Gc-helper.ru

ГК Хелпер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Розетки для интегральных схем

Интегральные схемы: типы и описания

Чтобы работала любая мало-мальски сложная электроника, обычно необходимо много деталей. Когда их много, то они могут «объединяться», скажем, в интегральные схемы. Что они собой являют? Как классифицируются? Каким образом изготавливаются, и какие сигналы передают?

Чем являются логические интегральные схемы (ИС)

Уровни проектирования

  1. Логический уровень (инверторы, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и им подобные).
  2. Системо- и схемотехнический (прорабатываются триггеры, шифраторы, АЛУ, компараторы и прочее);.
  3. Электрический (конденсаторы, транзисторы, резисторы и им подобные устройства).
  4. Топологический уровень – фотошаблоны для производства.
  5. Физический – как реализовывается один транзистор (или небольшая группа) на кристалле.
  6. Программный – создаются инструкции для микроконтроллеров, микропроцессоров и ПЛИС. Разрабатывается модель поведения с помощью вертикальной схемы.

Классификация

Говоря о том, как различают интегральные схемы, нельзя избрать только один параметр вида сложности техники, о которой ведётся речь. Поэтому в рамках статьи было отобрано целых три.

Степень интеграции

  1. Малая интегральная схема. Содержит меньше ста элементов.
  2. Средняя интегральная схема. Количество элементов колеблется в диапазоне сотня/тысяча.
  3. Большая интегральная схема. Содержит от тысячи до 10 000 элементов.
  4. Сверхбольшая интегральная схема. В них есть свыше десяти тысяч элементов.

Как правило, для бытовых устройств часто используется большая интегральная схема. Ранее использовались и другие категории:

  1. Ультрабольшая интегральная схема. В неё зачисляли те образцы, которые могли похвастаться количеством элементов в диапазоне от 1 млн. до 1 млрд.
  2. Гигабольшая интегральная схема. Сюда относили образцы, количество элементов которых превышало 1 млрд. элементов.

Но в данный момент времени они не применяются. А все образцы, которые раньше относили к УБИС и ГБИС, сейчас проходят как СБИС. В целом, это позволило значительным образом сэкономить на количестве групп, поскольку две последних типа обычно используются специфически в больших научно-исследовательских центрах, где работают компьютерные системы, мощность которых измеряется в десятках и сотнях терабайт.

Технология изготовления

1. Полупроводниковые. В них все элементы и соединения выполняются на одном и том же полупроводниковом кристалле. Полупроводниковые интегральные схемы используют такие материалы, как кремний, германий, арсенид галлия и оксид гафния.

2. Пленочные. Все элементы и соединения сделаны как плёнки:

3. Гибридная. Имеет бескорпусные диоды, транзисторы или иные электронные активные компоненты. Пассивные (как то резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы) размещены на общей керамической подложке. Все они помещаются в один герметизированный корпус.

4. Смешанная. Здесь есть не только полупроводниковый кристалл, но и тонкоплёночные (или толстоплёночные) пассивные элементы, которые размещаются на его поверхности.

Вид обрабатываемого сигнала

  1. Аналоговые. Здесь входные и выходные сигналы меняются согласно закону непрерывной функции. Они могут принимать значение в диапазоне от отрицательного до положительного напряжения питания.
  2. Цифровые. Здесь любой входной или выходной сигнал может иметь два значения: логической единицы или нуля. Каждому из них соответствует свой заранее определённый уровень напряжения. Так, микросхемы типа ТТЛ диапазон 0-0,4В оценивают в ноль, а 2,4-5В в единицу. Могут быть и другие разделения, всё зависит от конкретного образца.
  3. Аналогово-цифровые. Совмещают в себе преимущества и особенности предыдущих образцов. К примеру, в них могут быть усилители сигналов и аналого-цифровые преобразователи.

Правовые особенности

Что говорится про интегральные схемы в законодательстве? У нас в стране предоставлена правовая охрана топологий интегральных микросхем. Под ней подразумевают зафиксированное на определённом материальном носителе геометрически-пространственного расположения определённой совокупности конкретных элементов и связей меж ними (согласно статье 1448 Гражданского кодекса Российской Федерации). Автор топологии имеет такие интеллектуальные права на своё изобретение:

  1. Авторские.
  2. Исключительное право.

Кроме этого автору топологии могут принадлежать и другие преференции, в том числе – возможность получения вознаграждения за её использование. Исключительное право действует на протяжении десяти лет. За это время изобретатель, или человек, которому этот статус был уступлен, может зарегистрировать топологию в соответствующей службе интеллектуальной собственности и патентов.

