1,339

1,333

1,328

1,243

1,223

1,207

1,194

1,183

1,174

1,166

-2,1

-2,267

-2,400

-2,517

-2,6

-2,65

-2,7

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,324

1,320

1,316

1,313

1,310

1,307

1,304

1,159

1,153

1,148

1,142

1,138

1,134

1,130

-2,75

-2,783

-2,8

-2,85

-2,867

-2,883

-2,9

Таблица 3.6.4

Коэф. изменения	U(T=25оС), В	U(T=85оС), В	ТКН, мВ/оС	Коэф. изменения	U(T=25оС), В	U(T=85оС), В	ТКН, мВ/оС
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2	1,607 1,597 1,590 1,583 1,577 1,572 1,567 1,563	1,549 1,526 1,508 1,494 1,482 1,472 1,464 1,457	-0,967 -1,183 -1,367 -1,483 -1,583 -1,667 -1,717 -1,767	1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0	1,559 1,555 1,551 1,548 1,545 1,542 1,540 1,537	1,450 1,444 1,439 1,434 1,430 1,426 1,422 1,418	-1,817 -1,85 -1,867 -1,9 -1,917 -1,933 -1,967 -1,983

3.7 Триггерное устройство

Триггерное устройство предназначено для управления работой выходного каскада (см. п. 3.8.) и выходного транзистора VT73.

Принципиальная электрическая схема триггерного устройства показано на рис. 3.7.1.

Как видно из рис. 3.7.1. основной составляющей триггерного устройства является - триггер на логических элементах 38 - 39, выполняемых на основе интегрально - инжекционной логики.

Таблица истинности RS - триггера представлена в таблице 3.7.1.

Элементы 34 - 37 и 40 носят второстепенный характер и предназначены для согласования работы блоков, сигналы с которых подаются на данное триггерное устройство, с самим триггерным устройством, то есть для выполнения определенных функций последним.

Рассмотрим работу данного узла подробнее. Работа этого блока была смоделирована на ПЭВМ в программе DesignLab8.0.

Предположим, что в начальный момент времени на вход логического элемента 36 подается низкий уровень ("0") - компаратор в первоначальном состоянии, и на элемент 40 также подается логический "0", что говорит о не превышении напряжения в бортовой сети автомобиля определенного уровня (~ 18 В). В этом случае работа - триггера будет определяться сигналом, подаваемом на вход логического элемента 37 (с Q - выходов Т - триггеров (см. п. 3.2.2.)). В то время как на входе элемента 37 будет логический "0", на входе элемента 39 будет логическая "1", а на входе элемента 38 будет частота, подаваемая с ГПИ на логический элемент 34 через элемент 35. Согласно таблице истинности RS - триггера на выходе элемента 39 будет наблюдаться "0".

В следующий момент времени, когда на элемент 37 будет подана логическая "1" (в случае, когда все Т - триггеры приняли сосчитанное состояние) на входе элемента 39 будет логический "0", а на входе элемента 38 - логическая "1", что определит, в соответствии с таблицей истинности, на выходе элемента 39 логическую "1".

Теперь, если на выходе компаратора сигнал изменится с "0" на "1", то изменится сигнал, подаваемый на вход элемента 38, что приведет к переключению триггера с логического "0" на логическую "1".

В случае превышения напряжения в бортовой сети автомобиля свыше 18 В на вход элемента 40 будет подана логическая "1", которая, поступив на - вход триггера, предварительно инвертировавшись в логический "0" элементом 40 блокирует работу элемента 37 и триггера.

В результате этого на выходе элемента 39 будет находиться логический "0", который будет удерживаться до тех пор пока на входе элемента 40 сигнал не изменит свое состояние на противоположное ("0") независимо от сигналов, подаваемых на другие входы триггерного устройства.

На рис. 3.7.2. приведены диаграммы работы триггерного устройства.

Рис. 3.7.1. Принципиальная электрическая схема триггерного устройства

Рис. 3.7.2. Диаграммы, поясняющие работу триггерного устройства

а) напряжение в бортовой сети выше номинального (U_ном < U < U_пред);

б) напряжение в бортовой сети сравнимо с номинальным;

в) напряжение в бортовой сети меньше номинального;

г) напряжение в бортовой сети намного больше номинального (U > U_пред)

3.8 Выходной каскад

Выходной каскад выполняет функцию элемента, согласующего работу маломощной интегрально-инжекционной логики (управляющего триггерного устройства) с мощным выходным транзистором n-p-n- типа.

