Полупроводниковые микросхемы. Векторная диаграмма электрической цепи. Однополупериодный выпрямитель

Контрольная работа № 2

Электротехника

Вариант № 49

Задание 1

Вопрос 49. Элементы полупроводниковых схем и их соединение

Ответ

Универсальным элементом монокристаллической микросхемы служит р-n-переход, являющийся слоем, изолирующим микрообласти, сформированные в кристалле.

Этот переход может выполнять роль вентиля (диода). Структуры из нескольких р-n-переходов служат транзисторами, тиристорами и другими активными элементами. Запертый обратным постоянным напряжением p-n-переход выполняет роль конденсатора. Обратное сопротивление p-n-перехода играет роль высокоомного резистора. Для получения резисторов с сопротивлением в сотни кило-ом используют входные клеммы эмиттерных повторителей, собранных на р-n-переходах. В качестве небольших сопротивлений используют просто участки полупроводникового, от которого сделаны контактные выводы.

Определенные трудности связаны с получением индуктивных катушек, поэтому монокристаллические микросхемы обычно проектируют без них.

Многослойные структуры с несколькими p-n-переходами получают, повторяя процессы окисления, формирование маски, диффузии донорных или акцепторных примесей в микрообласти. Пример многослойной структуры приведен на рис. 1.

Рис.1. Многослойная структура с тремя p-n-переходами

Сложные микросхемы требуют многократного снятия и повторного нанесения новой маски методом фотолитографии. Смена масок может осуществляться до полутора десятков раз. При этом важную проблему составляет совмещение масок в соответствии с топологией схемы. На рис. 2 приведена часть полупроводниковой микросхемы, представляющая собой однокаскадный усилитель на транзисторе.

Рис.2. Структура части полупроводниковой ИМС

Сформированную планарную структуру покрывают пленкой оксида кремния, в которой вытравливают окна для напыления алюминиевых или золотых контактов.

Достаточно сложные схемы не удается выполнить без пересечения токопроводящих дорожек. В этих случаях, а также для повышения компактности схемы соединения напыляют в два слоя и более, разделенных изолирующими пленками. Кроме внутриэлементных соединений напыляют стандартизованные по размерам контактные площадки для подвода питания, входных и выходных сигналов.

Полностью сформированные и испытанные на отсутствие брака интегральные микросхемы крепят на керамическом основании корпуса, имеющего внешние выводы. Контактные площадки соединяют с внешними выводами с помощью тончайших золотых проволочек. Для повышения прочности соединения и уменьшения переходного сопротивления между контактной площадкой и проволочкой применяют термокомпрессионную (нагрев и давление) или ультразвуковую сварку.

После выполнения проволочных соединений схемы герметизируют, заливая компаундами на основе эпоксидных или кремнийорганических смол.

Корпуса интегральных микросхем изготовляют из металлических сплавов, стекла, керамики и различных пластмасс, обладающих механической и электрической прочностью, коррозионной стойкостью и не вызывающих химического загрязнения кристалла микросхемы.

Задание 2

Три группы сопротивлений соединили звездой или треугольником и включили в трехфазную сеть переменного тока. Построить в масштабе векторную диаграмму цепи, из которой определить ток в нулевом проводе (при соединении звездой) или линейные токи (при соединении треугольником).

Числовые значения электрических величин, нужные для решения задачи, даны в таблице 4, а схемы на рис.22.

Таблица 4

Решение

1. Определяем полные сопротивления фаз и углы сдвига:

Ом;

Ом;

Ом.

;

;

.

Поскольку реактивное сопротивление в трех фазах носит индуктивный характер, то ток будет отставать от напряжения на величину найденных углов.