Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Содержание

• 1. Краткая характеристика плёночных и гибридных интегральных микросхем. Область применения и их преимущества
• 1.1 Плёночные интегральные микросхемы
• 1.2 Гибридные интегральные микросхемы
• 1.3 Область применения интегральных микросхем и их преимущества
• 2. Выполнение арифметических действий в двоичной системе счисления
• Список использованных источников

1. Краткая характеристика плёночных и гибридных интегральных микросхем. Область применения и их преимущества

Интегральная микросхема - это микроэлектронное изделие, выполняющее опредёленную функцию преобразования и обработки сигналов и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединённых элементов (или элементов и компонентов) и (или) кристаллов, которое с точки зрения требований к испытаниям, приёмке и эксплуатации рассматривается как единое целое.

1.1 Плёночные интегральные микросхемы

Плёночные интегральные микросхемы имеют подложку (плату) из диэлектрика (стекло, керамика и др.). Пассивные элементы, т.е. резисторы, конденсаторы, катушки и соединения между элементами, выполняются в виде различных плёнок, нанесённых на подложку. Активные элементы (диоды, транзисторы) не делаются плёночными, так как не удалось добиться их хорошего качества. Таким образом, плёночные интегральные микросхемы содержат только пассивные элементы и представляют собой ДС-цепи или какие-либо другие схемы.

Плёночные интегральные микросхемы, у которых толщина плёнок не более 2 мкм, называются тонкоплёночными, а у которых толщина плёнок значительно больше - толстоплёночными. Разница между этими интегральными микросхемами заключается не столько в толщине плёнок, сколько в различной технологии их нанесения.

Пассивные элементы плёночных интегральных микросхем.

При изготовлении плёночных резисторов на подложку наносят резистивные плёнки. Подложки представляют собой диэлектрические пластинки толщиной 0,5-1,0 мм тщательно отшлифованные и отполированные. Если сопротивление резистора не должно быть очень большим, то плёнка делается из сплава высокого сопротивления, например из нихрома. А для резисторов высокого сопротивления применяется смесь металла с керамикой. На концах резистивной плёнки делаются выводы в виде металлических пленок, которые вместе с тем являются линиями, соединяющими резистор с другими элементами. Сопротивление плёночного резистора зависит от толщины и ширины плёнки, её длины и материала. Для увеличения сопротивления делают плёночные резисторы зигзагообразной формы.

Удельное сопротивление плёночных резисторов выражают в особых единицах - омах на квадрат, так как сопротивление данной плёнки в форме квадрата не зависит от размеров этого квадрата. Действительно, если сделать сторону квадрата, например, в два раза больше, то длина пути тока увеличится вдвое, но и площадь поперечного сечения плёнки для тока также возрастёт вдвое: следовательно, сопротивление останется без изменения.

Топкоплёночные резисторы по точности и стабильности лучше толстоплёночных, но производство их сложнее и дороже. У тонкоплёночных резисторов удельное сопротивление может быть от 10 до 300 Ом на квадрат. Точность их изготовления зависит от подгонки. Подгонка состоит в том, что тем или иным способом резистивный слой частично удаляется и сопротивление, сделанное умышленно несколько меньшим, чем нужно, увеличивается до требуемого значения. В течение длительного времени эксплуатации сопротивление этих резисторов мало изменяется.

Толстоплёночные резисторы имеют удельное сопротивление от 2 Ом до 1 МОм на квадрат. Их стабильность во времени хуже, чем у тонкоплёночных резисторов.

Плёночные конденсаторы чаще всего делаются только с двумя обкладками. Одна из них наносится на подложку и продолжается в виде соединительной линии, затем на неё наносится диэлектрическая плёнка, а сверху располагается вторая обкладка, также переходящая в соединительную линию. В зависимости от толщины диэлектрика конденсаторы бывают тонко- и толстоплёночными. Диэлектриком обычно служат оксиды кремния, алюминия или титана. Удельная ёмкость может быть от десятков до тысяч пикофарад на квадратный миллиметр, и соответственно этому при площади конденсатора в 25 мм³ достигаются номинальные ёмкости от сотен до десятков тысяч пикофарад. Точность изготовления ± 15%.

Плёночные катушки делаются в виде плоских спиралей, чаще всего прямоугольной формы. Ширина проводящих полосок и просветов между ними обычно составляет несколько десятков микрометров. Тогда получается удельная индуктивность 10-20 мГн/мм². На площади 25 мм² можно получить индуктивность до 0,5 мкГн. Обычно такие катушки делаются с индуктивностью не более нескольких микрогенри. Увеличить индуктивность можно нанесением на катушку ферромагнитной пленки, которая будет выполнять роль сердечника. Некоторые трудности возникают при устройстве вывода от внутреннего конца плёночной катушки. Приходится для этого наносить на соответствующее место катушки диэлектрическую плёнку, а затем поверх этой плёнки наносить металлическую плёнку-вывод.

