Физические основы построения ЭВМ

Цели курса: изучение физических основ построения ЭВМ, рассмотрение организации интегральных схем,

ЛИТЕРАТУРА

Бройдо В.Л. Архитектура ЭВМ и систем: Учебник для вузов 2-е издание

Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторный практикум на базе

Лекция 1. Основы теории электропроводимости твердого тела

Вопросы:
Элементы энергетической модели атома
Электропроводимость полупроводников.
Понятие n-p-перехода

Элементы энергетической модели атома

Носители информации - количественные показатели напряжения, тока и заряда. В реальных

В процессе передачи и преобразования электрической энергии большую роль играют электроны.

Электроны – это мельчайшие элементарные частицы материи, обладающие электрической энергией.

D = 5*10-13 см,
m=9*10-28 грамм,
e=1,6*10-19 Кл.

Каждый электрон имеет

Согласно принципам квантовой механики электроны изолированного атома обладают вполне определенными значениями

Для теоретического обоснования экспериментальных данных можно применить достаточно простую модель энергетических

Далее идет запрещенная зона. Запрещенная зона объединяет уровни энергий, которые не

При Т=0◦К (рисунок 3) валентная зона всегда полностью заполнена, тогда как

2. ЭЛЕКТРОПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Электропроводность полупроводников резко увеличивается с повышением температуры. Удельное сопротивление полупроводника убывает

Согласно принципам квантовой механики электроны изолированного атома обладают вполне определенными значениями

Ковалентная связь

Электроны, находящиеся на внешнем электронном уровне и называемые валентными, слабее связаны

В процессе образования ковалентной связи два атома вносят «в общее дело»

Кристаллическая структура кремния

Пространственная структура кремния представлена на рис. 3. Шариками изображены атомы кремния,

Ковалентные связи изображены парами линий, соединяющих атомы. На этих линиях находятся

Собственная проводимость

При повышении температуры тепловые колебания атомов кремния становятся интенсивнее, и энергия

Такие электроны покидают свои атомы и становятся свободными (или электронами проводимости)

Разрыв ковалентных связей и появление свободных электронов показан на рис. 5.

Возникновение тока за счёт движения свободных электронов называется электронной проводимостью. Процесс

Примесная проводимость

Помимо собственной проводимости у полупроводника возникает доминирующая примесная проводимость. Именно благодаря

Предположим, например, что в расплав кремния добавлено немного пятивалентного мышьяка (As).

На внешнем электронном уровне атома мышьяка имеется пять электронов. Четыре из

Внедрение атомов пятивалентного мышьяка в кристаллическую решётку кремния создаёт электронную проводимость,

Примеси, атомы которых отдают свободные электроны без появления равного количества подвижных

Можно, наоборот, создать полупроводник с преобладанием дырочной проводимости. Так получится, если

На внешнем электронном уровне атома индия расположены 3 электрона, которые формируют

Каждый примесный атом индия порождает дырку, но не приводит к симметричному

Полупроводник с акцепторной примесью — это дырочный полупроводник, или полупроводник p-типа

3. ПОНЯТИЕ P–N-ПЕРЕХОДА

Место контакта двух полупроводников с различными типами проводимости (электронной и дырочной)

На рис. 9 изображён контакт областей p- и n-типа. Цветные кружочки

В результате движения зарядов в электронном п/п около границы контакта остаётся

Эти нескомпенсированные объёмные заряды образуют так называемый запирающий слой ABCD, внутреннее

Подключим теперь к нашему полупроводниковому элементу источник тока, подав «плюс» источника

Рассмотренная схема называется включением p–n-перехода в обратном направлении. Электрического тока основных

Теперь поменяем полярность подключения и подадим «плюс» на p-полупроводник, а «минус»

Вентильное свойство p-n-перехода p-n-переход, обладает свойством изменять свое электрическое сопротивление в зависимости

Это свойство называется вентильным, а прибор, обладающий таким свойством, называется электрическим

Введение носителей заряда через p-n-переход при понижении высоты потенциального барьера в

При протекании прямого тока из дырочной области р в электронную область

Инжектирующий слой с относительно малым удельным сопротивлением называют эмиттером, а слой,

Процесс переброса неосновных носителей заряда называется экстракцией. Этот ток имеет дрейфовую

