70827

Дослідження аналогової інтегральної мікросхеми

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Експериментальне визначення параметрів не потребує знання схеми і може бути здійснено як для будь-якого чотириполюсника шляхом вимірювання струмів і напруг вхідного і вихідного сигналів.

Украинкский

2014-11-30

597 KB

2 чел.

1. Лабораторна   робота  №1

Дослідження аналогової інтегральної мікросхеми

 Мета роботи:

1. Засвоїти методику вимірювання  Y-параметрів аналогових інтегральних мікросхем.

2. Навчитись визначати основні параметри аналогових інтегральних мікросхем через відомі Y-параметри.

3. Дослідити частотні характеристики інтегральної мікросхеми.

               

  1.  Підготовка до лабораторної роботи

1. Повторити теоретичний матеріал з теми   “Аналогові інтегральні мікросхеми”, викладений в лекції і в теоретичній частині цього посібника (розділ II).

   Література:

-    конспект лекцій;

-    Бондарь Б.Г.   “Основи микроэлектроники”, К., „Вища школа”, 1987.

- Лавриненко В. Ю. “Справочник по полупроводниковым приборам”, К., „Техніка”, 1984.

2. Познайомитися з  методикою дослідження аналогової інтегральної мікросхеми (АІМС) (розділ ІІІ  посібника).

3.  Підготовити бланк звіту (титульну сторінку, схеми, таблиці, вписати параметри досліджуваної АІМС).

4.  Підготуватися до відповідей на такі запитання:

  - дати визначення гібридної ІМС;

  - дати визначення напівпровідникової ІМС;

  - які ІМС називають аналоговими?

  - чому АІМС можна розглядати як чотириполюсник?

  - пояснити фізичний зміст Y-параметрів;

  - перелічить основні електричні параметри АІМС;

  - як практично знаходять параметри АІМС?

  - чому значення напруги UДЖ обмежено як вбік збільшення від номіналу, так і

в бік зменшення?

  - як по відомим Y-параметрам знайти основні електричні параметри АІМС?

         

 

ІІ. Короткі теоретичні відомості про АІМС

     

         В лабораторній роботі досліджується інтегральний підсилювач напруги на ІМС, виконаний на базі ІМС 122УН1. Схему підсилювача зображено на рис.1.1.

         

   а       б                               

Рис. 1.1. Схема ІМС 122УН1:

а – принципова схема; б – схемне позначення

 

          Він має два каскади. Перший каскад виконано на транзисторі VT1, другий- на транзисторі VT2.

           Параметрами ІМС 122УН1 є:

  •  напруга живлення : +6,3 В;
  •  коефіцієнт підсилення за напругою KU 250;
  •  максимальна напруга вхідного сигналу UВХ  10 мВ;
  •  вхідний опір змінному струму RВХ  220 Ом;
  •  вихідний опір змінному струму RВИХ  2 кОм.

                           

           Дослідження електричних характеристик АІМС можна провести за методикою дослідження чотириполюсника.

            Відомо, що властивості чотириполюсника можна визначити різними системами диференційних параметрів. При розрахунках схем підсилювачів застосовують системи Y- і H- параметрів. Ці параметри можна розрахувати, якщо відома схема чотириполюсника, або знайти експериментально. Розрахунок параметрів складний і проводиться за допомогою ЕОМ.

             Експериментальне визначення параметрів не потребує знання схеми і може бути здійснено як для будь-якого чотириполюсника шляхом вимірювання струмів і напруг вхідного і вихідного сигналів. Змінні струми і напруги характеризують амплітудами, частотами, фазами, тобто відображають комплексними величинами, тому і диференційні параметри є також величини комплексні. Але стрілкові прилади (вольтметри, міліамперметри) вимірюють діючі значення напруг і струмів, тобто їх модулі, тому і диференційні параметри, які знаходять через значення струмів і напруг є також модулями (у подальшому для скорочення слово “модуль” не застосовуєть).