1.2 Гибридные интегральные микросхемы

Широкое распространение получили гибридные ИС - интегральные схемы, в которых пассивные элементы - плёночные, а активные элементы (резисторы, конденсаторы, диоды, оптроны, транзисторы) - навесные. Навесными элементами в микроэлектронике называют миниатюрные, обычно бескорпусные диоды и транзисторы, представляющие собой самостоятельные элементы, которые приклеиваются («навешиваются») в соответствующих местах к подложке и соединяются тонкими проводниками с плёночными элементами схемы. Иногда в гибридных интегральных микросхемах навесными могут быть и некоторые пассивные элементы, например миниатюрные конденсаторы с такой большой ёмкостью или катушки с такой индуктивностью, что их невозможно осуществить в виде плёнок. Это могут быть и миниатюрные трансформаторы. В некоторых случаях в гибридных интегральных микросхемах навесными являются целые полупроводниковые интегральные микросхемы.

Электрические связи между элементами и компонентами осуществляются с помощью плёночного или проволочного монтажа. Реализация функциональных элементов в виде гибридных интегральных микросхем экономически целесообразна при выпуске малыми сериями специализированных вычислительных устройств и другой аппаратуры.

Гибридная интегральная микросхема, состоящая из конденсатора, транзистора и резистора может являться частью усилительного каскада. Проводнички от транзистора или от других навесных элементов присоединяются к соответствующим точкам схемы чаще всего методом термокопрессии (провод при высокой температуре прижимается под большим давлением).

Гибридные интегральные микросхемы изготовляются следующим образом. Сначала делается подложка. Её тщательно шлифуют и полируют. Затем наносятся резистивные плёнки, далее нижние обкладки конденсаторов, катушки и соединительные линии, после этого диэлектрические плёнки, а затем снова металлические. Навесные элементы монтируют часто в гибридные микросхемы пайкой. Припой либо предварительно наносят на контактные площадки, либо поступает на место пайки на лужёных выводах; чаще всего припой в виде пасты наносят на контактные площадки способом трафаретной печати.

Схема помещается в корпус и присоединяется к контактным штырькам корпуса. Производится испытание схемы. Для защиты от внешних воздействий гибридные интегральные микросхемы герметизируют пластмассой или помещают в герметические металлические, стеклянные и керамические корпуса.

Разновидность гибридных больших интегральных микросхем - так называемые микросборки. Обычно в их составе различные элементы, компоненты и интегральные схемы. Особенность микросборок состоит в том, что они являются изделиями частного применения, т.е. изготовляются для конкретного типа аппаратуры. А обычные большие интегральные микросхемы представляют собой изделия общего применения, пригодные для различных видов аппаратуры. Иногда микросборками также называют наборы нескольких активных или пассивных элементов, находящихся в одном корпусе и имеющих самостоятельные выводы. Иначе эти наборы еще называют матрицами.

1.3 Область применения интегральных микросхем и их преимущества

Интегральные микросхемы - основная элементная база практически для всех классов радиоэлектронной аппаратуры. Основными областями применения микросхем являются: связь, измерительные приборы, военная техника, автомобильная электроника, медицинская техника, ЭВМ, бытовая электротехника.

Основным потребителем микросхем является ЭВМ. Все современные вычислительные машины разрабатываются на интегральных микросхемах.

Интегральные микросхемы применяются в электронных АТС, телефонных аппаратах, в усилительных устройствах дальней телефонной связи, что позволяет уменьшить их размеры и повысить надёжность.

Большинство измерительных приборов разрабатываются с использованием интегральных микросхем. Их применение значительно увеличивает функциональные возможности и улучшает характеристики, уменьшает габаритные размеры и массу приборов, повышает степень автоматизации процесса измерений и др.

В военных системах интегральные микросхемы получили самое широкое распространение. Здесь крайне важны как надёжность электронных средств, так и возможность усложнения функций таких систем. Повышение надёжности, снижение массы и габаритных размеров аппаратуры электронного оборудования, которым насыщена современная военная техника, создают условия для бесперебойного её функционирования в сложных условиях, повышают манёвренность войск и эффективность их боевых действий.