Выводы:

1. p-n-переход образуется на границе р- и n-областей, созданных в монокристалле

3. При отсутствии внешнего напряжения UBH в p-n-переходе устанавливается динамическое равновесие:

4. При прямом смещении p-n-перехода потенциальный барьер понижается и через переход

5. При обратном смещении p-n-перехода потенциальный барьер повышается, диффузионный ток уменьшается

6. Ширина р-n-перехода зависит:
от концентраций примеси в р- и n-областях,

При увеличении концентрации примесей ширина р-п-перехода уменьшается и наоборот. С увеличением

р-n-переход обладает односторонней проводимостью. Данное свойство широко используется для выпрямления переменных

Вольтамперная характеристика p-n-перехода

Вольтамперная характеристика р-n-перехода - это зависимость тока через р-n-переход от величины

Ее рассчитывают исходя из предположения, что электрическое поле вне обедненного слоя

Вид этой зависимости представлен на рис. 1.19. Первый квадрант соответствует участку

При увеличении прямого напряжения ток р-п-перехода в прямом направлении вначале возрастает

Если количество выделяемого при этом тепла будет превышать количество тепла, отводимого

Поэтому прямой ток p-n-перехода необходимо ограничивать на безопасном уровне, исключающем перегрев

При увеличении обратного напряжения, приложенного к p-n-переходу, обратный ток изменяется незначительно,

Увеличение обратного напряжения приводит лишь к увеличению скорости дрейфа неосновных носителей

Лекция 2. Полупроводниковые приборы

Вопросы:
Полупроводниковый диод
Биполярный транзистор
Полевой транзистор

1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД

Полупроводниковый диод - это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом

В полупроводниковом диоде выпрямляющим электрическим переходом может быть электронно-дырочный (р-n) переход,

В зависимости от типа перехода полупроводниковые диоды имеют следующие структуры (рис.

Структуры полупроводникового диода с выпрямляющим p-n-переходом. Н - невыпрямляющий электрический (омический)

Полупроводниковые диоды (ПД) с p-n-переходами делают несимметричными, т.е. концентрация примесей в

Поэтому количество неосновных носителей, инжектируемых из сильно легированной (низкоомной) области, называемой

Классификация ПД по признакам:
по типу полупроводникового материала - кремниевые, германиевые,

3. по технологии изготовления электронно-дырочного перехода - сплавные, диффузионные и др.;

Основными классификационными признаками являются тип электрического перехода и назначение диода.
В зависимости

Плоскостными называют диоды, у которых размеры, определяющие площадь р-п- перехода, значительно

Плоскостные диоды имеют большую величину барьерной емкости (до десятков пикофарад), что

Точечные диоды имеют очень малую площадь р-п- перехода, причем линейные размеры

Ту сторону диода, к которой при прямом включении подключается отрицательный полюс

Выпрямительные диоды

Выпрямительный диод - это ПД, предназначенный для преобразования переменного тока в

цепях управления и коммутации;
ограничительных и развязывающих цепях;
схемах умножения напряжения;
преобразователях

Конструктивно выпрямительные диоды оформляются в металлических, пластмассовых или керамических корпусах в

Рис. 2.4
а ) дискретные элементы;
б) диодные мосты

Конструкция выпрямительного маломощного диода, изготовленного методом сплавления показано ниже. В качестве

1 - вплавленный индий;
2 – пластина германия n-типа;
3 -

Вольтамперная характеристика выпрямительного диода

По вольтамперной характеристике выпрямительного диода можно определить следующие основные параметры, влияющие

2. Номинальное среднее прямое напряжение Uср пр ном среднее значение прямого

3. Напряжение отсечки U0, определяемое точкой пересечения линейного участка прямой ветви

4.Пробивное напряжение Uпроб- обратное напряжение на диоде, соответствующее началу участка пробоя

5. Номинальное обратное напряжение Uобр.ном рабочее обратное напряжение на диоде. Его

6. Номинальное значение обратного тока Iобр.ном - величина обратного тока диода

где Iпр - величина прямого тока диода; Uпр - падение напряжения

С повышением температуры обратный ток у германиевых выпрямительных диодов резко возрастает

Кремниевые диоды могут работать при значительно больших обратных напряжениях, чем германиевые

Максимально допустимое постоянное обратное напряжение у кремниевых диодов увеличивается с повышением

Вследствие указанных преимуществ в настоящее время выпрямительные диоды в основном изготавливают

2. Биполярный транзистор

Биполярный транзистор (триод) - это полупроводниковый прибор с двумя или более

Транзистор был создан американскими учеными Дж. Бардином, У. Браттейном и У.

