Реферат: Усилитель промежуточной частоты

--PAGE_BREAK--Разработка топологии
Резисторы.

В гибридных интегральных микросхемах широко применяются тонкопленочные резисторы. Сопоставляя физические свойства пленок с техническими требованиями к параметрам резистора, выбирают подходящий материал. При этом руководствуются следующими соображениями: необходимо, чтобы резистор занимал возможно меньшую площадь, а развиваемая в нем температура не должна нарушать стабильность параметров, ускорять процессы старения, выводить величину сопротивления за рамки допуска. По возможности стараются применить более толстые пленки, т.к. у очень тонких ухудшается стабильность сопротивления.

Из сказанных выше соображений выбираем сплав РС-3710, у которого имеются следующие характеристики: диапазон сопротивлений 10…20000 Ом, Удельное сопротивление 100…2000 Ом/, Удельная мощность 20 мВт/мм2, ТКС Mar = 3.5*10-4,  dar = 1.5*10-4, коэффициент старения MКСТ = 2*10-6 ч-1, dКСТ = 0.1*10-6.

Так же имеются конструкционные и технологические ограничения: минимальная длинна резистора l0= 0.1 мм, минимальная ширина резистора b0= 0.05 мм, минимальная длинна контактного перехода lк = 0.1 мм, минимальное расстояние между краями перекрывающих друг друга пленочных элементов h = 0.05 мм.

<img width=«461» height=«350» src=«ref-1_462840874-1336.coolpic» v:shapes="_x0000_s1030 _x0000_s1031 _x0000_s1032">
Для дальнейшего расчета резисторов необходимо знать их рассеиваемую мощность. Для этого воспользуемся, как бы, упрощенным методом. Для этого все реактивные элементы заменяем на их эквивалент по средней частоте работы схемы, т.е. схема будет выглядеть следующим образом Рис 2:

Необходимые для расчета номиналы берем из исходных данных стр. 3, допустимое относительное отклонение сопротивления от номинального значения для всех резисторов составляет <img width=«59» height=«23» src=«ref-1_462842210-262.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">.

Для дальнейшего расчета мощности можно воспользоваться следующей формулой:

<img width=«64» height=«20» src=«ref-1_462842472-256.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026"> (1)

а для расчета тока в цепи воспользуемся законом Ома:

<img width=«44» height=«41» src=«ref-1_462842728-250.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027"> (2).

Определим ток в цепи резисторов R9 и R10, для чего подставим в формулу (2) соответствующие данные:

<img width=«209» height=«44» src=«ref-1_462842978-437.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028">

Далее определим мощность резисторов R9 и R10 в отдельности, для этого воспользуемся формулой (1):

Для резистора R9:                                    <img width=«203» height=«24» src=«ref-1_462843415-393.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029">мВт.

Для резистора R10:                                  <img width=«204» height=«24» src=«ref-1_462843808-406.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030">мВт.

Аналогично и для остальных резисторов:

Ток в цепи R7 и R8:                                 <img width=«223» height=«44» src=«ref-1_462844214-444.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">

Мощность:

Для резистора R7:                                    <img width=«189» height=«24» src=«ref-1_462844658-374.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">мВт.

Для резистора R8:                                    <img width=«204» height=«24» src=«ref-1_462845032-396.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">мВт.

При помощи уравнений Кирхофа находим остальные токи:

Ток в цепи R1 и R2:                                 <img width=«91» height=«21» src=«ref-1_462845428-272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">А.

Мощность:

Для резистора R1:                                    <img width=«203» height=«24» src=«ref-1_462845700-400.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">мВт.

Для резистора R2:                                    <img width=«208» height=«24» src=«ref-1_462846100-386.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">мВт.

Ток в цепи R4                                           <img width=«91» height=«21» src=«ref-1_462846486-267.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">А.

Мощность:

Для резистора R4:                                    <img width=«191» height=«24» src=«ref-1_462846753-384.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">мВт.

Ток в цепи R3                                           <img width=«89» height=«21» src=«ref-1_462847137-276.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">А.

Мощность:

Для резистора R3:                                    <img width=«197» height=«24» src=«ref-1_462847413-397.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">мВт.

Ток в цепи R5                                           <img width=«89» height=«21» src=«ref-1_462847810-274.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">А.

Мощность:

Для резистора R5:                                    <img width=«193» height=«24» src=«ref-1_462848084-396.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042">мВт.

