Разработка интегрального аналогового устройства

Результаты расчетов заносим в  таблицу 1:

 

 

 

 

 

fн(о.с)	0	0,1	0,2	0,5	0,7	1	1,5	2	0,5	1	2	5	10
fн(Гц)	0	30	60	150	210	300	450	600	1700	3400	6800	17000	34000
lg(fн)	0	1,4771	1,7781	2,1760	2,3222	2,4771	2,6532	2,7781	3,2304	3,5314	3,8325	4,2304	4,5314
Yн	0	0,0372	0,1338	0,4912	0,6543	0,7943	0,8967	0,9392	0,9691	0,8913	0,7008	0,3658	0,1928

         

                                                                    

 

Расчёт АЧХ в области верхних  частот.

Расчет АЧХ в области верхних  частот проводим по формуле:

                      

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

 

Результаты расчетов заносим в  таблицу 1.По результатам расчета  строим АЧХ , используя логарифмический  масштаб оси частот, рис. 4.

                                                                                                  

Производим проверку соответствия расчетных и заданных значений М_н и М_в:

М_н = 1/Y_н = 1/ 0,89125= 1,122

М_в = 1/Y_в = 1/ 0,89125= 1,122

Расчетные значения М_н и М_в соответствуют заданным.

 

 

 

 

 

                                                                                                                                                                   

 

 

 

Рисунок 4 график АЧХ усилителя.

 

 

 

 

 

3.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 КТ207В

ГОСТ сопротивлений    Rэ₂ – 2 кОм, R_с = 2,2КОм, R_з=470КОм

Определяем коэффициент формы  по формуле К_фi = R_i / R_S

               ,где R_i –номинал i^го резистора в Омах,

               R_S –удельное поверхностное сопротивление в Ом / квадрат.

 

                       

 1) Резистор R_з =470КОм материал Кермет, R_S от3000…10000 Ом/кв.

          47

47<50 такой резистор  реализуется как пленочный, 47>10  составленного из нескольких полосок. 

                             L_З=К_ф*b_min=47*0.2=9,4мм

рассчитанная длина L представляет суммарную длину всех полосок (а,b),  где     b=bмин=200мкм (масочный метод изготовления)

                                      

2)  Резистор R_с номинал 1800Ом материал нихром

                                  

          6<10  Форма  полоска (а,b),где b=bмин=200мкм

           L_C=К_ф*b_{min =} 6*200мкм = 1,2 мм 

3)  Резистор R_э =Rк номинал 2000Ом материал Нихром

                     К_ф =   

         6,67<10  Форма полоска (а,b),где b=bмин=200мкм

         L_Э=К_ф*b_{min =} 6,77*200мкм = 1,33мм

Расчет мощностей рассеиваемых на резисторах:

                                               

1) Резистор R_З =470КОм

                  

             

 Резистор R_З состоит из четырех полосок размерами (L=9.4мм; b=0,2мм) с общей площадью S=1,88мм².

 

2.) Резистор R_c =1,8КОм

           

         

Так как рассчитанное значение оказалось  больше Р_МАХ ,  увеличиваем одновременно длину и ширину пленочного резистора в 9 раза. Это позволяет сохранить расчетное значение К_Ф:

(а=10,8мм; b=1,8мм)  S=19.44мм²

            .

Резистор R_Э имеет окончательные размеры (а=10,27мм; b=1.4мм)  S=14.4мм²3)

3) Резистор R_Э =2 КОм

 Р_{Rэ =} (4.2*10^-3)² *2000=36мВт

        

Так как рассчитанное значение оказалось  больше Р_МАХ ,  увеличиваем одновременно длину и ширину пленочного резистора в 7раза. Это позволяет сохранить расчетное значение К_Ф:

            .

Резистор R_Э имеет окончательные размеры (а=9,3мм; b=1,4мм)  S=13мм²

Расчет занимаемых площадей пленочных  конденсаторов:

                    С_р1 =2,2нФ;   С_р3 =156мкФ С_к= 11нФ

 

С_р1=2,2нФ_, по площади сравним с навесным, берем навесной. Тип К10-17 2,2нФ.

          (L=2мм; B=2мм) 

С_р3 =Ср2=156мкФ только навесной выбирается согласно рекомендациям К53-16,

          (L=4мм; B=2мм) 

С_к= 1,5нФ только навесной выбирается согласно рекомендациям   К10-17,

          (L=2мм; B=6мм) 

 

9. Выбор площади подложки

 

Общая площадь занимаемая всеми  элементами схемы:

 

Где Sтр – площадь занимаемая транзисторами;

SR – площадь занимаемая резисторами

Sс – площадь занимаемая конденсаторами

Sтр = S_VT1+S_VT2 = (1+0,175)=1,175мм²

SR = SRc+ SRэ +SRк + SR3 = 19,44+13+13+1,88=47,45мм²

Sc = Sср1 + Scр3 +Scр2 + Scк = 4+8+8+12= 24мм²

S_Σ= 1,175 + 47,45 + 24 = 72,63мм²

Учитывая площадь соединений, промежутки между элементами и расстояние от края подложки,  увеличиваем суммарную площадь в 3 раза.

S = 3*S_Σ = 3*67,56=217,88мм²

Из рекомендуемых размеров плат выбираем плату длиной 20мм, шириной 16мм.

 

5. Этапы изготовления устройства в виде гибридной интегральной микросхемы.

3.1.Учитывая общие принципы составления  топологического чертежа, в которые  входят:

а) Минимизация межэлементных соединений.

б) Минимизация площади занимаемой элементами.

в) Равномерное расположение элементов по площади

подложки.

И еще ряд ограничений тонкопленочной технологии

- пассивные и активные элементы  располагаются на расстоянии  не менее одного мм. от края

- входные и выходные контакты  располагаются вдоль длинных  сторон подложки на расстоянии не менее одного мм. от края.

- навесные элементы (компоненты) устанавливаются  в специально отведенные места  на расстоянии не менее 0,5 мм. от пленочных элементов и не менее 0,6 мм. от контактных площадок, минимальное расстояние между навесными элементами 0,3 мм.

- длина проволочных выводов  навесных компонентов должна  находиться в пределах от 1 до 5 мм.

- минимально допустимое расстояние  между пленочными элементами (в  том числе контактными площадками) 0,2 мм.

-минимально допустимая ширина  проводников 0,1 мм.

-минимально допустимые размеры контактных площадок для припайки внешних выводов 0,4 х 0,4 мм. , а для приварки навесных элементов  0,25 х 0,25 мм.

Составляем топологический чертеж ГИМС из рассчитанных размеров

Пленочных резисторов и заданных размеров навесных элементов.

              

                                         Рис.5     Эскиз топологии  ГИМС    Масштаб 5:1

Заключение

В данной курсовой работе была составлена электрическая схема аналогового устройства на основе биполярного и полевого транзистора. Были выбраны тип и структура биполярных и полевых транзисторов. Произведен электрический расчет схемы двухкаскадного усилителя. В соответствии с общими принципами составления топологического чертежа, разработана топология.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. Литература

1. Конспект лекций

2. а. н. Игнатов Разработка интегрального аналогового устройства. Методическое указания к курсовой работе.

3. В.Н. Павлов, В.Н. Ногин  Схемотехника  аналоговых электронных устройств:  М.: Радио и связь, 1997.

4. А.В. Цыкина.  Усилители: М.: Связь, 1972