На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Разработка интегрального аналогового устройства

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 20.05.2012. Сдан: 2011. Страниц: 9. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Министерство  РФ по связи и информатизации.
БФ ГОУ СибГУТИ
ФУПС. 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

ПО  КУРСУ: «Схемотехника» 

  «Разработка интегрального  аналогового устройства» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: Фетисов В.Ю.
Группа: С-04
Шифр: Б041-054
Вариант: 54
Проверил: Хаптаев А.П.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
г. Улан-Удэ 2006г.
 

Содержание

 
    Введение…………………………………………………………………….4
    Разработка структурной схемы……………………………………………5
    Разработка принципиальной схемы……………………………………….6
    Электрический расчет……………………………………………………...8
    Разработка интегральной микросхемы…………………………………...14
    Заключение…………………………………………………………………17
    Список литературы………………………………………………………...18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Цель работы: 

    Научится  составлять электрические схемы аналоговых устройств на основе биполярных и полевых транзисторов.
    Осуществлять правильный выбор типов и структур биполярных и полевых транзисторов.
    Проводить электрический расчёт схем простейших аналоговых устройств.
    Приобрести навыки в составлении топологии аналоговых интегральных микросхем.
 
 
 
 
 
 
Исходные данные: 

    Напряжение  источника питания - Uпит = -9 В.
    Коэффициент усиления по напряжению - Кu =7
    Входное сопротивление - Rвх  = 8,2 МОм.
    Сопротивление нагрузки - Rн = 0,6 кОм.
    Номинальное входное напряжение - Uном =1 В.
    Нижняя рабочая частота (НРЧ) - fн = 50 Гц.
    Верхняя рабочая частота (ВРЧ) - fв =10   кГц.
    Коэффициент частотных искажений на НРЧ - Мн = 2 дБ.
    Коэффициент частотных искажений на ВРЧ - Мв  = 2 дБ.
    Тип входа -Н.
    Тип выхода -Н.
 

Введение

 
     Среди устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения усилители электрических сигналов получили самое широкое распространение. Их роль и значение для радиосвязи, радиовещания и телевидения трудно переоценить. По существу, они являются основой построения всей аппаратуры радиосвязи, радиовещания и телевидения: усиление электрических сигналов является фундаментальным свойством всей аппаратуры обработки сигналов. То же самое можно сказать и о дальней проводной связи, измерительной технике, вычислительной технике и многих других областях современной науки и техники.
     Усилитель электрических сигналов - это устройство, увеличивающее (усиливающее) мощность подводимых к нему электрических  сигналов путём управления ими энергией собственного источника питания усилителя при помощи усилительных элементов (УЭ), обладающих управляющими свойствами. Следует отметить, что при усилении возможны искажения формы сигналов, но они не должны превышать допустимых значений.
      Разрабатываемое устройство предназначено для работы в звуковом диапазоне частот и  согласовано относительно высокого входного сопротивления с сопротивлением последующего каскада усилителя, работающего на низкой нагрузке.
      Необходимость исполнения в виде гибридной интегральной микросхемы вытекает из требований малой габаритности, малой энергоёмкости, технологичности изготовления и последующего применения в качестве предварительного усилителя низкой частоты, для портативных радиоприёмников и т.д.
      Из-за высокой технологичности следует  низкая себестоимость компонентов, узлов радиоаппаратуры.
 

1. Разработка  структурной схемы

 
     Современные усилители являются, как правило, многокаскадными устройствами. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     На  схеме обозначено: ИС- источник сигнала; Вх.цепь- входная цепь усилительного устройства (УУ), не пропускающая постоянную составляющую и низкие частоты сигнала, 1 КАСКАД, 2 КАСКАД - два усилительных каскада УУ (1 каскад - усилитель напряжения, имеющий большой коэффициент усиления по напряжению и большое входное сопротивление, 2 каскад- усилитель мощности, усиливающий мощность сигнала и уменьшающий выходное сопротивление схемы), Вых.цепь- выходная цепь УУ, не пропускающая постоянную составляющую и низкие частоты сигнала, Нагрузка - нагрузка УУ. Пунктиром на схеме выделено само усилительное устройство. 
 

