Практикум по микроэлектронике (стр. 1 )

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова

Кафедра Электроники и вычислительной техники

А. Бегалин, В. Лифенко

ПРАКТИКУМ ПО МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ

Учебно-методическое пособие

для студентов специальности

050704-Вычислительная техника и

программное обеспечение

Костанай, 2010

ББК 32.844.1

Б37

Составители:

, ст. преподаватель кафедры электроники и вычислительной техники

, к. ф.-м. н., доцент кафедры электроники и вычислительной техники

Рецензенты:

к. т.н., декан Факультета энергетики и связи КИнЭУ им. Дулатова

, к. ф.-м. н., доцент, декан факультета информационных технологий КГУ им. А. Байтурсынова

, к. т.н., доцент, зав. кафедрой Электроники и вычислительной техники КГУ им. А. Байтурсынова

,

Б 37 Практикум по микроэлектронике. В учебно-методическом пособии содержатся: лекционный курс, описание практических занятий и контрольные вопросы, задания курсового проектирования и тестовые задания, позволяющие автоматизировать процесс текущего контроля.

Предназначен для студентов, обучающихся по специальности 050704 Вычислительная техника и программное обеспечение. Костанай: КГУ им. А. Байтурсынова, 2010.- 282с.

ББК 32.844.1

Утверждено Учебно-Методическим Советом Костанайского государственного университета им. А. Байтурсынова, протокол от __.__.200_ г. № __

©Костанайский государственный

университет им. А. Байтурсынова

Содержание

Введение. 5

Глава1 Конспекты лекций. 6

Тема 1. Полупроводниковые компоненты. 6

Тема 2 Полупроводниковые диоды. 8

Тема 3 Транзисторы.. 16

Тема 4 Полевые транзисторы.. 19

Тема 5 МДП транзисторы. 21

Тема 6 Простейшие ключевые схемы на транзисторах. 23

Тема 7 Схемы источников тока и стабилизаторов. 26

Тема 8 Схемы усилителей. 28

Тема 9 Основные схемы на полевых транзисторах. 31

Тема 10 Резисторы и конденсаторы.. 34

Тема 11 Гибридные интегральные микросхемы.. 38

Тема 12 Полупроводниковые ИМС.. 41

Тема 13 Электронные усилители. 44

Тема 14 Защита электронных устройств от перенапряжения. 47

Тема 15. Электронные предохранители и ограничители постоянного и переменного тока. 50

Глава 2 Планы семинарских (практических) занятий. 54

Тема 1. Расчет диодного ограничителя. 54

Тема 2. Расчет схемы выпрямителя. 56

Тема 3. Расчет стабилизатора. 59

Тема 4. Расчеты двустороннего диодного ограничителя. 62

Тема 5. Расчеты однофазного выпрямителя. 64

Тема 6. Расчет параметрического стабилизатора. 65

Тема 7. Исследование схем на базе операционного усилителя. 67

Тема 8. Усилительный каскад переменного тока с общим эмиттером. 69

Тема 9. Исследование схем со структурой последовательного типа. 73

Тема 10. Расчет функционального преобразователя на операционных усилителях 74

Тема 11. Формирование и расчет частотнозависимых характеристик усилителя 75

Тема 12. Исследование комбинационных логических схем. 80

Тема 13. Исследование импульсных устройств. 83

Тема 14. Исследование компенсационного стабилизатора напряжения. 85

Тема 15. Исследование LC - автогенераторов. 88

Глава 3 Задания курсового проектирования. 94

Тема 1. Снятие вольтамперной характеристики полупроводниковых диодов. 94

Тема 2. Исследование схем включения биполярного транзистора. 98

Тема 3. Исследование простейших транзисторных усилителей. 105

Тема 4. Исследование операционных усилителей. 120

Тема 5. Исследование источников электропитания. 133

Тема 6. Исследование многофункционального генератора периодических сигналов 148

Тема 7. Исследование автогенераторов синусоидальных колебаний. 151

Тема 8. Трансформатор. 162

Тема 9. Специальные типы трансформаторов. 167

Тема 10. P-N - переход. 174

Тема 11. Граничные условия для концентраций носителей заряда. 183

Тема 12. Барьерная емкость pn перехода. 191

Тема 13. Диод. 196

Тема 14. Пробой p-n перехода. 202

Тема 15. Выпрямительные диоды.. 205

Тема 16. Биполярные транзисторы.. 210

Тема 17. R, g, и h параметры биполярного транзистора. 219

Тема 18. Количественный анализ процессов в биполярном транзисторе. 224

Тема 19. Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода - rэ. 231

Тема 20. Зависимость коэффициента передачи тока от частоты в схеме с общим эмиттером [β(ω)]. 235

