Резистор материалын таңдау | Скачать Дипломдық жұмыс

0
58


Ылғалдықты өлшеу бойынша сандық аспаптардың зерттелуін әзірлеу

Мазмұны

Қысқартулар мен терминдер тізімі

Кіріспе
7

1
1.1

1.2
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7

3
3.1
3.2
4
4.1

4.2

4.3

5
5.1
5.2
Техникалық тапсырманы анализдеу
Ылғалдылық түсінігін анализдеу және оны өлшеу әдістерін
таңдау
Масс-сезімтал пьезорезонансты датчиктер
Есептік-cхемотехникалық бөлім
Құрылымдық сұлбаны құрастыру
Функционалды сұлбаны құрастыру
Электрлік сұлбаны құрастыру
Материал таңдаудың түсіндірмесі
Пленкалық элементтердің сандық есептелуі
Элементтерді орналастыру
Дестабилизациялаушы факторлардың әсерден интегралды
микросұлбаны қорғайтын конструктивті шаралар
Программалық қамтамасыз ету
Құрылғының құрылымдық сұлбасы
Программаның орындалуы
Техника экономикалық незіздеу
Программалық жабдықтау мен жүйені автоматтандыруға
кеткен шығындарды есептеудің бірінші нұсқасы
Программалық жабдықтау мен жүйені автоматтандыруға
кеткен шығындарды есептеудің екінші нұсқасы
Өнімнің өзіндік құнын, ЕАҚ, әлеуметтік салық, зейнетақы
аударылымдарын есептеу
Өміртіршілік қауіпсіздігі және еңбекті қорғау
Теориялық бөлім
Ылғалдылықты өлшеуге арналған аспапты әзірлеу
Қорытынды
Әдебиеттер тізімі
А ҚОСЫМША

13
8
8

10
12
12
12
13
15
18
26
26

28
28
29
40
40

44

48

50
50
55
62
63
65

Кіріспе

Қазіргі таңда әртүрлі процесстерде ылғалдылықты

реттеуге арналған

аспаптардың рөлі мен қызметі бәріне белгілі. Қазіргі кезде ғылым, техника
тіпті халықтық шаруашылық саласының ешбірінде ылғалдылықты реттеу
процессінің пайдаланылмауы мүмкін емес.
Бірақ ылғалдылықты реттеу қажеттілікті аспаптар нарығында аса
сенімді және қанағаттанарлық жағдайда емес. Көптеген халық
қолданысындағы аспаптар мен датчиктер қазіргі замандағы техниканың даму
дәрежесіне сай келмейді, сонымен қатар бағасы қымбат, пайдалануға
қолайсыз, көлемі өте үлкен.
Қазіргі даму кезеңінде бүкіл әлемде сонымен қатар біздің елде халық
қолданысындағы барлық салаға автоматтандыру мен компьютеризациялау
тенденциясы жүзеге асырылып, кең қолданысқа ие болып отыр. Осы кезекте
алдыңғы орындарға қазіргі кездегі өндірістік технологиялық процесстер ие.

Осыдан кейін газды ортаның ылғалдылығын
өлшеу процессінің

автоматтандыру және де арнайы құрылғылар мен ЭЕМ-дің мәліметтерді
өндеу қажеттілігі туындайды.
Автоматты түрде реттеу болашақ өнімнің ылғалдылық деңгейін
анықтауға зор мүмкіндік береді. Мысалы, технологиялық процесстер мен

интегралды микросұлбалардың жұмыс істеу қабілеті:
нашар

герметизациялану және микросұлба жасалынатын материалдан бөлінетін
заттары әсерінен, корпустың ішіндегі ылғалдылық деңгейіне тікелей

байланысты
болады. Арнайы датчик микросхема корпусі ішіндегі

ылғалдылық дәрежесін анықтауға, жоғарғы дәлдікпен микросұлбаның жұмыс
істеу уақытын анықтап, уақытылы қателерін ескертіп істен шығуын
анықтауға мүмкіндік береді [1].
Осыған қарап автоматтандырылған кішігабаритті датчиктер мен
ылғалдылық дәрежесін өлшеуге арналған аспаптар газды ортада,
автоматтандыру саласының дамуына ықпал ететін негізгі баспалдақ болып
табылады және оның сапасы мен өнімділігін арттырады.
Бұл дипломдық жұмыстың мақсаты технологиялық ортада осы
айтылған кішігабаритті автоматтандырылған ылғалдылық дәрежесін
өлшейтін аспап түрін ойлап тауып, жүзеге асыру.