Как читать электронные схемы?

Учимся читать принципиальные электрические схемы

О том, как читать принципиальные схемы я уже рассказывал в первой части. Теперь хотелось бы раскрыть данную тему более полно, чтобы даже у новичка в электронике не возникало вопросов. Итак, поехали. Начнём с электрических соединений.

Не секрет, что в схеме какая-либо радиодеталь, например микросхема может соединяться огромным количеством проводников с другими элементами схемы. Для того чтобы высвободить место на принципиальной схеме и убрать «повторяющиеся соединительные линии» их объединяют в своеобразный «виртуальный» жгут — обозначают групповую линию связи. На схемах групповая линия связи обозначается следующим образом.

Вот взгляните на пример.

Как видим, такая групповая линия имеет большую толщину, чем другие проводники в схеме.

Чтобы не запутаться, куда какие проводники идут, их нумеруют.

На рисунке я отметил соединительный провод под номером 8. Он соединяет 30 вывод микросхемы DD2 и 8 контакт разъёма XP5. Кроме этого, обратите внимание, куда идёт 4 провод. У разъёма XP5 он соединяется не со 2 контактом разъёма, а с 1, поэтому и указан с правой стороны соединительного проводника. Ко 2-му же контакту разъёма XP5 подключается 5 проводник, который идёт от 33 вывода микросхемы DD2. Отмечу, что соединительные проводники под разными номерами электрически между собой не связаны, и на реальной печатной плате могут быть разнесены по разным частям платы.

Читать еще:  Йорк с розеткой это

Электронная начинка многих приборов состоит из блоков. А, следовательно, для их соединения применяются разъёмные соединения. Вот так на схемах обозначаются разъёмные соединения.

XP1 — это вилка (он же «Папа»), XS1 — это розетка (она же «Мама»). Всё вместе это «Папа-Мама» или разъём X1 (X2).

Также в электронных устройствах могут быть механически связанные элементы. Поясню, о чём идёт речь.

Например, есть переменные резисторы, в которые встроен выключатель. Об одном из таких я рассказывал в статье про переменные резисторы. Вот так они обозначаются на принципиальной схеме. Где SA1 — выключатель, а R1 — переменный резистор. Пунктирная линия указывает на механическую связь этих элементов.

Ранее такие переменные резисторы очень часто применялись в портативных радиоприёмниках. При повороте ручки регулятора громкости (нашего переменного резистора) сначала замыкались контакты встроенного выключателя. Таким образом, мы включали приёмник и сразу той же ручкой регулировали громкость. Отмечу, что электрического контакта переменный резистор и выключатель не имеют. Они лишь связаны механически.

Такая же ситуация обстоит и с электромагнитными реле. Сама обмотка реле и его контакты не имеют электрического соединения, но механически они связаны. Подаём ток на обмотку реле — контакты замыкаются или размыкаются.

Так как управляющая часть (обмотка реле) и исполнительная (контакты реле) могут быть разнесены на принципиальной схеме, то их связь обозначают пунктирной линией. Иногда пунктирную линию вообще не рисуют, а у контактов просто указывают принадлежность к реле (K1.1) и номер контактной группы (К1.1) и (К1.2).

Ещё довольно наглядный пример — это регулятор громкости стереоусилителя. Для регулировки громкости требуется два переменных резистора. Но регулировать громкость в каждом канале по отдельности нецелесообразно. Поэтому применяются сдвоенные переменные резисторы, где два переменных резистора имеют один регулирующий вал. Вот пример из реальной схемы.

На рисунке я выделил красным две параллельные линии — именно они указывают на механическую связь этих резисторов, а именно на то, что у них один общий регулирующий вал. Возможно, вы уже заметили, что эти резисторы имеют особое позиционное обозначение R4.1 и R4.2. Где R4 — это резистор и его порядковый номер в схеме, а 1 и 2 указывают на секции этого сдвоенного резистора.

Также механическая связь двух и более переменных резисторов может указываться пунктирной линией, а не двумя сплошными.

Отмечу, что электрически эти переменные резисторы не имеют контакта между собой. Их выводы могут быть соединены только в схеме.

Не секрет, что многие узлы радиоаппаратуры чувствительны к воздействию внешних или «соседствующих» электромагнитных полей. Особенно это актуально в приёмопередающей аппаратуре. Чтобы защитить такие узлы от воздействия нежелательных электромагнитных воздействий их помещают в экран, экранируют. Как правило, экран соединяют с общим проводом схемы. На схемах это отображается вот таким образом.

