Разработка интегральной микросхемы истокового повторителя для слухового аппарата - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника дипломная работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Разработка интегральной микросхемы истокового повторителя для слухового аппарата

Электрические параметры интегральной микросхемы (ИМС). Расчет параметров модели полевого транзистора с управляющим p-n-переходом. Моделирование схемы включения истокового повторителя. Разработка топологии и технологического маршрута изготовления ИМС.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Справочные данные и кристалл ИМС истокового повторителя, коэффициент передачи по напряжению более 0,7; ток потребления 20 40 мкА; полное входное сопротивление не менее 30 МОм; выходное сопротивление менее 3,5 кОм.
4. Содержание пояснительной записки дипломного проекта:
4.1.1 Согласующие ИМС для электретных микрофонов
4.1.2 Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
4.1.3 Физическая структура и топология ИМС
4.1.4 Измерение электрических параметров и характеристик ИМС
4.2 Метод экстракции параметров модели полевого транзистора из измерений параметров ИМС истокового повторителя
4.2.1 Расчет параметров модели ПТУП и диода
4.3 Выбор физической структуры и технологического маршрута изготовления ИМС
4.4 Разработка эскиза топологии ИМС истокового повторителя
4.5 Анализ организации дипломного проекта и расчет затрат, необходимых для его выполнения
4.6 Анализ опасных и вредных факторов при работе с ПЭВМ
5.1 Принципиальные схемы ИМС истокового повторителя
5.2 Эквивалентная схема ИМС истокового повторителя
5.3Топология ИМС истокового повторителя
Пояснительная записка содержит 66 листов, 20 рисунков, 17 таблиц, 12 источников, 1 приложение.
Перечень ключевых слов: слуховой аппарат, электретный микрофон, интегральная микросхема, истоковый повторитель, полевой транзистор c управляющим p-n-переходом, усилитель низкой частоты, биполярный транзистор.
Объект разработки: ИМС истокового повторителя для слуховых аппаратов.
Цель работы: разработка ИМС истокового повторителя с параметрами: коэффициент передачи по напряжению A V 0,7; ток потребления I SS = 20-40 мкА, полное входное сопротивление R i 30 МОм; выходное сопротивление
Методы разработки: экстракция параметров модели ПТУП из измерений ИМС истокового повторителя, моделирование схемы истокового повторителя в системе программ OrCAD 9.2, выбор физической структуры ИМС.
Полученные результаты: параметры ИМС истокового повторителя: коэффициент передачи по напряжению A V = 0,715; ток потребления I SS = 30,65 мкА; полное входное сопротивление R i = 28,86 МОм; выходное сопротивление R O = 6,69 кОм.
Область применения: электретные микрофоны, входные каскады операционных усилителей.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные характеристики: ИМС содержит 4 элемента, в том числе 1 транзистор, 1 диод, 2 резистора; размер кристалла - 0,710,71 мм; масса микросхемы не более 0,2 г.
1.1 Согласующие ИМС для электретных микрофонов
1.2 Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом (ПТУП). Физические принципы функционирования
1.3 Статические характеристики ПТУП
1.4 Физическая структура и топология ИМС
1.5 Измерение электрических параметров и характеристик ИМС
2 Метод экстракции параметров модели ПТУП из измерений параметров ИМС истокового повторителя
2.1 Расчет параметров модели ПТУП и диода
3 Выбор физической структуры и технологического маршрута изготовления ИМС
4 Разработка эскиза топологии ИМС истокового повторителя
5 Анализ организации дипломного проекта и расчета затрат, необходимых для его выполнения
6 Анализ опасных и вредных факторов при работе с ПЭВМ
Ослаблением слуха в той или иной форме страдают многие люди. Этот дефект становятся критическим, когда начинает препятствовать нормальному речевому общению между людьми. Современный уровень технологий слухопротезирования позволяет значительно улучшить жизнь примерно 90 % людей с наруш ением слуха. Снижение слуха в подавляющем большинстве случаев может быть компенсировано с помощью слухового аппарата (СА) [1].