             В лабораторній роботі знаходять і досліджують Y-параметри чотириполюсника (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Чотириполюсник

Формули для розрахунку Y- параметрів і їх фізичний зміст:

     - вхідна провідність при короткому замиканні на виході;

                                    (1.1)

   - пряма провідність при короткому замиканні на виході;

   - зворотна провідність при короткому замиканні на вході;

                                    (1.2)

             - вихідна провідність при короткому замиканні на вході.

              

Отже, для знаходження Y-параметрів необхідно визначити значення вхідних і вихідних струмів І1 та І2 і напруг U1 та U2 (рис. 1.2) в режимі короткого замикання за змінною складовою за (допомогою конденсатора) на вході і виході.

       Для знаходження Y-параметрів збирають  дві схеми.

Перша схема (рис. 1.3) дозволяє знайти параметри Y11 і Y21.Для цього здійснюють коротке замикання на виході через конденсатор С2, а генератор Uг підключають до входу. Тоді напруга на виході U2=0, а вимірюванню підлягають напруга U1 і струми  I1 та I2.

Рис.1.3.  Схема знаходження параметрів Y11 і Y21  при короткому замиканні на виході

             Друга схема (рис. 1.4) дозволяє знайти параметри Y12 і Y22. Для цього здійснюють коротке замикання на вході через конденсатор С1, а генератор Uг підключають до виходу. Тоді напруга на вході буде U1=0, а вимірюють напруга U2 і струми I1 та I2.

Рис. 1.4.  Схема знаходження параметрів Y12 і Y22  при короткому замиканні на вході

        Підсилювач навантажений на Rн, а до його входу прикладають напруга з генератора Uг, з внутрішнім опором Rг (рис. 1.5).

Рис. 1.5.  Схема підключення підсилювача

              Знаючи  Y-параметри, можна розрахувати основні електричні параметри підсилювача за формулами

  •  коефіцієнт підсилення    ;
  •  вхідна провідність           ;
  •  вихідна провідність         ;

де YH – провідність навантаження на виході підсилювача,  (при відсутності навантаження YH=0);

    YГ – внутрішня провідність генератора сигналів, .

             Використовуючи ці параметри, можна розрахувати контури узгодження з попередніми і наступними каскадами, визначити амплітудно-частотну характеристику АІМС тощо.

              Для визначення частотного діапазону, в якому може працювати АІМС, необхідно знати залежність диференційних параметрів від частоти. Типові частотні залежності для АІМС Y=(f) наведено на рис. 1.6.

      

Рис. 1.6.   Частотні залежності Y-параметрів АІМС

          Частота fв на рівні 0,707Y21макс визначає верхню межу частотного діапазону.

ІІІ. Порядок виконання лабораторної роботи

  1.  Склад робочого місця:

  •  генератор сигналів G;
  •  вольтметр змінного струму;
  •  вольтметр постійного струму;
  •  джерело живлення Eдж;
  •  лабораторний макет.

         Схему лабораторного макету наведено на рис. 1.7.



          Живлення на АІМС подають з джерела  ЕДЖ і регулюють ручкою потенціометра “UДЖ”. Значення напруги живлення вимірюють вольтметром постійного струму.

           Резистори R0 є вимірювальними: по них проходять вхідні і вихідні струми,  які розраховують відповідно за формулами

                                     ,

де ,   - падіння напруги на R0 відповідно на вході та виході ,   

Опори резисторів R0 вибрані малими для того, щоб вони не змінювали режим роботи підсилювача при короткому замиканні.

Для здійснення короткого замикання (КЗ) вхідні (вихідні) клеми з’єднують з корпусом окремою перемичкою через конденсатор С1(С2) .

Спрощену схему дослідження АІМС наведено на рис. 1.8

      

Рис.1.8. Спрощена схема дослідження

При КЗ на виході з’єднують через конденсатор клеми   і  ┴, а генератор підключають на вхід до клем Uг і  ┴. Вимірюють змінні напруги , ,  вольтметром pV1 і знаходять струми за формулами

                                      

Розраховують параметри Y11, Y21 за формулами 1.1.

При КЗ на вході  з’єднують клеми  і ┴ через конденсатор С1, а генератор підключають до вихідних клем Uг і  ┴.

