Интегральной микросхемы

Завершаются исследования и разработки защит на интегральной микроэлектронной элементной базе и промышленностью (ЧЭАЗ) начат серийный выпуск этих защит в широкой номенклатуре. Развернуты начатые много раньше перспективные работы по созданию и введению в опытную эксплуатацию программных защит с использованием микропроцессорной техники в МЭИ, ВНИИЭ, Коми филиале АН РФ, ИЭД АН Украины (соответственно под руководством В. П. Морозкина, Я. С. Гельфанда, Н. А. Манова, Б. С. Стогния), БПИ (В. Н. Новаш) и других организациях.

Современные ИО, выполненные с использованием интегральной микроэлектронной базы, предъявляют к входным величинам Up и /р особые требования — их нельзя присоединять, как электромеханические органы, непосредственно к вторичным обмоткам электромагнитных ТА и TV, имеющих номинальные вторичные величины — токи 5 или 1 А и напряжения 100В. Особые трудности возникают для цепей тока, в которых нормальный режим работы близок к КЗ вторичных обмоток ТА, в то время как входное сопротивление микроэлектронной схемы весьма вели-

Вид реальных характеристик отличается от идеальных и в значительной мере определяется элементной базой, на которой выполнен OHM. Так, например, OHM, осуществленные на интегральной микроэлектронной базе с операционными усилителями (см. гл. 2), имеют рассматриваемые характеристики, близкие к идеальным. Часто использовавшиеся ранее индукционные OHM, характеризуемые в условиях срабатывания Мэ„ = &?/с>р/с,рсоз(фс,р—(fVmaX4) =

Существует большое число разновидностей характеристик как органов отдельных ступеней защиты, так и их сочетаний для всех (обычно трех) ступеней защиты. Особенно много уточненных для достижения разных целей характеристик появляется в последнее время в связи с возможностями, открывшимися при использовании интегральной микроэлектронной и микропроцессорной техники. Выбор целесообразных характеристик определяется при этом не только соображениями § 6.3, но иногда и рядом практических соображений. Ниже ( 6.6) рассматриваются некоторые типичные или используемые на практике характеристики 2с,р=/(фр) для одной ступени в плоскости Z; области срабатывания органов заштрихованы.

Простейшими пусковыми органами являются максимальные реле'тока, устанавливающие вид КЗ. Такие органы начали применяться в отечественной практике в 1931 г. при ?/ном^35 кВ. Эти органы, особенно для защит сетей с ^/ном>35 кВ, вскоре перестали удовлетворять своему назначению. Много внимания уделялось вопросам разработки односистемных защит с пусковыми органами сопротивления [2]. Однако на электромеханической элементной базе рассматриваемые органы оказались неперспективными, в частности из-за необходимости осуществлять переключения в токовых цепях, по которым проходят большие токи КЗ. Лучшие результаты были достигнуты в Польше Ю. Врублевским, много сделавшим для внедрения полупроводниковой техники, в частности применившим для решения рассматриваемого вопроса макси- (для токов) и мини- (для напряжений) селекторы. В дальнейшем в связи с внедрением интегральной микроэлектронной элементной базы вопрос сокращения числа измерительных органов в схемах дистанционных защит потерял свою остроту. В настоящее время в связи с начавшимся применением микропроцессорной элементной базы (программных защит) встал вопрос об упрощении программ, о своеобразной, как бы односистемной, их реализации.

Однако направленные защиты по сравнению с дифференциально-фазными имеют некоторые принципиальные преимущества: значительно лучше приспособлены для работы на линиях с ответвлениями (см. гл. 9), могут быть выполнены несколько более быстродействующими, в них предъявляются меньшие требования к ВЧ каналу (см. гл. 1). Поэтому в настоящее время принято решение о выпуске в дальнейшем промышленностью только направленных защит на интегральной микроэлектронной базе—основной для устройства защиты. Для обеспечения полноценной защиты линий сверхвысоких и ультравысоких напряжений в цикле ОАПВ (такие линии, как правило, снабжаются устройствами однофазного АПВ) ВНИИЭ разработа-

