Operacinio stiprintuvo tipo CA307 OA lusto topologijos projektavimas

Įvadas 0.1. Operaciniai stiprintuvai Operacinio stiprintuvo apibrėžimas ir reikalavimai: Operaciniai stiprintuvai (OS) – tai bene plačiausiai taikomos analoginės grandinės. Platų jų taikymą lemia labai geri šių stiprintuvų parametrai ir nepaprastas jų universalumas. Keisdami standartinio OS neigiamojo grįžtamojo ryšio grandinę ir jos parametrus, galime sudaryti įvairiausias funkcijas vykdančias tiesines ir netiesines grandines. Operacinis stiprintuvas – nuolatinės srovės stiprintuvas su labai dideliu, kol dar nesudarytas neigiamasis grįžtamasis ryšys, įtampos stiprinimo koeficientu, plačia praleidžiamųjų dažnių juosta (ją daug kartu praplės gilus įtampos neigiamasis grįžtamasis ryšys), labai didele įėjimo varža, kuri garantuoja, kad OS neapkraus signalo šaltinio, ir labai maža išėjimo varža, kuri sudaro galimybę panaudoti labai mažą išorinės apkrovos varžą ir garantuoja mažą laiko pastoviąją, kurią sudaro išėjimo varža su apkrovos talpa. Didelę įėjimo varžą garantuoja diferencinė pakopa operacinio stiprintuvo įėjime. Diferencinės pakopos su srovės šaltiniu įėjimo varža yra labai didelė. Diferencinė pakopa ne tik garantuoja labai didelę operacinio stiprintuvo įėjimo varžą, bet ir efektyviai slopina jo įėjime veikiančius sinfazinius trukdžius; tai reiškia, kad OS gali stiprinti labai silpnus signalus. Kartais, norėdami gauti labai didelį operacinio stiprintuvo įtampos stiprinimo koeficientą, jo įėjime statome ne vieną, o dvi nuosekliai sujungtas diferencines pakopas. Labai stabilus ir tikslus stiprinimo koeficiento dydis lėmė, kad tokie stiprintuvai pirmiausia buvo taikyti analoginėse skaičiavimo mašinose sudėties, atimties, daugybos, integravimo ir diferencijavimo matematinėms operacijoms vykdyti. Šie pirmieji taikymai ir suteikė jiems operacinių (vykdančių matematines operacijas) stiprintuvų vardą. Operacinių stiprintuvų žymėjimas: 1 pav. Grafiniai operacinio stiprintuvo žymenys: a – tarptautinis; b – JAV Diferencinė pakopa operacinio stiprintuvo įėjime turi du įėjimus, į kuriuos duodami priešingo poliarumo įėjimo signalai. Paprastai OS turi tik vieną išėjimą. Tas įėjimas, kuriame signalo poliarumas yra toks pat, kaip stiprintuvo išėjime, vadinamas tiesioginiu įėjimu. Įėjimas, kuriame signalo fazė yra priešinga nei stiprintuvo išėjime, vadinamas inversiniu įėjimu. Kiekviename OS įėjime ir išėjime veikia signalas, kurio įtampa matuojama korpuso atžvilgiu. Tarp dviejų įėjimų veikiantis signalas vadinamas diferenciniu signalu OS įėjime. Operacinių stiprintuvų kartos: Tobulinant operacinių stiprintuvų grandines ir jų elementus, buvo sukurtos jau kelios operacinių stiprintuvų kartos. Pirmoje operacinių stiprintuvų kartoje buvo taikomi tik vieno tipo, konkrečiai – npn tranzistoriai, ir bazės srityje suformuoti difuziniai rezistoriai. Šių stiprintuvų diferencinės įtampos stiprinimo koeficientas buvo tik nuo 103 iki 104, maksimali išėjimo įtampa buvo +-|E-3V|, maitinimo įtampos ir srovės buvo gana didelės. Tipiški šios kartos atstovai – mikroschemos μA-702, 140УД1. Antrosios kartos OS jau taikyti ir npn ir pnp tranzistoriai, bazės srityje suformuoti ir suspaustieji (pinch) difuziniai rezistoriai. Šių stiprintuvų diferencinės įtampos stiprinimo koeficientas siekė 105, maksimali išėjimo įtampa buvo artima maitinimo įtampai E. Tipiški šios kartos atstovai – mikroschemos μA-709, 140УД2Б 153УД1. Trečiosios kartos OS diferencinių laipsnių įėjimose naudoti sudėtiniai tranzistoriai, vienas