Медицина - одна из перспективных областей применения микроэлектроники. Уже в настоящее время многие приборы выполняются на основе интегральных микросхем.

Очень большое применение микросхемы имеют в бытовой аппаратуре (телевизоры, проигрыватели и т.д.).

Следует отметить, что микросхемы относятся к комплектующим изделиям: они не имеют самостоятельного функционального назначения, а применяются лишь в совокупности с другими изделиями как составные части более сложных и притом весьма разнообразных устройств. Поэтому круг требований к микросхемам со стороны потребителей оказывается чрезвычайно широким. Удовлетворение этих требований представляется трудной задачей, так как интегральные микросхемы отличаются большой сложностью и для их производства требуются уникальное оборудование, уникальные технологические процессы и высокая квалификация персонала.

Если сравнивать плёночные и гибридные интегральные микросхемы, то плёночная технология не обеспечивает выполнение всех требований схемотехники, так как они обеспечивают изготовление только пассивных элементов и проводников без активных элементов, поэтому плёночные микросхемы имеют ограниченное самостоятельное применение и большей частью составляют основу гибридных микросхем.

Основными достоинствами гибридных микросхем являются:

- возможность предварительного выбора дискретных элементов;

- низкая стоимость подложек и возможность применения значительно больших номиналов тонкоплёночных конденсаторов и мощных резисторов.

Недостатком гибридных интегральных микросхем является дополнительные контактные площадки для монтажа дискретных элементов или полупроводниковых интегральных микросхем, которые можно выполнить по тонкоплёночной технологии.

Гибридные интегральные микросхемы реализуют на специально разработанных элементах, совместимых с плоской подложкой тонкоплёночной микросхемы (транзисторы с балочными и шариковыми выводами); распространена установка транзисторов в керамические фасонные корпуса с четырьмя металлизированными участками, которые связаны с выводами транзистора тонкими проволоками. Недостаток специальной формы - невозможность перекрещивания проводов.

пленочный гибридный интегральный микросхема

Задание 2. Выполнить арифметические действия в двоичной системе счисления и произвести проверку, переведя ответ из двоичной в десятичную систему счисления

№ п/п	а) Сложение	б) Вычитание	в) Умножение	г) Деление
1.	37 + 51	83 - 30	14 · 10	63 : 7
2.	73 + 58	133 - 68	17 · 9	135 : 5

Существует несколько систем счисления: двоичная, десятичная, восьмеричная, шестнадцатеричная и др.

Двоичная и десятеричная системы счисления относятся к позиционным, т.к. изменение позиции цифры в числе существенно меняет его значение. Позиция - порядковый номер цифры в числе. Если число целое, то позиция будет проставляться от последней цифры к первой по возрастанию начиная с нуля, если число дробное, то первая цифра перед запятой будет иметь позицию «0», дробная часть будет нумероваться по убыванию вправо, а целая - по возрастанию влево.

2	1	0	-1	-2
6	8	2,	4	1

Любую информацию можно представить в виде «0» и «1», которые соответствуют двум наиболее устойчивым состояниям: «нет» и «да». Представление информации в виде «0» и «1» называется двоичным кодированием.

Каждая система счисления имеет основание, которое обозначается буквой S. В двоичной системе счисления S = 2, в десятеричной S = 10.

Каждое число в любой позиционной системе счисления можно записать единым способом:

где

S - основание степени;

А - коэффициент;

n, m - позиция цифры в числе.

Для того чтобы перевести число из десятичной системы счисления в двоичную необходимо выполнить следующее:

1) Отделить целую часть от дробной, если данное число является дробным.

Целую часть числа последовательно делить на основание новой системы, т.е. на 2 до тех пор, пока частное от деления даст число 1 или 0. При этом совокупность остатков (1 или 0) от деления образует двоичную запись целой части десятичного числа, т.к. частное не является 1 или 0, то продолжить делить на 2.

2)

10	2
10	5
0

3) т.к. частное не является 1 или 0, то продолжить делить на 2.

_10	2
10	_5	2
0	4	2
	1

4) т.к. частное равно 1, деление следует закончить

_10	2
10	_5	2
0	4	_2	2
	1	2	1
		0

2) Записать результат новой системы счисления, начиная с последнего частного в обратном порядке.

_10	2
10	_5	2
0	4	_2	2
	1	2	1
		0

3) Дробную часть необходимо последовательно умножать на основание новой системы, т.е. на 2 (необходимо перемножать только дробные части) до тех пор, пока не получится 1 или по договорённости (необходимое количество десятичных знаков, например 3). Чем больше знаков остаётся после запятой, тем точнее получается результат. Дробь записать в виде последовательности целых частей произведений, начиная с первого. Числа 10 и 2, стоящие справа снизу около чисел, показывают, в какой системе счисления записаны числа (2 - двоичная система счисления, 10 - десятичная).

