Разработка интегральной микросхемы параметрического стабилизатора
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
Введение
На данный момент все большей популярностью пользуется параметрический стабилизатор напряжения феррорезонансный, работа которого базируется на феррорезонансном эффекте в узле конденсатор-трансформатор. Такой принцип действия позволяет обеспечить непрерывную корректировку параметров входящего тока в рамках разрешенной нагрузки. Если не вдаваться в подробности физического устройства стабилизатора данного типа, то можно сказать, что при наличии ряда очевидных минусов в сравнении с аналогичным оборудованием компенсирующего действия, данный вид стабилизаторов все равно используется очень часто. Этому есть две основные причины: большой ресурс работы устройства и его высочайшее быстродействие.
Получается, что такой стабилизатор является наиболее действенным и простым вариантом, который прекрасно подходит почти для всех типов оборудования. Стабилизаторы данного типа очень часто используются для подключения бытовых электроприборов. И действительно, чаще всего параметрические стабилизаторы оказываются оптимальным решением благодаря исключительной надежности и своей простоте. Современные устройства не содержат в своем составе движущихся частей, а имеющийся шумовой эффект весьма успешно поглощается корпусом из пластмассы или алюминия. На бесшумность аппарата оказывает положительное влияние наличие резиновых элементов [3].
1. Задание на курсовой проект
Спроектировать интегральную микросхему, изображённую на рис 1.
Рис. 1. Параметрический стабилизатор
Стабилизатор напряжения - преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.
По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.
В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:
Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.
Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.
В зависимости от способа стабилизации:
Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.
Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.[2]
. Конструктивно-технологическое исполнение схемы
Микросхема состоит из полевого и биполярного транзисторов, навесного резистора, навесного стабилитрона и кремниевой подложки n-типа.
Формирование элементов проводим по планарной технологии.
На рис. 2. показана структура биполярного p-n-p транзистора. Выводы Э, Б, К - от эмиттера, базы и коллектора транзистора соответственно.
На рис. 3. Показана структура полевого p-n-p транзистора
Рис 2. Структура биполярного транзистора
Рис. 3. Структура полевого транзистора
После разрезания слитка монокристаллического кремния на пластины, их шлифуют, химически очищают и формируют пленку окисла кремния. Далее используя операции фотолитографии, эпитаксии, ионного легирования формируется коллекторная, базовая и эмиттерная области соответственно. Резисторы формируются одновременно с базовой областью. После этого напыляются алюминиевые контакты. Далее схема проходит проверку на работоспособность.
. Расчет интегрального транзистора
. Определяем максимальное пробивное напряжение Ukbo из неравенства.
(В), (1)
где Ukbmax = 20 (В) - максимальное напряжение на коллекторном переходе.
. По графику зависимости Ukbпр (Nak) определяем концентрацию акцепторов в эпитаксиальном слое Nak .
(см-3).
. Определяем подвижность электронов из графика зависимости подвижности от концентрации ?(Nak).
(см2/Вс).
. Определяем длину диффузионного смещения доноров в базе.
(мкм). (2)
. Вычисляем диффузионный потенциал U0.
(В). (3)
. Рассчитаем контактную разность потенциалов ?к на коллекторном переходе.
(В), (4)
где k - постоянная Больцмана; e - заряд электрона;
; (см-3).
. Выбираем величину диффузионного смещения акцепторов в эмиттерном кармане.
. (5)
. Расcчитываем ширину области объемного заряда, распространяющуюся в сторону коллектора ?Xkk и в сторону базы ?Xkb при максимальном напряжении на коллекторном переходе Ukbmax.
(мкм). (6)
(мкм). (7)
. Ширина высокоомного коллектора Xkk должна быть больше или равной ширине слоя объемного заряда ?Xkk. Используем оксидную изоляцию Xсс=0.3 мкм. Определяем толщину эпитаксиального слоя.
(мкм). (8)
. Учитывая, что в приближении малой инжекции ?=LaXi/LdWba вычисляем время жизни неосновных дырок в базе вблизи эмиттерного перехода.
. (9)
. (10)
. Оцениваем технологическую ширину базы по соотношению.
(мкм). (11)
. Определяем концентрацию акцепторов на эмиттерном переходе.
(см-3). (12)