Разработка интегрального аналогового устройства

      S= мА/В                              

R_c – сопротивление цепи стока по переменному току здесь R_с = R_{н //} R_вх

Кроме того учтём, что К₂=1,7, то

 К ^{/ =}К/1,7= 10/1,7=5,88 раз

Тогда R_с^/ ₌ К = 5,88/2,875 =2,045кОм

Величина  R_с будет больше, расчёт даст                                                                            

 R_с=

Выбираем  ГОСТ номинал 2,1кОм 
 

6. Выбор R_З.

 

     Поскольку во входной цепи полевого транзистора  ток отсутствует, то

R_З = R_ВХ = 1 МОм. 

7. Расчёт  ёмкостей С_Р1, С_К, С_Р2, С_Р3.

 

     Частотная характеристика усилителя в области  нижних частот определяется выбором емкостей разделительных конденсаторов:

 

, где 

      R_Г  = 0, R_З = 1МОм, F_Н = 15 Гц.

     В расчетные формулы значения подставляем  в разах. 

     Удобнее принять М_Н1= М_Н2 =1 Дб (Мн = Мн1+Мн2 = 1 + 1 = 2 Дб).

         

          М_н(дБ) = М_в(дБ) = 20lgМ_(раз) = 2 дБ

        

          М_(раз) = 1,259;

       

          М_н1(дБ) = 20lgМ_н1(раз) = 1дБ

 

  М_н1(раз) = 1,122 
 

 

 

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

, 

 
 
 

8. Расчет  АЧХ.

 

1. Расчет  АЧХ в области нижних частот.

 

Расчет АЧХ  в области нижних частот производим по формуле:

 

Расчет АЧХ  проводим для частот: 0,1f_н; 0,2f_н; 0,5f_н; 0,7f_н; f_н; 1,5f_н;2f_н.

Результаты расчетов заносим в таблицу 1: 

                                                                                                     Таблица 1.

 

2. 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 2:

                                                                                                   Таблица 2.

 

Производим проверку соответствия расчетных и заданных значений М_н и М_в:

М_н = 1/Y_н = 1/ 0,787 = 1,27

М_в = 1/Y_в = 1/0,794 = 1,25

Расчетные значения М_н и М_в соответствуют заданным.

По результатам  расчетов (таблица 3) строим АЧХ, используя  логарифмический масштаб оси частот (рис.4).

                                                                                                         Таблица 3.

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

R_э2 - расчетная 2кОм, выбираем материал РС-3001.

Находим коэффициент  формы резистора по формуле:

К_ф=R_i/R_s, где

R_i – номинальное сопротивление резистора,

R_s – удельное сопротивление пленки.

К_ф= 2000/2000 = 1, К_ф 10, резистор прямоугольный, состоящий из одной «полоски». 

Расчет мощности, рассеиваемой на резисторе:

           P_R = 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/К_ф = 0,7/1 = 0,7мм,    

Резистор должен выдержать мощность:

          P_макс = P₀*S,

 Где площадь резистора.

S = L*b = 0,7*0,7 = 0,49мм²  

          P_макс = 0,02*0,49 = 0,0098Вт = 9,8 мВт,

 расчетное  значение P_R меньше P_макс. Резистор R_э2 будет выполнен из материала РС-3001 размером (0,7 х 0,7)мм².

R_с – расчетная величина 2,1кОм, выбираем материал РС-3001, находим коэффициент формы резистора:

           К_ф = 2100/2000 = 1,25 10, форма «полоска».

Ширина резистора: примем b = 6 b_min

           b = 6* 200 мкм = 1,2мм

Длина резистора:

           L = К_фb = 1,25*1,2 = 1,5мм,

Площадь резистора:

           S = 1,5*1,2 = 1,8мм²,

 резистор  должен выдержать мощность

P_макс = 0,02*1,8 = 0,036 Вт = 36мВт.

Мощность, рассеиваемая на резисторе: через VT1 течет ток не больше, чем I_р.т. = (1/2Е_n)/R_с = 7,5 / 2,1*10³ = 3,5*10^-3 А = 3,5мА

           P_Rс = (3,5*10^-3)²*2,1*10³ = 0,0257Вт = 25,7мВт

Резистор R_с будет выполнен из материала РС-3001 размером (1,5 х 1,2)мм².  

R_з – расчетная величина 1МОм, выбираем материал «кермет»

К_ф = 1*10⁶/10000 = 100 50 берем навесной, тип МЛТ (LхB) (6 х 2,2)мм².

С_P1 – расчетная величина 20нФ, такие величины удобнее брать навесными, выбираем тип КЛС 8,2 – 100000 пФ (L x B) (8 x 5)мм²     

С_Р2 – расчетная величина 10,4 мкФ, берем навесным тип К53-26   0,22 – 100 мкФ  (L x B) (2,5 x 4)мм²

С_К – расчетная величина 1,62 нФ, берем материал диэлектрика двуокись кремния, вычислим площадь:

      S_Ск = С_К/С₀ = 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 = S_тр+S_R+S_C , где

 S_тр= 1,49мм²   – площадь, занимаемая транзисторами;

 S_R = 15,49мм² – площадь, занимаемая резисторами;

 S_C = 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:

1. 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. 

2. Эпитаксия

 

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