вычислительной техники в тех случаях, когда важнейшим параметром была скорость вычисления. В СССР самые производительные ЭВМ типа ЕС106х изготавливались на ЭСЛ-микросхемах. Сейчас эта технология используется редко.

Технологический процесс

Основная статья: Технологический процесс в электронной промышленности

См. также: Закон Мура

При изготовлении микросхем используется метод фотолитографии (проекционной, контактной и др.), при этом схему формируют на подложке (обычно из кремния), полученной путём резки алмазными дисками монокристаллов кремния на тонкие пластины. Ввиду малости линейных размеров элементов микросхем, от использования видимого света и даже ближнего ультрафиолетового излучения при засветке отказались.

В качестве характеристики технологического процесса производства микросхем указывают минимальные контролируемые размеры топологии фотоповторителя (контактные окна в оксиде кремния, ширина затворов в транзисторах и т. д.) и, как следствие, размеры транзисторов (и других элементов) на кристалле. Этот параметр, однако, находится во взаимозависимости с рядом других производственных возможностей: чистотой получаемого кремния, характеристиками инжекторов, методами фотолитографии, методами вытравливания и напыления.

В 1970-х годах минимальный контролируемый размер серийно производимых микросхем составлял 2-8 мкм, в 1980-х он был уменьшен до 0,5-2 мкм ^[11].

В 1990-х годах, из-за нового витка «войны платформ», стали внедряться в производство и быстро совершенствоваться экспериментальные методы: в начале 1990-х процессоры (например, ранние Pentium и Pentium Pro) изготавливали по технологии 0,5-0,6 мкм (500-600 нм), потом технология дошла до 250—350 нм. Следующие процессоры (PentiumHYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/Pentium_II" HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/Pentium_II"II, KHYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/K6-2"6-2 +, Athlon) уже делали по технологии 180 нм. В 2002-2004 годах были освоены техпроцессы 90 нм (Winchester AMD 64, Prescott Pentium 4) ^[11].

Следующие процессоры изготавливали с использованием УФ-излучения (эксимерный лазер ArF, длина волны 193 нм). В среднем внедрение лидерами индустрии новых техпроцессов по плану ITRS происходило каждые 2 года, при этом обеспечивалось удвоение количества транзисторов на единицу площади: 45 нм (2007), 32 нм (2009), 22 нм (2011) ^{[12]HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0"[13]}, производство 14 нм начато в 2014 году ^[14], освоение 10 нм процессов ожидается около 2018 года.

В 2015 году появились оценки, что внедрение новых техпроцессов будет замедляться ^[15].

Контроль качества

Для контроля качества интегральных микросхем широко применяют так называемые тестовые структуры.

 

· Дайте понятие о назначении, видах и структуре выпрямителей

 

Выпрями́тель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования входного электрического тока переменного направления в ток постоянного направления ^[1] (то есть однонаправленный ток), в частном случае - в постоянный выходной электрический ток ^[2].

Большинство выпрямителей создаёт не постоянный, а пульсирующий ток, для сглаживания пульсаций применяют фильтры.

Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянного тока в переменный ток называется инвертором.

Применение

Выпрямление электрического тока

Выпрямители обычно используются там, где нужно преобразовать переменный ток в постоянный ток. Применение выпрямителей для преобразования переменного тока в постоянный вызвало понятие среднего значения тока по модулю (то есть без учёта знака ординаты) за период.

Состоит из диодов и тиристоров

Виды

Однополупериодный выпрямитель - Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. На промышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, так как для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с большими величинами ёмкости и индуктивности, что приводит к увеличению габаритно-весовых характеристик выпрямителя.

Однополупериодный выпрямитель: график напряжения по времени до выпрямления — одна из возможных схем выпрямителя — и график напряжения по времени после выпрямления