Bài giảng linh kiện điện tử chương 7 nguyễn văn hân

Khái niệm và đặc điểm• Vi mạch tích hợp IC: Intergrated Circuits là sản phẩm của công nghệ vi điện tử, nó gồm rất nhiều các linh kiện tích cực, thụ động, và dây nối giữa chúng được chế t

• Vi mạch tuyến tính

• Vi mạch số và vi mạch nhớ

Khái niệm và đặc điểm

• Vi mạch tích hợp (IC: Intergrated Circuits) là sản phẩm của công nghệ vi điện tử, nó gồm rất nhiều các linh kiện tích cực, thụ động, và dây nối giữa chúng được chế tạo tích hợp trên một đế bán dẫn duy nhất theo một sơ đồ cho trước và thực hiện một vài chức năng nhất định

• Vi mạch tích hợp có kích thước nhỏ, tiêu thụ ít năng lượng, hoạt động tin cậy, giá thành hạ, tuổi thọ cao

• Do hạn chế về kích thước nên vi mạch có tốc độ hoạt động không cao, và yêu cầu nguồn nuôi rất

ổn định

• Phân loại theo dạng tín hiệu xử lý

– IC tương tự (IC tuyến tính): μA741, 7805, 7905,…

– IC số: Họ 74, IC 555, ROM, RAM,…

• Phân loại theo công nghệ chế tạo

– IC bán dẫn (đơn khối): Các linh kiện thụ động và tích cực đều được chế tạo trên một đế bán dẫn

– IC màng mỏng: Các linh kiện thụ động được chế tạo trên đế thủy tinh cách điện, các linh kiện tích cực được gắn vào mạch như các phần tử rời rạc

– IC màng dày: Các linh kiện thụ động được chế tạo trên đế bán dẫn, còn các linh kiện tích cực được gắn vào mạch như các phần tử rời rạc

– IC lai (hybrid IC): Kết hợp các công nghệ khác nhau

• Phân loại theo loại transistor có trong IC

– IC lưỡng cực: Các transistor tích hợp trong mạch là transistor lưỡng cực

– IC MOS: Các transistor tích hợp trong mạch là transistor trường loại MOS (MOS-FET)

• Phân loại theo số lượng phần tử được tích hợp trong IC

– IC SSI (Small Scale Intergration): Mức độ tich hợp nhỏ <12 phần tử

– IC MSI (Medium Scale Intergration): Mức độ tích hợp trung bình 12-100 phần tử

– IC LSI (Large Scale Intergration): Mức độ tích hợp lớn 100-1000 phần tử

– IC VLSI (Very Large Scale Intergration): Mức độ tích hợp rất lớn

Flip-ổn áp, tạo dao động,…

Mạch đếm, mạch ghép, tách kênh;

mạch KĐTT

Vi xử lý 4 bit, 8 bit, ROM, R AM

Vi xử lý 16bit, 32bit

Vi xử lý chuyên dụng,

xử lý ảnh thời gian thực

VXL chuyên dụng

64 bit

ăn mòn trong dung dịch rửa

– Sau khi định hình, loại bỏ lớp cản quang ta thu được một đế bán dẫn có phủ lớp bảo vệ SiO2 có hình dạng

mà ta mong muốn

• Phương pháp Epitaxy-Planar

– Tương tự như phương pháp Planar, nhưng ở đó người ta sử dụng quá trình Epitaxy để nuôi cấy một lớp đơn tinh thể mỏng bên trong một lớp đơn tinh thể khác

– Epitaxy là phương pháp tạo ra một màng mỏng bằng cách sử dụng các chùm phân tử lắng đọng trên đế tinh thể ở môi trường chân không

• Minh họa phương pháp Planar chế tạo một transistor

– a, b,c: quá trình quang khắc tạo mặt nạ

– d: quá trình khuếc tán tạo miền C của transistor

– e: Các quá trình lặp lại để tạo thành một transistor hoàn chỉnh

– Điện trở màng mỏng: Thường sử dụng phương pháp bốc hơi và lắng đọng trong chân không, hoặc phương pháp Epitaxy để tạo ra lớp màng mỏng

