Elektroonika II KT (0)

Integraallülitus on mikrolülitus, mille elemendid on lahutamatus
konstruktsioonilises seoses ja omavahel elektriliselt ühendatud. Pooljuhtintegraallülitus on integraallülitus, mille elemendid
on teostatud pooljuhtmaterjalis või selle pinnal. Integraallülituste valmistamisel rakendatakse planaarmenetlust,
mispuhul lülituse struktuur moodustatakse räniplaadi õhukeses, mõne μm paksuses pindkihis ja pinnal.
Planaarmenetlusel valmistatud integraallülitust nimetatakse monoliitintegraallülitusteks. Selliste integraallülituste juures pole võimalik optimeerida ühe skeemielemendi parameetreid, muutmata sama ajal teiste elementide karakteristikuid. Valmistatakse ka hübriidintegraallülitusi. Hübriidintegraallülituses kasutatakse kiledest passiivelemente
ja eraldi pooljuhtkristallis valmistatud aktiivelemente. Selline tehnoloogia võimaldab saada täpsemaid parameetreid,
neil on avaram sagedusala .
Need vajavad kõrgemat toitepinget, suuremat võimsust, on
suuremad ja kallimad. Tavaliselt valmistatakse kogu integraallülitus ühtse tehnoloogiaga, seadmed on paigaldatud ühtsesse kesta ning on omavahel seotud. Integraallülituse kest on ette nähtud baaskristalli kaitsmiseks
välismõjude eest ja lülituse monteerimiseks viikude abil.
Integraallülituse kest on ette nähtud baaskristalli kaitsmiseks välismõjude eest ja lülituse monteerimiseks viikude abil. Viikude samm on 1/10 või 1/20 tolli. Viikude arv võib olla 2 ... 32 reas.
Talitluse järgi jaotatakse:
• analooglülitused;
• digitaallülitused;
• vastavalt tellija soovile valmistatakse ka selliseid, mis
sisaldavad nii analoog - kui digitaalkomponente.
Skeemid :
Elektroonikaseadmete valmistamisel kasutatavad skeemid:
• struktuuriskeem ─ näidatakse põhielemendid ja nendevahelised seosed
• talitlusskeem ─ selgitab seadme tööpõhimõtet
ja selles toimuvaid
protsesse.
Elektroonikaseadmete valmistamisel kasutatavad skeemid:
• põhimõttekeem
Põhimõtteskeemil kujutatakse kõik elemendid, mis on
vajalikud ettenähtud elektriliste protsesside toimumiseks,
samuti nendevahelised ühendused.
Jõuelektroonika lülitustel eristatakse energia- ehk jõuahelaid ja info- ehk juhtahelaid.
Jõuahelad joonestatakse jämedama joonega .
• põhimõttekeem
Eristatakse koondatud ja laotatud skeeme . Koondatud skeemidel kujutatakse elementide
koostisosad (näiteks releede mähised ja kontaktid) koos või lähestikku.
Laotatud skeemidel on põhinõudeks skeemi selgus ja loetavus. Järjestikku ühendatud osad näidatakse võimalikult ühel sirgel. Üksikelementide eraldamiseks ja nende kokkukuuluvuse näitamiseks kasutatakse tähtedest ja numbritest koosnevaid tähiseid.
• montaažiskeem
Seadmed või komponendid kujutatakse geomeetriliste kujunditena või tingmärkidena. Komponentide ja osade paigutus ning mõõtmed kujutatakse kas ligikaudu või mõõtkavas. Juhtmed nummerdatakse või varustatakse aadressidega (seadme ja klemmi numbritega, kuhu juhe suundub). Kaasajal on enam levinud trükimontaažiskeemid ─ trükkplaadid.
Trükkplaat
Trükkplaat on isoleermaterjalist plaat, millele kinnitatakse komponendid ja nendevahelised ühendused.
Trükkplaatide tüübid:
● Ühepoolsed
● Kahepoolsed
● Mitmekihilised
● Painduvad
● Plaadid kõrge temperatuuri jaoks
● Soojust juhtivad plaadid
● Kõrgsageduslikud plaadid.