Принципиальная электрическая схема выходного каскада отображена на рис. 3.8.1.

Как видно из рис. 3.8.1. режим работы выходного каскада задается подачей сигнала, снимаемого с блока защиты 1 и подаваемого на транзистор VT67, который в свою очередь регулирует работу транзистора p-n-p- типа VT62 и n-p-n- типа VT68 и VT69.

Управляющий сигнал, снимаемый с триггерного устройства подается на базы транзисторов VT69 и VT71 и который в зависимости от своего состояния (высокий или низкий уровень) открывает либо закрывает составной транзистор (транзистор Дарлингтона) VT63-VT64-VT65. Когда транзистор VT65 закрыт (на входе высокий уровень) транзистор VT72 также будет закрыт, а мощный выходной транзистор VT73 открыт, что будет сопровождаться протеканием высокого тока через обмотку возбуждения генератора. В противном случае (низкий уровень на входе) транзистор VT72 будет открыт, но выходной транзистор VT73 будет закрыт. Таким образом обеспечивается ключевой режим работы выходного транзистора VT73. Мощный диод VD6, который называется диодом гашения (или гасящим диодом), предназначенным для подавления всплесков напряжения, возникающих на обмотке возбуждения генератора.

На транзисторе VT74, диодах VD7-VD11 и резисторе R89 собран блок защиты 2 от импульсных перенапряжений (всплесков) в бортовой сети автомобиля. Питание выходного каскада осуществляется непосредственно от аккумуляторной батареи, либо от генератора переменного тока в комплекте с диодным (стабилитронным) выпрямителем.



Рис. 3.8.1. Принципиальная электрическая схема выходного каскада

Рис. 3.8.2. Модернизированная принципиальная электрическая схема выходного каскада

Учитывая то, что данный регулятор напряжения выполнен в виде монокристальной полупроводниковой микросхемы, через выходной транзистор которого протекают значительные токи (до 5 А), приводящие к сильному разогреву кристалла встает вопрос об уменьшении протекающих токов через структуры микросхемы, уменьшения напряжения насыщения выходного транзистора.

В связи с этим предложена модернизированная схема выходного каскада, обеспечивающая снижение протекающих токов и напряжения насыщения выходного транзистора.

Модернизированная принципиальная электрическая схема выходного каскада приведена на рис. 3.8.2.

Схема, отображенная на рис.3.8.2. отличается от базовой схемы следующим.

В момент подачи на вход выходного каскада (базы транзисторов VT69 и VT71) высокого уровня транзистор VT65, также как в первом случае будет закрыт и на резисторе R86 будет невысокое напряжение, которого недостаточно для открытия транзисторов VT72 и VT76. В результате этого через резистор R91 = 2 кОм будет протекать небольшой ток, а транзистор VT75 будет открыт и через него, резистор R88 и выходной транзистор VT73 будет протекать относительно высокий ток (~ 220 мА), который откроет транзистор VT73, открытие которого будет также поддерживаться закрытым транзистором VT76. Теперь в случае подачи на вход выходного каскада низкого уровня, также как и в первом случае, транзистор VT65 будет открыт и на резисторе R86 будет напряжение, достаточное для открытия транзисторов VT72 и VT76. Так как на базе транзистора VT75 будет низкий потенциал, то он будет закрытым, что будет обеспечивать протекание тока через резистор R88 низкого значения. Открытый транзистор VT76, находящийся в режиме насыщения не будет обеспечивать открытие транзистора VT73.

Таким образом, этим усовершенствованием добиваются протекания большого тока через резистор R88 = 60 Ом только в случае открытия выходного транзистора VT73. В случае закрытого выходного транзистора VT73 ток протекает через резистор R91 = 2 кОм, что гораздо меньше R = 60 Ом и что обеспечивает протекание тока не более 7 - 8 мА. В результате этого уменьшается нагрев кристалла и улучшается тепловой режим работы регулятора напряжения.