Вимірюють напруги ,  ,  вольтметром    та знаходять струми за формулами

                                 

Розраховують параметри Y12 і Y22 за формулами 1.2.

ІІІ. Програма та методика дослідження.

Програма дослідження

Послідовність виконання вимірювання

1

2

1. З’ясувати у викладача номер варіанту.

2. Дослідити частотну залеж-ність Y-параметрів Y=φ(f) при номінальній на-прузі живлення

UДЖ = 6,3 В .

1. Початкові дані знаходять за номером варіанту в табл. 1.5.

2. Вивчити правила роботи з вимірювальними приладами.

3.  Зібрати схему дослідження для вимірювання параметрів Y11 і Y21 в режимі КЗ на виході:

  •  замкнути перемичкою через конденсатор  клеми  і  ┴;
  •  підключити генератор G  до вхідних  клем

і  ┴;

  •  підключити вольтметр постійної напруги  згідно рис. 1.7;
  •  підключити напругу джерела живлення до клем Едж і  ┴  і ручкою Uдж   виставити номінальну напругу 6,3 В за вольтметром ;
  •  підключити вольтметр  змінної напруги до клем  і  ┴ (вхід АІМС).

4. Встановити ручкою “Частота” генератора необхідну частоту. Ручкою “Вихід генератора” встановити вхідну напругу , значення якої виставляється згідно з номером варіанту

(табл.. 1.5);

5. Виміряти вольтметром  змінні напруги ,  відносно ┴, записати їх значення в табл.. 1.1;

6. Виконати операції п. 4 та п. 5, змінюючи частоту в діапазоні, вказаному викладачем.

1

2

Примітка. При зміні частоти напругу      підтримувати постійною.

Таблиця 1.1

f, кГц

Вимірюван-ня

Розрахунки

мВ

мВ

мВ

ΔU1, мВ

I1, мкА

I2, мкА

Y11    м См

Y21, мСм

–  Розрахувати Y- параметри, враховуючи, що

.

7.  Зібрати схему дослідження для вимірювання      параметрів Y12 і Y22 в режимі КЗ на вході;

-    перемкнути перемичкою через   конденса- тор  С1   клеми  і  ┴;

-   підключити генератор G до виходу (клеми       Uг  і  ┴), а вольтметр  до клеми  і     встановити на ньому ручкою “Вихід      генератора” напругу згідно з номером варіанту (табл. 1.5);

-  заміряти напруги на клемах ,  відносно ┴ і занести в табл. 1.2;

-     виконати аналогічні вимірювання на інших   частотах і результати вимірювання записати в    табл. 1.2.  

Таблиця 1.2

f, кГц

Вимірюван-ня

Розрахунки

мВ

мВ

мВ

ΔU2, мВ

I1, мкА

I2, мкА

Y12, мСм

Y22, мСм

–  Розрахувати Y- параметри, враховуючи, що

.

1

2

3. Дослідити за-лежність Y-пара-метрів від зна-чення напруги живлення на  частоті  f=100 кГц

Виконати операції, по п. 4   і   п. 5  програми вимірювань при частоті  f = 100 кГц і трьох напругах UДЖ = 5 В; 6,3 В і 7 В. Результати вимірювань записати в табл. 1.3 і табл. 1.4.                                  

Розрахувати Y- параметри, враховуючи, що

      .

Таблиця 1.3

UДЖ,

В

Вимірюван- ня

Розрахунки

мВ

мВ

мВ

ΔU1, мВ

I1, мкА

I2, мкА

Y11, мСм

Y21, мСм

5

6,3

7

Таблиця 1.4

UДЖ,

В

Вимірюван-ня

Розрахунки

мВ

мВ

мВ

ΔU2, мВ

I1, мкА

I2, мкА

Y12, мСм

Y22, мСм

5

6,3

7

4. Дослідити залежність коефі-цієнта підсилення за напругою КU  АІМС при номінальній напрузі UДЖ=6,3 В  та неробочому ході.

