Контрольная работа № 2
Электротехника
Вариант № 49
Задание 1
Вопрос 49. Элементы полупроводниковых схем иих соединение
Ответ
Универсальным элементоммонокристаллической микросхемы служит р-n-переход, являющийся слоем, изолирующим микрообласти,сформированные в кристалле.
Этот переход можетвыполнять роль вентиля (диода). Структуры из нескольких р-n-переходов служат транзисторами,тиристорами и другими активными элементами. Запертый обратным постояннымнапряжением p-n-переход выполняет роль конденсатора. Обратное сопротивлениеp-n-перехода играет роль высокоомного резистора. Для получения резисторов ссопротивлением в сотни кило-ом используют входные клеммы эмиттерныхповторителей, собранных на р-n-переходах.В качестве небольших сопротивлений используют просто участкиполупроводникового, от которого сделаны контактные выводы.
Определенные трудностисвязаны с получением индуктивных катушек, поэтому монокристаллическиемикросхемы обычно проектируют без них.
Многослойные структуры снесколькими p-n-переходами получают, повторяя процессы окисления, формированиемаски, диффузии донорных или акцепторных примесей в микрообласти. Примермногослойной структуры приведен на рис. 1.
/>
Рис.1. Многослойнаяструктура с тремя p-n-переходами
Сложные микросхемытребуют многократного снятия и повторного нанесения новой маски методомфотолитографии. Смена масок может осуществляться до полутора десятков раз. Приэтом важную проблему составляет совмещение масок в соответствии с топологиейсхемы. На рис. 2 приведена часть полупроводниковой микросхемы, представляющаясобой однокаскадный усилитель на транзисторе.
/>
Рис.2. Структура частиполупроводниковой ИМС
Сформированную планарнуюструктуру покрывают пленкой оксида кремния, в которой вытравливают окна длянапыления алюминиевых или золотых контактов.
Достаточно сложные схемыне удается выполнить без пересечения токопроводящих дорожек. В этих случаях, атакже для повышения компактности схемы соединения напыляют в два слоя и более,разделенных изолирующими пленками. Кроме внутриэлементных соединений напыляютстандартизованные по размерам контактные площадки для подвода питания, входныхи выходных сигналов.
Полностью сформированныеи испытанные на отсутствие брака интегральные микросхемы крепят на керамическомосновании корпуса, имеющего внешние выводы. Контактные площадки соединяют свнешними выводами с помощью тончайших золотых проволочек. Для повышенияпрочности соединения и уменьшения переходного сопротивления между контактнойплощадкой и проволочкой применяют термокомпрессионную (нагрев и давление) илиультразвуковую сварку.
После выполненияпроволочных соединений схемы герметизируют, заливая компаундами на основеэпоксидных или кремнийорганических смол.
Корпуса интегральныхмикросхем изготовляют из металлических сплавов, стекла, керамики и различныхпластмасс, обладающих механической и электрической прочностью, коррозионнойстойкостью и не вызывающих химического загрязнения кристалла микросхемы.
Задание 2
Три группы сопротивленийсоединили звездой или треугольником и включили в трехфазную сеть переменноготока. Построить в масштабе векторную диаграмму цепи, из которой определить токв нулевом проводе (при соединении звездой) или линейные токи (при соединениитреугольником).
Числовые значенияэлектрических величин, нужные для решения задачи, даны в таблице 4, а схемы нарис.22.
Таблица 4Номер варианта Номер схемы на рис.22
/>,
Ом
/>,
Ом
/>,
Ом
/>,
Ом
/>,
Ом Дополнительные величины 49 IX 12 10 16 20 8
/>квар
/>
Решение
1. Определяем полныесопротивления фаз и углы сдвига:
/>Ом;
/>Ом;
/>Ом.
/>;
/>;
/>.
Поскольку реактивноесопротивление в трех фазах носит индуктивный характер, то ток будет отставатьот напряжения на величину найденных углов.
2. Реактивное мощностьопределяется по формуле
/>,
откуда находим фазный ток
/>А.
Находим фазное напряжение
/>В.
Принимаем стандартноезначение
/>В.
Таким образом,
/>В.
Находим неизвестныефазные токи
/>А;
/>А
3. Для построениявекторной диаграммы выбираем масштабы по току: 1см – 2 А, по напряжению: 1 см –20 В. Построение диаграммы начинаем с векторов фазных напряжений />, /> и />, располагая их подуглом 120° друготносительно друга. Ток /> отстает от напряжения /> на угол />, ток /> отстает отнапряжения /> наугол />, аток /> отстаетот напряжения /> на угол /> (рис.3).
Ток в нулевом проводеравен геометрической сумме трех фазных токов, то есть
/>.
Изменяя длину вектора />, котораяоказалась равной 4 см, находим ток в нулевом проводе />А.
/>
Рис.3. Векторнаядиаграмма напряжений и токов
Задание 3
Для питания потребителяпостоянным током составить схему однополупериодного выпрямителя, используястандартные диоды, параметры которых приведены в таблице 1.
Мощность потребителя /> и напряженияпитания /> даныв таблице 5 и 6.
Таблица 6Номер варианта Тип диода
/>, Вт
/>, В 49 Д215Б 60 100
Решение
1. Выписываем из табл.1Методических указаний выписываем параметры диода Д304:Тип диода
/>, А
/>, В Д215Б 2 200
2. Определяем токпотребителя
/>А.
3. Определяем напряжение,действующее на диод в непроводящий период для однополупериодной схемывыпрямителя:
/>В.
4. Проверяем диод попараметрам /> и/>. Для однополупериоднойсхемы диод должен удовлетворять условиям
/>; />;
/>; />.
В данном случае первоеусловие выполняется, а второе условие не соблюдается, то есть />. Чтобы выполнялосьусловие />,необходимо два диода соединить последовательно, тогда будем иметь
/>В.
Полная схема выпрямителяпоказана на рис.4.
/>
Рис.4. Схема однофазногооднополупериодного выпрямителя
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙЛИТЕРАТУРЫ
1. Дубовницкий С.К. Методическиеуказания по изучению дисциплины «Электротехника с основами электроники». Пинск,2000.
2. Китунович Ф.Г. Электротехника.Мн.: Вышэйшая школа, 1991.
3. Березкина Т.Ф. и др. Задачник пообщей электротехнике с основами электроники. М.: Высшая школа, 1991.