Уменьшенное напряжение насыщения выходного транзистора обеспечивается увеличением площади выходного транзистора примерно в 2 раза, что обеспечивает также снижение напряжения насыщения выходного транзистора также примерно в 2 раза (с 0,8 В - 0,9 В до 0,4 В - 0,45 В).

Все данные о произведенных улучшениях подтверждены экспериментальными данными, которые были осуществлены в результате макетирования выходного каскада на дискретных элементах и проверкой напряжения насыщения выходных транзисторов на дискретно собранных выходных транзисторах путем их параллельного соединения.

Элементы выходного каскада в интегральном исполнении имеют ряд особенностей физико-топологической структуры элементов.

Первой особенностью является исполнение p-n-p- транзистора VT62 с четырьмя коллекторами, два из которых соединены вместе. Транзистор выполнен в латеральном (горизонтальном) исполнении, в котором четыре коллекторные области располагаются вокруг эмиттера, между которыми находится n- область базы.

Второй особенностью является реализация составного n-p-n- транзистора (по схеме Дарлингтона) VT63 - VT64 - VT65. Для всех трех транзисторов выделена общая разделительная область (общий коллектор), в которой проведены отдельно друг от друга три базовых диффузии с различными геометрическими размерами, в которых затем образованы путем диффузии области эмиттеров, с помощью металлизации эти транзисторы соединены в нужном соединении.

Следующей, третьей особенностью, является использование вместо одного общего n-p-n- транзистора VT72 двух n-p-n- транзисторов, выполненных в одной разделительной области (кармане) совместно с двумя резисторами, выполненными на основе базового слоя. Поскольку эти транзисторы выполнены в одном кармане, то коллекторы у них общие. Эмиттеры с помощью металлизации соединены вместе на "землю". А базы этих транзисторов через резисторы различных номиналов (12 Ом и 24 Ом) управляются от одной общей точки. Схема данного транзистора представлена на рис. 3.8.3.

Рис. 3.8.3. Схема транзистора VT72

Такое включение предназначено для разделения функций работы: один транзистор в большей мере отвечает за работу совместно с резистором R88, а другой - за работу с выходным транзистором VT73. Площадь транзистора, отвечающего за работу совместно с резистором R88 в 2 раза больше, чем транзистора, работающего совместно с выходным транзистором VT73.

Четвертой особенностью выходного каскада является мощный выходной транзистор VT73 n-p-n- типа, работающий в ключевом режиме. Данный транзистор вместе с контактными площадками занимает 40 % кристалла и располагается по всей ширине кристалла, имея в своем составе 20 базовых областей, внутри которых находятся по 2 эмиттерные области. Между эмиттерными областями находится базовый металлический контакт, который ведет к эмиттерным перемычкам, переносящим контакт через контактную площадку "земли", которая непосредственно соединена с контактными областями эмиттерных областей всей транзисторной цепочки. После эмиттерных перемычек все они соединяются с помощью металлизации и разводятся согласно принципиальной электрической схеме регулятора напряжения. Коллекторные области находятся между базовыми областями, от контактных площадок которых отводится металлизация на контактную площадку "Ш", к которой также подключается анод мощного гасящего диода. Такая конструкция мощного выходного транзистора необходима для исключения таких вредных эффектов, как эффект вытеснения эмиттерного тока (для создания равномерной по площади работы транзистора), эффект высокого уровня инжекции, характерного для работы транзисторов при больших токах (для исключения электрических полей в базе и модуляции базы), для равномерного теплонагрева и теплоотвода.

И последней, пятой особенностью является конструкция гасящего диода, структура которого аналогична структуре выходного транзистора, за тем лишь исключением, что у диода присутствует сетчатая структура анода (эмиттерного слоя), которая необходима для повышения пробивных напряжений и исключения вторичного пробоя (исключения отрицательного дифференциального сопротивления на выходной характеристике, приводящей к шнурованию тока и в результате к тепловому пробою). Электрические контакты к областям диода осуществляются посредством алюминиевой металлизации, контактирующей с контактными областями анода (эмиттерного слоя) и катода (области, соединенной с базовой областью). Для уменьшения электрических потерь (потребляемого тока), приводящего к дополнительному разогреву кристалла из-за включения в работу паразитных элементов, возникающих в результате того, что резистор R80 не был помещен в отдельный разделительный карман, для данного резистора была предусмотрена своя изолирующая область, и также для уменьшения протекающих токов его номинал был установлен на значении R80 = 10 кОм (вместо 400 Ом). Его разместили в отдельном кармане в виде резистивного слоя с поверхностным сопротивлением R_S = 2 кОм/?. Обоснованность этого была проведена в результате макетирования выходного каскада на дискретных элементах.

