РАЗДЕЛ 8 ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ
Научно-технический прогресс привел к широкому применению электронной аппаратуры во всех отраслях и ускоренному ее развитию. Резко возросла сложность этой аппаратуры, одновременно все более повышаются требования к ее параметрам, надежности, снижению габаритов и массы, уменьшению потребляемой мощности. На первом этапе это достигалось за счет миниатюризации отдельных деталей (компонентов) электронных схем, но при этом требовалось значительное увеличение их количества, что создавало большие сложности в их проверке, транспортировке, сборке схем и эксплуатации устройств. Дальнейшее развитие шло по линии микроминиатюризации - создания микромодулей. Микромодуль представляет собой миниатюрный блок, изготовленный как единая объемная конструкция из отдельных микроминиатюрных деталей, соединенных электрически в соответствии с электронной схемой и защищенных от механических повреждений от воздействия влаги. Микромодуль является функционально законченной частью электронной схемы. Однако плотность компоновки деталей в микромодуле невелика (до10 в 1 см3), теплоотдача хуже, а паразитные связи сильнее, чем в обычных устройствах. Кроме того, при неисправности невозможно заменить отдельную деталь, а надо заменить весь микромодуль.
Резкий скачок в совершенствовании электронных изделий внесло появление интегральных микроэлектронных схем (ИМС). Основные понятия о них даются по предмету «Основы электроники и микроэлектроники». Здесь мы кратко напомним
об этом и рассмотрим конкретные интегральные микросхемы, используемые в звуковоспроизводящей аппаратуре киноустановок.
Принципиальное отличие ИМС от всехэлектронных систем, разработанных до них, состоит в том, что они не имеют отдельных радиодеталей.
Интегральной микросхемой называют микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования сигнала и представляющее единое целое при испытаниях, транспортировке и эксплуатации. Они могут выполнять функции сложных электронных узлов: усилителей, генераторов, фильтров, выпрямителей, стабилизаторов напряжения или тока, элементов ЭВМ и т. д.
При изготовлении микросхем в объеме кристалла кремния или на поверхности основания создаются области р-типа, n-типа и р-n-переходы, образующие элементы электрической схемы: активные - транзисторы и диоды, пассивные - резисторы и конденсаторы, а также проводниковые - для соединения этих элементов. Все изделие помещается в герметизированный корпус и имеет выводы.
Объединение (интеграция) всех элементов схемы в единую микроэлектронную конструкцию осуществляется в едином технологическом процессе изготовления микросхем. Плотность компоновки интегральных схем велика - она может достигать десятков тысяч элементов в 1 см3.
Интегральные схемы могут быть полупроводниковыми и пленочными. В полупроводниковой ИМС все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности полупроводника, обычно кремния. В пленочной ИМС все элементы и межэлементные соединения выполнены только в виде пленок различных материалов, наносимых на подложку. В связи с тем, что пленочные транзисторы и диоды пока еще имеют недостаточно устойчивые эксплуатационные свойства, получили распространение гибридные ИМС. Они представляют собой сочетание пленочных микросхем, содержащих только пассивные элементы, с микро миниатюрными навесными бескорпусными транзисторами и диодами. После монтажа навесных компонентов гибридная ИМС тоже заключается герметизированный корпус и является неразделимым целым.
Элементом интегральной микросхемы называется ее часть, выполняющая функцию радиодетали, например, транзистора, диода, резистора, конденсатора. Элемент нельзя отделить от ИМС как самостоятельное изделие. Компонент интегральной микросхемы - это тоже ее часть, выполняющая функцию радиодетали, но в отличие от элемента компонент до монтажа ИМС является самостоятельным изделием в специальной упаковке и n принципе может быть отделен от изготовленной ИМС (например, навесной бескорпусный диод или транзистор в гибридной микросхеме).
Микросхемы разных типов наказаны на рис. 63.
В транзисторной звуковоспроизводящей аппаратуре киноустановок интегральные микросхемы используются для предварительного усиления сигнала, а также в качестве контрольного усилителя. Для этой цели применяются интегральные микроэлектронные усилители низкой частоты, а также операционные усилители постоянного или переменного тока. Принципиальные электрические схемы устройств, которые выполняются в виде интегральных микросхем, составляются с учетом возможности выполнения схемных элементов. Такие элементы электрических схем, как трансформаторы, дроссели, конденсаторы большей емкости, не поддаются интеграции и должны присоединяться I\ наружным выводам. Вместе с тем, увеличение количества наружных выводов и внешних соединений снижает надежность схемы. Желательно иметь в принципиальной схеме как можно меньше таких элементов, которые присоединяются к ИМС извне.