Здесь экранируется контур 1T1, а сам экран изображается штрих-пунктирной линией, который соединён с общим проводом. Экранирующим материалом может быть алюминий, металлический корпус, фольга, медная пластина и т.д.

А вот таким образом обозначают экранированные линии связи. На рисунке в правом нижнем углу показана группа из трёх экранированных проводников.

Похожим образом обозначается и коаксиальный кабель. Вот взгляните на его обозначение.

В реальности экранированый провод (коаксиальный) представляет собой проводник в изоляции, который снаружи покрыт или обмотан экраном из проводящего материала. Это может быть медная оплётка или покрытие из фольги. Экран, как правило, соединяют с общим проводом и тем самым отводят электромагнитные помехи и наводки.

Бывают нередкие случаи, когда в электронном устройстве применяются абсолютно одинаковые элементы и загромождать ими принципиальную схему нецелесообразно. Вот, взгляните на такой пример.

Здесь мы видим, что в схеме присутствуют одинаковые по номиналу и мощности резисторы R8 — R15. Всего 8 штук. Каждый из них соединяет соответствующий вывод микросхемы и четырёхразрядный семисегментный индикатор. Чтобы не указывать эти повторяющиеся резисторы на схеме их просто заменили жирными точками.

Ещё один пример. Схема кроссовера (фильтра) для акустической колонки. Обратите внимание на то, как вместо трёх одинаковых конденсаторов C1 — C3 на схеме указан лишь один конденсатор, а рядом отмечено количество этих конденсаторов. Как видно из схемы, данные конденсаторы необходимо соединить параллельно, чтобы получить общую ёмкость 3 мкФ.

Аналогично и с конденсаторами C6 — C15 (10 мкФ) и C16 — C18 (11,7 мкФ). Их необходимо соединить параллельно и установить на место обозначенных конденсаторов.

Следует отметить, что правила обозначения радиодеталей и элементов на схемах в зарубежной документации несколько иные. Но, человеку, получившему хотя бы базовые знания по данной теме разобраться в них будет гораздо проще.

Розетки для интегральных схем

В наши дни во всей выпускаемой серийно электронной аппаратуре используют печатные платы, что сокращает затраты труда и стайность монтажа. Кроме того, все шире используются методы микроэлектроники, основанные на применении интегральных схем. Какую роль играют печатные и интегральные схемы, как они устроены и как их производят — все это объясняет здесь профессор Радиоль.

Читать еще:  Как молния может пройти через розетку

Мои дорогие друзья! Знаете ли вы, что производство радиоприемников требует много монтажных работ? Еще недавно все соединения между различными компонентами выполнялись медным проводом, который для создания прочного контакта припаивали к нужный точкам схемы.

В настоящее время все соединения выполняют печатным способом. Серийное производство печатных схем обходится значительно дешевле. Кроме того, они обеспечивают более надежные контакты.

Способ изготовления печатных плат

Как изготовляют печатные платы в наши дни? Ты поймешь, Незнайкин, это совсем не сложно.

Печатные платы делают из пластинок из изоляционного материала, покрытых с одной стороны тонким слоем меди. Части поверхности этого проводящего слоя, которые будут служить соединительными проводниками, надлежит покрыть защитным лаком. Затем пластинку опускают в раствор кислоты, который стравливает незащищенные участки меди. Во всех точках, где должны быть соединения, сверлят отверстия. С другой стороны пластинки устанавливают компоненты, контактные выводы которых вставляют в соответствующие отверстия. Теперь остается лишь соединить пайкой эти выводы и находящиеся вокруг них участки меди. Все пайки выполняют одновременно — для этого покрытую медью сторону пластинки окунают в расплавленное олово.

Фото на службе электроники

Видишь, насколько это проще и дешевле, чем прокладка множества соединений монтажным проводом. Но ты, несомненно, спрашиваешь себя, каким образом покрывают защитным лаком те участки слоя меди, которые должны остаться, когда все остальное исчезнет под воздействием кислоты.

Ну так вот, здесь тоже прибегают к фотографическому методу. Сначала рисуют общую картину расположения соединительных проводников, которые должны быть на печатной схеме. Затем этот рисунок фотографируют и получают негатив на прозрачной пленке. Эту пленку накладывают на медную пластинку, предварительно покрытую светочувствительным слоем. Последний под воздействием света станошпся нерасшоримым в кислоте, которая в обычных условиях легко его растворяет.