3.9 Стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения выполняет функцию поддержания на постоянном уровне напряжения для питания узлов регулятора напряжения. Стабилизированное напряжение не должно зависеть от питающего напряжения, температуры, технологических разбросов параметров элементов данного стабилизатора, величины нагрузки.

Принципиальная электрическая схема стабилизатора напряжения приведена на рис. 3.9.1.

Рис. 3.9.1. Принципиальная электрическая схема стабилизатора напряжения

Рассматриваемый стабилизатор напряжения питается от напряжения, снимаемого с выхода генератора (аккумуляторной батареи). Принцип стабилизации в данном стабилизаторе основан на поддержании на постоянном уровне потенциала на базе транзистора VT62. Тогда режим работы этого транзистора будет определенно заданным и постоянным. Разность напряжений между напряжением питания и напряжением стабилизации будет падать на резисторе R73, увеличивая ток, проходящий через него.

Поддержание постоянным напряжения на базе транзистора VT62 осуществляется с помощью транзисторов VT59 и VT60, режим работы которых задается с помощью резисторов R75 и R76, а также стабилитрона VT58, выполненного на эмиттерном p-n- переходе n-p-n- транзистора с напряжением стабилизации 6,5 - 7 В. Именно стабилитрон VT58 определяет стабилизацию напряжения данного блока. Стабилитрон VT61, также выполненный на эмиттерном p-n- переходе n-p-n- транзистора, предназначен для того, чтобы потенциал на базе транзистора VT62 не превышал определенного уровня, то есть он выполняет ограничительно-защитную функцию.

Для оценки качества работы стабилизатора напряжения, приведенного на рис. 3.9.1., проведем анализ влияния различных параметров, влияющих на работу блока. Данный анализ проведем на ПЭВМ Pentium - 133 в прикладной программе DesignLab8.0.

В связи с тем, что в данной схеме нагрузка для стабилизатора напряжения задана и потребляемый ток практически не изменяется, то расчеты будем проводить на эквивалентной нагрузке, сопротивление которой можно рассчитать следующим образом.

R = ;

При Т = 27 ^оС U_стаб = 5,757 В, I_потр = 1,08 мА получаем

R = = 5,3 кОм;

Именно это сопротивление возьмем в качестве нагрузочного для стабилизатора напряжения, то есть R_нагр = 5,3 кОм.

Так как напряжение в бортовой сети может колебаться в больших пределах, то оказывается очень важным разработать стабилизатор, не зависимый от напряжения питания.

В таблице 3.9.1. приведены результаты расчетов напряжения стабилизации от напряжения питания.

Как видно из таблицы 3.9.1. стабилизатор напряжения держит постоянным выходное напряжение в достаточно широком диапазоне: от 18 В до 9 В. При снижении напряжения питания происходит заметное снижение напряжения стабилизации.

Вторым важным параметром, влияющим на работу стабилизатора, может быть температура окружающей среды (корпуса микросхемы).

В таблице 3.9.2. приведены результаты расчетов напряжения стабилизации при разной температуре и нескольких значениях напряжения питания.

Как видно из таблицы 3.9.2., напряжение стабилизации имеет прямопропорциональную зависимость от температуры, то есть напряжение стабилизации имеет положительный температурный коэффициент. Например, при U_пит = 14,1 В в диапазоне температур от - 60 ^оС до +100 ^оС температурный коэффициент напряжения стабилизации равен

ТКН = .

Так как входящий в состав регулятора напряжения стабилизатор напряжения изготовляется по микроэлектронной технологии, то на качество работы стабилизатора может очень сильно оказывать влияние разброс параметров элементов микросхемы, в частности стабилизатора.

Поэтому далее проведем оценку работы стабилизатора в зависимости от изменения параметров элементов.