2. Разработка  принципиальной схемы

 
     Заданию соответствует двухкаскадная схема усилителя с полевым транзистором на входе и биполярным транзистором на выходе. Первый каскад обеспечивает высокое входное сопротивление RВХ = 8,2 МОм и заданное усиление, второй каскад – высокое входное малое выходное сопротивления, т.е. обеспечивает режим х.х. для первого каскада и малое Rвых. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Предложенная  схема работает следующим образом:
     Переменный  сигнал поступает на вход схемы с  генератора ЭДС равной Uг  и внутренним сопротивлением Rг. Разделительный конденсатор Ср1 служит для разделения переменной и постоянной  составляющих сигнала так, что на затвор входного транзистора попадает только его переменная составляющая. Через резистор Rз задаётся постоянная составляющая напряжения затвора (в нашем случае Uз0 = 0 ) и режим работы транзистора VT1 по постоянному току. Полевой транзистор VT1 с управляющим p-n переходом (p- канальный транзистор ) работает в качестве усилителя напряжения с большим входным сопротивлением. Питающее напряжение на сток транзистора подаётся через резистор Rс (от источника питания Uп ), на котором и выделяется усиленный сигнал. Резистор Rc совместно конденсатором Ск задают постоянную времени ?= Rc*Ск, определяющую верхнюю рабочую частоту усилителя. Далее сигнал поступает на биполярный транзистор VT2 (p-n-p типа), который усиливает сигнал по мощности и уменьшает выходное сопротивление усилителя.
     Второй  каскад усилителя можно рассматривать  как фазоинверсный.
     В схеме нагрузка выходной цепи  разделена  на две части (в цепи коллектора и цепи эмиттера). Через каждый нагрузочный резистор течет один и тот же ток переменного сигнала. Амплитуды напряжения переменного сигнала на этих нагрузочных резисторах одинаковы Uвых1 = Uвых2 ,а так же в каскаде с разделенной нагрузкой выбирают равными сопротивления в цепи коллектора , эмиттера и нагрузки (Rк = Rэ = Rн).Следует отметить, что токи в нагрузочных резисторах Rк и Rэ текут в противоположных направлениях относительно «земли», поэтому напряжения переменного сигнала относительно «земли» будут обратными по фазе. 
     Приведенная схема (с разделенной нагрузкой) имеет преимущество в том, что в ней получаются хорошие: частотная, фазовая и переходная характеристики (на верхних частотах). Такая схема не дает усиления напряжения сигнала и имеет вдвое меньшее максимальное выходное напряжение по сравнению  с обычным резисторным каскадом, так как развиваемое усилительным элементом напряжение сигнала здесь делится пополам.  
     Фазоинверсный каскад с разделенной нагрузкой  рассчитывают так же, как и обычный резисторный каскад.
 

3.  Электрический  расчет

 
       Целью расчета  является выбор  транзисторов и определение   RЗ , RС , RЭ2 ,
а также подбор   СР1 ,  СР2 , СК ,  VT1 ,  VT2 ,    структура транзисторов,  которая зависит от полярности    ЕП  =  -15В, значит VT1 – должен  иметь   p – канал, а VT2 -  ,,p-n-p”.
      Чтобы  определить конкретный  тип, надо вычислить токи  протекания  через эмиттер транзистора.  Расчет  ведется от последнего каскада  к первому. 

1.Выбор VT2.
    Определяем  ток нагрузки по формуле:


     Транзистор  выходного каскада выбирается по току покоя, который должен в 2?5 раз превышать ток нагрузки: тогда пусть  


          Максимальное смещение Р.Т. в  режиме «А»:
                                     Iк = Iр.т. + Iн = 4,2 + 2,1 = 6,3 мА
     С помощью справочника  выбираем транзистор типа  «p-n-p» КТ207Б с параметрами:
                                                 Iк    = 10мА;
                                                 Uкэ = 30В;
                                                 Рmax = 15мВт;
     h21э = 30 – 200 – статистический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ;
     h11э = 100 – 300 –входное сопротивление транзистора с ОЭ; 

    Выбираем  Rк= Rэ= Rн (схема с разделенной нагрузкой).
 
Rк= Rэ= Rн= 2000 Ом. 

    Определим коэффициент усиления каскада на VT2 по формуле:
 
Кu2= Кэп + Коэ
     Коэффициент передачи эмиттерного повторителя  определяется по формуле:
       


     Получив необходимые данные для дальнейших расчётов, рассчитаем коэффициенты усиления. 

         
     Коэффициент усиления транзистора включенного по схеме с общим эмиттером определяется по формуле:


      Ом 

       

     Общий коэффициент усиления на транзисторе  VT2 :
Кu2= 0,998 + 0,74 ? 1,7 

4. Рассчитаем  входное сопротивление каскада  на VT2:
 

    При RС << 201,5 кОм коэффициент усиления:

 

    Расчёт  первого каскада на VT1.
 