малых /с,з определяется малой мощностью, отдаваемой этими фильтрами, как имеющими первичную обмотку в виде кусков фаз кабеля (одновитковые ТА) с проходящими по ним небольшими З/о (работа ТА в начальной части кривой Bmax=f(H) за счет малых МДС, пропорциональных 3/ош); качество их снижается дополнительно при разъемных магнитопроводах, используемых в случаях установки ТА на смонтированной установке. Для улучшения работы схем фильтр — ИО применяются ИО с малыми мощностями, потребляемыми при срабатывании. В настоящее время это легко достигается в схемах с ИО, выполненными на интегральной микроэлектронной базе. Малые токи небаланса обусловлены отсутствием основной слагающей /нб — намагничивающих токов ТА в трехтрансформатор-ных фильтрах. Необходимо отметить, что однотрансформа-торный фильтр нельзя получить путем навивки вторичной обмотки на кабель. Для получения фильтров без стального сердечника, насаживаемого на кабель, могут быть использованы специальные фильтры, разработанные ОЗАП Мосэнерго (Ю. М. Силаев) и показанные на 9.6 (см., например, [10]). Они могут отдавать еще меньшие мощности. Трехтрансформаторные фильтры иногда используются для защит, реагирующих на начальные значения переходных емкостных токов, намного превышающих их установившиеся значения (примерно пропорциональные частотам их составляющих). На практике в распределительных воздушных сетях часто применяются весьма простые трех-

Завершаются исследования и разработки защит на интегральной микроэлектронной элементной базе и промышленностью (ЧЭАЗ) начат серийный выпуск этих защит в широкой номенклатуре. Развернуты начатые много раньше перспективные работы по созданию и введению в опытную эксплуатацию программных защит с использованием микропроцессорной техники в МЭИ, ВНИИЭ, Коми филиале АН РФ, ИЭД АН Украины (соответственно под руководством В. П Морозкина, Я С. Гельфанда, Н. А. Манова, Б. С. Стогния), БПИ (В. Н. Новаш) и других организациях.

Вид реальных характеристик отличается от идеальных и в значительной мере определяется элементной базой, на которой выполнен OHM. Так, например, OHM, осуществленные на интегральной микроэлектронной базе с операционными усилителями (см. гл. 2), имеют рассматриваемые характеристики, близкие к идеальным. Часто использовавшиеся ранее индукционные OHM, характеризуемые в условиях срабатывания M3^ = kUc,pIc,vCos((fc.p—cfP,,,oi4) =

Существует большое число разновидностей характеристик как органов отдельных ступеней защиты, так и их сочетаний для всех (обычно трех) ступеней защиты. Особенно много уточненных для достижения разных целей характеристик появляется в последнее время в связи с возможностями, открывшимися при использовании интегральной микроэлектронной и микропроцессорной техники. Выбор целесообразных характеристик определяется при этом не только соображениями § 6.3, но иногда и рядом практических соображений. Ниже ( 6.6) рассматриваются некоторые типичные или используемые на практике характеристики ZCiP=/(
Простейшими пусковыми органами являются максимальные реле тока, устанавливающие вид КЗ. Такие органы начали применяться в отечественной практике в 1931 г. при t/ном^Зб кВ. Эти органы, особенно для защит сетей с [/Ном>35 кВ, вскоре перестали удовлетворять своему назначению. Много внимания уделялось вопросам разработки односистемных защит с пусковыми органами сопротивления [2]. Однако на электромеханической элементной базе рассматриваемые органы оказались неперспективными, в частности из-за необходимости осуществлять переключения в токовых цепях, по которым проходят большие токи КЗ. Лучшие результаты были достигнуты в Польше Ю. Врублевским, много сделавшим для внедрения полупроводниковой техники, в частности применившим для решения рассматриваемого вопроса макси- (для токов) и мини- (для напряжений) селекторы. В дальнейшем в связи с внедрением интегральной микроэлектронной элементной базы вопрос сокращения числа измерительных органов в схемах дистанционных защит потерял свою остроту. В настоящее время в связи с начавшимся применением микропроцессорной элементной базы (программных защит) встал вопрос об упрощении программ, о своеобразной, как бы односистемной, их реализации.

полупроводник)-транзисторах являются более медленно действующими, чем элементы ТТЛ или ЭСЛ. Время задержки элемента на МОП-транзисторах обычно 50—100 не. Однако эти элементы отличаются меньшей потребляемой мощностью, большой нагрузочной способностью и помехоустойчивостью и, что особенно важно, требуют меньшей площади на поверхности интегральной микросхемы. Схемы на МОП-транзисторах технологичны и дешевы. Поэтому они находят широкое применение, особенно в цифровых устройствах, не требующих очень высокого быстродействия, или в устройствах, для которых важна очень высокая степень интеграции, в таких, как, например, устройства памяти (см. гл. 4).