Вначале рассмотрим изменение напряжения стабилизации в зависимости от напряжения стабилизации стабилитронов VT58 и VT61. Результаты расчетов приведены в таблице 3.9.3.

Из таблицы 3.9.3. следует, что напряжение стабилизации стабилизатора очень сильно зависит от напряжения стабилизации стабилитронов VT58 и VT61. Поэтому необходимо очень тщательно выдерживать технологические процессы, имеющие отношение к созданию данных структур.

И, наконец, рассмотрим зависимость напряжения стабилизации от разброса номиналов резисторов R1 - R5. Результаты расчетов приведены в таблице 3.9.4.

По данным таблицы 3.9.4. видно, что напряжение стабилизации незначительно зависит от пропорционального изменения номиналов резисторов, что говорит о пригодности данной схемы для микроэлектронной технологии.

Таблица 3.9.1

Напр-ние питания, В	Напр-ние стабилиза-ции, В	Примечание	Напр-ние питания, В	Напр-ние стабилиза-ции, В	Примеча- ние
18 17 16 15 14 13 12	5,757 5,757 5,757 5,757 5,757 5,756 5,756	Тем-ра окр. среды Т = 27 оС	11 10 9 8,5 8 7,5 7	5,756 5,755 5,752 5,743 5,727 5,685 5,352	Тем-ра окр. среды Т = 27 оС

Таблица 3.9.2

Тем-ра, оС	Uстаб,В
	Uпит = 16 В	Uпит = 14,1 В	Uпит = 10 В	Uпит = 8 В
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100	5,722 5,728 5,732 5,740 5,752 5,767 5,783 5,801 5,814	5,722 5,729 5,732 5,740 5,752 5,766 5,783 5,800 5,806	5,721 5,729 5,732 5,740 5,751 5,765 5,781 5,798 5,804	5,701 5,704 5,706 5,712 5,723 5,736 5,751 5,763 5,742

Таблица 3.9.3

Параметр BV, B	Напр-ние стабил. В	Примечание	Параметр BV, B	Напр-ние стабил. В	Примечание
6 6,2 6,4 6,5 6,6	5,262 5,460 5,658 5,757 5,856	Uпит = = 14,1 В, Т = 27 оС	6,8 7,0 7,2 7,4 7,5	6,054 6,252 6,450 6,648 6,747	Uпит = = 14,1 В, Т = 27 оС

Таблица 3.9.4

R/Rном	Uстаб	Примечание	R/Rном	Uстаб	Примечание
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0	5,790 5,783 5,775 5,769 5,762 5,757	Uпит = 14,1 В Т = 27 оС Rнагр = = 5,3 кОм.	1,1 1,2 1,3 1,4 1,5	5,751 5,746 5,740 5,735 5,731	Uпит = 14,1 В Т = 27 оС Rнагр = = 5,3 кОм.

4. Типовая схема включения регулятора напряжения в генераторную установку

Регулятор напряжения включается в генераторную установку по следующей схеме, указанной на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Типовая схема включения регулятора напряжения (АБ - аккумуляторная батарея; ОГ - обмотки генератора переменного тока; К.З.З. - ключ замка зажигания; КЛ - контрольная лампа; ОВГ - обмотка возбуждения генератора; РН - регулятор напряжения; 1 - выпрямительные диоды (стабилитроны) прямой полярности; 2 - выпрямительные диоды (стабилитроны) обратной полярности; 3 - дополнительные выпрямительные диоды; ГУ - генераторная установка; В, Ш, М - выходы микросхемы регулятора напряжения (ВХОД, ШИНА, МАССА))

Работа регулятора напряжения была смоделирована на ПЭВМ в схемотехнической программе DesignLab8.0. Генераторная установка при моделировании была заменена источником постоянного тока. Для учета внутреннего сопротивления генераторной установки в целом последовательно источнику питания был включен резистор номиналом 0,1 Ом. Обмотка возбуждения была заменена ее омическим сопротивлением равным 2,6 Ом.

В результате моделирования была произведена настройка регулятора на номинальное напряжение настройки u_настр = 14,1 В. с помощью резистивного делителя напряжения, при котором напряжение на выходе микросхемы "Ш" (ШИНА) имело сигнал прямоугольной формы со скважностью равной Q = 2.

