Circuite Integrate Analogice

În anul 1963, datorită dezvoltării tehnologiei componentelor discrete, apare necesitatea de realizare a dispozitivelor sub formă integrată.

Componente discrete (diode, tranzistoare, etc).

Componente integrate = pe aceeaşi plăcuţă de siliciu se realizează mai multe componente

În anul 1964 apar primele circuite integrate performante realizate pe scară industrială:

- amplificatorul de bandă largă µA702

- amplificatorul de tip operaţional µA709

- comparatorul µA700

În această primă etapă se integrează relativ puţine comparatoare şi multe rezistenţe.

A doua etapă în circuitele integrate analogice cuprinde un număr relativ mare de tranzistoare şi mic de rezistenţe şi în această etapă se realizează primele condensatoare primele tranzistoare pnp laterale, primele tranzistoare TEC - J şi tranzistoare super p.

A treia etapă începe din 1972 şi este etapa de proiectare asistată de calculator. În această etapă se realizează pe scară largă.

Circuitele semiconductoare reprezintă circuitele care au elementele realizate în (sau pe) suprafaţa materialelor semiconductoare.

Circuitele integrate peliculare au elemente constituite din pelicule subţiri depuse pe un strat dielectric : - subţiri < 1µm

- groase < 10µm

Circuitele integrate hibride conţin atât circuite semiconductoare, cât şi circuite integrate hibride pe acelaşi strat de dielectric.

Clasificarea circuitelor integrate

1. Circuite integrate analogice – la care o variaţie continuă a mărimii de intrare produce o variaţie continuă a mărimii de ieşire, cele două mărimi fiind legate printr+o anumită lege (caracteristica de transfer).

Funcţiile circuitelor integrate analogice pot fi :

- de amplificare

- generare de semnal

- redresoare

- stabilizatoare de tensiune

- modulatoare

- comparare

- filtrare , etc.

OBS !!! REDRESOARE = se alimentează la tensiune alternativă, iar la ieşire au

tensiune continuă de o anumită valoare.

2. Circuite integrate numerice – prelucrează informaţia sub formă numerică (Circuitele Integrate Digitale).

• Circuitele Integrate Analogice – avantaje faţă de Circuitele Integrate realizate cu componente discrete:

- reducerea dimensiunii circuitelor

- reducerea preţului de cost

Costul circuitelor integrate analogice nu creşte proporţional cu numărul de tranzistoare integrate sau cu alte elemente, ci este proporţional cu aria de Siliciu ocupată.

Nu se integrează rezistenţe de valori mari ( peste 0,5kΩ ) deoarece ocupă o arie de siliciu mare.

- creşterea fiabilităţii

- îmbunătăţirea performanţelor din punct de vedere al parametrilor funcţionali şi al dispersiei acestora

La două tranzistoare realizate pe aceeaşi structură şi cu aceeaşi geometrie, β diferă cu ± 3% faţă de circuitele cu componente discrete la care β diferă cu ± 15%

- realizarea unor funcţii care nu se pot obţine cu precizie cu circute discrete.

Aceste avantaje se regăsesc şi la aparatura electronică realizată cu circuite integrate.

• Dezavantaje (limitări)

- nu se pot integra economic inductanţe de valori mari

- nu este economică integrarea rezistenţelor de valori mari, care sunt de obicei înlocuite cu circuite care să realizeze aceeaşi funcţie, dar care să fie realizate cu tranzistoare (de obicei surse de curent constant)

- nu se pot integra capacităţi de valori mari.

Clasificarea Circuitelor Integrate Analogice

1. După forma caracteristicii de transfer:

- Circuite integrate liniare care au o legătură liniară între mărimea de intrare şi mărimea de ieşire

- Circuite integrate neliniare care au o legătură neliniară între mărimea de intrare şi mărimea de ieşire

2. După forma constructivă

- Circuite integrate monolitice – toate componentele sunt realizate pe aceeaşi plachetă de semiconductor şi predomină elementele active.

- Circuite integrate hibride – sunt realizate pe plăcuţe izolatoare pe care unele componente pasive şi de valori mici şi conexiunile între acestea sunt realizate prin tehnologie peliculară, iar componentele active, precum şi unele componente pasive de valori mari sunt ataşate sub forma discretă

Aceste circuite integrate sunt fără capsulă, au costuri ridicate, dar prezintă performanţe superioare, frecvenţă de lucru mare şi puteri mari.

3. După principiul de funcţionare

- Circuitele integrate analogice care lucrează pe principii convenţionale (cu tranzistoare bipolare sau MOS)

- Circuitele integrate analogice care lucrează pe principii neconvenţionale (cu tranzistoare CMOS cu capacităţi comutate, cu curenţi comutaţi sau transliniare).

Surse de curent constant

Sursele de curent constant au rolul înlocuirii rezistenţelor de sarcină sau de polarizare care, în general, au valori mari cu sarcini active care sunt sursele de curent constant şi care au o rezistenţă dinamică foarte mare

1. Sursa pentru curent standard

Tranzistorul T2 nu trebuie să ajungă la saturaţie. Tranzistorul T1 este conectat ca diodă şi are rolul de a realiza compensarea termică a curentului de ieşire I0 (la variaţia UBE şi a factorului β cu temperatura).

Tensiunea pe diodă scade cu 2mV la fiecare creştere a temperaturii cu 1 C.

Curentul I0 0,1mA , I0 este curentul de la ieşirea sursei

Dacă I0 ar fi mai mic, atunci şi I1 ar fi de valoare mică, rezultând astfel că rezistenţa R ar avea valoare foarte mare

V+ = I1(R+R1)+UBE1

, în practică

Considerând tranzistoarele identice cu proprietăţi apropiate şi β >> 1 se pot neglija curenţii de bază ai tranzistoarelor faţă de cei de colector.

UBE1 + I1R1 = UBE2 + I0R2

Din relaţia curentului de colector în funcţie de tensiunea bază emitor (UBE) a unui tranzistor se poate deduce că :

UT – tensiune termică

UT = 26mV

k – constanta lui Boltzman

T = 300 K

e – sarcina electronului

e = 1,6 . 10-19 C