Materjal: klaasriie + EPO vaik .
Plaadi paksus: 1,6 mm.
Voolurajad : 35 μm vasekiht.
● Minimaalne augu läbimõõt 0,2 mm
Soovitav kasutada puure läbimõõduga – 0,7; 0,9; 1,0; 1,2; 1,5; 2,0; 2,2 ja 3,3 mm)
● Minimaalne juhtme laius 0,15 mm
Soovitav kasutada laiusi – 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,5 mm jne
● Minimaalne juhtmete vahe 0,15 mm
Soovitav 0,3 mm Juhuks kui rada läbib alalisvool või madalsageduslik vahelduvvool ,
on minimaalse vooluraja laius esitatud tabelis.
10C tähendab, et sellise suurusega voolu korral kuumeneb raja pind 10 kraadi üle keskkonna temperatuuri.
Kõrgematel sagedustel tuleb arvestada ka vooluradade induktiivsust . Selleks, et kõrgetel sagedustel kaod vooluradadel liiga suureks ei läheks, tuleb voolurajad konstrueerida nii, et
tekiksid kindla lainetakistusega ülekandeliinid. Kasutatakse aukmontaaži ja pindmontaaži komponente. Voolurajad söövitatakse ühele või mõlemale plaadi poolele.
Augud metalliseeritakse. Plaat kaetakse jootemaskiga – õhukese lakikihiga, milles on
avad nende kohtade peal, kuhu tahetakse hiljem komponendi väljaviiku joota.
Komponendid paigutatakse õigetesse kohtadesse ja joodetakse korralikult kinni.
Analooglülitusi liigitatakse
otstarbe järgi:
• võimendavad
• võrdlevad
• piiravad
• korrutavad
• filtreerivad
operatsioonivõimendi
helisagedusvõimendi
komparaator
pingestabilisaator
seadisekomplekt
filter
toiteallikas
signaaligeneraator
signaalimuundur
Operatsioonivõimendi
Operatsioonivõimendi on suure võimendusega alalisvooluvõimendi.
Omapära seisneb selles, et
operatsioonivõimendi on ehitatud selliselt , et tema töö on
põhiliselt määratav väliste ahelate ja tagasisidega .
Operatsioonivõimendeid kasutatakse signaaligeneraatorite,
pinge- ja voolustabilisaatorite, aktiivfiltrite jm elektroonikaaparatuuri
valmistamisel.
Algselt kasutati operatsioonivõimendeid matemaatiliste
operatsioonide sooritamiseks (siit ka nimetus). Operatsioonivõimendid valmistatakse
diferentssisendiga
ja kahepoolse toitega
alalisvooluvõimenditena.
Sisendsignaal rakendatakse
transistorite baasidele.
Väljundsignaal Uv on samas faasis sisendpingega Us1 ja vastasfaasis sisendpingega Us2. Sisendpingete vahet Usd = Us1 - Us2 nimetatakse diferentspingeks, aritmeetilist keskmist
aga ühispingeks. Väljundsignaal Uv = Ku Usd + Kü Usü
Oluline on, et Ku oleks suur ja Kü oleks väike.
Põhilised tunnussuurused
Võimendustegur ehk diferentssignaali võimendus Ku
on väljundpinge ja selle esile kutsunud diferentspinge suhe. Diferentssignaali võimendus Ku vastab võimendusele ilma tagasisideta. Ku = (10 ... 3000) 103
Väljundpinge on praktiliselt kogu alas (UVmin...UVmax) lineaarselt sõltuv diferentspingest.
Kui maksimaalne pinge on saavutatud, siis väljundpinge enam ei kasva ja jääb (1...5) V madalamaks kui toitepinge . Näiteks toitepingel Ut = ± 15 V, Uvmax ≈ 12 V.