Структура биполярного транзистора (БТ)

БТ представляет собой монокристалл полупроводника, в котором созданы три области с

От каждой области полупроводника сделаны токоотводы (омические контакты). Среднюю область транзистора,

Примыкающие к базе области обычно делают неодинаковыми. Одну из областей делают

Область БТ, основным назначением которой является инжекция носителей заряда в базу,

Область БТ, основным назначением которой является собирание, экстракция носителей заряда из

В зависимости от типа электропроводности эмиттера и коллектора различают БТ р-п-р

Конструктивно БТ оформляются в металлических, пластмассовых или керамических корпусах.

Конструктивное оформлене БТ

Режимы работы БТ

При работе БТ к его электродам прикладываются напряжения от внешних источников

Если на эмиттерном переходе напряжение прямое, и он инжектирует носители в

В режиме насыщения оба p-n-перехода включены в прямом направлении, переходы насыщены

Если же на коллекторном переходе напряжение прямое, и он инжектирует носители

При инверсном включении БТ необходимо учитывать следующие особенности:
1. Поскольку эмиттерный переход

2. Это приводит к изменению заряда носителей в базе и, следовательно,

3. При меньшей площади эмиттерного перехода необходимо снижать величину его тока,

При прямом напряжении, приложенном к эмиттерному переходу, потенциальный барьер понижается, и

Вследствие того, что ширина базы БТ мала и концентрация основных носителей

Небольшая часть инжектированных носителей заряда успевает рекомбинировать в базе, образуя рекомбинированную

Через цепь базы замыкается также небольшая составляющая тока эмиттера, образованная диффузией

Схемы включения БТ

Для усиления электрического сигнала в цепь транзистора необходимо включить два источника

Поскольку БТ имеет 3 вывода (эмиттер, база, коллектор), а два источника

По этому признаку различают 3 возможных схемы включения: с общей вазой,

Схема с общей базой

Схема с общим эмиттером

Схема с общим коллектором

В отличие от схемы с общей базой схема с общим эмиттером

Транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, усиливает ток базы в

Усиление по напряжению в данной схеме остается таким же, как в

Схема с общим эмиттером имеет более приемлемые значения входного и выходного

Благодаря указанным преимуществам схема с общим эмиттером находит наибольшее применение на

Схема с общей базой хоть и имеет меньшее усиление по мощности

Схема с общим коллектором дает усиление по току и по мощности,

Схему с общим коллектором очень часто применяют в качестве входного каскада

3. Полевой транзистор (ПТ)

Полевой транзистор - это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком

Т.к. в создании электрического тока участвуют только основные носители заряда, то

ПТ разделяют на 2 вида:
1) полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом;
2)полевые транзисторы

Конструктивно ПТ оформляются в металлических, пластмассовых или керамических корпусах, их конструкции

Принцип действия ПТ с p-n-переходом основан на изменении сопротивления активного слоя

Выводы, сделанные от противоположных сторон пластины полупроводника n-типа, называются истоком (И)

В большинстве случаев выводы от затворов соединены между собой, поэтому в

Расстояние между p-n-переходами называется шириной канала W, а n-область между переходами

Теперь приложим напряжение между затвором и истоком Uзи (« + »

С возрастанием сопротивления канала ток стока Iс уменьшится. Таким образом, изменяя

Поскольку в основу работы ПТ положен принцип изменения ширины канала, то

Т. е. p-n-переходы затвора всегда должны быть смещены в обратном направлении

При воздействии напряжения Uсн p-n-переходы затвора тоже смещаются в обратном направлении,

Падение напряжения на сопротивлении нагрузки при протекании тока Iс является выходным

Принципиальным отличием ПТ от БТ является то, что источник входного сигнала

Этим обстоятельством и определяется вид выходных ВАХ полевого транзистора, приведенных на

ЛЕКЦИЯ 4. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ (ЛЭ)

Цифровые электронные устройства работают в соответствии с логическими законами. При записи