0,	4
	2
0,	8
	2
1,	6
	2
1,	2
…

0,4₁₀ = 011₂.

4) Записать полученное значение целой части и через запятую дробную часть.

10,4₁₀ = 1010,011₂.

При переводе с двоичной системы счисления в десятичную необходимо использовать следующую формулу: каждое число можно представить в виде суммы слагаемых оснований степеней с коэффициентами.

Например:

Если коэффициент равен «0», то можно исключить его умножение на основание, т.к. результат умножения будет равен «0» и не повлияет на общий результат вычисления.

Для выполнения арифметических действий в двоичной системе счисления необходимо соблюдать некоторые правила.

Сложение двоичных чисел: 0 + 0 = 0; 0 + 1 = 1; 1 + 0 = 1.

При сложении 1 +1 = 10, единица переносится в старший разряд.

Вычитание двоичных чисел: 0 - 0 = 0; 1 - 0 = 1; 1 - 1 = 0.

При вычитании 10 - 1 = 1 единица занимается в старшем разряде.

При умножении двоичных чисел только умножение 1 · 1 = 1, во всех остальных случаях, произведение равно «0».

Деление двоичных чисел сводится к многократному вычитанию делителя из очередного остатка и сдвигу делителя.

Решение.

1. а) 37₁₀ + 51₁₀ = 100101₂ + 110011₂ = 1011000₂ = 88₁₀.

1) Переведём первое слагаемое из десятичной системы счисления в двоичную:

_37	2
36	_18	2
1	18	_9	2
	0	8	_4	2
		1	4	_2	2
			0	2	1
				0

37₁₀ = 100101₂.

2) Переведём второе слагаемое из десятичной системы счисления в двоичную:

_51	2
50	_25	2
1	24	_12	2
	1	12	_6	2
		0	6	_3	2
			0	2	1
				1

51₁₀ = 110011₂.

3) Сложим два получившихся числа в двоичной системе счисления:

1 0 0 1 0 1100101₂ + 110011₂ = 1011000₂.

+ 1 1 0 0 1 1

1 0 1 1 0 0 0

4) Произведём проверку, переведя полученную сумму из двоичной системы счисления в десятичную:

б) 83₁₀ - 30₁₀ = 1010011₂ - 11110₂ = 110101₂ = 53₁₀.

1) Переведём первое слагаемое из десятичной системы счисления в двоичную:

_83	2
82	_41	2
1	40	_20	2
	1	20	_10	2
		0	10	_5	2
			0	4	_2	2
				1	2	1
					0

83₁₀ = 1010011₂.

2) Переведём второе слагаемое из десятичной системы счисления в двоичную:

_30	2
30	_15	2
0	14	_7	2
	1	6	_3	2
		1	2	1
			1

30₁₀ = 11110₂.

3) Вычтем из первого слагаемого второе:

_ 1 0 1 0 0 1 1 1010011₂ - 11110₂ = 110101₂.

1 1 1 1 0

1 1 0 1 0 1

4) Произведём проверку, переведя полученную разность из двоичной системы счисления в десятичную:

в) 14₁₀ · 10₁₀ = 1110₂ · 1010₂ = 10001100₂ = 140₁₀.

1) Переведём первый множитель из десятичной системы счисления в двоичную:

_14	2
14	_7	2
0	6	_3	2
	1	2	1
		1

14₁₀ = 1110₂.

2) Переведём второй множитель из десятичной системы счисления в двоичную:

_10	2
10	_5	2
0	4	_2	2
	1	2	1
		0

10₁₀ = 1010₂.

3) Перемножим полученные в двоичной системе счисления числа:

1 1 1 0 1110₂ · 1010₂ = 10001100₂.

^х 1 0 1 0

+ 1 1 1 0

1 1 1 0

1 0 0 0 1 1 0 0

4) Произведём проверку, переведя полученное произведение из двоичной системы счисления в десятичную:

г) 63₁₀ : 7₁₀ = 111111₂ : 111₂ = 1001₂ = 9₁₀.

1) Переведём делимое из десятичной системы счисления в двоичную:

_63	2
62	_31	2
1	30	_15	2
	1	14	_7	2
		1	6	_3	2
			1	2	1
				1

63₁₀ = 111111₂.

2) Переведём делитель из десятичной системы счисления в двоичную:

_7	2
6	_3	2
1	2	1
	1

7₁₀ = 111₂.