Также был определен диапазон регулирования регулятора (диапазон работы широтно-импульсной модуляции). Он составил 144 мВ, т.е. V_откр = 14,023 В и V_закр = 14,167 В.

Также был определен температурный коэффициент напряжения данного регулятора. Промежуточные измерения проводились при Т = 27 ^оС и Т = 87 ^оС: u_настр(Т = 27 ^оС) = 14,1 В; u_настр(Т = 87 ^оС) = 13,78 В, то есть

ТКН = [u_настр(Т = 87 ^оС) - u_настр(Т = 27 ^оС)]/?T = [13,78 В - 14,10 В]/ 60 ^оС = - 5,33 мВ/^оС.

Этот результат ниже экспериментально измеренного, который составляет примерно - 10 мВ/ ^оС.

5. Методика измерения и контроля параметров регулятора напряжения

После сборки микросхемы регулятора напряжения в корпус необходимо провести проверку на соответствие параметров.

Контролируемые параметры регулятора напряжения приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Параметр	Обоз-начение	Значение	Примечание
		Не менее	Не более
1. Ток холостого хода, мА	Ixx		100	Uвх=16,0 В
2. Постоянное прямое напряжение на гасящем диоде, В	Uпр		2	Iпр =5 А
3. Проверка первоначальной настройки, В	Uвх1	10,8	12,5	Iвых = 50 мА
4. Настройка регулятора на оптимальное значение, В	Uнастр	14,05	14,15	Iвых = 50 мА
5. Проверка напряжения настройки, В	Uнастр	14,05	14,15	Iвых = 50 мА
6. Напряжение насыщения выходного транзистора, В	Uнас	-	1,0	Iвых = 5 А
7. Ток утечки выходного транзистора, мА	Iут	-	0,5	-
8. Частота выходных импульсов, Гц	fи	30	120	-
9. Температурный коэффициент напряжения настройки, мВ/оС	ТКНн	-8,5	-5,5	-

Методика измерения параметров.

Проверка первоначальной настройки:

Устанавливают управляющее напряжение от источника G1 (рис.5.1.) u _вх = 12,5 ± 0,05 В;

От источника G2 по прибору PA1 устанавливают выходной ток I _вых = 50 ± 5%;

Управляющее напряжение на входе от источника G1 изменяют таким образом, чтобы на выходе микросхемы (Ш) был сигнал прямоугольной формы со скважностью Q = 2 ± 0,1, при этом регистрируют значение напряжения первоначальной настройки u _вх1 по прибору PV1.

Настройку регулятора на оптимальное значение проводят следующим образом:

Максимальное сопротивление резистора R₁ (рис.1а) при всех разомкнутых перемычках R_1max = 26,9375; а минимальное R_1min = 19 в относительных единицах.

Напряжение u_x в точке 4 будет равно:

u_x =;

R_X = ;

Определим величину изменения резистора R₁ :

?R = R_X - R = R_X -19;

?R набирается путем пережигания перемычек между контактами 5 - 6; 6 - 7; 7 - 8; 8 - 9; 9 - 10; 10 - 11; 11 - 12 током порядка 1,5 А по принципу включения наибольшего веса, находящегося в ?R.

Проверка напряжения настройки.

Устанавливают управляющее напряжение от источника G1 u_вх = 10,5 В ± 0,05 В;

2) От источника G2 по прибору PA устанавливают выходной ток I_вых = 50 мA ± 5%;

3) Управляющее напряжение на входе от источника G1 изменяют таким образом, чтобы на выходе микросхемы (Ш) был сигнал прямоугольной формы со скважностью Q = 2 ± 0,1, при этом регистрируют значение напряжения настройки u_настр. по прибору PV1.

Измерение остаточного напряжения (u_ост.) проводят по следующей методике:

На регулятор подают напряжение от источника G1 u_вх = 12,5 В ± 0,2 В;

От источника G2 по прибору PA устанавливают выходной ток I_вых = 5 A ± ±5%; по прибору PV2 регистрируют значение напряжения, которое равно u_ост.;

Измерение частоты выходных импульсов проводят по следующей методике:

На регулятор подают напряжение от источника G1 u_вх = 14,1 В ± 0,1 В;

На выходе (Ш) измеряют частоту выходных импульсов прибором PF1.