   Выбираем  полевой транзистор малой мощности с управляющим p-n переходом и каналом p-типа. Учитывая, что по заданию Uпит.= -15В, выбираем транзистор 2П201Д-1.
   Его данные: PC MAX= 60 мВт, UСИ MAX =10 В; Iс.max. = 3 – 6,0 мА
    Основным  расчётным параметром для полевого транзистора является крутизна характеристики тока стока, которая определяется по вертикальному отрезку прямой, проведённой через точку покоя на   семействе выходных статистических характеристик как показано на рис 3.
      S= мА/В                              
Rc – сопротивление цепи стока по переменному току здесь Rс = Rн // Rвх
Кроме того учтём, что К2=1,7, то
 К / =К/1,7= 10/1,7=5,88 раз
Тогда Rс/ = К = 5,88/2,875 =2,045кОм
Величина  Rс будет больше, расчёт даст                                                                            
 Rс=
Выбираем  ГОСТ номинал 2,1кОм 
 

    Выбор RЗ.
 
     Поскольку во входной цепи полевого транзистора  ток отсутствует, то
    RЗ = RВХ = 1 МОм. 

    Расчёт  ёмкостей СР1, СК, СР2, СР3.
 
     Частотная характеристика усилителя в области  нижних частот определяется выбором емкостей разделительных конденсаторов:
 

    , где
     

      RГ  = 0, RЗ = 1МОм, FН = 15 Гц.
     В расчетные формулы значения подставляем  в разах. 

     Удобнее принять МН1= МН2 =1 Дб (Мн = Мн1+Мн2 = 1 + 1 = 2 Дб).
         
          Мн(дБ) = Мв(дБ) = 20lgМ(раз) = 2 дБ
        
          М(раз) = 1,259;
       
          Мн1(дБ) = 20lgМн1(раз) = 1дБ
     
      Мн1(раз) = 1,122 
     

 

 

     Частотная характеристика усилителя в области  верхних частот зависит от выбора емкости конденсатора СК, рассчитываемой по формуле:
,
 

 
 
 

    Расчет  АЧХ.
 
      Расчет  АЧХ в области нижних частот.
 
Расчет АЧХ  в области нижних частот производим по формуле:

 

Расчет АЧХ  проводим для частот: 0,1fн; 0,2fн; 0,5fн; 0,7fн; fн; 1,5fн;2fн.
Результаты расчетов заносим в таблицу 1: 

                                                                                                     Таблица 1.
fн(о.е) 0,1 0,2 0,5 0,7 1 1,5 2
fн(Гц) 1,5 3 7,5 10,5 15 22,5 30
Мн1 5,401 2,836 1,458 1,255 1,132 1,061 1,035
Мн2 5,201 2,74 1,429 1,238 1,122 1,056 1,032
Мн 28,09 7,771 2,083 1,554 1,27 1,12 1,068
Yн 0,036 0,129 0,48 0,644 0,787 0,893 0,936
 
      Расчёт  АЧХ в области верхних частот.
Расчет АЧХ  в области верхних частот проводим по формуле:
                      

Рекомендуемые значения частот:  0,5fВ, fВ, 2fВ, 5fВ, 10fВ. 

Результаты расчетов заносим в таблицу 2:
                                                                                                   Таблица 2.
fв, (о.е.) 0,5 1 2 5 10
fв, (кГц) 10 20 40 100 200
Мв 1,032 1,259 1,427 2,733 5,184
Yв 0,969 0,794 0,701 0,366 0,193
 
Производим проверку соответствия расчетных и заданных значений Мн и Мв:
Мн = 1/Yн = 1/ 0,787 = 1,27
Мв = 1/Yв = 1/0,794 = 1,25
Расчетные значения Мн и Мв соответствуют заданным.
По результатам  расчетов (таблица 3) строим АЧХ, используя  логарифмический масштаб оси частот (рис.4).
                                                                                                         Таблица 3.
f, Гц 1,5 3 7,5 10,5 15 30 10000 20000 40000 100000 200000
Lg(f) 0,2 0,5 0,9 1,0 1,2 1,5 4 4,3 4,6 5 5,3
Y 0,036 0,129 0,48 0,644 0,787 0,936 0,969 0,794 0,701 0,366 0,193

4. Разработка интегральной  микросхемы

 
      В этом разделе необходимо подобрать  номиналы навесных элементов и определить конфигурацию интегральных элементов.
VT1 – навесной элемент (по условию) тип 2П201Д-1
VT2 – навесной элемент КТ207Б
Rэ2 - расчетная 2кОм, выбираем материал РС-3001.
Находим коэффициент  формы резистора по формуле:
Кф=Ri/Rs, где
Ri – номинальное сопротивление резистора,
Rs – удельное сопротивление пленки.
Кф= 2000/2000 = 1, Кф 10, резистор прямоугольный, состоящий из одной «полоски». 

Расчет мощности, рассеиваемой на резисторе:
           PR = I2*R = (2,1*10-3)2*2*103 = 0,00882Вт = 8,82 мВт 

Длина резистора:
           L = = = 0,66мм,
где Р0 = 2 Вт/см2, округляем длину резистора до 0,7мм. 