Ühissignaali nõrgendustegur Küs on võimendusteguri Ku ja ühispinge ülekandeteguriKü suhe. Ühissignaali nõrgendustegur väljendatakse reeglina detsibellides (dB):
Küs = (60...120) dB
Mida suurem on ühissignaali nõrgendustegur, seda kvaliteetsem on võimendi.
Nihkepinge UN on diferentspinge, mis tuleb anda diferentsvõimendi sisendite vahele, et muuta väljundpinge nulliks. Põhjuseks on võimendi komponentide mitteidentsus.
UN = (1...20) mV
Nihkepinge muutumist, mida põhjustab temperatuuri muutumine, toitepinge muutus ja komponentide omaduste ajaline ebastabiilsus , nimetatakse nihkepinge triiviks. Sisendvooluks Is nimetatakse sisendite voolude aritmeetilist keskmist sisendpingete puudumisel.
Is = (0,01...200) nA
Ka sisendvoolu puhul esineb triiv. Sisendtakistus diferentssignaalile Rds on takistus võimendi kahe sisendi vahel.
Rds = (1...1000) MΩ ja rohkem
Sisendtakistus ühissignaalile Rüs on takistus kahe kokkuühendatud sisendi ja üldjuhtme vahel.
Rüs = (1...10) MΩ
Väljundtakistus Rv iseloomustab võimendi väljundpinge muutust koormustakistuse muutumisel püsiva sisendpinge korral.
Rv = (10...150) Ω
Piirsagedus fH on sisendsignaali sagedus, mille puhul võimendi võimendustegur on vähenenud 3 dB, võrreldes võimendusteguriga madalal sagedusel.
Ühikvõimenduse e transiitsagedus f1 on sagedus, mille korral võimendusteguri moodul on võrdne ühega.
f1 = (1...1000) MHz
Väljundpinge kasvukiirus vu on väljundpinge suurim muutumise kiirus diferentspinge hüppelisel muutumisel.
vu = (0,5...150) V/μs
Integraallülitused
Integraallülitus on mikroelektroonikaseadis, mis koosneb passiivelementidest
( takistid , kondensaatorid), aktiivelementidest (dioodid,
transistorid ) ja nendevahelistest ühendustest.
Analooglülitused kasutavad pidevaid signaale ja muudavad nende
parameetreid.
Näiteks: operatsioonivõimendi, alaldid , stabilisaatorid, jne.
Iseloomulik on see, et integraallülituses on elemendid lahutamatult
seotud ja elektriliselt ühendatud nii, et moodustavad ühtse terviku.
Töödeldava signaali järgi jagunevad integraallülitused analoog- ja
digitaallülitusteks.
Digataalülitused kasutavad diskreetseid signaale ja töölevad nende
abil informatsiooni.
Näiteks: loogikalülitused, trigerid , mikroprotsessorid, jne.
Ideaalne filter
Reaalne filter
kõrgpääsfilter
ribafilter tõkkefilter
Filter muudab amplituuti (seega ka efektiivväärtust) ja algfaasi. Sagedus ei muutu.
Mürahäiring on mittekasulik signaalikomponent, mis võib kaasa tuua seadme talitluse soovimatu muutuse. Mürad on sageli põhjustatud välistest häiringutest, mis jõuavad signaali koostisse sidestuse kaudu teiselt signaalilt.
Lõikesagedus on piirsagedus, mille juures signaali sumbumus on filtrile ettenähtud suurusega. Sageli on lõikesageduseks sagedus, mille juures sumbumus on -3 dB, kuid võb seada ka teisi väärtusi. Täielikust summutamisest saab rääkida vaid teoreetiliselt - ideaalne filter.
Sagedusfiltrite idee põhineb mahtuvusliku ja induktiivse takistuse sõltuvusel sagedusest. Mahtuvuslik takistus väheneb ja induktiivne takistus suureneb sageduse suurenemisel . Olukorda, kus mahtuvuslik ja induktiivne takistus on võrdsed, nimetatakse pingeresonantsiks ja seda olukorda kasutatakse tõkke- ja ribafiltrites.