  •  Встановити АІМС в режим неробочого ходу (зняти КЗ перемичку);
  •  встановити номінальну напругу живлення UДЖ=6,3В за вольтметром постійної напруги;
  •  підключити генератор G до входу схеми (клеми Uг і  ┴) і ручкою “Вихід генератора” встановити за вольтметром змінної напруги на вхідних клемах АІМС напругу , значення якої задано викладачем;
  •   ручкою  “Частота генератора” змінювати частоту в заданому діапазоні;
  •  заміряти напругу на вихідних клемах ІМС  і  ┴ вольтметром змінної напруги;
  •  записати результати вимірювань  в табл. 1.5;

1

2

  •  розрахувати коефіцієнт підсилення КU та записати табл. 1.5;

-  побудувати графік КU = (f), знайти діапазон частот Δ f.

Таблиця 1.5

f ,

кГц

UВХ,

мВ

UВИХ,

мВ

КU

5. Дослідити залежність КU  від напруги ЕДЖ  на частоті f=100 кГц.

  •  Встановити на генераторі G частоту  f=100 кГц;
  •  встановити напругу живлення ЕДЖ = 6,3 В, а вхідну напругу  U1,  згідно завданню, та заміряти напругу на виході  U2 ;
  •  результати вимірювань записати в табл. 1.6;
  •  виконати аналогічні вимірювання для ЕДЖ = 5 В  та  7В;
  •  побудувати графік   КU = f (ЕДЖ) та зробити висновок.

Таблиця 1.6

ЕДЖ, В

5

6,3

7

U1, мВ

U2, мВ

КU

6. Проаналізувати залежності параметрів АІМС  КU, R ВХ, R ВИХ , від частоти при ЕДЖ = 6,3 В

  •  Виписати із табл. 1.1  та   табл. 1.2  значення  Y-параметрів, необхідних для знаходження КU, R ВХ  та  R ВИХ   АІМС   згідно з формулами

,  YВХ  = Y11 ,   YВИХ  = Y22,   

,

  та  записати їх в табл. 1.7.

1

2

Таблиця 1.7

f, кГц

Експеримент

Розрахунок

,

мСм

,

мСм

,

мСм

КU,

RВХ,

Ом

R ВИХ,

Ом

  •  Розрахувати значення параметрів ІМС КU, RВХ ,  RВИХ   на різних частотах та ЕДЖ = 6,3 В,  записати їх  в  табл. 1.8.
  •  Побудувати графіки  КU =  (f),  ВХ =  (f),   R ВИХ =  (f).

7. Проаналізувати залежності параметрів АІМС  КU, R ВХ, R ВИХ   від  напруги ЕДЖ при f=100 кГц

  •  Виписати із табл. 1.3  та  табл. 1.4  значення  Y параметрів Y11, Y21, Y22  при різних  ЕДЖ   на  f=100 кГц, записати їх в табл. 1.8. Розрахувати значення параметрів ІМС КU, R ВХ ,  R ВИХ   при різних напругах ЕДЖ  та  записати їх  в  табл. 1.8.

Таблиця 1.8

ЕДЖ, В

Експеримент

Розрахунок

,

мСм

,

мСм

,

мСм

КU,

RВХ,

Ом

R ВИХ,

Ом

5

6,3

7

  •  Розрахувати значення параметрів ІМС при  різних напругах ЕДЖ  та  записати їх  в  табл. 1.8.
  •  Побудувати графіки КU = f (ЕДЖ), R ВХ = f  (ЕДЖ),   R ВИХ = f (ЕДЖ).