В большинстве слуховых аппаратов источником сигнала для последующего усиления является электретный микрофон (ЭМ). Уменьшение габаритов электретных микрофонов позволяет перейти от карманных и заушных слуховых аппаратов к более удобным внутриушным и создавать другие микрогабаритные и высокочувствительные приборы. Для этих приборов необходимо согласующее устройство - интегральная микросхема (ИМС) истокового повторителя (ИП).
Опытные партии ИМС истокового повторителя производились на ОАО «Орбита» г. Саранск, при этом коэффициент передачи по напряжению, который они обеспечивали, составлял 0,4 при проценте выхода годных кристаллов порядка 10 %.
Коэффициент передачи ИП в идеальном случае должен стремиться к единице, а процент выхода должен быть не менее 60 %, тогда производство ИМС будет технологически и экономически выгодным. Поэтому актуальной задачей является разработка ИМС, которая имела бы наибольший коэффициент передачи при наибольшем проценте выхода годных кристаллов.
Целью дипломного проекта является разработка ИМС истокового повторителя с параметрами: коэффициент передачи более 0,7 и ток потребления 20 - 40 мкА. Основой для разработки является ИМС истокового повторителя производства ОАО «Орбита».
При разработке данной ИМС проводились следующие этапы:
1. Проводились измерения электрических параметров ИМС.
2. Рассчитывались параметры модели полевого транзистора с управляющим p-n-переходом (ПТУП) из результатов измерений ИМС.
3. В системе программ схемотехнического анализа OrCAD 9.2 моделировалась схема включения ИП.
4. Проводилось сравнение расчетных и экспериментальных значений электрических параметров ИП.
5. Разрабатывался эскиз топологии, выбиралась физическая структура и технологический маршрут изготовления ИМС.
Параметры модели ПТУП в схеме ИП можно рассчитать, измерив его выходные характеристики. Для этого помимо изготовления ИМС нужно изготовить и тестовые образцы ПТУП, а это экономически невыгодно. Научная новизна дипломного проекта заключается в том, что здесь предлагается новый метод экстракции параметров модели ПТУП из измерений параметров ИМС истокового повторителя, не требующий измерения характеристик самого ПТУП.
Практическая значимость заключается в использовании полученных параметров модели ПТУП при моделировании схемы и физической структуры ИП в программной среде ISE TCAD 7.0.
В большинстве слуховых аппаратов источником сигнала для последующего усиления является ЭМ. Микрофоном называется устройство, выполняющее функцию преобразования акустических колебаний в электрические. По принципу преобразования звуковой энергии в электрическую они подразделяются на электродинамические, электромагнитные, электростатические (конденсаторные и электретные), угольные и пьезоэлектрические [2].
Микрофоны характеризуются следующими параметрами:
Чувствительность микрофона - это отношение напряжения на выходе микрофона к воздействующему на него звуковому давлению при заданной частоте (как правило, 1000 Гц), выраженное в милливольтах на Паскаль (мВ/Па). Чем больше это значение, тем выше чувствительность микрофона.
Номинальный диапазон рабочих частот - диапазон частот, в котором микрофон воспринимает акустические колебания, и в котором нормируются его параметры.
Неравномерность частотной характеристики - разность между максимальным и минимальным уровнем чувствительности микрофона в номинальном диапазоне частот.
Модуль полного электрического сопротивления - нормированное значение выходного или внутреннего электрического сопротивления на частоте 1 кГц.
Характеристика направленности - зависимость чувствительности микрофона (в свободном поле на определённой частоте) от угла между осью микрофона и направлением на источник звука.
Уровень собственного шума микрофона - выраженное в децибелах отношение эффективного значения напряжения, обусловленного флуктуациями давления в окружающей среде и тепловыми шумами различных сопротивлений в электрической части микрофона, к напряжению, развиваемому микрофоном на нагрузке при давлении 1 Па при воздействии на микрофон полезного сигнала с эффективным давлением 0,1 Па.
ЭМ являются разновидностью конденсаторных микрофонов. На рисунке 1 приведена схема, объясняющая принцип работы конденсаторного микрофона.