Проецируя сильный свет через негатив, делают нерастворимыми все участки светочувствительного слоя, которые соответствуют черным местам оригинального рисунка и которые на пленочном негативе вышли прозрачными.

Теперь, как ты догадываешься, остается опустить нашу пластинку в раствор, который растворит все участки слоя, не подвергшиеся воздействию света. После этой операции получим пластинку, все сохранившиеся участки медного слоя которой защищены противокислотным слоем.

Другой растворитель позволяет легко удалить этот лак.

Вот, мой дорогой Незнайкин, как изготовляют печатные платы, которые освобождают нас от наибольшей части монтажных работ.

Устройство интегральных схем

После появления полупроводниковых приборов методы, разработанные для производства печатных плат, облегчили конструирование и изготовление интегральных схем. Но еще раньше, я надеюсь, что ты не забыл моих объяснений по этому вопросу, эти методы позволили наладить производство транзисторов по планарной технологии.

Что называют интегральной схемой? Это кусочек полупроводника, в котором создаются схемы, содержащие несколько активных и пассивных компонентов. То, что в полупроводнике создают такие компоненты, как транзисторы и диоды, тебя, конечно, не удивляет. Но то, что интегральная схема содержит также сопротивления, емкости, небольшие индуктивности и различные соединяющие их проводники, наверняка покажется тебе маловероятным. И тем не менее это так.

Но самое поразительное во всем этом — так называемая плотность компонентов, которая характеризует количество компонентов, содержащихся в интегральной схеме. Именно благодаря ей микроминиатюризация достигла поразительного прогресса. Знай, что в наши дни удалось получить интегральную схему величиной с булавочную головку и содержащую сотню транзисторов. Такие интегральные схемы используют в электронных вычислительных машинах.

Создание пассивных компонентов

Посмотрим, как изготовляют эти крохотные схемы. Как полупроводник превращают в транзисторы и диоды, ты уже знаешь. Но как создаются пассивные компоненты?

Для создания резисторов в массу полупроводника методом сплавления или диффузии вводят соответствующим образом дозированное количество примесей, благодаря чему участки определенной длины и сечения приобретают необходимое удельное электрическое сопротивление. Резисторы можно также сформировать, покрывая полупроводник тонким изолирующим слоем кварца и нанося поверх него резистивное вещество; для получения необходимой длины линии этого вещества ему часто придают самую причудливую форму.

Для создания конденсаторов полупроводник покрывают тонким слоем диэлектрика и поверх него наносят слой металла, образующего вторую обкладку. Небольшие емкости можно получить с помощью простых диодов, напряжения на которые подают в противоположном их проводимости направлении. При этом переход выполняет роль диэлектрика, разделяющего две обкладки конденсатора.

Труднее всего получить в интегральной схеме индуктивности. Однако удается сделать очень маленькие индуктивности, работающие на сверхвысоких частотах (СВЧ). Для этой цели на изолирующий слой кварца наносят металл в форме плоской спирали.

Изготовление БИС

Конечно, не во всех интегральных схемах микроминиатюризация достигла уровня, о котором я только что говорил. Имеются средние интегральные схемы. В них плотность размещения компонентов значительно ниже, чем в больших интегральных схемах (БИС).

Последние могут содержать несколько тысяч компонентов.

Как удается выполнять такие операции, как нанесение на заданные участки изолирующих или проводящих слоев, ввод методом вплавления или диффузии в некоторые участки полупроводника строго дозированных примесей? Как можно справиться с такой задачей, особенно при производстве БИС?

Читать еще:  Розетка кленовый лист построение

И в этом случае основную роль играет фотография. В самом деле, для каждой операции первоначально создается рисунок, изображающий форму поверхностей, которые должны подвергнуться той или иной обработке. Но эти рисунки в сотни или даже тысячи раз крупнее тех элементов, которые должны создаваться на полупроводнике. Затем рисунки фотографируют с большим уменьшением; в результате этой операции получают негативы на прозрачной пленке. Эти негативы, в свою очередь, с большим уменьшением проецируют на поверхность полупроводника, покрытую светочувствительным лаком.

Как ты мог убедиться, здесь прибегают к помощи тех самых фотографических процессов, которые используют в производстве печатных плат. Светочувствительный слой защищает те участки полупроводника, которые под воздействием света через негатив становятся нерастворимыми.