Измерение тока утечки на выходе проводят по схеме измерения, приведенной на рис. 5.4., по следующей методике:

От источника G1 устанавливают входное напряжение u_вх = 30 В ± 0,2 В;

От источника G2 устанавливают напряжение u_вых = 28 В;

Измерителем PV производят измерение падения напряжения ?u на резисторе R₁ (рис.3а).

Ток утечки определяют по формуле:

I_ут.вых. = .

Измерение прямого постоянного напряжения на гасящем диоде

(u_пр.) проводят по схеме измерения, приведенной на рис. 5.6. по следующей методике:

От источника G1 по прибору PA устанавливают постоянный ток I_пр = 5 А ± 5 %;

Измерителем PV1 производят измерение u_пр.

Измерение тока холостого хода I_х.х. проводят по схеме, приведенной на рис. 5.1. при помощи измерителя PA2 при u_вх = 16 В.



Рис. 5.1. (DA - контролируемый регулятор; G1 - регулируемый источник постоянного напряжения; G2 - регулируемый источник постоянного тока; PF1 - измеритель временных интервалов; PF2 - устройство выборки и хранения (УВХ))



Рис. 5.4. (R1 = 100 Ом ± 1%; DA - контролируемый регулятор)

6. Технологический маршрут изготовления монокристального регулятора напряжения

Разрабатываемая микросхема изготавливается по эпитаксиально - планарной технологии.

Основные технологические операции маршрута изготовления кристалла и нормы на контролируемые параметры представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1

№ №п/п	Наименование операций	Нормы на контролируемые параметры
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18	Составление партии пластин Очистка химическая Окисление Фотолитография под n+ - скрытый слой Очистка химическая Ионное легирование сурьмы Обработка в смеси Каро Очистка химическая Перераспределение сурьмы Снятие окисла Очистка химическая Эпитаксиальное наращивание Очистка химическая Окисление Фотолитография под n+ - вертикальный коллектор Очистка химическая Диффузия n+ - вертикального коллектора Снятие окисла	hок = 0,5 ± 0,03 мкм Pкрит = 10 ± 1 мкм RS = 10 ± 2 Ом/? h = 10 ± 2 мкм ? = 3,5 ± 0,5 Ом ·см hок = 0,5 ± 0,03 мкм Pкрит = 8 ± 1 мкм RS = 8 ± 2 Ом/? h = 7 - 8 мкм
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36	Очистка химическая Окисление Фотолитография под разделение Очистка химическая Диффузия разделительная Снятие окисла Контроль ВАХ Очистка химическая Окисление Фотолитография под базу Очистка химическая Подокисление Ионное легирование бора Обработка в смеси Каро Очистка химическая Диффузия базы, 2-я стадия Фотолитография под резистивный слой Очистка химическая	hок = 0,5 ± 0,03 мкм Pкрит = 10 ± 1 мкм RS = 15 ± 3 Ом/? h = hэп.пл. +(0,5 - 1) мкм uизол ? 150 В hок = 0,5 ± 0,03 мкм Pкрит = 8 ± 1 мкм hок = 0,12 мкм RS = 110 ± 10 Ом/? I: xj = 2,3 ± 0,2 мкм II: xj = 2,8 ± 0,2 мкм hок = 0,36 - 0,52 мкм Pкрит = 8 ± 1 мкм
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58	Подокисление Ионное легирование бора Обработка в смеси Каро Очистка химическая Диффузия резисторного слоя, 2-я стадия Фотолитография под эмиттер Контроль ВАХ Контроль сопротивления базы по тестовой ячейке Очистка химическая Диффузия фосфора Фотолитография под конденсаторный слой Очистка химическая Осаждение Si3N4 Фотолитография под контактные окна Контроль ВАХ Очистка химическая Напыление алюминия Фотолитография под Al Вплавление алюминия Контроль качества омических контактов Обезжиривание Осаждение защитного слоя	h = 0,12 мкм RS = 1300 - 1500 Ом/? h = 1 ± 0,02 мкм hок = 0,36 - 0,52 мкм uкб ? 100 В RS = 8 ± 2 Ом/? hок = 0,3 - 0,4 мкм Pкрит = 20 мкм h = 0,1 ± 0,02 мкм Pкрит = 8 ± 1 мкм ? = 100 - 180; uкэ ? 40 В h-Al = 2,0 ± 0,2 мкм Pкрит = 8 ± 1 мкм h = 0,4 - 0,6 мкм
59 60 61 62 63 64 65	Фотолитография по защитному слою Термообработка Утонение обратной стороны (шлифовка) Обезжиривание Напыление TiNiAg на обратную сторону Контроль ВАХ Контроль микросхем на функционирование	h = 400 -40 мкм n-p-n: ? = 250 ± 50 uкэ ? 40 В p-n-p: ? = 30 - 50 uкэ ? 40 В I2L: ?2 ? 5