Дальнейший расчет резисторов будем проводить в соответствии с [ ].

R1 и
R10 = 12
kОм.

Зададимся коэффициентом влияния a = 0.03 и вычислим коэффициенты влияния:

<img width=«148» height=«41» src=«ref-1_462848480-388.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">; <img width=«129» height=«41» src=«ref-1_462848868-332.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">;       <img width=«53» height=«24» src=«ref-1_462849200-229.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">; <img width=«155» height=«44» src=«ref-1_462849429-393.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">.

Определим среднее значение и половины полей рассеяния относительной погрешности сопротивления, вызванной изменением температуры по следующим формулам:

<img width=«145» height=«51» src=«ref-1_462849822-563.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">;                  <img width=«125» height=«53» src=«ref-1_462850385-513.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048"> (3).

где <img width=«32» height=«25» src=«ref-1_462850898-228.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">  — среднее значение температурного коэффициента сопротивления резистивной пленки.

<img width=«19» height=«23» src=«ref-1_462851126-209.coolpic» alt="*" v:shapes="_x0000_i1050">    ,<img width=«21» height=«23» src=«ref-1_462851335-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051">  — верхняя и нижняя предельные температуры окружающей среды.

<img width=«204» height=«53» src=«ref-1_462851547-625.coolpic» v:shapes="_x0000_i1052">;               <img width=«205» height=«53» src=«ref-1_462852172-631.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053"> (4).

<img width=«192» height=«53» src=«ref-1_462852803-615.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054">;                  <img width=«188» height=«53» src=«ref-1_462853418-616.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055"> (5).

Таким образом, подставляя исходные данные в формулы (3) – (5) получаем следующее:

<img width=«260» height=«56» src=«ref-1_462854034-683.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056">;             <img width=«255» height=«56» src=«ref-1_462854717-667.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057">;

<img width=«204» height=«24» src=«ref-1_462855384-410.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058">;               <img width=«212» height=«24» src=«ref-1_462855794-414.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">

<img width=«191» height=«24» src=«ref-1_462856208-396.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060">;                  <img width=«236» height=«24» src=«ref-1_462856604-436.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061">.

Определим среднее значение и половину поля рассевания относительной погрешности сопротивления, вызванное старением резистивного материала по формулам:

<img width=«124» height=«25» src=«ref-1_462857040-340.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062"> (7); <img width=«108» height=«25» src=«ref-1_462857380-316.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063"> (6),

где <img width=«40» height=«24» src=«ref-1_462857696-227.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064">  — среднее значение коэффициента старения резистивной пленки сопротивления.

<img width=«33» height=«24» src=«ref-1_462857923-221.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065">  — половина поля рассеяния коэффициента старения сопротивления резистивной пленки.

<img width=«207» height=«51» src=«ref-1_462858144-593.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066">;              <img width=«207» height=«51» src=«ref-1_462858737-593.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067"> (7).

<img width=«190» height=«49» src=«ref-1_462859330-563.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068">;                   <img width=«196» height=«51» src=«ref-1_462859893-563.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069"> (8).

Таким образом, получаем следующее:

<img width=«191» height=«27» src=«ref-1_462860456-370.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070"> (9); <img width=«187» height=«27» src=«ref-1_462860826-354.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071">(9);

<img width=«203» height=«25» src=«ref-1_462861180-411.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072">; <img width=«175» height=«25» src=«ref-1_462861591-362.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073"> (1)

Определим допустимое значение случайной составляющей поля рассеяния суммарной относительной погрешности сопротивления по следующей формуле:

<img width=«112» height=«44» src=«ref-1_462861953-377.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074">;               <img width=«116» height=«44» src=«ref-1_462862330-400.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075"> (11)

где: <img width=«141» height=«24» src=«ref-1_462862730-349.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076">,            <img width=«143» height=«24» src=«ref-1_462863079-353.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077">,          <img width=«88» height=«21» src=«ref-1_462863432-267.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078">

 Положив МRПР = 0, тогда:

<img width=«225» height=«41» src=«ref-1_462863699-454.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079">;          <img width=«175» height=«41» src=«ref-1_462864153-400.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080"> (12)

Определим допустимое значение случайной составляющей поля рассеяния производственной относительной погрешности сопротивления по следующей формуле:

<img width=«189» height=«33» src=«ref-1_462864553-487.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081">                    <img width=«192» height=«33» src=«ref-1_462865040-481.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082"> (13)