1 - мембрана, 2 - электрод, 3 - изолирующее кольцо
Выполненные из электропроводного материала мембрана - 1 и электрод - 2 разделены изолирующим кольцом - 3 представляют собой конденсатор. Жёстко натянутая мембрана под воздействием звукового давления совершает колебательные движения относительно неподвижного электрода. Конденсатор включен в электрическую цепь последовательно с источником напряжения постоянного тока V B и активным нагрузочным сопротивлением R. При колебаниях мембраны ёмкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления. В электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает переменное напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.
Отличие ЭМ от конденсаторных состоит в том, что постоянное напряжение в них обеспечивается зарядом электрета - тонким слоем, нанесённым на мембрану и сохраняющим этот заряд продолжительное время. Не все материалы пригодны для создания электретов, поэтому обычно приходится идти на компромисс между сложностью производства и качеством звука. Существуют также ЭМ, которые относятся к тыльно-электретным, в которых из электрета сделана только тыльная пластина конденсатора.
ЭМ являются наиболее высокочувствительными преобразователями звуковых колебаний в электрический сигнал и имеют повышенные электроакустические и технические характеристики, такие как:
- малую неравномерность частотной характеристики;
- низкие нелинейные и переходные искажения;
- низкий уровень собственных шумов.
Однако из-за высокого выходного сопротивления они требуют наличия в своем составе согласующего элемента, снижающего выходное сопротивление и повышающего мощность выходного сигнала до уровня, который обеспечивал бы нормальную работу последующего усилителя низкой частоты. Такими согласующими элементами обычно являются интегральные микросхемы усилителей, построенные по схеме ИП и монтируемые непосредственно в корпусе ЭМ [3]
В прошлом широкое применение имели усилители-повторители КБ1402УЕ и КБ1403УЕ, выпускаемые предприятиями в Таллине и Ташкенте соответственно. Эти интегральные микросхемы использовались в микрофонах типа М4 с емкостью мембраны порядка 10 пФ, при этом коэффициент передачи по напряжению, который они обеспечивали, составлял, соответственно, 0,4ч0,5 и 0,34ч0,4. Микросхема КБ1402УЕ имеет отрицательную полярность питания, что не совсем удобно при ее подсоединении к усилителю низкой частоты (УНЧ), которые, как правило, имеют положительное питание.
Миниатюризация ЭМ, как правило, сопровождается уменьшением емкости микрофонной мембраны. Это приводит к уменьшению вырабатываемого ею сигнала и к ухудшению соотношения «сигнал-шум» на выходе согласующего усилителя. Ухудшение соотношения «сигнал-шум» ставит проблему повышения качества согласующих микросхем, что означает увеличение коэффициента передачи по напряжению и уменьшение собственного шума микросхемы при малой емкости источника сигнала.
Значение коэффициента передачи согласующей микросхемы, работающей в миниатюрном микрофоне, определяется в первую очередь значением ее входной емкости, которая в паре с емкостью мембраны микрофона образует емкостной делитель, шунтирующий входную цепь микросхемы по переменному сигналу. Поэтому разработка согласующей микросхемы для миниатюрных ЭМ, в первую очередь связана с решением задач уменьшения ее эффективной входной емкости и снижения входного тока утечки, который определяет основную составляющую собственного шума микросхемы.
В микросхеме ИП типа КБ1402УЕ входная емкость складывается из емкости p-n-перехода затвора ПТУП и паразитных емкостей контактных площадок стока, истока и общей относительно затвора.
Величина входной емкости снижена за счет минимизации размеров затвора транзистора до 1 - 1,2 мкм и контактных площадок. При этом достаточно высокие усилительные характеристики ПТУП обеспечены за счет оптимизации его топологии - соотношения геометрических размеров и концентрационных профилей в активных слоях. Кроме того, микросхема, как и последующий УНЧ, рассчитана на положительную полярность питания, то есть, применен n-канальный вариант ПТУП. Все это дало возможность, не ухудшая шумовые характеристики микросхемы по сравнению с КБ1402УЕ, достичь уровня КУ 0,60ч0,72 при емкости источника сигнала 10 пФ.