Основоположником математической логики является немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646 -

На заложенном Лейбницем фундаменте ирландский математик Джордж Буль построил здание новой

Высказывание - это любое утверждение, относительно которого можно сказать истинно оно

Высказывания являются двоичными объектами и поэтому часто истинному значению высказывания ставят

Высказывания могут быть простыми и сложными.
Простые соответствуют алгебраическим переменным, а

Самой простой логической операцией является операция НЕ (по-другому ее часто называют

Логическая операция НЕ является унарной, т.е. имеет всего один операнд. В

Таблица 1. Основные логические операции

Приведенные выше табл. 1 значений переменных для логических операций называются таблицами

Таблица истинности может рассматриваться в качестве одного из способов задания логической

Логическое И называют конъюнкцией, или логическим умножением (таблица для этой операции

Операция И имеет результат «истина» только в том случае, если оба

Из него следует, что установка будет успешной только при одновременном выполнении

Операция ИЛИ «истину», «если значение «истина» имеет хотя бы один из

Например, когда студентка просит друга подарить ей на день рождения букет

СХЕМНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ

Если посмотреть на внутреннее устройство современного компьютера, то там присутствуют интегральные

Фактически каждая микросхема или небольшая группа микросхем образуют функционально законченный блок.

Для понимания внутренних принципов работы современной ЭВМ достаточно рассмотреть несколько типовых

Обработка информации в ЭВМ происходит путем последовательного выполнения элементарных операций. К

1) установка – запись в операционный элемент (например, в регистр) двоичного

3) сдвиг – изменение положения кода относительно исходного;
4) преобразование -

Для выполнения каждой из этих операций сконструированы электронные узлы являющиеся основными

Чтобы изучить электронные узлы необходимо знать базовые логические элементы (ЛЭ).
На

Рис. 1. Условные обозначения основных логических элементов

Простейшие ЛЭ можно реализовать аппаратно. Это означает, что можно создать электронные

На практике логическому «да» («истина», или цифра 1) в таблицах истинности

Логический элемент НЕ реализуют схемы с переключателем (рис. 2, а) и

Если на вход элемента НЕ (т. е. на базу транзистора) подать

Если же на вход подать сигнал низкого уровня, то транзистор закрыт

Изображение логического элемента НЕ на схеме показано на рис. 2, в.

Простейшей электронной схемой, выполняющей логическую функцию И, является схема с диодами,

Рис 3. Техническая реализация операции И: а - контактная схема, б

Если хотя бы на одном из входов такой схемы положительный сигнал

В результате на выходе схемы напряжение сигнала будет близким 0 В

Когда на все входы подаются положительные сигналы (т. е. «логические 1»),

Техническую реализацию логической функции ИЛИ иллюстрирует рис. 4.

Рис 4. Техническая реализация

В электрической цепи с параллельно включенными контактами (рис. 4, а) ток

Электронной схемой, реализующей логическую функцию ИЛИ, является схема с диодами, направление

Если на любой вход схемы или на несколько входов поступит положительный

Только в том случае, когда на всех входах схемы будут нулевые

Электронная схема логического устройства И-НЕ основана на двух n-p-n-транзисторах. Для ее

Через транзистор может протекать ток от коллектора к эмиттеру (на рис.

Рис. 5. Электронная реализация логического элемента И-НЕ (схема на n-p-n-транзисторах)

Схема на рис. 5 имеет два входа А и В, через

Выход - точка Y, наличие разности потенциалов между которой и точкой

Допустим, на входах А и В нет напряжения («нет» и «нет»).

Если заперт один из транзисторов, то результат все равно такой же.

Интегральная микросхема (микросхема) – это микроэлектронное изделие, выполняющее преобразование, обработку сигнала

Элемент – это часть микросхемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая может

Под электрорадиоэлементом понимают диод, транзистор, резистор, конденсатор и др.

Компонент – это часть микросхемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая НЕ

Компоненты устанавливаются на подложке микросхемы при выполнении сборочно-монтажных операций.