Тема 21. Тиристоры.. 240

Тема 22. Полевые транзисторы.. 245

Тесты.. 255

Рекомендуемая литература. 282

Введение

Данные методические указания к выполнению практикума затрагивает основной материал по дисциплине «Микроэлектроника».

В учебно-методическом пособии содержатся: лекционный курс, описание практических занятий и контрольные вопросы, задания курсового проектирования и тестовые задания, позволяющие автоматизировать процесс текущего контроля. Изложение материала сопровождается всеми необходимыми графиками, таблицами, рисунками и схемами. Приводящийся краткий теоретический материал изложен достаточно просто и ясно.

Методические указания к проведению практических занятий представляется удобным инструментом в приобретении практических знаний, умений и навыков по дисциплине «Микроэлектроника» и подготовки к экзамену.

Пособие может быть рекомендовано студентам физико-технических специальностей и преподавателям ведущим данную дисциплину.

Глава1 Конспекты лекций

Тема 1. Полупроводниковые компоненты.

Цель: Рассмотреть основные полупроводниковые компоненты и изучить классификацию полупроводниковых приборов.

План:

1.  Введение. Полупроводниковые компоненты

2.  Классификация полупроводниковых приборов

1 Введение. Полупроводниковые компоненты

В курсе микроэлектроники будут рассмотрены элементы электронных устройств, аналоговые электронные устройства, устройства цифровой и импульсной микроэлектроники и современные подходы к анализу и синтезу микроэлектронных устройств.

Все бесчисленное множество полупроводниковых приборов можно условно разделить на две большие группы: биполярные и униполярные.

К биполярным приборам следует отнести все те приборы, для работы которых принципиально важно наличие двух типов носителей электронов и дырок. К приборам этого типа, как правило, относят все устройства, в которых управление электронным потоком осуществляется с помощью электронно-дырочного перехода (pn - перехода). В приборах этого типа перенос энергии сигнала осуществляется поочередно электронами, дырками или теми и другими одновременно.

К униполярным приборам относятся приборы, в которых осуществляется управление потоками, состоящими преимущественно из носителей одного типа, либо электронов, либо дырок.

По реакции на входной сигнал приборы можно разделить на усилительные (активные), преобразовательные и пассивные.

Усилительные или активные приборы увеличивают мощность входного сигнала за счет энергии, поступающей из источника питания.

2 Классификация полупроводниковых приборов

На рис. 1.1 приведены обозначения приборов, приведенных в таблице. Пассивные приборы не обладают усилительными свойствами. Преобразовательные приборы преобразуют форму сигнала, при этом они могут быть как усилительными, так и пассивными.

Для классификации полупроводниковых приборов, нашедшей отражение в их маркировке, используется целый ряд признаков, включающих:

материал (Г или 1-германий, 2 или К - кремний, А или 3 - арсенид галлия, 4 или И - соединения индия и т. д); тип (например подклассы: Д - диоды, Т - биполярные транзисторы, П - полевые транзисторы); эксплуатационные характеристики (мощность, частота, температурный диапазон и др. находят отражение в цифровом элементе обозначения). конструктивные и технологические особенности прибора (обычно дополнительные цифры, написанные через дефис).

Таблица 1.1 Основные разновидности диодов

Тип прибора	Разновидности	Обозначение подкласса	Примеры
Диоды	выпрямительные	Д	ГД107, 2В201, АД110
выпр. столбы	Ц	КЦ410
СВЧ	А	2A202
туннельные	И	1И103, 3И201
стабилитроны	С	КС168
варикапы	В	КВ107
излучательные	Л	3Л115
фотоприемники	Ф

На рис. 1.1 приведены обозначения приборов, перечисленных в таблице 1.1.