Дальнейшая минимизация размеров элементов микросхемы в таком топологическом варианте уже практически невозможна, как с точки зрения технологии присоединения выводов при сборке микросхемы, так и из-за неизбежного ухудшения параметров ПТУП и микросхемы в целом [3].
ПТУП - полупроводниковый прибор, принцип работы которого заключается в управлении тока электрическим полем. Структура полевого транзистора с n-каналом показана на рисунке 2 [4].
V DS - напряжение перехода затвор-сток, V GS - напряжение перехода затвор-исток, I S - ток истока, I D - ток стока, I G - ток затвора.
Она состоит из проводящего канала, который имеет два омических контакта, один из которых является истоком, а другой стоком, между которыми приложено напряжение сток-исток. Третий электрод, затвор, формирует область канала p-n-перехода. Таким образом, ПТУП - по существу резистор, управляемый напряжением, и его сопротивление изменяется с изменением ширины обедненной области, простирающейся внутрь канала.
Так как процессы проводимости преимущественно осуществляется одним типом носителей заряда, в отличие от биполярного транзистора (БТ), в котором используются оба типа носителей, ПТУП также называется униполярным транзистором.
Обозначения и полярности напряжений переходов для n-канального и p-канального ПТУП показаны на рисунке 3.
а) ПТУП с n-каналом. б) ПТУП с p-каналом.
Направление стрелки затвора ПТУП указывает направление протекания тока затвора, если переход затвора смещен в прямом направлении.
Таким образом, для n-канального ПТУП напряжение затвор-исток должно быть нулевым или отрицательным, а напряжение сток-исток положительным. P-канальный ПТУП требует противоположных полярностей напряжения.
Чтобы проанализировать физические принципы функционирования ПТУП, для полевого транзистора с n-каналом рассмотрим сначала очень малые напряжения сток-исток V ds (рисунок 2). В этом режиме смещение затвор-канал, а, следовательно, и ширина обедненной области у затвора одинаковы по всему каналу. Вид канала в разрезе показан на рисунке 4.
Рассмотрим одномерную структуру с длиной затвора L между областями истока и стока. Ширина Z перпендикулярна к плоскости бумаги (обычно Z > L), ток стока протекает вдоль направления y .
Также рассмотрим резкий асимметричный переход затвора с концентрацией акцепторов N a в p-области много большей, чем концентрация доноров N d в канале, N a N d . Поэтому, обедненная область простирается, прежде всего, в n-канал. Расстояние между затвором p-типа и подложкой d, толщина обедненной области затвора в n-канале W, и толщина нейтральной части канала X w . Для того чтобы сосредоточиться на роли затвора, предположим, что обедненная область перехода подложки простирается, прежде всего, в подложку, так что
что обычно выполняется на практике.
Сопротивление области канала может быть записано как
где с - удельное сопротивление канала.
Зависимость W от напряжения затвора определяется соотношением
Подставим (4) в (1), а (1) в (3). Ток теперь может быть записан как функция напряжений на затворе и на стоке.
Коэффициенты перед скобками представляют выходную проводимость G O n-области, таким образом, уравнение (5) перепишется как
Следовательно, зависимость I D (V DS ) линейная при условии малых напряжений сток-исток. Квадратичная зависимость I D (V G S ) в уравнении (6) следует из предположения о резком характере перехода затвор-канал .
Из уравнения (6) видно, что I D будет максимальным при напряжении V GS = 0, будет уменьшаться с увеличением V gs и станет равным нулю при таком V gs , при котором вся область канала будет обеднена.
Теперь рассмотрим произвольные значения V ds и V gs при условии, что
Когда значения напряжения V ds произвольные, напряжение затвор-канал - функция координаты y . Следовательно, ширина обедненной области, а, следовательно, и поперечное сечение канала также изменяется с координатой. В данном n-канальном ПТУП падение напряжения на обедненной области вблизи стока больше, чем вблизи истока. Поэтому, вблизи стока обедненная область шире, как показано на рисунке 5.