К простым компонентам относятся бескорпусные диоды и транзисторы, специальные типы конденсаторов,

Плотность упаковки – это отношение числа простых компонентов и элементов к

С точки зрения внутреннего устройства микросхема представляет собой совокупность большого числа

Термин «интегральная» отражает конструктивное объединение элементов и компонентов, а также полное

Критерием оценки сложности микросхемы является степень интеграции.
Она определяется K=LnN, где

Микросхема, содержащая с 1000 до 10000 элементов и простых компонентов, называется

Микросхема, содержащая свыше 10000 элементов и простых компонентов, называется сверхбольшой интегральной

По функциональному назначению микросхемы подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровая микросхема предназначена для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону

А в аналоговых микросхемах сигналы изменяются по закону непрерывной функции. Самый

СУММАТОР

Предназначен для нахождения суммы двух двоичных чисел. Для простоты рассмотрим устройство

В результате получается двухразрядное двоичное число. Его младшую цифру обозначим S,

Черта над символом обозначает операцию NOT, знак л - конъюнкцию, знак

Табл. 4. Таблица истинности для полусумматора

Для реализации полусумматора достаточно соединить параллельно входы двух логических элементов (рис.

Ниже приведены два варианта логической схемы полусумматора с:
использованием лишь базовых

Рис. 6. Логическая схема полусумматора (два варианта)

Полный одноразрядный сумматор «умеет» при сложении двух цифр учитывать возможное наличие

Табл. 5. Таблица истинности для сумматора

При построении схемы сумматор удобно представить в виде двух полусумматоров, из

Для суммирования младших разрядов чисел полусумматора уже достаточно, так как в

Рис. 7. Сумматор, составленный из двух полусумматоров

Рис. 8. Логическая схема суммирования двух трехразрядных двоичных чисел

Перейти к многоразрядным числам можно путем последовательного соединения соответствующего количества сумматоров.

Последовательность логических схем на рис. 4 – 8 отражает важнейшую в

Триггер

Триггер — это запоминающий элемент с двумя (или более) устойчивыми состояниями, изменение

Все разновидности триггеров представляют собой элементарный автомат, включающий собственно элемент памяти

Рис. 1. Структура триггеров в виде КС и ЭП

Триггер - основа устройств оперативного хранения информации. Соответствующая его работе таблица

Рис. 2. Логическая схема триггера

Таблица 1. Таблица истинности RS-триггера

Простейший вариант триггера собирается из четырех логических элементов И-НЕ, два из

Триггер имеет два входа, обозначенные на схеме R и S, а

Триггер устроен таким образом, что на прямом и инверсном выходах сигналы

Работа триггера

Пусть на входе R установлена 1, а на S - 0.

Поскольку на одном из входов D4 есть 0, независимо от состояния

Эта единица передается на вход элемента D3 и в сочетании с

Обозначение состояния триггера по договоренности связывается с прямым выходом. Тогда при

Сброс по-английски называется «Reset», отсюда вход, появление сигнала на котором приводит

В «симметричном» случае R = 0 и S = 1 на

Триггер – микроэлектронное изделие, которое может находится в 2-х устойчивых состояниях.
Кроме

Рассмотрим ситуацию R=0 и S = 0 - входных сигналов нет.

Такое состояние будет устойчивым. Пусть, например, на прямом выходе 1. Тогда

В свою очередь, наличие 0 на инверсном выходе передается на D3

Таким образом, при отсутствии входных сигналов триггер сохраняет свое «предыдущее» состояние.

В последнем случае он перебросится в единичное состояние и после прекращения

Триггер обладает замечательным свойством: после снятия входных сигналов он сохраняет свое

Рассмотрим комбинацию входных сигналов: R = 1 и S = 1.

Такое состояние помимо своей логической абсурдности еще и является неустойчивым: после

Мы рассмотрели простейший RS-триггер. Существуют и другие разновидности этого устройства. Все

На их основе изготовляются всевозможные регистры для хранения и некоторых видов

Кроме того изгатавливаются интегральные микросхемы статического ОЗУ, не требующие для сохранения

Классификация триггеров

Основной функциональный признак — позволяет систематизировать статические симметричные триггеры по способу

По этой классификации триггеры характеризуются числом логических входов и их функциональным

Рис. 3. Функциональная классификация триггеров

Вторая классификационная схема, независимая от функциональной, характеризует триггеры по способу ввода

