Orbis pictus 21. století Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu

Číslicové a hybridní integrované obvody OB21-OP-EL-ZEL-JANC-L-3-031

 Číslicové (logické) integrované obvody mají velký význam ve výpočetní a měřící technice, robotice a informatice.  Charakteristickým rysem těchto obvodů je, že vstupní a výstupní signály mohou nabývat pouze určitých, vzájemně se nepřekrývajících hodnot napětí.  Zpravidla nižším hodnotám napětí se přiřazuje logická 0, vyšším hodnotám napětí logická 1.  Vstupní signál se zpracovává pomocí logických funkcí realizovaných jednotlivými členy integrovaného obvodu.

Číslicové a hybridní integrované obvody  Podle toho, jaký druh tranzistorů integrované obvody obsahují, se rozlišují dvě skupiny číslicových integrovaných obvodů – bipolární a unipolární.  Mezi bipolárními číslicovými integrovanými obvody jsou nejvíce zastoupeny obvody TTL. Pomocí této technologie je realizována převážná většina logických funkcí jedné a dvou proměnných (členy NAND, NOR aj.), klopné obvody a různé obvody mikroprocesorových systémů.

Číslicové a hybridní integrované obvody  Mezi unipolárními číslicovými integrovanými obvody jsou různé logické členy, klopné obvody, čítače, spínače, převodníky a dekodéry.  Dále sem patří různé typy pamětí, mikroprocesorové systémy, obvody pro hodinky, kalkulačky a telefony. Zde je nejvíce používaná technologie CMOS a HC MOS.

Číslicové a hybridní integrované obvody  Kombinované analogově číslicové obvody, mají část pracující s analogovým signálem a část číslicovou. Např. analogově- digitální a digitálně-analogové převodníky v měřicích přístrojích, nebo v zařízeních pro digitální záznam zvuku či obrazu.  K nejdokonalejším integrovaným obvodům číslicové techniky patří mikroprocesor, který je základní funkční součástkou počítače. Jeho logické funkce lze programovat. Byl vyvinut v 70. letech a na jeho základě vznikl samostatný obor elektroniky - mikroprocesorová technika, která se podílí na výrobě počítačů, konstrukci různých strojů a automatizovaných výrobních zařízení.

Číslicové a hybridní integrované obvody  Pro hybridní integrované obvody je charakteristické řešení užití podložky z jakostní speciální keramiky (často na bázi oxidu hlinitého), na které jsou vrstvovou technikou vytvořeny spojové dráhy a rezistory.  Do této sítě se tmelením, pájením a termokompresním svařováním připojují další součástky.  Technologie tenkých vrstev spočívá v tom, že se v určitém pořadí nanáší soustava různých vrstev na izolační podložku.

Číslicové a hybridní integrované obvody  Vrstvy jsou vodivé, izolační, odporové a dielektrické pro kondenzátory.  Poté se v jednotlivých vrstvách tvoří vodiče, odpory a kondenzátory.  Odlišujeme technologii tenkovrstvou (napařování, tloušťka desetiny μm) a tlustovrstvou (nanášejí se, tloušťka desítky μm).

Číslicové a hybridní integrované obvody Hybridní integrované obvody mají čtyři podskupiny:  Mnoho čipové  Tenkovrstvé  Tlustovrstvé  Kombinované

Číslicové a hybridní integrované obvody  Integrované obvody se většinou označují typovou značkou sestávající z písmen a číslic.  Umísťují se do různých pouzder, např:  Nejstarší se vyráběly v pouzdrech podobných jako tranzistory (kovové).  Klasické je provedení DIL (Dual In Line) – dvě řady vývodů s roztečí 2,5mm.

Číslicové a hybridní integrované obvody  Další používaná pouzdra jsou:  Provedení SMD (Surface Mounted Device) - součástka pro povrchovou montáž s roztečí okolo 1mm i méně (existuje více používaných roztečí). Toto provedení se používá v mikroelektronice, v počítačích, mobilních telefonech a podobně.  Pouzdro TO220 pro upevnění na chladič, stejné jako u výkonových tranzistorů. Pro IO, které potřebují více chladit a mají málo vývodu.

Číslicové a hybridní integrované obvody  Pokud se předpokládá, že bude potřeba integrovaný obvod během života zařízení vyměňovat, umisťují se integrované obvody do patic.  Výměna může být z důvodu opravy, nebo změny programového vybavení, které je nahrané v integrovaném obvodu.

Číslicové a hybridní integrované obvody VÝHODY hybridních IO oproti jednotkám na plošném spoji s diskrétními součástkami  vyšší spolehlivost  nižší objem a hmotnost  vyšší mezní a spínací kmitočty  lepší odvod tepla  vyšší odolnost vůči klimatickým vlivům  zjednodušení, zlevnění a zrychlení vývoje, konstrukce, výroby a oprav

Číslicové a hybridní integrované obvody VÝHODY oproti monolitickým IO  nižší vývojové náklady a kratší doba vývoje  nižší náklady při změnách ve vývoji  volnější návrh zapojení a lepší parametry vlivem  –širokého výběru aktivních a pasivních prvků  –dielektrické izolace mezi prvky  –možnosti aktivního justování  –teplotně stabilních součástek slepšími vfparametry  –možnosti vestavění diskrétních součástek

Číslicové a hybridní integrované obvody VÝHODY oproti monolitickým IO  možnost realizace obvodů s mikrovýkonem i velkými výkony  vyšší napěťové i výkonové zatížitelnosti  vyšší mezní a spínací kmitočty  vyšší tepelná odolnost a lepší odvod tepla  žádné nebo nižší počet potřebných vnějších prvků

Číslicové a hybridní integrované obvody Ukázka hybridního integrovanéh o obvodu

Vývoj elektroniky - ukázky zmenšování zapojení Mezifrekvenční zesilovač přijímače se sedmi elektronkami. Rozměry spoje 150 x 240 mm, výška 80 mm, zastavěný prostor cm 3

Vývoj elektroniky - ukázky zmenšování zapojení Mezifrekvenční zesilovač se šesti tranzistory. Vlastnosti obdobné jako u elektronkového zesilovače. Rozměry spoje 50 x 65 mm, výška 12 mm, zastavěný prostor 39 cm 3

Vývoj elektroniky - ukázky zmenšování zapojení Mezifrekvenční zesilovač přijímače řešený jako tlustovrstvý hybridní integrovaný obvod se stejnými vlastnostmi. Rozměry obvodu 25 x 25 mm, tloušťka 3 mm, zastavěný prostor 1,9 cm 3

Vývoj elektroniky - ukázky zmenšování zapojení Srovnání mezifrekvenčních zesilovačů za použití různých technologií výroby

 Děkuji za pozornost  Ing. Ladislav Jančařík

Literatura  J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory, SNTL Praha 1989  M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002 