iš kurių – tranzistorius su plona baze – tai garantavo tokią pat įėjimo varža kaip su MOP tranzistoriais ir geresnes dažnines savybes. Naudojant stiprinimo laipsnių dinamines apkrovas – srovės šaltinius, stiprinimo koeficientas padidintas iki 106. Šios kartos atstovai – mikroschemos μA-741, 140УД6 ir 140УД7,153УД2 ir 153УД6. Ketvirtosios kartos OS – specializuoti tam tikram taikymui stiprintuvai, turintys bent vieną rekordinį parametrą: pavyzdžiui, stiprinimo koeficientą 108; arba pikoamperines įėjimo sroves; arba labai ekonomiški su maitinimo įtampomis +-1,2 V; arba atvirkščiai – su labai didelėmis maitinimo ir išėjimo signalų įtampomis; arba su labai didelėmis išėjimo srovėmis ir panašiai. Operacinių stiprintuvų taikymas tiesiniuose įtaisuose: Grandinės, kuriose taikomi operaciniai stiprintuvai, nesuskaičiuotinos. Sakoma, kad taikymų įvairovę riboja tik taikančiojo išmonė ir fantazija. OS gali būti taikomas grandinėse kaip: stiprintuvas-inverteris, nekeičiantis fazės stiprintuvas, skirtuminis stiprintuvas, integruojantis ir giferencijuojantis stiprintuvai. 0.2. Užduoties analizė Kursinio projekto atlikimo užduotis yra IS konstrukcijos ir gamybos technologinio maršruto projektavimas, atsižvelgiant į duotą principinę elektrinę schemą. Kursinio projekto tikslas yra įsisąvinimas praktinių inžinerinės užduoties sprendimo įgudžių, projektuojant konkretų mikroelektroninį gaminį. Techninės užduoties analizė atliekama siekiant išskirti esmę, įvertinti apimtį ir sudaryti darbo planą. Pagrindiniai kursinio projekto atlikimo etapai: 1) technologinio proceso pasirinkimas – planarinė-epitaksinė technologija su sandūrine izoliacija 2) elementų skaičiavimas 3) topologijos sudarimas ir korpuso parinkimas 4) aiškinamojo rašto apiforminimas 5) pasiruošimas kursinio projekto ginimui 1. Dvipolių tranzistorių konstravimas 1.1. npn tranzistoriaus parametrų skaičiavimas 1 lentelė. Išeities duomenys npn tranzistoriaus parametrų skaičiavimui Parametrai Vertė Matavimo vienetai Bazės-kolektoriaus sandūros gylis, hB 1.5 μm Emiterio sandūros gylis, hE 1 μm Kolektoriaus srities storis, hK 10 μm Šalutinių krūvininkų difuzijos koeficientas bazės srityje, 34 cm2/s Elektronų koncentracija emiterio srities paviršiuje, NdE(0) 0,4.1021 cm-3 Elektronų koncentracija emiterio srities gylyje, NdE(hE) 0,2.1018 cm-3 Skylių koncentracija bazės paviršiuje, NaB(0) 0,6.1021 cm-3 Elektronų koncentracija kolektoriuje, NdK 0,695.1017 cm-3 Kolektoriaus srities tūrinė specifinė varža, ρK 4 Ω*cm Specifinė bazės varža, 3.10-2 cm Bazės srities pasyviosios dalies paviršinė varža, RSBp 100 Ω/ڤ Bazės aktyviosios srities paviršinė varža, RSBa 5 kΩ/ڤ Skylių difuzinio kelio ilgis emiteryje, LpE 5 μm Skylių difuzijos koeficientas emiteryje, DpE 12 cm2/s Elektronų difuzijos kelio ilgis bazėje, LnB 5 μm Elektronų difuzijos koeficientas bazėje, DnB 34 cm2/s Skylių difuzinio kelio ilgis kolektoriuje, LpK 6 μm Skylių difuzijos koeficientas kolektoriuje, DpK 12,5 cm2/s Priemaišų koncentracija grinajame puslaidininkyje, ni 1,5.1010 cm-3 Puslaidininkio santykinė dielektrinė skvarba, εp 12 Absoliutinė dielektrinė skvarba vakuume, ε0 8,854.10-12 F/m Elektrono krūvis, q 1,602.10-19 C 2 lentelė. Integrinio tranzistoriaus sluoksnių parametrai Sluoksnio pavadinimas N, cm-3 h, m 0, cm Rs,  p tipo padėklas 1,51015 200…400 10 Paslėptas n sluoksnis 0,81020 2,5…10 10…50 Kolektor. n sluoksnis 1,51016 2,0…10 0,15…5,0 Bazės p sluoksnis 51018 1,0…3 100…300 Emiterio n sluoksnis 1021 0,3…2,5 2…15 p skiriamoji difuzija 1019 