Материал: Общие указания по выполнению лабораторных работ

Результаты опытной проверки логики действия элемента 2И-НЕ занести в таблицу 15 и рекомендуется устанавливать на входах 1 и 2 DD1.1 напряжения низкого и высокого уровней, соответствующих уровням логического «0» и логической «1», в последовательности, указанной в таблице 14.

Таблица 15

3. Снять передаточную функцию U_вых = f(U_вx2) при U_вх1 = const исследуемого логического элемента 2И-НЕ.

С этой целью:

Собрать экспериментальную, схему согласно рисунка 11.

Рис.11. Электрическая схема для снятия

передаточной функции логического элемента 2И-НЕ

Снять зависимость U_вых = f (U_вх2) при подаче на первый вход DD1.1 уровня логической «1» и при установлении следующих значений напряжения на втором входе: U_вх2 = 0; 0,5; 1,0; 1,25; 1,5; 2,0; 3,0 В. Результаты измерений представить в виде графика передаточной функции U_вых = f(U_вx2).

Содержание отчета

1. Название и цель лабораторной работы.

2. Паспортные данные ИС К155ЛА3, УГО, таблицу функционального назначения выводов, электрическую схему базового элемента, таблицу истинности логического элемента 2И-НЕ, ожидаемый вид передаточной функции.

3. Результаты выполнения лабораторного задания: схемы, таблицы, график передаточной функции.

4. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение терминов: полупроводниковая ИС, пленочная ИС, гибридная ИС, аналоговая ИС, цифровая ИС, серия ИС.

2. Каковы основные различия между полупроводниковыми, пленочными и гибридными ИС?

3. Какой признак положен в основу деления ИС на цифровые и аналоговые?

4. Как определяется степень интеграции микросхемы, и каковы ее значения?

5. Назовите признаки (критерии) классификации ИС и их отражения в маркировке отечественных ИС (приведите примеры).

6. Опишите состав ИС 155 серии.

7. Опишите систему отечественных обозначений ИС. Расшифруйте буквенно-цифровую маркировку ИС: К155ЛА1, К155ЛА3, КМ155ЛА3, К142ЕН1Б, КР142ЕН2А, К140УД1А.

8. Назовите электрические параметры микросхем, имеющие размерности напряжения, тока, мощности, частоты, времени, и относительные параметры. Приведите примеры параметров ЛИМС.

9. Расскажите о технологических особенностях изоляции и изготовления элементов в полупроводниковых ИС.

10. Назовите схемотехнические особенности ИС серии ТТЛ.

11. Расскажите о УГО цифровых ИС и понятии «таблица истинности».

Лабораторная работа № 7

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМЫ К176ЛП1 НА КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛ-ОКИСЕЛ-ПОЛУПРОВОДНИК (КМОП)

Цель работы:

На примере полупроводниковой цифровой интегральной схемы К176ЛП1 изучить принцип действия и экспериментально исследовать основные свойства логических элементов на КМОП транзисторах, ознакомиться с технологией их изготовления, научиться составлять и анализировать электрические схемы на КМОП транзисторах, реализующие логическую операцию инверсии («НЕ»).

ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Записать название, цель работы, выписать из справочника паспортные данные ИС типа К176ЛП1. Зарисовать ее электрическую схему.

2. Изучить принцип действия логического элемента «НЕ» на n-канальной, р-канальной и на комплементарной паре МОП-транзисторов и их передаточные характеристики U_вых = f(U_вх)

3. Изучить принципиальную схему, назначение выводов ИС К176ЛП1 и каждого из элементов схема возможности ИМС как цифровой логической схемы, способы ее включения.

4. Зарисовать ожидаемый вид передаточной характеристики U_вых = f(U_вx) логического элемента «НЕ».

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Собрать последовательно каждую из трех измерительных схем (см рисунок 12…14).

Рис.12. Электрическая схема логического элемента НЕ

Рис.13. Электрическая схема логического элемента ИЛИ-НЕ

Рис.14. Электрическая схема логического элемента И-НЕ

2. Для каждой из схем снять и построить экспериментально снятые зависимости U_вых = f(U_вx); I_потр = f(U_вx).

3. Оценить мощность, потребляемую входной цепью логического элемента, построенного на МОП транзисторах с п-, р-каналами и на комплементарной транзисторной паре.

4. Кратко пояснить полученные экспериментальные результаты.

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Результаты выполнения подготовительного задания.

3. Результаты выполнения лабораторного задания: схемы логического элемента «НЕ», выполненного на МОП-транзисторах с р- и n- каналами и на КМОП-структуре, графики передаточных функций.

4. Выводы по работе.

Контрольные вопросы.