При рассмотрении физических принципов работы используется аппроксимация плавного канала. Эта аппроксимация предполагает, что ширина канала и обедненной области изменяются медленно от истока к стоку так, что ширина обедненной области зависит только от полей в вертикальном направлении, а не от полей, простирающихся от стока к истоку. Другими словами, поле в обедненной области в направлении y - намного меньше, чем в направлении x , и ширина обедненной области может быть выражена, проведя одномерный анализ структуры.
В пределах этой аппроксимации, выражение для приращения падения напряжения на малом сечении канала длиной dy в направлении y может быть записано как
Ширина обедненной области теперь изменяется напряжением [V gs - V(y)], где V(y) - потенциал канала в точке y , таким образом
Это выражение подставим в уравнение (7), которое затем, интегрируя в пределах от истока до стока, мы получим вольтамперную характеристику ПТУП
После интегрирования и преобразования,
При малых напряжениях стока, уравнение (10) упрощается до (6); при больших напряжениях стока, уравнение (10) показывает, что ток максимален при V GS = 0 и начинает уменьшаться с увеличением V GS . Из рисунка 6 видно, что с увеличением напряжения стока, ширина проводящего канала вблизи стока уменьшается, пока, наконец, канал полностью не перекроется в этой области (рисунок 6 б).
а) V DS очень мало, канал почти эквипотенциален и размеры обедненных областей одинаковы. б) V DS увеличивается до V D , sat , обедненные области с двух сторон канала перекрываются в точке отсечки y = L . в) V DS V D , sat , точка отсечки y = L ' медленно движется ближе к истоку.
Когда это происходит, уравнение (6) становится неопределенным (W >d). Поэтому эти формулы справедливы только для V ds ниже напряжения стока, которое перекрывает канал. Ток продолжает протекать, когда канал перекрылся, так как нет никакого барьера для переноса электронов, перемещающихся по каналу к стоку. Поскольку они достигают края сомкнутой области, они перемещаются через нее полем, направленным от стока к истоку. Если смещение стока далее увеличивать, любое дополнительное напряжение падает на обедненной области - области высоких полей вблизи стока, и точка, в которой канал полностью обедняется, медленно перемещается к истоку (рисунок 6 в).
Если пренебречь таким медленным перемещением, ток стока остается постоянным (насыщается), в то время как напряжение стока увеличивается, и условие смещения называется режимом насыщения. Напряжение стока, при котором канал полностью обедняется вблизи стока, находится из уравнения (8)
где V p = qN D d 2 /2 s - напряжение отсечки и V to = V P - 0 - пороговое напряжение.
Из выражений (10) и (11) ток стока насыщения находится как
Максимальное значение I d, sat определяется I dss = G O V P /3 и достигается при V gs = 0. Если построить нормированную зависимость I d, sat /I dss от V gs /V p , то результирующая кривая будет выглядеть, как показано на рисунке 7.
Рисунок 7 - Нормированная передаточная характеристика ПТУП с резким p-n-переходом, сравниваемая с квадратичной характерист и кой
Также на рисунке 7 построена квадратичная передаточная характеристика, определяемая соотношением
Две характеристики находятся очень близко друг к другу, и уравнение (13) обычно используется как аппроксимация характеристики ПТУП в области насыщения.
Характеристика I d от V ds может быть разделена на три области, как показано на рисунке 8: 1 - линейная область при малых напряжениях стока; 2 - нелинейная область увеличения тока стока с увеличением напряжения стока; 3 - область насыщения, где ток стока относительно постоянен с дальнейшим увеличением напряжения на стоке.
Уравнение (13) показывает, что ток будет максимален при нулевом напряжении на затворе, и будет уменьшаться при приложении к затвору отрицательного напряжения.
Поскольку напряжение на затворе становится более отрицательным, напряжение стока насыщения и соответствующий ток уменьшаются. При каком-то отрицательном значении напряжения на затворе, ток стока насыщения станет равным нулю. Это напряжение называется пороговым напряжением V to , которое находится из уравнения (11).
