Кафедра №27. Микро- и наноэлектроника

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОСТИ: ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

(для групп А6-09,11, Е6-03)

 

1-я неделя. Классификация электронных схем (ЭС) по выполняемым функциям. Цифровые, аналоговые и аналого-цифровые ЭС. Транзисторные ключи и усилители - основные конфигурации цифровых и аналоговых ЭС. Характеристики ЭС: передаточные, переходные частотно-фазовые. Линейные и нелинейные искажения. Режимы малого и большого сигналов. Обратная связь (ОС). Применение ОС для улучшения характеристик электронных схем. Классификация типов ОС. Положительная и отрицательная ОС. Устойчивость усилительных схем, охваченных отрицательной ОС. Использование положительной ОС в цифровых ЭС.

2-3 недели. Физические и математические модели активных интегральных элементов: диодов, биполярных и униполярных транзисторов. Влияние физико-топологических параметров интегральных структур на электрические характеристики транзисторов. Модели (схемы замещения) простейших ЭС - ОЭ, ОБ, ОК. Использование моделей разной сложности при анализе простейших схем ОЭ, ОБ, ОК и их машинном расчете. Расчет электронных схем с помощью ЭВМ. Структура современных программ анализа. Методы составления математической модели схемы, решения системы управлений моделей, анализ результатов. Многовариантный и статический анализ схем. Понятие о макромоделях. Ограничения современных программ анализа. Интеллектуализация программ анализа и расчета ЭС. Эвристическое моделирование.

4-5 недели. Простейшие усилительные каскады на полевых и МДП транзисторах. Способы задания режимных токов. Коэффициент усиления. Частотно-фазовые и временные характеристики. Цифровые электронные схемы. Анализ работы простейших усилителей на биполярных транзисторах в режиме большого сигнала. Биполярные и МОП цифровые ключи и их характеристики. Анализ переходных процессов. Схемотехника цифровых ключей.

6-я неделя. Эмиттерные и истоковые повторители напряжения (ПН). Назначение ПН. Режимы работы ПН: классы A, B и AB. Работа ПН в режиме малого сигнала. Особенности работы ПН в режиме большого сигнала. Блокировка ПН. Мощные выходные каскады: однотактные и двухтактные. Влияние емкости нагрузки на переходные процессы. Оценка КПД и нелинейных искажений. ПН, построенные по схеме Дарлингтона. Особенности ПН на МДП транзисторах.

7-я неделя. Простейшие источники постоянного тока (ИПТ) и напряжения (ИПН). Параметры ИПТ. Влияние эффекта Эрли на выходное сопротивление. Способы увеличения выходного сопротивления. Интегральная реализация ИПТ. Зеркало тока и его модификации. ИПН на основе ЭП. Параметры ИПН. ИПН на основе стабилитрона. Источники опорного напряжения типа "band-gap" и его интегральная реализация. Эффект температурной компенсации.

9-я неделя. Дифференциальный каскад (ДК). Режим покоя. Точностные параметры. Напряжение и ток смещения, их температурный дрейф. Малосигнальные параметры и характеристики: Коэффициент усиления дифференциального сигнала; Коэффициент передачи синфазного сигнала. Коэффициент ослабления синфазного сигнала. Динамический диапазон. Переходные и частотные характеристики. Переключатель тока на основе ДК. Статический режим. Согласование входных и выходных уровней сигнала. Переходные характеристики в режиме большого сигнала.

10-я неделя. Цифровые интегральные схемы. Логические функции и логические элементы. Основные понятия о логических функциях и логических элементах. Простейшие ключевые цепочки в качестве логических элементов. Элементы "ИЛИ", "И", "НЕ". Инвертирующие функции "ИЛИ-НЕ" и "И-НЕ". Схема "Исключающее ИЛИ". Полусумматор. Простейшие логические элементы ТТЛ, ЭСЛ и КМДП. Особенности топологической реализации логических элементов в ТТЛ и КМДП-базисах. Бистабильные ячейки (БЯ). Назначение БЯ. Место БЯ в запоминающих устройствах. Запоминающие устройства на биполярных и МДП-транзисторах. Статические и динамические ячейки. Классический симметричный триггер, принцип действия, режим раздельного и общего входа. Интегральная реализация бистабильной ячейки. Триггер Шмитта. Комбинационные и последовательностные интегральные схемы. Понятие о комбинационных схемах: дешифратор, сумматор. Понятие о последовательностных схемах. RS-триггер, асинхронный и синхронный режим работы. T-триггер на основе RS-триггеров. Логическая память. Регистры и счетчики, их назначение и выполняемые функции. Особенности топологической реализации логических элементов в КМДП-базисе.

11-12 недели. Аналоговые интегральные схемы. Операционные усилители (ОУ). ОУ как многокаскадные усилители постоянного тока (УПТ). Особенности схемотехники УПТ. Стабилизация рабочей точки. Проблема согласования каскадов УПТ по постоянным уровням. Схема сдвига уровня. Проблема температурного дрейфа нуля. Методы борьбы с дрейфом: усилители типом М-ДМ и ПКД. Параметры и характеристики ОУ. Типовые конфигурации ОУ массового применения, выполненные по биполярной и КМДП-технологиям. АЧХ и ФЧХ - характеристики интегральных ИС ОУ и способы их коррекции. Устойчивость ОУ при охвате его отрицательной ОС. Основные типы включений ОУ в радиоэлектронной аппаратуре. Понятие об идеальном ОУ. Виртуальная земля. Инвертирующий, неинвертирующий и дифференциальный усилители. Интеграторы и дифференциаторы. Расчет их параметров с помощью аппарата ОС.

13-я неделя. Генераторы. Классификация типов генераторов. Генераторы синусоидальных, прямоугольных и треугольных колебаний. Анализ работы генераторов с помощью аппарата теории ОС. Мультивибраторы. Особенности интегральной реализации.

14-я неделя. Радиочастотные электронные схемы. Широкополосные радиочастотные схемы. Способы нейтрализации паразитной ОС. Модуляция сигнала на основе ДК. Аналоговый перемножитель. Демодуляция сигналов. Системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Синтезатор частоты. Построение радиоприемников на основе ФАПЧ.

15-я неделя. Источники питания (стабилизаторы напряжения). Однополупериодный и двухполупериодный выпрямители, анализ их основных параметров, типовые схемы фильтров для сглаживания пульсаций. Транзисторные стабилизаторы напряжения последовательного и параллельного типов. Анализ и расчет стабилизаторов напряжения с помощью аппарата теории ОС. Особенности построения интегральных стабилизаторов. Понятие об умножителях и преобразователях постоянного напряжения.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

ОСНОВНАЯ

1.	621.38 С79	Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. М.: Лаборатория базовых знаний, 2003.
2.*	621.3 С92	Бойко В.И. и др. Схемотехника электронных систем. Аналоговые и импульсные устройства. – СПб: «БХВ Петербург», 2004.
3.	621.38 С79	Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1977, 1967.
4.	621.38 Л33	Лебедев А.А.  Сборник проблемно-ориентированных задач по курсу «Основы микроэлектроники», Ч.2. – М.: МИФИ, 1989.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1.*	621.37 Ф91	Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные устройства. М.: Советское радио, 1980, 1992.
2.	621.3 А47	Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. Учебное пособие. М.: Радио и связь, 1990.
3.	621.38 А47	Алексенко А.Г. Основы микросхемотехники. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2002.

*   Книга находится в читальном зале