1. Какой признак положен в основу деления ИС на полупроводниковые, пленочные, гибридные?

2. Расшифруйте аббревиатуры: РТЛ, ДТЛ, ТТЛ, ЭСЛ, КМОП.

3. Что обозначает первая цифра в маркировке ИС?

4. К какой конструктивно-технологической группе относится ИС, если первая цифра в ее обозначении 1, 5, 6 или 2, 4 или 3?

5. Что обозначают вторая и третья (или вторая, третья и четвертая) цифры в маркировке ИС?

6. На что указывает буквенный элемент в маркировке ИС?

7. Расшифруйте обозначение ИС К176ЛП1.

8. Какие транзисторы называют комплементарными?

9. Какие факторы обусловили широкое распространение ИМС с КМОП структурой?

10. Изобразите на рисунке поперечное сечение структуры КМОП. Какие основные требования предъявляются к диэлектрику, изолирующему затвор от канала?

11. В чем состоят основные преимущества и недостатки КМОП ИС перед ИС ТТЛ?

12. Чем руководствуются при выборе полярности источника питающего напряжения в ИС на МОП-структурах?

13. Какие параметры КМОП структуры определяют ее быстродействие?

14. Почему в статическом режиме логический элемент КМОП практически не потребляет мощности?

15. Объясните ход всех зависимостей, экспериментально полученных в лабораторной работе.

16. Поясните физический смысл выражений: МОП транзистор со встроенным каналом, с индуцированным или обедненным каналам.

Практическая работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ

полупроводниковых диодов с использованием СПРАВОЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Цель работы:

1. Ознакомиться с наличием и назначением справочной литературы по дисциплине «Электронная техника» и «Прикладная электроника»;

2. Ознакомиться с содержанием справочников по разделу «Полупроводниковые приборы»;

3. Изучить стандарты и Государственные стандарты, используемые для маркировки и условно-графического обозначения (УГО) полупроводниковых приборов;

4. Изучить методику определения параметров полупровод-никовых диодов по имеющимся в справочнике характеристикам;

5. Научиться, пользуясь справочником, оценивать параметры любого полупроводникового диода и по заданному техническому заданию подбирать необходимый полупровод-никовый прибор.

Практическое задание:

1. Выписать из справочника Госстандарт, по которому маркируются отечественные полупроводниковые приборы. Привести назначение каждого элемента маркировки.

2. Изучить по справочнику УГО наиболее рас-пространенных полупроводниковых диодов и привести в отчете УГО заданных преподавателем приборов (см. приложение 1).

3. По маркировке полупроводникового диода (заданного преподавателем каждому студенту индивидуально) пользуясь справочником: определить назначение прибора, привести его УГО; оценить характеристики и параметры, привести внешний вид прибора и расположение выводов; определить по ВАХ (вольтамперной характеристике) сопротивление диода статическое (R_о) и дифференциальное (r_диф).

Содержание отчета

1. Название и цель практической работы.

2. Государственные стандарты по маркировке полупро-водниковых приборов, действующий до 1964 года и используемый в настоящее время, расшифровать назначение каждого элемента.

3. УГО полупроводникового выпрямительного диода, стабилитрона, варикапа, туннельного диода, светодиода, фотодиода.

4. УГО, внешний вид и расположение выводов, назначение, характеристики и параметры (в том числе и определенные по ВАХ) полупроводникового диода, полученного для инди-видуальной работы

5. Перечень используемой литературы.

Контрольные вопросы

1. Расскажите о назначении справочной литературы и видах справочников, используемых в дисциплине «Электронная техника» и «Прикладная электроника».

2. Расскажите о принципах маркировки полупроводниковых приборов. Приведите примеры.

3. Приведите УГО основных типов полупроводниковых диодов (выпрямительного, кремниевого стабилитрона, варикапа, светодиода, фотодиода, туннельного диода).

4. Расскажите, как можно определить по ВАХ, приведенной в справочнике, статистическое R_о и дифференциальное r_диф. сопротивления диода.

6. По заданной маркировке (пользуясь справочником) определите тип полупроводникового прибора, приведите его УГО оцените параметры и ориентировочно укажите область применения.

7. По заданным техническим условиям для указанной принципиальной электрической схемы подберите, пользуясь справочной литературой, необходимый полупроводниковый диод. Обоснуйте свой выбор.

Приложение 1

Классификация полупроводниковых приборов

Подавляющее число приборов содержит один, два, три и более электронно-дырочных p-n переходов. Электронно-дырочным переходом называется промежуточный переходный слой между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электронную электропроводность (n-типа), а другая — дырочную (p-типа).