Полевые транзисторы часто работают в режиме насыщения, когда заметное влияние на выходной ток оказывает не выходное напряжение - напряжение стока, а только входное - напряжение на затворе. В таком режиме смещения ПТУП почти идеальный источник тока, управляемый входным напряжением.
Крутизна прямой передачи выражается как производная тока стока по напряжению затвор-исток и показывает, как эффективно напряжение на затворе управляет током стока. Она определяется из соотношения
Основными параметрами, определяющими статические характеристики ПТУП являются: [4]
в -коэффициент, определяющий крутизну транзистора, [A/B 2 ];
л -коэффициент, определяющий выходную проводимость, [B -1 ];
I S -ток насыщения двух переходов затвора, [А].
Статическая модель для n-канального ПТУП показана на рисунке 9.
G - затвор, S - исток, D - сток, V DS - напряжение сток-исток, V GS и V GD
- напряжение затвор-исток и затвор-сток соответственно, I GS и I GD - токи переходов затвор-исток и затвор-сток соответственно, I D - нелинейный источник тока, r S и r D - омические сопротивления областей истока и стока соответственно.
Для p-канального ПТУП, полярности напряжений V GD , V GS , и V DS на выводах, полярность включения двух переходов затвора, а также направление нелинейного источника тока I D должны быть противоположны.
Омические сопротивления областей истока и стока ПТУП смоделированы двумя линейными резисторами r D и r S , соответственно. Статические характеристики ПТУП определены нелинейным источником тока I D .
Нормальный режим работы характеризуется следующими соотношениями (для V DS > 0):
для 0 V GS - V TO V DS (область насыщения)(16)
для 0 V DS V GS - V TO (линейная область)
Инверсный режим работы характеризуется следующими соотношениями (для V DS < 0):
для 0 V GS - V TO V DS (область насыщения)(17)
для 0 V DS V GS - V TO (линейная область)
Ток стока ПТУП определяют в соответствии с простой квадратичной зависимостью, которая определена параметрами в и V T O . Параметры V T O и в обычно определяются графической зависимостью от V GS . Рассмотрим пример для n-канального ПТУП, показанный на рисунке 10.
Параметр V T O - определяется на пересечении оси x этим графиком, тогда как параметр в, или его квадратный корень, определяется наклоном зависимости от V GS .
Параметр определяет эффект модуляции длины канала на характеристиках ПТУП. Выходная проводимость, в области насыщения, определяется как
т.е. проводимость в области насыщения непосредственно пропорциональна току стока.
Каждый диод, показанный на рисунке 9, описывается идеальной и неидеальной моделью диода в соответствии со следующими уравнениями:
где K GD - коэффициент генерации неидеального диода перехода затвор-сток;
K GS - коэффициент генерации неидеального диода перехода затвор-исток.
Они определяются соответственно следующими соотношениями
где p b - контактная разность потенциалов.
Широкое применение ИП находит в производстве слуховых аппаратов, в которых источником сигнала для последующего усиления является электретный микрофон с высоким внутренним сопротивлением и малой емкостью мембраны. Для его согласования с входным каскадом последующего усилителя низкой частоты необходимо согласующее устройство - ИМС истокового повторителя.
Рассмотрим физическую структуру и топологию ИМС истокового повторителя производства ОАО «Орбита» г. Саранск. Данная ИМС выполнена по биполярной технологии. Основным активным элементом ИМС является ПТУП. Принципиальная электрическая схема ИМС показана на рисунке 11. Она содержит 4 элемента: полевой транзистор VT 1 , диод VD 1 , резисторы R 1 и R 2 [5].
1 - плюс напряжение питания; 2 - выход; 3 - общий; 4 - вход
Основные электрические параметры ИМС, а также режимы их измерений должны соответствовать нормам, приведенным в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Электрические параметры ИМС и режимы их измерений
1. Коэффициент передачи по напряжению
3. Полное входное сопротивление, МОм
5. Напряжение шума на выходе в полосе «А», мкВ
6. Коэффициент неравномерности АЧХ:
Физическая структура ИМС показана на рисунке 12. Основные топологические размеры приведены в мкм.