Рис.62 Интегральные микросхемы
Это требование обусловило широкое применение в ИМС дифференциальных каскадов, гальванических межкаскадных связей, бес трансформаторных двухтактных каскадов и других схем, в которых не требуются блокировочные конденсаторы и конденсаторы связи. Желательно использование схем, которые малочувствительны к емкостным и гальваническим паразитным связям, возрастающим с уменьшением расстояния между элементами схемы. Необходимо применение отрицательной обратной связи по постоянному току для стабилизации исходного режима и по переменному току для уменьшения искажений, помех и выходного сопротивления, а также для стабилизации усилительных свойств и параметров микросхемы.
В соответствии с принятой системой обозначений ИМС обозначение микроэлектронных интегральных усилителей состоит из нескольких элементов.
Первый элемент - цифра, показывающая группу микросхемы по конструктивно -технологическому исполнению:
1, 5, 7 - полупроводниковые ИМС, причем 7 – бескорпусные; 2, 4, 6,8- гибридные ИМС, 3 - прочие ИМС (пленочные).
Второй элемент - двузначное число, означающее порядковый номер данной серии ИМС.
Первые два элемента вместе составляют полный номер серии интегральных микросхем, например, серия 140, серия 122, серия 553 и т. д.
Третий элемент - две буквы, первая из которых обозначает подгруппу ИМС по выполняемой функции (У - усилитель), а вторая соответствует виду ИМС по функциональному назначению, например, для усилителей: В - высокой частоты, Н - низкой частоты, Т - постоянного тока, Д - операционные и дифференциальные и т. д. Примеры третьего элемента: УН, УТ, УД.
Четвертый элемент - число, означающее порядковый номер разработки в данной серии.
Пятый элемент - буква, ставится в тех случаях, ,когда в данном типе ИМС имеется разброс электрических параметров, и означает определенные значения этих параметров, указываемые в справочниках для обозначения ИМС с данной буквой (например, А, Б, В, Г).
Для микросхем широкого применения в начале условного обозначения ставят букву «К», например, К122УН 1 В.
До введения ГОСТ 18682-73 действовала старая система условных обозначений ИМС, имевшая два отличия от действующей после] 973 года. Во-первых, номер серии разделялся на две части: первый элемент оставался на своем месте (цифра, соответствующая конструктивно-технологической группе), а второй элемент (порядковый номер серии из двух цифр) ставился после двух букв третьего элемента. Иначе говоря, второй и третий элементы менялись местами. Во-вторых, было меньше подразделений в буквенном обозначении подгруппы и вида ИМС по функциональному признаку и назначению. Например, все усилители синусоидального сигнала обозначались буквами УС без деления по диапазону частот, а постоянного тока - УТ без выделения дифференциальных и операционных усилителей.
После 1973 года большинство ИМС получило новые обозначения, но часть сохранило старые. Примеры изменения обозначения: старое - КIУС221В, новое - KI22YHIВ; старое - КIУТ401Б, новое - КI40УДIБ.
Рассмотрим принципиальные схемы, схемы включения и основные технические данные некоторых интегральных полупроводниковых микросхем усилителей, применяемых в комплексах транзисторной звуковоспроизводящей аппаратуры киноустановок.
1. Самой простой из них является микросхема К122УНlВ (К 1 УС221 В) - двухкаскадный усилитель переменного тока низкой частоты серии К122. Его принципиальная электрическая схема приведена на рис. 63. Первый каскад построен
Рис.63 Принципиальная схема интегрального усилителя типа К122Н1В
по схеме с общим эмиттером; R1 - коллекторная нагрузка, R2 - резистор эмиттерной стабилизации исходного режима. Второй каскад может быть собран как по схеме с общим эмиттером, так и с общим кооллектором. В первом случае должны быть соединены выводы 8 и 9, и выходом является вывод 9; при этом R6 - коллекторная нагрузка, R7 - в цепи эмиттера для эмиттерной стабилизации и создания требуемого смещения Т2 с учетом непосредственной связи его с Т 1. Во втором случае соединяются выводы 7 и 9, а выходом является вывод 11; при этом эмиттерной нагрузкой служит R7, а R6 отключен. R3 является резистором развязывающего фильтра, а конденсатор фильтра подключается извне между выводами 10 и 1 (общий).