В отдельную группу составляют беспереходные полу-проводниковые приборы, применение которых основано на использовании физических процессов, происходящих в объёме полупроводникового материала. Некоторые из этих приборов выпускаются серийно (термисторы, фоторезисторы, варисторы, болометры), и справочные сведения о них публикуются достаточно широко. Некоторые приборы ещё не основаны в массовом производстве. По этим причинам в настоящее издание Справочника сведения о беспереходных приборах не включены.

Самостоятельную группу представляют интегральные схемы — полупроводниковые и гибридные. Активными элементами этих схем являются диодные и транзисторные структуры, т. е. приборы с одним или несколькими переходами.

Наибольшее количество типов приборов относится к диодам и транзисторам.

Кроме деления по функциональному назначению диоды и транзисторы классифицируются по значениям предельной мощности и частоте.

Система обозначений полупроводниковых приборов

У приборов, разработанных до 1964г. и выпускающихся сейчас, условные обозначения состоят и двух и трёх элементов.

Первый элемент обозначения — буква:

Д — для диодов,

П — для плоскостных транзисторов.

Второй элемент обозначения — число (номер), которое указывает на область применения.

Диоды

Точечные германиевые От 1 до 100

Точечные кремниевые От 101 до 200

Плоскостные кремниевые От 201 до 300

Плоскостные германиевые От 301 до 400

Смесительные СВЧ детекторы От 401 до 500

Умножительные От 501 до 600

Видеодетекторы От 601 до 700

Параметрические германиевые От 701 до 749

Параметрические кремниевые От 750 до 800

Стабилитроны От 801 до 900

Варикапы От 901 до 950

Туннельные диоды От 951 до 1000

Выпрямительные столбы От 1001 до 1100

Транзисторы

Маломощные германиевые низкочастотные От 1 до 100

Маломощные кремниевые низкочастотные От 101 до 200

Мощные германиевые низкочастотные От 201 до 300

Мощные кремниевые низкочастотные От 301 до 400

Маломощные германиевые высокочастотные От 401 до 500

Маломощные кремниевые высокочастотные От 501 до 600

Мощные германиевые высокочастотные От 601 до 700

Мощные кремниевые высокочастотные От 701 до 800

Третий элемент обозначения — буква, указывающая разновидность прибора.

Начиная с 1964г. была утверждена новая система обозначений диодов и транзисторов. (ГОСТ 10862-64).

В соответствии с этой системой вновь разработанным приборам присваивались обозначения из четырёх элементов.

Первый элемент — буква или цифра — обозначает исходный материал:

Г или 1 — германий;

К или 2 — кремний;

А или 3 — арсенид галлия или другие соединения галлия;

Второй элемент — буква, указывающая класс или группу приборов:

Д — выпрямительные, универсальные, импульсные диоды;

Т — транзисторы;

В — варикапы;

А — сверхвысокочастотные диоды;

Ф — фотоприборы;

Н — динисторы (диодные тиристоры);

У — тринисторы (триодные тиристоры);

И — туннельные диоды;

С — стабилитроны;

Ц — выпрямительные столбы и блоки.

Третий элемент — число, указывающее назначение или электрические свойства прибора в соответствии с приведённой таблицей.

Диоды низкой и высокой частоты:

выпрямительные диоды От 101 до 399

универсальные диоды От 401 до 499

импульсные диоды От 501 до 599

варикапы От 101 до 999

Сверхвысокочастотные диоды:

смесительные От 101 до 199

видеодетекторы От 201 до 299

модуляторные От 301 до 399

параметрические От 401 до 499

переключающие От 501 до 599

умножающие От 601 до 699

Фотодиоды От 101 до 199

Фототранзисторы От 201 до 299

Динисторы:

малой мощности От 101 до 199

средней мощности От 201 до 299

большой мощности. От 301 до 399

Тринисторы:

малой мощности От 101 до 199

средней мощности От 201 до 299

большой мощности От 301 до 399

Туннельные диоды:

усилительные От 101 до 199

генераторные От 201 до 299

переключающие От 301 до 399

обращённые От 401 до 499

Стабилитроны малой мощности (Р ≤ 0,3 Вт):

напряжение стабилизации от 0,1 до 9,9 В От 101 до 199

напряжение стабилизации от 10 до 99 В От 210 до 299

напряжение стабилизации от 100 до 199 В От 301 до 399

Стабилитроны средней мощности (0,3 < Р < 5 Вт):

напряжение стабилизации от 0,1 до 9,9 В От 401 до 499

напряжение стабилизации от 10 до 99 В От 510 до 599

напряжение стабилизации от 100 до 199 От 601 до 699

Стабилитроны большой мощности (Р > 5 Вт):