• Tụ điện trong IC

– Tụ điện là lớp tiếp giáp p-n phân cực ngược

– Tụ điện MOS (Kim loại-SiO2-Bán dẫn)

– Tụ điện màng mỏng

Vi mạch khuếch đại thuật toán

• Vi mạch khuếch đại thuật toán là loại vi mạch thực hiện khuếch đại tín hiệu tương tự và thực hiện một số phép toán dựa vào mạch hồi tiếp bên ngoài vi mạch khuếch đại thuật toán

• Một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng phải đạt được các tiêu chuẩn sau:

– Hệ số khuếch đại điện áp rất lớn K→∞

– Trở kháng vào rất lớn Rv→∞

– Trở kháng ra rất nhỏ Rr→0

– Làm việc đồng đều trong toàn bộ dải tần Δf→∞

Vi mạch khuếch đại thuật toán

• Một mạch khuếch đại thuật toán gồm có 1 đầu ra

và hai đầu vào, cùng các chân cấp nguồn cho nó:

– Đầu vào đảo (N): tín hiệu vào và tín hiệu ra ngược pha– Đầu vào không đảo (P): tín hiệu vào và tín hiệu ra cùng pha

• Cấu trúc cơ bản của một bộ khuếch đại thuật toán gồm:

– Tầng đầu là một mạch khuếch đại vi sai

– Tầng trung gian là một hoặc vài mạch khuếch đại

– Tầng ra là mạch khuếch đại CC, hoặc mạch khuếch đại công suất theo kiểu đẩy kéo

• Vùng khuếch đại: Là vùng tín hiệu vào và tín hiệu ra

tăng tuyến tính với nhau Ur=K.Uv (K rất lớn)

• Vùng bão hòa: Là vùng Ur tăng nhanh và đạt giá trị bão

– Vi mạch ổn áp họ 78xx: ổn áp điện áp +xx(V) (Ví dụ: 7805→ổn áp +5V; 1812→ổn áp +12V)

– Vi mạch ổn áp họ 79xx: ổn áp điện áp –xx(V) (Ví dụ: 7905→ổn áp→-5V; 7912→ổn áp -12V)

• Khi làm việc, vi mạch số chỉ có hai trạng thái: trạng thái gần với 0 gọi là mức logic thấp (mức 0), trạng thái gần với điện áp nguồn cấp gọi là mức logic cao (mức 1)

• Mức logic 0 và 1: Điện áp tương ứng với mức logic 0 và 1

• Nguồn nuôi: Đa số IC số dùng nguồn nuôi là +5V

• Khả năng ghép tải: Số nhánh có thể ghép ở đầu ra

• Số đầu vào: Càng nhiều đầu vào thì tốc độ làm việc càng chậm

• Tốc độ chuyển mạch: Là tốc độ chuyển trạng thái của vi mạch

– Họ điốt-transistor logic: DTL (diode transistor logic)

– Họ transistor-transistor logic TTL (transistor transistor logic): Họ TTL thường sử dụng transistor có nhiều tiếp giáp B-E (nhiều cực E)

– Họ logic MOS và CMOS: Sử dụng transistor trường

• Trong các loại IC số trên thì họ TTL và họ logic MOS, CMOS được sử dụng nhiều nhất vì có thời gian chuyển mạch nhanh, công suất tiêu thụ thấp

và khả năng chịu tải lớn

• Dựa trên vật liệu chế tạo người ta chia bộ nhớ thành hai loại

– Bộ nhớ bán dẫn: Chế tạo bằng vật liệu bán dẫn có tốc độ truy cập cao: ROM, RAM, USB, thẻ nhớ,…

– Bộ nhớ từ: Chế tạo bằng vật liệu từ, có dung lượng lưu trữ cao: ổ đĩa cứng, băng từ

• Các tham số của bộ nhớ

– Dung lượng:

– Thời gian truy cập

– Công suất tiêu thụ