Рис. 4. Классификация триггеров по способу ввода информации

Типы триггеров

1. RS-триггер, или SR-триггер (от англ. Set/Reset — установить/сбросить) — асинхронный триггер, который сохраняет своё предыдущее состояние

Таблица истинности RS триггера

Условное обозначение RS триггера

2. D-триггер (D от англ. delay — задержка, либо от data — данные) — запоминает состояние входа и выдаёт его на

Таблица истинности D триггера

Условное обозначение D триггера

3. Т-триггер (от англ. Toggle — переключатель) часто называют счётным триггером, так

Таблица истинности Т триггера

Условное обозначение Т триггера

4. JK-триггер работает так же как RS-триггер, с одним лишь исключением: при

Вход J (от англ. Jump — прыжок) аналогичен входу S у RS-триггера. Вход K (от англ. Kill — отключение) аналогичен входу R у RS-триггера. При

Таблица истинности JK триггера

Условное обозначение JK триггера

Оперативная память компьютера (ОЗУ, RAM)

Сокращенно оперативную память компьютера называют ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) или RAM (random access memory — память с

Ядро микросхемы ОЗУ состоит из огромного количества ячеек памяти, которые объединены

Горизонтальные линейки матрицы называют строками, а вертикальные столбцами. Весь прямоугольник матрицы называться страницей, а

Горизонтальные и вертикальные линии являются проводником, на пересечении горизонтальных и вертикальных

Конденсатор выполняет роль хранителя информации, он может хранить один бит данных,

Транзистор выполняет роль электрического ключа, который либо удерживает заряд на конденсаторе,

Конденсатор имеет микроскопические размеры и маленькую ёмкость. Поэтому не может долго

Для борьбы с этой проблемой, используется регенерация памяти, которая, с определённой периодичностью

Если нам нужно прочитать память, то на определённую строку страницы памяти,

К каждому столбцу подключен чувствительный усилитель, который реагирует на незначительный поток

Но тут есть нюанс – сигнал, поданный на строку матрицы, открывает

Исходя из вышесказанного, становится ясно, что строка в памяти, является минимальной

Типы оперативной памяти

Принято выделять два вида оперативной памяти: статическую (SRAM) и динамическую (DRAM). SRAM

SRAM состоит из триггеров. Триггеры могут находиться лишь в двух состояниях: «включен»

Однако триггеры требуют более сложную технологию производства. Это неминуемо отражается на

В DRAM нет триггеров, а бит сохраняется за счет использования одного транзистора и

Однако конденсаторы хранят заряд, а процесс зарядки-разрядки более длительный, чем переключение

Второй минус – это самопроизвольная разрядка конденсаторов. Для поддержания заряда его

Вид модуля оперативной памяти

Внешне ОЗУ ПК представляет собой модуль из микросхем (8 или 16

По конструкции модули оперативной памяти для персональных компьютеров делят на SIMM (одностороннее

DIMM обладает большей скоростью передачи данных, чем SIMM. В настоящее время

Основными характеристиками ОЗУ являются информационная емкость и быстродействие. Емкость оперативной памяти на

Лекция 6. Интегральные микросхемы (ИМС)

Вопросы:
Понятие ИМС
Причины и концепция интеграции
Классификация ИМС
Технология изготовления ИМС
Маркировка ИМС

1. Понятие ИМС

Интегральные микросхемы (ИMС) — это полупроводниковые изделия, состоящие из активных и

Все элементы ИMС объединяются в единое функциональное устройство и герметизируются в

Интегральная схема (ИС) - кристалл или плёнка с электронной схемой.
Микросхема(МС) — ИС, заключённая

7 мая 1952 года британский радиотехник Джеффри Даммер впервые выдвинул идею

ИМС имеют следующие уровни проектирования:
1. Топологический — топологические фотошаблоны для производства.

3. Электрический - принципиальная электрическая схема (транзисторы, конденсаторы, резисторы и т.