                                                                                  Таблиця 1.9

№ варіантів

Параметри

, мВ

, мВ

1

3

600

2

4

650

3

5

700

4

6

750

5

7

800

6

8

850

7

9

900

8

10

850

9

3

800

10

4

750

11

5

700

12

6

650

V. Обробка результатів вимірювання:

  •  розрахувати модулі Y-параметрів для різних частот, побудувати графіки Y11, Y21 ,Y22=  (f) в логарифмічному масштабі по осі частот ;
  •  за графіком Y21= (f) знайти частотний діапазон АІМС на  рівні 0,707Y21МАКС   та  Δ f;
  •  розрахувати параметри Y11, Y21 і Y22 при різних напругах живлення Едж і частоті  f = 100 кГц;
  •  за законом зміни  Y11, Y21  та Y22 з частотою знайти залежності КU =  (f)  та  Δ f,  R ВХ  (f),   R ВИХ =  (f)  та побудувати графіки при ЕДЖ = 6,3 В;
  •  побудувати графік КU =  (f)  в режимі неробочого ходу при ЕДЖ = 6,3 В  та знайти  Δ f;
  •  побудувати графіки КU = f (ЕДЖ), R ВХ = f  (ЕДЖ),  R ВИХ = f (ЕДЖ) в режимі неробочого ходу при f = 100 кГц.


Зміст звіту

Звіт оформлюється в зошиті або на бланку і повинен мати:

  •  титульну сторінку з назвою лабораторної роботи, прізвищем студента та номером групи;
  •  мету роботи;
  •  перелік вимірювальних приладів;
  •  основні електричні параметри  АІМС, що досліджується;
  •  схему дослідження;
  •  таблиці № 1.1 – 1.8  з результатами вимірювання і розрахунку;
  •  необхідні графіки і розрахунки;
  •  висновки.

Примітка.  Електричну схему дослідження та графіки креслити під лінійку ручкою або олівцем.

В висновках пояснити:

  •  чому з зростанням частоти параметр  Y21  зменшується ;  
  •  чому параметр Y12  дуже малий;
  •  залежність КU, RВХ, RВИХ  АІМС  від  напруги живлення при f = 100 кГц;
  •  залежність КU, RВХ, RВИХ  АІМС  від  частоти ЕДЖ = 6,3 В;
  •   порівняти значення КU  та Δ f  АІМС, отримані експериментальним шляхом та через  Y- параметри.


                                                                                     Додаток 1

НТУУ «КПІ»

Інститут телекомунікаційних систем

Навчальна дисципліна «Основи мікросхемотехніки»

Навчальна група

Робоче місце

Звіт

з лабораторної роботи №1

«Дослідження АІМС»

студента__________________________

                                                                     _________________________

                                    Робота виконана

                                    

                                    Робота прийнята

Київ-2006

Мета роботи:

Прилади, які застосовуються:

Електричні параметри  ІМС:

Схема дослідження:

  1.  Дослідження залежності параметрів Y11 і Y21 від частоти

Таблиця 1

f, кГц

Вимірювання

Розрахунки

, мВ

, мВ

, мВ

ΔU1, мВ

I1, мкА

I2, мкА

Y11, мСм

Y21, мСм

        

         

  1.  Дослідження залежності параметрів Y12 і Y22  від частоти

Таблиця 2

f,

кГц

Вимірювання

Розрахунки

, мВ

,

мВ

,

мВ

ΔU2, мВ

I1, мкА

I2, мкА

Y12, мСм

Y22,

мСм

       

     

Y11 Y21 Y22

                                           f, кГц

Δ f  =  

3. Дослідження залежності Y–параметрів від напруги живлення на частоті 100 кГц

Таблиця 3

ЕДЖ, В

Вимірювання

Розрахунки

, мВ

, мВ

, мВ

ΔU1, мВ

I1, мкА

I2, мкА

Y11, мСм

Y21,

мСм

5

6,3

7

Таблиця 4

ЕДЖ, В

Вимірювання

Розрахунки

, мВ

,

мВ

,

мВ

ΔU2, мВ

I1, мкА

I2, мкА

Y12, мСм

Y22,

мСм

5

6,3

7

4. Дослідження залежності КU  АІМС   від частоти в режимі неробочого ходу

YH  = 0  КU    ЕДЖ  = 6,3 В 

UВХ  = U1 =                (визначають за варіантом завдання)

UВИХ  = U2    

Таблиця 5

f ,

кГц

UВХ,

мВ

UВИХ,

мВ

КU

5. Дослідження залежності КU АІМС від напруги ЕДЖ в режимі неробочого ходу при  f = 100 кГц  та  U1 =       (задано викладачем)