R4 и R5 создают отрицательную обратную связь по постоянному току, охватывающую два каскада для создания смещения Т 1 и стабилизации исходного режима. Для устранения отрицательной обратной связи по переменному току к выводам 3, 5 и 11 относительно общего 1 можно подключать конденсатор большой емкости.
. Источник питания подключается между 7 (плюс) и 1 (минус). Схема включения интегрального усилителя К122УН1В в комплексе звуковоспроизводящей аппаратуры К3ВП -14 приведена на рис. 64.
Рис.64 Схема включения интегрального усилителя К122Н1В
В этом комплексе интегральная микросхема используется как блок предварительного усиления при работе от микрофона и линейного источника сигнала, а также как блок промежуточного усиления для всех источников сигнала.
Электрические параметры ИМС типа К122УН1
(А, Б, В, Г, Д)
Напряжение источника питания (+- 10%):
для К 1 УС221 (А, Б)
для КIУС221 (В, Г, Д)
Коэффициент усиления на частоте 12 кГц не менее:
для КIУС221А 250
для К1 УС221 Б 400
для К1УС22Ш 305
для КIУС221Г 500
для КIУС221Д 800
Входное сопротивление не менее 2 кОм
Постоянное напряжение на выходе не более:
для К1УС221 (А, Б) 2,8 В
для к1 УС221 (В, Г, Д) 9,6 В
Микросхемы серии К122 имеют металлостеклянный корпус с 12 выводами. Диаметр корпуса 8,5 мм, а основания 9,5 мм, высота корпуса 4,6 мм, длина выводов 20 мм. Масса микросхемы 1,5 г.
2. Микросхема К140УДl (К1УТ401) представляет собой операционный усилитель постоянного или переменного тока из серии К140 в таком же корпусе, как микросхемы серии К122. Эта микросхема используется в качестве входного узла для предварительного усиления сигнала команд с микшерского пульта в контрольном усилителе УК37 комплекса «Звук Т2-100».
Рис.65 Принципиальная схема интегрального усилителя типа К140Д1Б
Принципиальная электрическая схема интегрального микроэлектронного усилителя К140УДl (А, Б) приведена на рис. 65. Операционным усилитель называется потому,
что его основное назначение состоит в выполнении определенных математических операций в электронных вычислительных машинах (ЭВМ). Но операционные усилители могут также при меняться как усилители постоянного токаи усилители низкой частоты. В операционных усилителях первые каскады обычно строятся по дифференциальной схеме. Поэтому усилитель имеет два входа. При подаче сигнала на один из входов выходной сигнал получается в той жефазе, что и на входе: его называют неинвертирующим. При подаче сигнала на другой вход фаза сигнала на выходе получается противоположной; этот вход называется инвертирующим.
В усилителе К140УДl первый каскад выполнен по симметричной дифференциальной схеме на транзисторах Т 1 и Т2. Резисторы R 1 и R2 - коллекторные нагрузки. В общей эмиттерной цепи в качестве динамического сопротивления включен токостабилизирующий двухполюсник на транзисторе ТЗ с общей базой. Постоянный потенциал его базы создается транзистором Т4, включенным как диод, так как его коллектор соединен с базой и коллекторный р-n-переход этим закорочен. Второй каскад построен на транзисторах Т5 и Т6 по несимметричной дифференциальной схеме: транзистор Т5 включен с общим коллектором, а транзистор Тб - с общим эмиттером; R8 - коллекторная нагрузка Т6, с коллектора которого снимается сигнал на следующий каскад.
Третий каскад на транзисторе Т7 работает как эмиттерный повторитель и передает сигнал без изменения на базу транзистора Т9. При этом каскад на транзисторе Т7 снижает постоянный потенциал базы транзистора Т9 доуровня потенциала общего контакта 4 - средней точки источников питания ЕКI и ЕК2, создавая тем самым требуемый режим по постоянному току транзистора Т9 для получения максимального неискаженного сигнала. Понижение постоянного
напряжения на базе Т9 достигается с помощью делителя, гасящим плечом которого является резистор R9, а рабочим транзистор Т8, включенный с общей базой как токостабилизирующий двухполюсник. Его сопротивление постоянному току во много раз меньше, чем переменному. Потенциал базы ТВ, как и ТЗ, поддерживается постоянным транзистором Т4 в диодном включении.
Выходной каскад на транзисторе Т9 работает по схеме эмиттерного повторителя. Его нагрузка в цепи эмиттера состоит из резисторов R11 и R12. С делителя R11-R12 через R 10 и Т8 осуществляется «следящая» положительная обратная связь в выходном каскаде, устраняющая возможность увеличения нелинейных искажений из-за ограничения амплитуды большого сигнала. Это позволяет увеличить максимальный сигнал при низком напряжении питания.
Схема включения микроэлектронного усилителя в К140УДl контрольном усилителе УКЗ7 аппаратуры типа «Звук Т» приведена на рис. 66. Питание усилителя осуществляется от двух последовательно соединенных источников
Рис.66 Схема включения интегрального усилителя К140Д1Б
постоянного тока. К выводу 7 подключается +Е к1 а к выводу 1 подводится -Е К2. Точка соединения источников питания подключена к выводу 4. Сигнал от микрофона, включенного на микшерском пульте, поступает через R1 и С1 на инвентирующий вход 9. Выходной сигнал с вывода 5 идет для дальнейшего усиления на оконечную часть контрольного усилителя. На неинвертирующий вход 10 подается постоянное напряжение для создания исходного режима первого каскада с помощью делителя R2-RЗ. Микросхема охвачена отрицательной обратной связью по постоянному току с помощью резисторов R7 и R4 для стабилизации исходного режима, а также по переменному напряжению с помощью двухделителей: первый состоит из R7, R5, R6и СЗ, а второй - из R4 и входного сопротивления. Переменный резистор R6 служит регулятором громкости. Конденсатор С2 устраняет возможность возникновения генерации на сверхзвуковых частотах.
Электрические параметры ИМС типа К140УДl (А, Б)
Напряжение источников питания (+- 5%)
для К140УДIА ± 6,3 В
для К140УДIБ ± 12,6 В
Потребляемый ток не более
для К140УДIА 4,2 мА
для К140УДIБ 8,0 мА
Коэффициент усиления
для К140УДIА от 400 до 4500
для К140УДlБ от 1300 до 12000
Входной ток не более
для К140УДIА 8 мкА
для К140У Д} Б 12 мкА
Разность входных токов не более 3 мкА
Напряжение смещения пуля не более ± 10 мВ
Напряжение выходного сигнала не менее
для К140УДIА ± 2,8 В
для К140УД 1Б ± 5,7 В
Предельные эксплуатационные данные:
Диапазон рабочей температуры от -10 до + 700 с
Максимальный выходной ток 20 мА
Максимальный входной ток 16 мкА
3. Микросхема К553УД2А - операционный усилитель общего назначения. Эта микросхема серии К553 применена в комплексах двухканальной аппаратуры «Звук Т2-25-2» и «Звук Т2-50-2». На двух микросхемах этого типа построен предварительный усилитель УП8. В оконечном усилителе УО 16 входная часть также построена на двух таких микросхемах. Каждая микросхема питается двух полярным напряжением: +- 15 В (+- 1 0%), входное сопротивление 300 кОм, выходное 300 Ом. Микросхема оформлена в прямоугольном пластмассовом корпусе и имеет 12 выводов.
Принципиальная электрическая схема интегрального полупроводникового усилителя К553УД2А дана на рис. 67, а типовая схема включения - на рис. 68. Конденсатор С1 служит для предотвращения генерации На сверхзвуковых частотах. Между выходом и входом обычно включаются элементы, создающие цепи отрицательной обратной связи по постоянному и переменному току.
Рис.67 Принципиальная схема интегрального усилителя типа К553УД2А
Рис.68 Схема включения интегрального усилителя К553УД2А
Рис.69 Принципиальная схема интегрального усилителя типа К174УН7
Рис.70 Схема включения интегрального усилителя К174УН7
4. Микросхема К174УН7является усилителем мощности низкой частоты. На такой микросхеме построен каждый канал двухканального KOHTPO,ТIЬHOГO усилителя УК6 звуковоспроизводящей аппаратуры «Звук Т2-25-2» и «Звук Т2-50-2». Номинальная выходная мощность усилителей 4,5 Вт на нагрузке 4 Ом, номинальное напряжение питания + 15 В. Не допускается применение микросхемы без теплоотвода.
Принципиальная электрическая схема микроэлектронного усилителя мощности серии К174 дана на рис. 69, а типовая схема ее включения на рис. 70. Оконечный мощный каскад построен по бестрансформаторной двухтактной схеме на составных транзисторах.
Микросхема содержит элементы, выполняющие функции 17 транзисторов, 17 резисторов и 5 диодов.
Дата добавления: 2015-10-05; просмотров: 1139;