5. Логический — логическая схема (логические инверторы, элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ и

2. Причины и концепция интеграции

Создание ИMС позволило решить 2 задачи, стоявшие перед разработчиками: повышение надежности

ИМС при массовом производстве значительно дешевле эквивалентных им устройств, собранных на

Такая высокая экономичность обусловлена групповым технологическим процессом, когда на одной установке

Третья проблема, которую помогают разрешить ИМС,— это уменьшение размеров и массы,

Плотности монтажа в различных схемах: ламповые — один элемент в 10—100

3. Классификация ИМС

В зависимости от степени интеграции применяются следующие названия ИС:
малая ИС (МИС)

По технологии изготовления бывают:
1. Полупроводниковая микросхема — все элементы и межэлементные

2. Плёночная ИМС — все элементы и межэлементные соединения выполнены в

3. Гибридная ИМС (микросборка), содержит несколько бескорпусных диодов, бескорпусных транзисторов и(или)

4. Смешанная ИМС — кроме полупроводникового кристалла содержит тонкоплёночные (толстоплёночные) пассивные

По виду обрабатываемого сигнала
Аналоговые.
Цифровые.
Аналого-цифровые.

4. Технология изготовления ИМС

Создание ИМС начинается с подготовки полупроводниковых пластин. Их разрезают из слитков

Диаметр пластин не более 150 мм, толщина около 0,5 мм. Поверхность

1-й этап включают процессы, формирующие на пластинах структуры микросхем, т.е. их

Используются процессы: эпитаксия, диффузия примесей, ионное легирование, термическое окисление, травление, нанесение

2-й этап начинается с контроля функционирования ИМС на пластине. Электрические контакты

После выявления дефектных элементов или участков устраняют их связи со всей

После контроля пластины разрезают на кристаллы, соответствующие отдельным ИМС, и дефектные

Кристаллы устанавливают в корпус, соединяют контактные площадки кристаллов с выходами корпуса

Затем производят контроль и испытания готовых микросхем с помощью автоматизированных систем,

Контрольно-сборочные операции производятся индивидуально для каждой ИМС в отличие от групповых

Эпитаксия – это процесс наращивания на пластину (подложку) монокристаллического слоя, повторяющего

Диффузия примесей – это технологическая операция легирования – введения примесей в

Термическое (высокотемпературное) окисление позволяет получить на поверхности кремниевых пластин пленку диоксида

Травление представляет собой удаление поверхностного слоя не механическим, чаще всего химическим,

Литография – это процесс формирования отверстий в масках, создаваемых на поверхности

5. Маркировка ИМС

ОТЕЧЕСТВЕННАЯ МАРКИРОВКА МИКРОСХЕМ

Типичная маркировка отечественных ИМС выглядит следующим образом: КР580ВГ80А.
1-я буква обозначает специфику ИМС:
К –

Если первая буква отсутствует, то ИМС является узкоспециализированной и сконфигурирована под

2-я буква в маркировке ИМС указывает на тип корпуса:
А – пластмассовый (компактный);
Б –

Следующая за типом корпуса цифра характеризует принадлежность ИМС к той или

Следующие две цифры обозначают номер серии.

Следующие за серией буквы указывают на функциональное назначение ИМС.
A – формирователи;
Б – модули

ЕП – источник питания;
И – цифровые электронные компоненты;
K – коммутационные модули;
H – связки компонентов;
П – различного

За порядковым номером серии следует номер разработки (двухзначный или однозначный).

Последний символ в маркировке микросхем указывает на какие-либо особенности в её

ЗАРУБЕЖНАЯ МАРКИРОВКА МИКРОСХЕМ (ПО СИСТЕМЕ PRO ELECTRON)

По классификации Pro Electron маркировка ИМС состоит из 3-х буквенных символов,

2-я буква после типа преобразования сигнала не имеет какого-то фиксированного значения

В случае с цифровыми электронными компонентами первые 2 буквы обозначают особенности

3-й символ в маркировке ИМС указывает на диапазон её рабочих температур:
А)

После буквы, обозначающей температурный диапазон, следует четырёхзначное число — это серийный

Значение первой буквы при двухбуквенной маркировке:
С – корпус цилиндрической формы;
D – DIP корпус

G – четырёхугольный плоский;
К – корпус TO-3;
М – многорядный корпус;
Q – симметричное расположение контактов по

Значение второй буквы при двухбуквенной маркировке:
G – стеклокерамика;
М – металл;
Р – пластик;
Х – другие материалы.

Если после серийного номера в маркировке ИМС следует одна буква, её

Р – DIP корпус из пластика;
Q – четырёхрядное размещение контактов;
Т – миниатюрный корпус из

Следующие после типа корпуса две цифры — это серийный номер электронного