Полупроводниковые микросхемы. Векторная диаграмма электрической цепи. Однополупериодный выпрямитель (стр. 1 из 2)

Контрольная работа № 2

Электротехника

Вариант № 49

Задание 1

Вопрос 49.Элементы полупроводниковых схем и их соединение

Ответ

Универсальным элементом монокристаллической микросхемы служит р-n-переход, являющийся слоем, изолирующим микрообласти, сформированные в кристалле.

Этот переход может выполнять роль вентиля (диода). Структуры из нескольких р-n-переходов служат транзисторами, тиристорами и другими активными элементами. Запертый обратным постоянным напряжением p-n-переход выполняет роль конденсатора. Обратное сопротивление p-n-перехода играет роль высокоомного резистора. Для получения резисторов с сопротивлением в сотни кило-ом используют входные клеммы эмиттерных повторителей, собранных на р-n-переходах. В качестве небольших сопротивлений используют просто участки полупроводникового, от которого сделаны контактные выводы.

Определенные трудности связаны с получением индуктивных катушек, поэтому монокристаллические микросхемы обычно проектируют без них.

Многослойные структуры с несколькими p-n-переходами получают, повторяя процессы окисления, формирование маски, диффузии донорных или акцепторных примесей в микрообласти. Пример многослойной структуры приведен на рис. 1.

Рис.1. Многослойная структура с тремя p-n-переходами

Сложные микросхемы требуют многократного снятия и повторного нанесения новой маски методом фотолитографии. Смена масок может осуществляться до полутора десятков раз. При этом важную проблему составляет совмещение масок в соответствии с топологией схемы. На рис. 2 приведена часть полупроводниковой микросхемы, представляющая собой однокаскадный усилитель на транзисторе.

Рис.2. Структура части полупроводниковой ИМС

Сформированную планарную структуру покрывают пленкой оксида кремния, в которой вытравливают окна для напыления алюминиевых или золотых контактов.

Достаточно сложные схемы не удается выполнить без пересечения токопроводящих дорожек. В этих случаях, а также для повышения компактности схемы соединения напыляют в два слоя и более, разделенных изолирующими пленками. Кроме внутриэлементных соединений напыляют стандартизованные по размерам контактные площадки для подвода питания, входных и выходных сигналов.

Полностью сформированные и испытанные на отсутствие брака интегральные микросхемы крепят на керамическом основании корпуса, имеющего внешние выводы. Контактные площадки соединяют с внешними выводами с помощью тончайших золотых проволочек. Для повышения прочности соединения и уменьшения переходного сопротивления между контактной площадкой и проволочкой применяют термокомпрессионную (нагрев и давление) или ультразвуковую сварку.

После выполнения проволочных соединений схемы герметизируют, заливая компаундами на основе эпоксидных или кремнийорганических смол.

Корпуса интегральных микросхем изготовляют из металлических сплавов, стекла, керамики и различных пластмасс, обладающих механической и электрической прочностью, коррозионной стойкостью и не вызывающих химического загрязнения кристалла микросхемы.

Задание 2

Три группы сопротивлений соединили звездой или треугольником и включили в трехфазную сеть переменного тока. Построить в масштабе векторную диаграмму цепи, из которой определить ток в нулевом проводе (при соединении звездой) или линейные токи (при соединении треугольником).

Числовые значения электрических величин, нужные для решения задачи, даны в таблице 4, а схемы на рис.22.

Таблица 4

Номер варианта	Номер схемы на рис.22	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом	Дополнительные величины
49	IX	12	10	16	20	8	квар

Решение

1. Определяем полные сопротивления фаз и углы сдвига:

Ом;

Ом;

Ом.

;

;

.

Поскольку реактивное сопротивление в трех фазах носит индуктивный характер, то ток будет отставать от напряжения на величину найденных углов.

2. Реактивное мощность определяется по формуле

,

откуда находим фазный ток

А.

Находим фазное напряжение

В.

Принимаем стандартное значение

В.

Таким образом,

В.

Находим неизвестные фазные токи

А;

А

3. Для построения векторной диаграммы выбираем масштабы по току: 1см – 2 А, по напряжению: 1 см – 20 В. Построение диаграммы начинаем с векторов фазных напряжений

, и , располагая их под углом 120° друг относительно друга. Ток отстает от напряжения на угол , ток отстает от напряжения на угол , а ток отстает от напряжения на угол (рис.3).

Ток в нулевом проводе равен геометрической сумме трех фазных токов, то есть

.

Изменяя длину вектора

, которая оказалась равной 4 см, находим ток в нулевом проводе А.

Рис.3. Векторная диаграмма напряжений и токов

Задание 3

Для питания потребителя постоянным током составить схему однополупериодного выпрямителя, используя стандартные диоды, параметры которых приведены в таблице 1.

Мощность потребителя

и напряжения питания даны в таблице 5 и 6.

Таблица 6

Номер варианта	Тип диода	, Вт	, В
49	Д215Б	60	100

Решение

1. Выписываем из табл.1 Методических указаний выписываем параметры диода Д304:

Тип диода	, А	, В
Д215Б	2	200

2. Определяем ток потребителя

А.

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период для однополупериодной схемы выпрямителя:

В.

4. Проверяем диод по параметрам

и . Для однополупериодной схемы диод должен удовлетворять условиям