Усилитель широкополосный. Разработка конструкции полупроводниковой интегральной микросхемы

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

                           КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

                                                                  УНИВЕРСИТЕТ

                               Кафедра  «Конструирование и производство РЭА»

Курсовой проект

Усилитель широкополосный

Пояснительная записка

                                                                                                                       Выполнил:

                                                                                                                      ст-т гр. Р32-3

                                                                                                                      Е. С. Пелех                                                                                                                                           Проверил:  

                                                                                                                      О. В. Семенова

Красноярск 2006

Техническое задание

Усилитель широкополосный

Разработать конструкцию полупроводниковой ИС; выполнить необходимые расчеты и конструкторскую документацию.

Исходные данные:

Напряжение питания                                                                                  U_пит ≤ 12В

Входное напряжение                                                                                  U_вх ≤ 0,1В

Выходное напряжение                                                                               U_вых ≥ 3,6В

Максимальная рабочая частота                                                     ≤100кГц

Граничная частота (для всех элементов)                          ≤1мГц

Параметры конденсатора С

            Емкость и допуск,                                                                           150 пФ ± 30%

            Рабочее напряжение                                                                                   15 В

            Производство мелкосерийное, объем  шт. в год                          3000

            Рабочий интервал температур окружающей среды               от -40 до +40^оС

            Время непрерывной работы, час                                                   10000

            Радиационные воздействия                                                                       умеренные

            Исполнение корпусное

            Расположение выводов по окружности или не более чем в 2 ряда

            Цоколевка произвольная.

Параметры резисторов

	R1	R2	R3	R4
Номинал сопротивления, кОм	100	1,5	0,27	24
Допуск, %	30	30	30	20
Мощность, мВт	2,5	4	0,8	1,5

Параметры транзисторов

	VT1	VT2
Коэффициент усиления в схеме ОЭ	≥30	≥30
Сопротивление области базы, Ом коллектора, Ом	≤120 ≤500	≤150 ≤500
Емкость перехода Э-Б, пФ К-Б, пФ	≤20 ≤20	≤50 ≤20
Обратный ток коллектора, мкА	≤0,5	≤2
Начальный ток эмиттера, мкА	≤5	≤10
Емкость изоляции, пФ	≤20	≤30
Мощность рассеивания, мВт	1	3
Максимальный прямой ток, мА	0,5	3

Анализ технического задания

1  Общие сведения о разработке.

1.1 Основанием для разработки курсового проекта является техническое задание (ТЗ), выдаваемое кафедрой, в соответствии со схемой электрической КГТУ 2.402.006 Э1 и частичным описанием, изложенным на листе задания к курсовому проекту.

1.2 Назначение. Задача усиления электрических сигналов часто возникает в самых различных отраслях науки и техники. Устройства, предназначенные для выполнения такой задачи, и называются усилителями. Электрический сигнал как правило возникает в результате преобразования неэлектрической величины в электрическую – напряжение или ток.

1.3 Наименование изделия: усилитель широкополосный.

1.4 Климатические и механические воздействия задаются по ГОСТ 16962-71.

1.5 Степень защиты прибора от проникновения пыли и воды должна соответствовать ГОСТ 14254-96. Радиационные воздействия умеренные. По условиям эксплуатации устройство относится к виду климатического исполнения  по ГОСТ 15543.1-89.

2 Технические требования.

   2.1 Состав изделия

  моноблок;

  кабель для подключения к питанию

2.2 Требования к конструкции.

2.2.1 Исполнение корпусное; расположение выводов по окружности или не более, чем в два ряда; цоколевка произвольная.

2.2.2 Типы и технические характеристики используемой элементной базы должны удовлетворять показателям назначения и условиям эксплуатации усилителя.          Номинальные значения и их предельные отклонения для ЭРЭ должны соответствовать перечню элементов КГТУ 2.402.006 ПЭ3 на усилитель.

         Рабочее напряжение на всех участках цепи ≤12В, следовательно, нет необходимости в специальных мерах по предотвращению воздействия высокого напряжения.

2.2.3 Устройство по электрическим параметрам должно быть взаимозаменяемым.         2.2.4 Усилитель должен иметь компактные размеры и наименьшую массу.

2.2.5 Конструкция усилителя должна обеспечивать доступность к узлам и элементам электрической цепи при регулировке и смене их при ремонте.

2.3 Показатели назначения.

2.3.1 Максимальная рабочая частота ≤100 кГц;

2.3.2 Входное сопротивление 100 кОм;

2.3.3 Питающее напряжение ≤12 В, постоянное;

2.3.5 Максимальный потребляемый ток 3 мА;

2.3.6 Мощность усилителя не более 2,5Вт;

2.4 Требования надежности: время непрерывной работы 10000 ч.

2.5 Ориентировочная программа выпуска: мелкосерийное производство; объем 3000 шт. в год.

2.6 Конструктивно-технологический вариант ИС.

2.6.1 Наивысшее качество изоляции, особенно при тепловых и радиационных воздействиях, независимость от нее физических характеристик слоев структуры, дает ЭПИК-процесс (технология с изоляцией элементов ИС диэлектрическими пленками).

2.6.2 Операции техпроцесса следующие:

1) эпитаксиальное или диффузионное формирование скрытого n⁺-слоя;

2) маскирование (окисление поверхности с последующей фотолитографией) с окнами для травления;

3) анизотропное химическое травление кремния (глубина 20-30 мкм);

4) термическое окисление (образование SiO₂ на «склонах» вытравленных канавок);

5) нанесение пленки нитрида кремния SiN_4. Эта операция выполняется не всегда, но способствует своевременному прекращению механической структуры из-за высокой твердости нитрида кремния;

6) осаждение поликристаллического кремния;

7) шлифовка и полировка до вскрытия изолированных карманов монокристаллического n-Si. Последующие операции выполняются со стороны вскрытой поверхности;

8) маскирование и базовая диффузия акцепторов;

9) маскирование и эмиттерная диффузия (в том числе подлегирование коллектора);

10) формирование контактов, проводящего слоя и его рисунков.