2,0…10 6…10 Oksido plėvelė SiO2 0,3…0,6 Laidus Al sluoksnis 0,5…1,0 2,510-6 0,06…0,1 npn tranzistoriaus struktūra pateikta KB.001-01. Bazės plotis: m. Emiterio srovės pernešimo per bazę koeficientas: ; m; m. Emiterio sandūros injekcijos koeficientas (emiterio efektyvumas): . Normalus emiterio srovės perdavimo koeficientas schemoje su bendra baze: . Normalus srovės perdavimo koeficientas schemoje su bendru emiteriu: . Emiterių skaičius M = 1; Emiterio plotas ; Bazės plotas ; m; Inversinis srovės perdavimo koeficientas schemoje su bendru emiteriu: Kolektoriaus sandūros kontaktinis potencialų skirtumas: V. Emiterio sandūros kontaktinis potencialų skirtumas: V. Temperatūrinis potencialas (kai ). Emiterio-bazės sandūros maksimali atgalinė įtampa: V Kolektoriaus-bazės sandūros maksimali atgalinė įtampa: V. Atgalinė šiluminė emiterio sandūros srovė: Atgalinė šiluminė kolektoriaus sandūros srovė: Barjerinė kolektoriaus-bazės sandūros talpa, esant atgalinei įtampai UKB: Barjerinė emiterio-bazės sandūros talpa, esant atgalinei įtampai UEB: Kolektoriaus-emiterio maksimali atgalinė įtampa: V. Ribinis dažnis: Hz. Šalutinių nešėjų krūvio išsiurbimo laikas: Konstrukcija su 2 bazės kontaktais: Kk = 1; Kontaktinio lango plotis Δ = 3 μm; Bazės srities tūrinė varža: Ω . Kolektoriaus srities tūrinė varža: Įtampos kritimas UBE = 0,683 V (eksperementiškai nustatytas taikant Multisim programa) Tranzistoriaus kolektoriaus srovė: Kolektoriaus-emiterio sandūros pramušimo įtampa (kai tranzistorius su plona baze schemoje su bendru emiteriu ir ): V, čia - sandūros kolektorius-bazė pramušimo įtampa ir , kai bazė p tipo, t.y. npn tranzistoriams. Ribinis dažnis, prie kurio stiprinimo koeficientas : Hz, čia , - emiterio sandūros laiko konstanta, - kolektoriaus sandūros laiko konstanta, - krūvininkų prabėgimo per bazės sritį laikas, - krūvininkų prabėgimo per nuskurdintą sluoksnį laikas; s, čia - barjerinė emiterio-bazės sandūros talpa: CEB = REZEC0EBD+0.05REZEC0Ebšon = 1.43.10-14 F C0EBD = 450pF/mm2, C0EBDšon = 1000pF/mm2, - emiterio sandūros diferencialinė varža; s; čia - kolektoriaus varža, - kolektoriaus sandūros barjerinė talpa: CK=7.7RE5.5ZEC0BK = 1,9.10-24 F C0BK=200pF/mm2 - sandūrinės izoliacijos talpa: Cizol=14RE7ZEC0KPDREZEC0Kpšon = 2,23.10-24 F C0KPD ir C0Kpšon – sandūros kolektorius-padėklas dugno ir šoninės dalies specifinė kvadrato talpa pF/mm2(C0KPD=100pF/mm2 ir C0Kpšon=150pF/mm2). s; čia - kolektoriaus sandūros nuskurdinto sluoksnio storis, - elektromagnetinių bangų sklidimo greitis, ; s. Maksimalus stiprinimo dažnis, prie kurio galios stiprinimas sumažėja iki vieneto: Hz. Emiterio ilgio vieneto emiterio srovės dydis gali būti išreiškiamas tokia priklausomybe: A/m , čia - ribinė emiterio srovė, kurios viršijimas reiškia perėjimą į aukštą injekcijos lygį; - specifinė bazės varža, cm. . Maksimalus srovės stiprinimo koeficientas: . Išvados: Mažinant emiterio plotą ir didinant bazės storį blogėja dažninės ir srovės stiprinimo savybės. Panaudojus Π formos kolektoriaus išvadą, padidiname srovės stiprinimo koeficientą ir žymiai sumažiname kolektoriaus srities varžą. Bazės tūrinės varžos sumažinimui daromi du bazės išvadai. Siekiant padidinti integralinį emiterio srovės perdavimo koeficientą αN, reikia didinti injekcijos ir pernešimo koeficientus. Injekcijos koeficientą galima padidinti mažinant skylinę emiterio srovės dedamąją. Tam reikia mažinti pagrindinių krūvininkų koncentraciją bazėje, todėl reikia parinkti NDB

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!