На 3.17 изображена функциональная схема счетчика с параллельным переносом. Особенностью данной схемы является то, что выходы всех предыдущих разрядов подаются на входы / и К у-го триггера. Длительность переходного процесса в таком счетчике равна длительности переключения одного разряда. Из схемы видно, что с возрастанием порядкового номера триггера увеличивается число входов в элементах И //(-триггеров. А так как число входов / и К и нагрузочная способность выходов триггеров ограничены, то и разрядность счетчика с параллельным переносом невелика и равна обычно четырем. Поэтому при числе разрядов счетчика, большем максимального числа входов / и К, счетчик разбивают на группы и внутри каждой группы строят цепи параллельного переноса. Такой подход удобен и потому, что счетчики реализуют в виде интегральной микросхемы в отдельном корпусе. В этом случае при последовательном переносе просто осуществляется увеличение разрядности счетчика.

Полупроводниковые ЗУ размещаются в стандартных корпусах интегральных микросхем. Число выводов ограничивают число слов и разрядов запоминающего массива интегральной микросхемы. Для получения ЗУ с большим числом разрядов и (или) слов, чем в запоминающем массиве в корпусе схемы, применяются несколько корпусов.

Полупроводниковые интегральные ПЗУ. Полупроводниковые ПЗУ имеют все те же достоинства, которые отмечались в предыдущем параграфе в отношении полупроводниковых ЗУ с произвольным обращением. Более того, в отличие от последних они являются энергонезависимыми. Постоянные ЗУ имеют большую емкость на одном кристалле (в одном корпусе интегральной микросхемы).

Усложнение процессора делает более трудным или даже невыполнимым реализацию его на одном кристалле интегральной микросхемы, что благод!ря сокращению длин межсоединений могло бы облегчить достижение высокой производительности.

Рассмотрим классификацию, функциональнее назначение и конструктивные особенности ИМС. Наиболее распространенной является классификация мик-роэлектрснных изделий по конструктивно-технологическому признаку. Основанием, на поверхности или в объеме которого формируются элементы интегральной микросхемы, является подложка.

Применительно к технологии ИМС фотолитографией называют формирование фотохимическими методами рисунков требуемой конфигурации из тонких пленок различных материалов (маскирующих, проводящих, диэлектрических, резистивных). Рисунок топологического слоя в процессе фотолитографии задает фотошаблон. Фотошаблон — это выполненное на прозрачном материале изображение технологического слоя в масштабе 1 : 1 по отношению к размерам интегральной микросхемы.

Третий — буквенное обозначение класса интегральной микросхемы. Например, Г — генератор, У — усилитель, Т — триггер и т. д.

Дифференциальные усилители используются как основной элемент в операционных усилителях, компараторах, стабилизаторах или в виде отдельной типовой интегральной микросхемы (ИМС). При микроэлектронном исполнении приведенный дрейф нуля, вызванный, например, изменением температуры, равен примерно 1 мкВ/град. В то же время при работе только одной из половин усилителя дрейф нуля составил бы около 2 мВ/град, т. е. возрос бы на три порядка. Столь малый дрейф нуля в дифференциальном усилителе микроэлектронного исполнения достигается за счет технологических и схемотехнических мер. К. технологическим мерам относится выполнение в едином технологическом цикле всех элементов дифференциального усилителя, особенно транзисторов Т\, Т2 и резисторов /?кь RKZ- Поэтому их основные параметры и температурные свойства практически одинаковы, что обеспечивает максимальную симметрию в усилителе. Включение транзисторов Т3, Т\ с резисторами ,R33, КБ з. RK.* ( 3.5) является схемотехнической мерой, направленной на большую температурную стабилизацию. Транзистор Т3 работает в режиме почти не изменяющегося тока при изменениях температуры. Такой режим обеспечивается, во-первых, выбором рабочей точки на пологом участке выходной характеристики транзи-,.стора, что достигается включением резисторов 7?эз, RE з необходимого номинала, а во-вторых, наличием транзистора Г4 в диодном включении в базовой цепи транзистора Т3, что компенсирует температурные смещения его входной характеристики.

С точки зрения интеграции основными параметрами интегральных микросхем являются плотность упаковки и степень интеграции. Плотность упаковки характеризует количество элементов в единице объема интегральной микросхемы, степень интеграции — количество элементов, входящих в состав интегральной микросхемы. По степени интеграции все интегральные микросхемы принято подразделять на ИМС: первой степени интеграции — до 10 элементов, второй степени — от 10 до 100 элементов, третьей степени — от 100 до 1000 элементов и т. д.

Плотность пассивных и активных компонентов при их многослойном расположении в гибридной интегральной микросхеме, выполненной по тонкопленочной технологии, может достигать 300—500 эл/см2. Внешний вид гибридной интегральной микросхемы без корпуса показан на 2.4. Собранную гибридную интегральную микросхему помещают в жесткий металлический или пластмассовый корпус, предназначенный для повышения механической прочности и герметизации схемы ( 2.5).