Технологические параметры физической структуры ИМС и их нормы в соответствии с рисунком 12 приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2 - Технологические параметры физической структуры ИМС
Измерение электрических параметров проводилось по методу 500-1 ОСТ 11.073.013-83 на ИМС истокового повторителя производства ОАО «НИИМЭ и «Микрон» г. Зеленоград. При этом измерение коэффициента передачи по напряжению, тока потребления, а также входного и выходного сопротивлений проводились при двух значениях напряжения питания V SS1 = 1,5 В, V SS2 = 2,0 В по установившемуся значению выходного напряжения [5].
Измерение коэффициента передачи по напряжению A V и тока потребления I SS проводились согласно ГОСТ 19799-74, метод 2570 в режимах и условиях, указанных в таблице 1.1. Схема включения ИМС приведена на рисунке 13.
G1 - стабилизированный источник питания; PA - прибор комбинированный Щ68000;
G2 - генератор сигналов Г3-107; PV1, PV2 - милливольтметр В3-59; D1 - измеряемая ИМС.
2. Измерение полного входного сопротивления R i проводились согласно ГОСТ 19799-74, метод 7500 в режимах и условиях, указанных в таблице 1.1. Схема включения ИМС приведена на рисунке 14.
G1 - стабилизированный источник питания; G2 - генератор сигналов Г3-107; PV - милливольтметр В3-59; D1 - измеряемая ИМС.
Значения напряжений на выходе ИМС представлены в таблице 1.3, где V O ' и V O ” - напряжения на выходе ИМС соответственно при разомкнутом и при замкнутом переключателе В 1 .
Таблица 1.3 - Значения V O ' и V O ”, измеренные при V SS 1 и V SS 2
Полное входное сопротивление ИП определяется по формуле [5]
Подставив в (23) значения V O ' и V O ” , измеренные при V SS1 = 1,5 В
3. Измерение выходного сопротивления R О проводят согласно ГОСТ 19799-74, метод 7510 в режимах и условиях, указанных в таблице 1.1. Цепочка C 3 R 3 через переключатель В 2 шунтирует переменный сигнал на общую шину. Схема включения ИМС приведена на рисунке 15.
G1 - стабилизированный источник питания; G2 - генератор сигналов Г3-107; PV - милливольтметр В3-59; D1 - измеряемая ИМС.
Значения напряжений на выходе ИМС представлены в таблице 1.4, где V O 1 и V O 2 - напряжения на выходе ИМС соответственно при разомкнутом и при замкнутом переключателе В 2 .
Таблица 1.4 - Значения V O 1 и V O 2 , измеренные при V SS 1 и V SS 2
Выходное сопротивление ИП определяется по формуле [5]
Подставив в (25) значения V O1 и V O2 , измеренные при V SS2 = 1,5 В
Результаты измерений электрических параметров ИП представлены в таблице 1.5.
Таблица 1.5 - Результаты измерений электрических параметров ИМС
Из таблицы 1.5 видно, что с увеличением напряжения питания от 1,5 до 2 В коэффициент передачи по напряжению, ток потребления возрастают соответственно на 0,8 и 1,7 %, полное входное сопротивление возрастает на 4 %, а выходное сопротивление уменьшается на 1 %.
Параметры I SS и A V , а также значения напряжений на выходе ИМС V O ' и V O ”, измеренные по вышеуказанным методикам, требуются в дальнейшем для расчета параметров модели ПТУП.
Предлагаемый метод позволяет рассчитать параметры модели ПТУП из результатов измерений параметров ИМС истокового повторителя. Он включает следующие этапы:
1. Расчет параметров модели ПТУП, используя результаты измерений ИМС истокового повторителя.
2. Моделирование схемы ИП в системе программ OrCAD 9.2, используя рассчитанные параметры модели ПТУП.
3. Проверка соответствия экспериментальных и расчетных значений параметров ИМС истокового повторителя из результатов моделирования.