Таблиця 6

ЕДЖ, В

5

6,3

7

U1, мВ

U2, мВ

КU

6. Аналіз залежності параметрів АІМС  КU, R ВХ, R ВИХ , від  частоти для  ЕДЖ = 6,3 В

,  YВХ  = Y11 ,   YВИХ  = Y22,     ,

Таблиця 7

f, кГц

Експеримент

Розрахунок

,

мСм

,

мСм

,

мСм

КU 

RВХ,

Ом

R ВИХ,

Ом

Примітка. Значення Y-параметрів при зміні частоти взяти із табл. 1.1 та  табл. 1.2  для  ЕДЖ = 6,3 В.

      Δ f =

7. Аналіз залежності параметрів АІМС  КU, R ВХ, R ВИХ   від  напруги ЕДЖ   на частоті 100 кГц

,  YВХ  = Y11 ,   YВИХ  = Y22,     ,  

Таблиця 8

ЕДЖ , В

Експеримент

Розрахунок

,

мСм

,

мСм

,

мСм

КU,

RВХ,

Ом

R ВИХ,

Ом

5

6,3

7

Примітка. Значення  параметрів Y11, Y21, Y22   взяти  із табл. 1.3  та   табл. 1.4  на  частоті  f = 100 кГц.


Висновки

В висновках пояснити:

  •  чому з зростанням частоти параметр  Y21  зменшується ;  
  •  чому параметр Y12  дуже малий;
  •  залежність КU, RВХ, RВИХ  АІМС  від  напруги живлення при f = 100 кГц;
  •  залежність КU, RВХ, RВИХ  АІМС  від  частоти ЕДЖ = 6,3 В;
  •   порівняти значення КU  та Δ f  АІМС, отримані експериментальним шляхом та через  Y- параметри.


9

VT1

10

VT1

1

3

4

7

8

9

5

11

VT2

122УН1

4

7

8

1

Eдж

Uвих

Uвх

I1

I2

U2

U1

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

Чотириполюсник

Rг

I1

I2

U1

U2=0

C2

Uг

Чотириполюсник

I1

U1=0

U2

C1

Uг

Rг

I2

ІМС

Rг

I1

U1

U2

I2

Uг

RН

Y

Y21

Y21max

Y11

0,707Y21max

Y22

0

f

fВ

4

3

11

9

8

10

Uдж

Uг

U2

PV1

PV2

G

Uг

U1

R0

U1

R0

U2

R1

C1

C2

7

ІМС

122УН1

+Eдж

Рис. 1.7 Схема лабораторного макету

UГ

R0

RГ

C2

U2

I2

U1

I1

C1

R0

U1

Rx

UГ

U2

КU

Δ f =

f 

КU

ЕДЖ 

КU

R ВИХ, RВХ

f

f

R ВИХ, RВХ

КU

ЕДЖ

ЕДЖ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

61857. Урок-практикум в текстовом процессе Word 2003. Создание документа с помощью шаблона Мастер календарей и его стилевое форматирование 40 KB
  Цели урока: Развитие навыков работы с текстовым редактором по созданию и применению стилей форматирования умений работать по заданному алгоритму развитие творческого мышления формирование учебно-познавательных действий по работе с дополнительными источниками.
61858. Про працелюбних і лінивих 58.5 KB
  Освітня мета. Створити образ цілісного знання про працелюбність та лінь, ознайомити зі способами роботи з інформацією. Розвивальна мета. Розвивати творчі здібності, вміння визначати власну позицію, планувати свою роботу...
61859. Уроки англійської мови 7 клас (за підручником Л. В. Биркун, Н. О. Колтко, С. В. Богдан) 1.35 MB
  Запропонований посібник містить авторські розробки уроків різних типів з використанням елементів інноваційних технологій. З метою розвитку творчих здібностей учнів у посібнику, поряд із традиційними завданнями, наявні проблемні завдання, інсценування діалогів і віршованих текстів, проектні завдання.