Ширина резистора:
           b = L/Кф = 0,7/1 = 0,7мм,    

Резистор должен выдержать мощность:
          Pмакс = P0*S,
 Где площадь резистора.
S = L*b = 0,7*0,7 = 0,49мм2  

          Pмакс = 0,02*0,49 = 0,0098Вт = 9,8 мВт,
 расчетное  значение PR меньше Pмакс. Резистор Rэ2 будет выполнен из материала РС-3001 размером (0,7 х 0,7)мм2.
Rс – расчетная величина 2,1кОм, выбираем материал РС-3001, находим коэффициент формы резистора:
           Кф = 2100/2000 = 1,25 10, форма «полоска».
Ширина резистора: примем b = 6 bmin
           b = 6* 200 мкм = 1,2мм
Длина резистора:
           L = Кфb = 1,25*1,2 = 1,5мм,
Площадь резистора:
           S = 1,5*1,2 = 1,8мм2,
 резистор  должен выдержать мощность
Pмакс = 0,02*1,8 = 0,036 Вт = 36мВт.
Мощность, рассеиваемая на резисторе: через VT1 течет ток не больше, чем Iр.т. = (1/2Еn)/Rс = 7,5 / 2,1*103 = 3,5*10-3 А = 3,5мА
           P = (3,5*10-3)2*2,1*103 = 0,0257Вт = 25,7мВт
Резистор Rс будет выполнен из материала РС-3001 размером (1,5 х 1,2)мм2.  

Rз – расчетная величина 1МОм, выбираем материал «кермет»
Кф = 1*106/10000 = 100 50 берем навесной, тип МЛТ (LхB) (6 х 2,2)мм2.
СP1 – расчетная величина 20нФ, такие величины удобнее брать навесными, выбираем тип КЛС 8,2 – 100000 пФ (L x B) (8 x 5)мм2     
СР2 – расчетная величина 10,4 мкФ, берем навесным тип К53-26   0,22 – 100 мкФ  (L x B) (2,5 x 4)мм2
СК – расчетная величина 1,62 нФ, берем материал диэлектрика двуокись кремния, вычислим площадь:
      SСк = СК0 = 1,62*10-9/200*10-12 = 8,1 мм2   (L х B) (3 х 2,7)мм2
     Затем определим площадь, занимаемую всеми  элементами схемы. Общая площадь:
     S = Sтр+SR+SC , где
 Sтр= 1,49мм2   – площадь, занимаемая транзисторами;
 SR = 15,49мм2 – площадь, занимаемая резисторами;
 SC = 58,1мм2   – площадь, занимаемая конденсаторами.
     Общая площадь: S = 75,08мм2.
     Учитывая  площадь соединений, промежутки между соединениями и расстояние от края подложки, увеличим суммарную площадь в 3-4 раза, т.е. её площадь должна составить не менее 300мм2. Выбираем подложку с размерами 20 х 16 мм.
      Составляем  топологический чертеж ИМС, размещая рассчитанные элементы на поле подложки (рис. 5) в масштабе 10 : 1.
    Этапы изготовления устройств в виде гибридной  интегральной микросхемы:
    Подготовительные операции;
 
    Слитки  кремния разрезают на множество  пластинок, на которых затем изготавливают  интегральные схемы. Пластины многократно шлифуют, а затем полируют. Проводят очистку и обеззараживание в органических растворах (толуол, ацетон и др.) при повышенной температуре. И затем отмывают пластинки деионизованной водой. 

    Эпитаксия
 
    Эпитаксией  называют наращивание монокристаллических слоёв на подложку, при котором кристаллографическая ориентация наращиваемого слоя повторяет кристаллографическую ориентацию подложки 

    Термическое окисление
 
    Окисление кремния – один из самых характерных  процессов в технологии современных  ИМС. Получаемая при этом плёнка двуокиси кремния (SiО2) выполняет несколько важных функций, в том числе:
- функцию защиты  – пассивации поверхности и,  в частности, защиты вертикальных участков р-п переходов, выходящих на поверхность;
    - функцию  маски, через окна которой вводятся необходимые примеси;
    - функцию  тонкого диэлектрика под затвором  МОП-транзистора.
           Такие широкие возможности двуокиси  кремния – одна из причин  того, что кремний стал основным  материалом для изготовления  ИМС 

    Легирование
 
           Внедрение примесей в исходную пластину (или эпитаксиальный слой) путём диффузии при высокой температуре является исходным до сих пор основным способом легирования полупроводников  с целью создания диодных и транзисторных структур. Однако, за последние 10 лет широкое применение получил и другой способ легирования – ионная имплантация.
    и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.