Расчет и проектирование в тонкопленочном исполнении усилителя мощности
Эта схема представляет собой усилитель мощности на биполярном транзисторе, включенном по схеме с ОЭ. Переходной конденсатор C1 пропускает во входную цепь переменную составляющую напряжения источника сигнала и не пропускает постоянную составляющую. Блокирующий конденсатор C2 шунтирует резистор R4 по переменному току, исключая тем самым отрицательную обратную связь по переменным составляющим. Отсутствие конденсатора C2 привело бы к уменьшению усиления каскада. В области низших частот на работу усилителя оказывают влияние переходной и блокирующий конденсаторы, в области высших частот – частотная зависимость коэффициента тока базы, коллекторная емкость и емкость нагрузки.
Описание элементов.
Резисторы:
R1 = 2200 Ом R2 = 480 Ом R3 = 4500 Ом R4 = 120 Ом h = 100 мкм bтехн = 100 мкм ?l = 100 мкм ?b = 100 мкм ?R1 = 10% ?R2 = 0,9% ?R3 = 7,2% ?R4 = 0,9% ??s = 0,4% ?sопт = 300 Ом /? P1 = 50 мВт P2 = 25 мВт P3 = 7 мВт P4 = 25 мВт
Конденсаторы:
С1 = 80 пф С2 = 2200 пф Uраб = 10 в Со = 20 пф/мм*мм ? = 5,2 tg? = 0,002 Кз = 3 Tmax = 60 ?C ?c = 3% ?l = 25 мкм
Выбор метода изготовления тонкопленочной ГИМС.
Исходя из данных видно, что погрешность изготовления резисторов и конденсаторов не более 10%. Для изготовления схемы усилителя мощности выбираем метод фотолитографии, т. к. этот метод дает более высокую точность изготовления ГИМС и более высокий процент выхода годных изделий при серийном и крупносерийном производстве.
Расчет конденсаторов.
1. Выбор материала диэлектрика.
Выбор материала диэлектрика производят по таблице 3, исходя из
исходных данных.
Для C1 – электровакуумное стекло C 41 - 1.
Для C2 – электровакуумное стекло C 41 - 1.
Материалом обкладок для этих конденсаторов будет Al.
2. Определение уточненной толщины диэлектрика.
d=0,0885*?/Co
d=0,02301 мм
3. Определение площади перекрытия обкладок конденсаторов.
S=C/Co*Кз
SС1=20 мм*мм
SС2=550 мм*мм
4. Определение размеров обкладок конденсаторов.
Размеры верхних обкладок конденсаторов будут равны:
__
lв.о.= bв.о.=? S
lв.о.С1= bв.о.С1=4,472 мм
lв.о.С2= bв.о.С2=23,452 мм
Размеры нижних обкладок конденсаторов, с учетом допусков на
перекрытие, будут равны:
lн.о.=bн.о.= lв.о.+2(?l+g)
lн.о.С1=bн.о.С1=4,922 мм
lн.о.С2=bн.о.С2=23,902 мм
5. Определение размеров межслойного диэлектрика.
lд/э= bд/э =lн.о.+ 2(?l+f)
lд/э С1=bд/э С1=5,372 мм
lд/э С2=bд/э С2=24,352 мм
6. Определение площади, занимаемой конденсаторами, по размерам диэлектрика.
S = lд/э* bд/э
SС1 = 28,858 мм*мм
SС2 = 593.0199 мм*мм
Расчет резисторов.
1. Выбор материала резистивной пленки.
Для R1 - нихром X20H80.
Для R2 - нихром X20H80.
Для R3 - нихром X20H80.
Для R2 - нихром X20H80.
Проверим, правильно ли выбран материал резистивного слоя.
?ф = ?R/R*100 - ??s/?s*100;
?ф1 = 0,3212
?ф2 = 0,0542
?ф3 = 0,0267
?ф4 = 0,6167
Резистивный материал выбран верно т.к. ?ф1; ? ф 2; ? ф 3; ? ф 4 > 0
Вкачестве материала контактных площадок используем Cu.
2. Определение коэффициента формы резисторов.
Коэффициент формы определяется по формуле: Kф=;
Кф1 = 7,3
Кф2 = 1,6
Кф3 = 15
Кф4 = 0,4
3. Определение конструкции резисторов по величине коэффициента формы.
Для R1 - Форма прямоугольная, т.к. 1 ? Кф ? 10
Для R2 - Форма прямоугольная, т.к. 1 ? Кф ? 10
Для R3 - Форма составной меандр, т.к. 10 ? Кф ? 50
Для R4 - Форма прямоугольная, т.к. Кф < 1, но получается, что
ширина > длины
4. Определение ширины резисторов.
Рассчёт точной ширины резисторов производится по формуле:
bточн= (?l/Кф+?b)/?ф;
Рассчёт ширины резисторов с учетом их мощности:
bр= ;
Для R1 - bр = 0,58 мм
Для R2 - bр = 0,88 мм
Для R3 - bр = 0,15 мм
Для R4 - bр = 1,76 мм
Для R1 - bточн = 0,8849 мм
Для R2 - bточн = 4,9 мм
Для R3 - bточн = 9,9875 мм
Для R4 - bточн = 1,4188 мм
Выбираем из всех значений ширины сопротивления максимальное
значение:
R1 max [ bтехн=0.1мм bточн=0,88 мм bp=0,58 мм] b1=0,88 мм
R2 max [ bтехн=0.1мм bточн=4,9 мм bp=0,88 мм] b2=4,9 мм
R3 max [ bтехн=0.1мм bточн=9,98 мм bp=0,15 мм] b3=9,98 мм
R4 max [ bтехн=0.1мм bточн=1,41 мм bp=1,76 мм] b4=1,76 мм
5. Расчет длины резисторов.
Расчетная длина резистора определяется как: Lрасч = b*Kф;
Полная длина резистора определяется как: Lполн = Lрасч +2h;
Lрасч R1 = 6,424 мм
Lрасч R2 = 7,84 мм
Lрасч R3 = 149,7 мм
Lрасч R4 = 0,704 мм
Lполн R1 = 6,624 мм
Lполн R2 = 8,04 мм
Lполн R3 = 149,9 мм
Lполн R4 = 0,904 мм
6. Расчет площади резисторов.
S = Lполн * b
SR1 = 5,829 мм*мм
SR2 = 39,396 мм*мм
SR3 = 1496 мм*мм
SR4 = 1,59 мм*мм
Все полученные значения резисторов приведены в таблице:
Резистор Номинал Материал Резистора Размеры b, мм Размеры l, мм Размеры S, мм*мм Коэф. формы
R1 2,2 кОм X20H80 0,88 6,624 5,83 7,3
R2 480 Ом X20H80 4,9 8,04 39,39 1,6
R3 4,5 кОм X20H80 9,98 149,9 1496 15
R4 120 Ом X20H80 1,76 0,904 1,59 0,4
Расчет площади поверхности.
1. Площадь подложки расчитывается по формуле:
Sподл.= KS;
S?R = R1+R2+R3+R4
S?R = 1542,81 мм*мм
S?C = C1+C2
S?C = 621,87 мм*мм
S?КП = 48 мм*мм
S?Н.Э.= 120 мм*мм
При KS = 2 получается:
Sподл.= 2332,68 мм*мм
Sфакт.подл.= 45 * 52 = 2340 мм*мм