Самое удивительное то, что длина волны обычного света оказывается слишком большой для производства некоторых микроэлектронных схем. Самая короткая волна видимою света — у фиолетового цвета; она равна 380 нм (миллиардных долей метра). Это слишком много для изготовления некоторых БИС. В этом случае приходится брать на вооружение ультрафиолетовые лучи, волна которых значительно короче волны фиолетового света.

Наиболее сложно в процессе изготовления интегральных схем установить выводы для подключения их к другим устройствам. Для этого все точки интегральных схем, которые должны иметь внешние выводы, соединяют тонкими золотыми или алюминиевыми проволочками с контактами на корпусе, в который помещают всю интегральную схему. Эта операция очень тонкая, поэтому выполняют ее под микроскопом.

Причины микроминиатюризации

Дорогой Незнайкин, ты, должно быть, спрашиваешь себя, какие серьезные причины заставили исследователей придумать эти сложные процессы микроминиатюризации. Действительно ли требуется выиграть место, до такой степени снижая объем интегральных схем? Даже в карманном приемнике это не кажется столь необходимым.

Развитие микроэлектроники определяется прежде всего прогрессом электронной вычислительной техники. ЭВМ содержат тысячи компонентов. Исследователи стремятся всемерно уменьшить размеры компонентов не только для того, чтобы выиграть место, но и для того, чтобы машины могли работать быстрее. Ведь некоторые операции в машинах производятся за доли наносекунды. А какой длины путь проходит электрический ток за одну наносекунду, даже если он движется со скоростью света? Он проходит за это время только 30 см. Это должно показать тебе, что, если хотят обеспечить максимальное быстродействие ЭВМ, необходимо до минимума сократить расстояния между компонентами.

Однако не будем слишком углубляться в вычислительную технику. Тебе, Незнайкин, предстоит еще немало изучить в области звукозаписывающей и телевизионной техники.

4 простых схемы для изготовления индикатора фазы на светодиодах своими руками

В любой технике в качестве отображения режимов работы используют светодиоды. Причины очевидны – низкая стоимость, сверхмалое энергопотребление, высокая надёжность. Поскольку схемы индикаторов очень просты, нет необходимости в покупке фабричных изделий.

Из обилия схем, для изготовления указателя напряжения на светодиодах своими руками, можно подобрать наиболее оптимальный вариант. Индикатор можно собрать за пару минут из самых распространённых радиоэлементов.

Все подобные схемы по назначению делят на индикаторы напряжения и индикаторы тока.

Работа с сетью 220В

Рассмотрим простейший вариант – проверка фазы.

Эта схема представляет собой световой индикатор тока, которым оснащают некоторые отвёртки. Такое устройство даже не требует внешнего питания, поскольку разность потенциала между фазовым проводом и воздухом или рукой достаточна для свечения диода.

Для отображения сетевого напряжения, например, проверки наличия тока в разъёме розетки, схема ещё проще.

Простейший индикатор тока на светодиодах 220В собирается на ёмкостном сопротивлении для ограничения тока светодиода и диода для защиты от обратной полуволны.

Проверка постоянного напряжения

Нередко возникает необходимость прозвонить низковольтную цепь бытовых приборов, либо проверить целостность соединения, например, провод от наушников.

В качестве ограничителя тока можно использовать маломощную лампу накаливания либо резистор на 50-100 Ом. В зависимости от полярности подключения загорается соответствующий диод. Этот вариант подходит для цепей до 12В. Для более высокого напряжения потребуется увеличить сопротивления ограничивающего резистора.

Индикатор для микросхем (логический пробник)

Если возникает необходимость проверить работоспособность микросхемы, поможет в этом простейший пробник с тремя устойчивыми состояниями. При отсутствии сигнала (обрыв цепи) диоды не горят. При наличии логического ноля на контакте возникает напряжение около 0,5 В, которое открывает транзистор Т1, при логической единице (около 2,4В) открывается транзистор Т2.

Такая селективность достигается, благодаря различным параметрам используемых транзисторов. У КТ315Б напряжение открытия 0,4-0,5В, у КТ203Б – 1В. При необходимости можно заменить транзисторы другими с аналогичными параметрами.

Вариант для автомобиля

Простая схема для индикации напряжения бортовой сети автомобиля и заряда аккумулятора. Стабилитрон ограничивает ток аккумулятора до 5В для питания микросхемой логики.

Переменные резисторы позволяют выставить уровень напряжения для срабатывания светодиодов. Настройку лучше проводить от сетевого стабилизированного источника питания.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector