Параметры интегральных микросхем

В отличие от полупроводниковых диодов и транзисторов инте­гральные микросхемы представляют собой не отдельные элементы, а целые функциональные устройства, предназначенные для преобра­зования электрических сигналов. В зависимости от назначения в ин­тегральной микросхеме могут нормироваться разные параметры, характеризующие функциональное устройство в целом. По назна­чению все интегральные микросхемы подразделяются на два класса: линейно-импульсные и логические.

К линейно-импульсным микросхемам относят микросхемы, кото­рые обеспечивают примерно пропорциональную зависимость между входными и выходными сигналами. Входным сигналом чаще всего является входное напряжение, реже входной ток, выходным сигна­лом— выходное напряжение. Простейшим примером линейно-импульсной микросхемы является широкополосный усилитель.

Для линейно-импульсных микросхем основными функциональ­ными параметрами являются: коэффициент усиления по напряже­нию K_u, входное сопротивление R_вх, выходное сопротивление R_вых, максимальное выходное напряжение U_{Выx mах}, границы частотного диапазона f_н и f_в, где f_н — нижняя, а f_в— верхняя рабочие частоты.

В зависимости от назначения линейно-импульсной микросхе­мы ее параметры могут принимать различные значения. Однако в настоящее время наметилась тенденция к созданию ряда линейно импульсных микросхем универсального назначения, среди кото­рых прежде всего следует назвать широкополосный усилитель постоянного тока. Ориентировочные параметры такого усилителя следующие: K ≥ 50 000, R_вх≥0,5 МОм, R_вых≤100 Ом, f_в=20 МГц.

Логические интегральные микросхемы, как правило, представляют собой устройства с несколькими входами и выходами. В них, как входные, так и выходные напряжения могут принимать лишь определенные значения, при этом выходное напряжение зависит от наличия или отсутствия напряжений на различных входах устройства. Основными параметрами этих микросхем являются входное и выходное напряжения и быстродействие. Более подроб­но функциональные параметры микросхем будут приведены в гла­вах, посвященных различным полупроводниковым устройствам. Общетехнические параметры интегральных микросхем — меха­ническая прочность, диапазон рабочих температур, устойчивость к пониженным и повышенным давлениям и влагостойкость — обычно не хуже, чем у диодов и транзисторов.

Как было отмечено, важным преимуществом интегральных ми­кросхем является их высокая надежность. Другим не менее важным преимуществом являются их малые массогабаритные параметры. Большие интегральные схемы (БИС), содержащие до нескольких десятков — сотен тысяч элементов, имеют массу, не превышающую нескольких грамм. При этом большая ее часть приходится на кор­пус, выводы и подложку, а не на активные полупроводниковые элементы. Плотность активных элементов в самой БИС достигает 10 000—50 000 эл/см³. Это в 50—100 раз больше, чем при использо­вании отдельных транзисторов, диодов, резисторов и т. д. в микро­модульных схемах.

Интегральные микросхемы обладают высоким быстродействием, так как их малые размеры обеспечивают снижение таких паразит­ных параметров, как межэлектродные емкости и индуктивности соединительных проводников. Это позволяет создать высокочастот­ные усилители на частоты 1—3 ГГц и быстродействующие логиче­ские схемы с задержкой не более 0,1 нс.

Достоинством интегральных микросхем является также их вы­сокая экономичность. Даже большие интегральные схемы обычно потребляют мощность не более 100—200 мВт, существуют микросхе­мы, потребляющие от источника питания не более 10—100 мкВт. Такие низкие потребляемые мощности позволяют снизить расход электроэнергии, уменьшить массу источников питания устройств, выполненных с применением интегральных микросхем.