Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Кстати, резисторы в микросхемах в некритичных случаях все равно предпочитают делать из транзисторов, поскольку сформировать обыкновенный резистор, как проводник с заданным сопротивлением, в процессе производства микросхем значительно труднее, чем соорудить, скажем, полевой транзистор с заданным начальным током стока. В микросхемах могут использоваться такие разновидности транзисторных структур, которые в обычной дискретной жизни не имеют аналогов: скажем, многоэмиттерные или многоколлекторные транзисторы. Для примера на рис. 6.4 приведена схема входного каскада микросхемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), осуществляющей логическую функцию «ИЛИ» (подробнее об этом см. главу 8 ).

Рис. 6.4. Входной каскад элемента ТТЛ

Возможно, вы слышали о том. что микросхемы боятся статического электричества. Действительно, потенциал заряда, накапливающегося во время ходьбы на нейлоновом халатике симпатичной монтажницы, одетой к тому же в синтетические юбочку, кофточку и колготки, может составлять тысячи вольт (правда, сама величина заряда невелика). Но необязательно носить синтетическую одежду — достаточно походить по полу, покрытому обычным линолеумом или недорогим паласом, чтобы накопить на себе потенциал ничуть не меньше. Такое напряжение, конечно, может вывести из строя микросхемы и не только их — особенно чувствительны к нему полевые транзисторы с изолированным затвором. Так как заряду на выводе затвора у них стекать некуда, то все накопленное на вас напряжение будет приложено к тоненькому (несколько микро- или даже нанометров) промежутку между затвором и каналом, и не исключено, что изолирующий слой оксида кремния не выдержит такого «надругательства».

Поэтому при монтаже всегда следует соблюдать несколько правил: не носить синтетическую одежду и не использовать синтетические покрытия для пола и монтажного стола (профессиональные монтажные столы вообще покрывают заземленным металлическим листом). Неплохую гарантию дает заземление корпуса паяльника, только на практике в домашних условиях это осуществить сложно. Можно также привести еще несколько рекомендаций:

• не хвататься руками за выводы микросхем без нужды, при необходимости их формования взять корпус в левую (для левшей — в правую) руку так, чтобы пальцы касались выводов питания;

• первыми всегда следует припаивать выводы питания микросхемы (для дискретных транзисторов — эмиттер или исток);

• перед началом монтажа, особенно если вы только что переодевались, желательно подержаться руками за заземленный металлический предмет (водопроводный кран);

• при стирке рабочей одежды обязательно использовать антистатик.

Хорошую защиту также дает метод, при котором вы не впаиваете микросхему в плату непосредственно, а устанавливаете ее на панельку.

Насколько эти меры необходимы в повседневности? Случаи выхода микросхем из строя от статического электричества все же довольно редки, т. к. производители эту опасность учитывают, и для критичных ситуаций принимают меры по защите выводов. Самой распространенной мерой является установка защитных диодов, по два на каждый вывод, так, что один из них присоединен катодом к плюсу питания, а другой — анодом к минусу (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Защита выводов микросхем от перенапряжения

Подобный прием позволяет иногда защитить микросхему и от неправильного включения питания — если плюс и минус питания на схеме рис. 6.5 поменять местами, то весь ток пойдет через диоды, и напряжение питания упадет до двойного падения напряжения на диоде, правда, тут весь вопрос в том, насколько долго диоды смогут выдержать прямой ток от источника. Для большей надежности иногда ставят и еще один отдельный защитный диод — прямо от питания до питания.

Такой защитой снабжены наиболее капризные в этом отношении КМОП-микросхемы (см. главу 8 ). Но не все микросхемы имеют защиту, и не всегда она спасает, потому в этом отношении действует такое же правило, что и в обыденной жизни: ведь кирпичи тоже падают с крыш крайне редко. Особенно сами по себе. Но единственного такого случая во всей округе за последние 10 лет лично вам может оказаться более чем достаточно. Поэтому лучше не ходить под строящимися зданиями, не перебегать дорогу перед Движущимся транспортом, не курить в постели, не пользоваться неисправными электроприборами и не хвататься за выводы микросхем голыми руками без нужды.

Операционные усилители — самые «главные» аналоговые микросхемы. Почти ни один современный аналоговый узел, как собранный на отдельных микросхемах, так и в составе других микросхем, без участия ОУ не обходится, исключение составляют лишь некоторые (не все) радиочастотные схемы.

Классическое определение гласит: операционным усилителем (ОУ) называется дифференциальный усилитель постоянного тока (УПТ) с большим коэффициентом усиления . Расшифруем. «Постоянного тока» — это не означает, что ОУ усиливают только сигналы частотой 0 Гц, это свидетельствует о том, что они могут усиливать сигналы, начиная с частоты 0 Гц. «С большим коэффициентом усиления» — это значит, что усиление действительно велико: хороший ОУ имеет коэффициент усиления порядка нескольких сотен тысяч или даже миллионов.

Заметки на полях

Название «операционный» закрепилось за такими усилителями исторически, потому что во времена господства ламповой техники они использовались в основном для моделирования различных математических операций (интегрирования, дифференцирования, суммирования и пр.) в т. н. аналоговых вычислительных машинах. Других применений тех ОУ практически не было и быть не могло, потому что для достижения приемлемых характеристик не годилась не только ламповая, но и дискретно-транзисторная схемотехника. Настоящий переворот произошел только в середине 60-х годов после пионерских работ по конструированию интегральных ОУ уже упоминавшегося на этих страницах Роберта Видлара.

Разумеется, практически применять ОУ можно только в схемах с отрицательной обратной связью, за одним важным исключением, о котором чуть далее. В обычных схемах огромный коэффициент усиления приведет к тому, что без обратной связи такой усилитель будет находиться в состоянии, когда напряжение его выхода равно (или почти равно) одному из напряжений питания, положительному или отрицательному — такое состояние еще называют, по аналогии с транзисторами, состоянием насыщения выхода. В самом деле, чтобы получить на выходе напряжение 15 В, ОУ достаточно иметь на входе сигнал в несколько десятков микровольт, а такой сигнал всегда имеется — если это не наводка от промышленной сети или других источников, то достаточно и внутренних причин, о которых мы еще будем говорить.