Подставим вычисленные выше значения в данную формулу, получим:

<img width=«252» height=«29» src=«ref-1_462865521-487.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083">       <img width=«204» height=«29» src=«ref-1_462866008-437.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">

<img width=«193» height=«24» src=«ref-1_462866445-410.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">

Определим допустимое значение случайной составляющей поля рассеяния производственной относительной погрешности коэффициента формы, по следующей формуле:

<img width=«188» height=«32» src=«ref-1_462866855-469.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">  (14)

Подставим значения и получим:

<img width=«356» height=«29» src=«ref-1_462867324-569.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087">

Определим расчетное значение коэффициента форм резистора:

<img width=«251» height=«44» src=«ref-1_462867893-537.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">  (15)

Определим ширину резистивной пленки:

<img width=«277» height=«52» src=«ref-1_462868430-625.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089">мм.<img width=«289» height=«52» src=«ref-1_462869055-638.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">мм. (16)

<img width=«336» height=«59» src=«ref-1_462869693-813.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091">мм.<img width=«163» height=«45» src=«ref-1_462870506-404.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092">мм.(17)

<img width=«124» height=«25» src=«ref-1_462870910-364.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">             <img width=«83» height=«25» src=«ref-1_462871274-275.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">мм.                    <img width=«79» height=«25» src=«ref-1_462871549-266.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">мм.

<img width=«209» height=«44» src=«ref-1_462871815-499.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">    <img width=«145» height=«41» src=«ref-1_462872314-366.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">(18)

Определим сопротивление контактного перехода резистора:

<img width=«247» height=«47» src=«ref-1_462872680-503.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098">(19)          

<img width=«239» height=«44» src=«ref-1_462873183-553.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099">(20)

Проверим следующее условие:

<img width=«127» height=«27» src=«ref-1_462873736-357.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100">(21)

<img width=«52» height=«19» src=«ref-1_462874093-238.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101">

Определим длину резистора:

<img width=«199» height=«25» src=«ref-1_462874331-404.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102">мм.                        <img width=«252» height=«44» src=«ref-1_462874735-544.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103">мм.(22)

Теперь определим среднее значение коэффициента формы:

 <img width=«129» height=«41» src=«ref-1_462875279-369.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104"> (23)

Определим среднее значение МRПР и половину поля рассеяния dRПР относительной производственной погрешности:

<img width=«225» height=«45» src=«ref-1_462875648-522.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105"> (24)                <img width=«284» height=«45» src=«ref-1_462876170-585.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106">%  (24)

<img width=«188» height=«41» src=«ref-1_462876755-389.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">         <img width=«180» height=«41» src=«ref-1_462877144-424.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108"> (25)

<img width=«375» height=«23» src=«ref-1_462877568-574.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109"> (26)

<img width=«564» height=«32» src=«ref-1_462878142-897.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110"> (27)

Определим граничные условия поля рассеяния относительной погрешности сопротивления резистора:

<img width=«657» height=«31» src=«ref-1_462879039-946.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">%

<img width=«607» height=«31» src=«ref-1_462879985-884.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112">%  (28)

<img width=«152» height=«27» src=«ref-1_462880869-365.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113">%  (29)

<img width=«148» height=«23» src=«ref-1_462881234-345.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114">%  (30)

<img width=«75» height=«19» src=«ref-1_462881579-275.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115">

Определяем длину резистивной пленки и площадь резистора:

<img width=«219» height=«23» src=«ref-1_462881854-394.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116">мм.             <img width=«207» height=«23» src=«ref-1_462882248-398.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117">мм2.  (31)

Определим коэффициент нагрузки резистора:

<img width=«265» height=«48» src=«ref-1_462882646-585.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118">  (32)     <img width=«271» height=«48» src=«ref-1_462883231-588.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119"> (33)

Подобно этому расчету рассчитываем остальные резисторы, а результаты заносим в таблицу №1.

Таблица №1

Резисторы

L, мм

b, мм

S, мм

P, мВт

R1, R10

2.6

0.2

0.52

0.22

R2

1.7

0.2

0.34

0.17

R3

1.2

0.2

0.24

0.06

R4, R7

3.2

0.2

0.64

0.32/0.39

R5

0.9

0.35

0.315

0.11

R6

0.55

0.7

0.385

0.26

R8

0.4

0.65

0.26

0.19

R9

0.75

0.2

0.15

0.35



    продолжение
--PAGE_BREAK--