Маршрут изготовления кристалла микросхемы включает следующие основные технологические процессы:

химические обработки пластин;

эпитаксиальное наращивание;

термодиффузионные процессы;

ионное легирование;

фотолитографические процессы по термическому окислу, боро - и фосфоросиликатному стеклу, алюминию и др;

жидкостное травление окисла, боро - и фосфоросиликатного стекла, алюминия;

плазмохимическое травление нитрида кремния, защитного диэлектрика;

осаждение нитрида кремния и низкотемпературного окисла;

напыление алюминия;

утонение обратной стороны пластин;

контроль электрофизических параметров.

7. Заключение

В данном дипломном проекте рассмотрен монокристальный регулятор напряжения для бортовой сети автомобиля, работающий на принципе широтно-импульсной модуляции. Данный регулятор напряжения производит поддержание на постоянном уровне (14,1 ± 0,1 В) напряжения в бортовой сети автомобиля независимо от частоты вращения ротора генератора, величины нагрузки, изменяет величину регулируемого напряжения в зависимости от температуры окружающей среды (корпуса) с отрицательным температурным коэффициентом (ТКН).

В дипломном проекте была проведена разработка схемотехники микросхемы регулятора напряжения, рассмотрен каждый блок в отдельности и работа микросхемы в целом, проведен анализ работы всех блоков и зависимостей работы от параметров схемы, ее определяющих. В результате моделирования схемы на ПЭВМ выявлены следующие расчетные данные:

Частота генерации генератора прямоугольных импульсов f = 2 кГц;

Размах эталонного пилообразного напряжения ?u = 16 мВ;

Напряжение защиты схемы от перенапряжений в бортовой сети автомобиля u_защ.= 20 В;

Температурный коэффициент напряжения датчика температуры ТКН = = - 2, 65 мВ/^оС;

Напряжение стабилизации стабилизатора напряжения при Т = 27^оС u_стаб.= = 5,785 В;

Напряжение насыщения выходного транзистора u_нас.= 0,46 В;

Температурный коэффициент напряжения настройки ТКН = - 5,33 мВ/^оС;

Диапазон работы широтно-импульсной модуляции ?u = 144 мВ;

Частота широтно-импульсной модуляции f = 60 - 65 Гц.

Также для улучшения стабильности и надежности работы регулятора были внесены изменения в схемотехнику и топологию базового регулятора напряжения, аналога регулятора напряжения фирмы Motorola, позволяющие улучшить температурный режим работы регулятора, повысить его экономичность в использовании электрической энергии.

Перспективой развития регуляторов напряжения является переход их на многофункциональность. Такие регуляторы имеют способность обнаруживать некоторые повреждения генераторной установки и бортовой сети. В этом случае, когда повреждение обнаружено, включается сигнальная лампа на приборной панели.

Мультифункциональные регуляторы могут обеспечивать плавное возбуждение генератора, задерживать момент подключения обмотки возбуждения к источнику питания, задерживая момент возбуждения генератора и облегчая тем самым запуск двигателя. Они также имеют возможность управлять выключателем нагрузки.

Список использованных источников

Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника: учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1990. - 496 с., ил.

Радин В.И. и др. Управляемые электрические генераторы при переменной частоте. - М.: Энергия, 1978. - 152 с., ил.

Кривоносов А.И. Полупроводниковые датчики температуры. - М.: Энергия, 1974. - 288 c., ил.

Пономарев М.Ф., Коноплев Б.Г. Конструирование и расчет микросхем и микропроцессоров. - М.: Радио и связь, 1986. - 176 с., ил.