3) Разделим полученные в двоичной системе счисления числа:

_111111	111
111	1001
_0111
111
0

100101₂ : 110011₂ = 1011000₂.

4) Произведём проверку, переведя полученную разность из двоичной системы счисления в десятичную:

2. а) 73₁₀ + 58₁₀ = 1001001₂ + 111010₂ = 10000011₂ = 131₁₀.

1) Переведём первое слагаемое из десятичной системы счисления в двоичную:

_73	2
72	_36	2
1	36	_18	2
	0	18	_9	2
		0	8	_4	2
			1	4	_2	2
				0	2	1
					0

73₁₀ = 1001001₂.

2) Переведём второе слагаемое из десятичной системы счисления в двоичную:

_58	2
58	_29	2
0	28	_14	2
	1	14	_7	2
		0	6	_3	2
			1	2	1
				1

58₁₀ = 111010₂.

3) Сложим два получившихся числа в двоичной системе счисления:

1 0 0 1 0 0 11001001₂ + 111010₂ = 10000011₂.

+ 1 1 1 0 1 0

1 0 0 0 0 0 1 1

4) Произведём проверку, переведя полученную сумму из двоичной системы счисления в десятичную:

б) 133₁₀ - 68₁₀ = 10000101₂ - 1000100₂ = 1000001₂ = 65₁₀.

1) Переведём первое слагаемое из десятичной системы счисления в двоичную:

_133	2
132	_66	2
1	66	_33	2
	0	32	_16	2
		1	16	_8	2
			0	8	_4	2
				0	4	_2	2
					0	2	1
						0

133₁₀ = 10000101₂.

2) Переведём второе слагаемое из десятичной системы счисления в двоичную:

_68	2
68	_34	2
0	34	_17	2
	0	16	_8	2
		1	8	_4	2
			0	4	_2	2
				0	2	1
					0

68₁₀ = 1000100₂.

3) Вычтем из первого слагаемого второе:

_ 1 0 0 0 0 1 0 1 10000101₂ - 1000100₂ = 1000001₂.

1 0 0 0 1 0 0

1 0 0 0 0 0 1

4) Произведём проверку, переведя полученную разность из двоичной системы счисления в десятичную:

в) 17₁₀ · 9₁₀ = 10001₂ · 1001₂ = 10011001₂ = 153₁₀.

1) Переведём первый множитель из десятичной системы счисления в двоичную:

_17	2
16	_8	2
1	8	_4	2
	0	4	_2	2
		0	2	1
			0

17₁₀ = 10001₂.

2) Переведём второй множитель из десятичной системы счисления в двоичную:

_9	2
8	_4	2
1	4	_2	2
	0	2	1
		0

9₁₀ = 1001₂.

3) Перемножим полученные в двоичной системе счисления числа:

1 0 0 0 1 10001₂ · 1001₂ = 10011001₂.

^х 1 0 0 1

+ 1 0 0 0 1

1 0 0 0 1

1 0 0 1 1 0 0 1

4) Произведём проверку, переведя полученное произведение из двоичной системы счисления в десятичную:

г) 135₁₀ : 5₁₀ = 10000111₂ : 101₂ = 11011₂ = 27₁₀.

1) Переведём делимое из десятичной системы счисления в двоичную:

_135	2
134	_67	2
1	66	_33	2
	1	32	_16	2
		1	16	_8	2
			0	8	_4	2
				0	4	_2	2
					0	2	1
						0

135₁₀ = 10000111₂.

2) Переведём делитель из десятичной системы счисления в двоичную:

_5	2
4	_2	2
1	2	1
	0

5₁₀ = 101₂.

3) Разделим полученные в двоичной системе счисления числа:

_1 0 0 0 0 1 1 1	1 0 1
1 0 1	1 1 0 1 1
_ 1 1 0
1 0 1
_ 1 1 1
1 0 1
_ 1 0 1
1 0 1
0

10000111₂ : 101₂ = 11011₂.

4) Произведём проверку, переведя полученную разность из двоичной системы счисления в десятичную:

Список использованных источников

1. Батушев, В.А. Микросхемы и их применение: справ. пособие / В.А. Батушев [и др.]. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1983. - 272 с.

2. Жеребцов, И.П. Основы электроники / И.П. Жеребцов. - 5-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. - 352 с.

3. Федотов, В.И. Основы электроники: учебное пособие для учащихся неэлектротехн. спец. техникумов / В.И. Федотов. - М.: Высш. шк., 1990. - 288 с.

Размещено на Allbest.ru