Величина коэффициента передачи истокового повторителя определяется входной емкостью, которая последовательно с емкостью мембраны образует емкостной делитель, шунтирующий входную цепь микросхемы по переменному сигналу, и выходным сопротивлением ПТУП, образующим с нагрузочным сопротивлением R L резистивный делитель. Принципиальная электрическая схема истокового повторителя показана на рисунке 16, а эквивалентная схема для схемотехнического расчета на рисунке 17.
где C S - разделительная емкость, отражающая выходную емкость электретного микрофона;
C p - паразитная емкость контактной площадки и соединительной дорожки относительно общей шины и шины питания;
C jd - барьерная емкость диода VD1;
C gs - барьерная емкость p-n перехода затвор-исток ПТУП;
r O = 1/g fs - выходное сопротивление истока ПТУП;
g fs - крутизна прямой передачи ПТУП при рабочем токе через ПТУП;
VD1- диод, задающий смещение затвора.
Все емкости можно заменить одной эквивалентной входной емкостью
C i = C p + C jd + C gd +C gs .(27)
Как следует из рисунка 17, коэффициент передачи истокового повторителя можно представить как произведение двух коэффициентов передачи
где A 1 - коэффициент передачи, задаваемый емкостным делителем C S , C i
A 2 - коэффициент передачи, зависящий от крутизны ПТУП и сопротивления нагрузки R L :
Как следует из (29) и (30), для увеличения коэффициента передачи A V необходимо увеличивать крутизну прямой передачи ПТУП g fs и уменьшать входную емкость C i .
Из результатов измерения коэффициента передачи истокового повторителя можно выделить крутизну прямой передачи g fs и входную емкость ПТУП - C i . Если разделительную емкость C S выбрать достаточно большой, так чтобы выполнялось условие
то A 1 ? 1 и коэффициент передачи ИП в основном будет определяться коэффициентом передачи A 2
Тогда из выражения (30) можно рассчитать крутизну
Измерив, коэффициент передачи при номинальном значении разделительной емкости C S1 = 10 пФ, можно рассчитать коэффициент переда
Разработка интегральной микросхемы истокового повторителя для слухового аппарата дипломная работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Курсовая работа: Виникнення, формування та утвердження засад історичної школи права
Отчет по практике по теме Управление прибылью на предприятии
Реферат: Айсберги проплывают рядом
Реферат: Регуляция менструальной функции. Строение репродуктивной системы. Формирование плаценты
Курсовая работа по теме Тестирование рекламы предприятия
Информатика Контрольная Работа 9 Класс Ответы
Курсовая Работа На Заказ В Нижнем Новгороде
Контрольная работа по теме Оцінка стійкості об’єктів господарювання в умовах надзвичайних ситуацій
Диссертация Управление Качеством
Инфекционные Заболевания Сельскохозяйственных Животных Реферат
Сочинение: Тарас Шевченко как художник
Память Реферат
Курсовая работа по теме Создание мультимедийных иллюстраций для настольной карточной игры 'Имаджинариум' с возможностью их демонстрации в дополненной реальности
Реферат по теме Развіццё кнігавыдавецкай, кнігагандлёвай і краязнаўчай беларускай бібліяграфіі ў перыяд існавання Рэчы Паспалітай абодвух народаў (да 1795 г.)
Реферат: Internet Essay Research Paper The Internet links
Реферат по теме Брюшной тиф: патогенез, патологическая анатомия, осложнения и диагноз
Курсовая работа по теме Методы и расчет заработной платы на предприятии ООО 'Парк Дракино'
Дипломная Работа На Тему Психолого-Педагогические Условия Развития Эмоционально-Творческой Культуры Младшего Школьника
Познание как субъектно-объектное отношение.
Курс Лекций На Тему Экономика И Организация Производства
Жизнь и ее происходжение - Биология и естествознание реферат
Гражданско-правовые основы саморегулируемых организаций - Государство и право дипломная работа
Перший історіографічний етап дослідження голоду в Україні 1932-1933 рр. - История и исторические личности статья