Введение

Средством решения проблемы увеличения надежности, снижения стоимости, массо-габаритов и энергопотребления РЭА является комплексная миниатюризация, в широком смысле означающая системный подход к применению в аппаратуре средств микроэлектроники, а в прикладном смысле - метод создания аппаратуры, при котором все её узлы, блоки и устройства выполнены на базе изделий микроэлектроники. Основным видом изделий микроэлектроники являются ИМС, которые могут быть квалифицированы по технологии изготовления, степени интеграции, функциональному назначению и по применяемости в аппаратуре. Гибридные ИМС (микросборки) представляют собой комбинацию плёночных пассивных элементов и дискретных активных компонентов, расположенных на общей диэлектрической подложке. В настоящее время в качестве дискретных активных элементов, кроме бескорпусных транзисторов и диодов, широко используются полупроводниковые ИМС, в частности, ОУ, триггеры, регистры и т.д. Таким образом, гибридные ИМС представляют собой не только функциональные узлы (усилители, звенья фильтров и т.д.), но и целые блоки и устройства РЭЛ. Аналогом гибридной ИМС (микросборки) в МЭА третьего поколения является печатная плата, заполненная компонентами в виде корпусированных ИМС.

Использование гибридных ИМС в РЭА четвертого поколения позволяет резко уменьшить массогабаритные параметры и повысить надёжность. Основу биполярных полупроводниковых ИМС составляют n+-р-n транзисторы. Отличия параметров и характеристик интегрального транзистора от дискретного определяется расположением всех трех выводов на одной поверхности, а также влиянием подложки. Диоды полупроводниковых ИМС реализуются на основе биполярных транзисторов, причем их параметры зависят от схемы включения транзистора в качестве диода.

Рисунок 1 - Исходная схема

Таблица 1 - Комбинации входных сигналов

Последняя цифра номера студенческоюЗначения входных сигналовбилета12348111010011011

1. Электрический расчет цифровой схемы

Для расчетов токов и напряжений в цепи возможно использование упрощенной модели вольтамперных характеристик (ВЛХ) диодов и транзисторов, так как транзисторы работают в режиме ключа, а интегральная схема ТТЛ изготавливается из кремния.

Упрощенная модель кремниевого биполярного транзистора:

если на каждом из двух p-n переходов транзистора действуют прямые напряжения, не превышающие значения U*, либо обратные напряжения, то транзистор закрыт и все токи считаются равными нулю;

если через эмиттерный переход протекает прямой ток, то напряжение база-эмиттер равно U*=0,7 В, транзистор открыт и может находиться в одном из двух режимов: активном или насыщения; для уточнения режима вычисляют ток базы IБ произведение ß ?IБ, и максимально возможное значение тока коллектора насыщенного транзистора IКH, затем проводят сравнение: если ß IБ<IКH, то режим активный, если ß ? IБ>Iкн, то режим насыщения;

ток коллектора в активном режиме не зависит от напряжения на переходе коллектор-база и равен Iк=ß ? IБ ;

напряжение на переходе коллектор-база в режиме насыщения равно 0,6 В, тогда напряжение коллектор-эмиттер равно 0,1 В.

Следовательно, при выполнении расчетов принимаем: Uº = 0.1 В, U ¹>3 В, падение напряжения на диоде и эмиттерном переходе при прямом включении равно 0,7В, коэффициент передачи тока базы ß=50, инверсный коэффициент передачи тока базы ß1=0, 05.

Проведем расчет для комбинации входных сигналов "1110", т.е. согласно принятым значениям Ubxi= Ubx2=Ubx3=U'>3 B, а UВХ4=Uº,=0,1 В. Определим величину тока через резистор R1. Рассмотрим все возможные пути, по которым может протекать этот ток. В схеме только один источник напряжения - источник питания +5 В. Поэтому все постоянные токи в схеме могут протекать только в одном направлении от шины +5 В к общей шине.

На рисунке 2 выделена часть схемы, по которой может протекать ток, идущий через R1(ток I).

Рисунок 2 - Частичная схема для расчета тока It, при комбинации входных сигналов "1110"

Предположим, что ток протекает через переходы Б-Э2 транзистора VT1, то напряжения на этом переходе, согласно предложенной выше модели равны 0,7 В. Следовательно потенциал базы транзистора VT1 (точка А) равен 0,8 В. UA=U°+UБЭ=0,1+0,7=0,8 В.

Заметим, что переход база-эмиттер Б-Э1 находится под обратным напряжением, так как потенциал базы (р- область) ниже, чем потенциал эмиттера (n-области) на величину 0,8-3= -2,2 В. Поэтому через этот переход протекает только обратный ток.

Ток правой ветви при этом будет отсутствовать, так как для того чтобы он протекал в точке А требуется потенциал равный UБК1+UБЭ2=0,6+0,7=1,ЗВ.

Следовательно, транзистор VT2 будет закрыт. Находим ток It.