14

1 БӨЛІМ. Техникалық тапсырма анализі
Дипломдық жұмысты жасау барысында міндетті түрде газды ортада
ылғалдылық дәрежесін өлшеп, ГИС (Гибридтті интегралды сұлба) негізінде
өлшеу модулін құрастыру технологиясын, сұлбасын, конструкциясын жасау
әдісін жасап шығару қажет.
Келесі тапсырмаларды орындау қажет:
– «ылғалдылық » ұғымын анықтау;
– өлшеу әдісін таңдау;
– датчикті таңдау;
– өлшеуштін бірқалыпты сұлбасын жасап шығару;
– зерттеу нәтижиесін сұлбамен;
– ГИС үшін материалдарды таңдау;
– ГИС технологиясы мен әдісін талдау;
– Өлшеуіштің тәжірибе жасау әдісін талдау;
– ГИС элементтерін есептеу;
– ГИС конструкциясын құрастыру;
– Қолайсыз факторлардан қорғау әдісін құрастыру;
– ГИС сенімділігін анықтау;
– Жүйелік график құрастырып, экономикалық көрсеткіштерді есептеу;

Өлшеуіш
5…40 С
температура
диапозонында жұмыс жасайды.

Ылғалдылық диапозоны 10…100%.
Ылғалдылықты өлшеу қателігі 5 % аспау қажет [1].

1.1 Ылғалдылық түсінігі анализі, және оны өлшеу әдісін таңдау
Ауаның ылғалдылығы атмосфераның күйін сипаттайтын ең негізгі
факторлардың бірі болып табылады. Ылғалдылық адамның өмір сүру
ортасының қолайлылығын анықтайды сондықтан экологиялық
басқармалармен қадағаланады. Ылғалдылық көптеген мекемелердің жұмыс
жасауына әсер етеді. Ылғалдылық технологиялық процесстердің орындалуын
анықтайды. Жалпы ылғалдылық туралы ақпаратсыз біздің өмірде мүмкін
емес. Осы сипаттамалар бірінші кезекте ылғалдылық күйі мен кқұрамы
бойынша бөлінеді.

Ылғалдылық құрамы

су буының атмосфералық ауадан еш

айырмашылығы жоқ сипаттамасы.
Ылғалдылық құрамына мына

сипаттамалар кіреді:
– абсолют ылғалдылық – ылғалдылық массасы, гм3 шамасымен өлшенеді
– парциалдық қысым – су буына келетін ауа қысымының бөлігі,
миллибармен өлшенеді;
– көлемдік концентрация – су буына келетін газ көлемінің бір бөлігі,
өлшем бірлігі (ррm);
– шық нүктесі – температура, нақты абсолюттік ылғалдылық кезіндегі
сұйық фазаның құлауы, өлшем бірлігі Кельвин;

15

– молярлық концентрация – газ қоспасындағы мольдің су құрамындағы
мольдерге қатынасы.
Осы айтылған ылғалдылық кұрамының сипаттамалары бір-бірімен су
буы болып табылатын идеалды емес газ күйі бойынша байланысады.
Ылғалдылық күйі – бір температурада атмосферадағы су буының күйін
анықтайтын сипаттама. Бұл сипаттама атмосфера компоненттері үшін тек
ылғалдылық үшін қолданылады. Бұл практикалық тапсырманың көптігімен
сонымен қатар ауада қаншалықты ылғал мөлшері бар және қаншалықты
мөлшері буланатындығымен сипатталады.
Ылғалдылық күйінің негізгі сипаттамасы салыстырмалы ылғалдылық,
яғни процентпен көрсетілген абсолют ылғалдылықа қатынасы.
Сонымен қатар ылғалдылық күйінің негізгі сипаттамасы ретінде
парциалдық қысымды, шық нүктесін жатқызамыз.
«Ауаның ылғалдылығы» ауадағы су буының мөлшері, ауа райы мен
климаттың ең маңызды сипаттамаларының бірі. Газдың ылғалдылығын
ондағы ылғалдылық құрамы мен ылғалдылық күйімен анықтайды.
Газды ортада «газ ылғалдылығы» түсінігі өлшеу кезінде туындаған
ылғал мөлшеріне сәйкес екі түрге бөлінеді:
Біріншісі – Ылғал құрамы: ылғал газды қоспа ретінде бағалау сапасы,
мұндағы негізгі компонент су болып табылады;
Екіншісі – Ылғалдылық күйі: Ылғал газ құрамында болатын судың
буланынуының термодинамикалық күйін бағалау.
Осы айтылған ылғалдылықтың екі түрі газды ортада газ және бу ретінде
қарастыруға болады [1,2].
Бірінші жағдайда, негізгі өлшеу обьектісі газ тектес судан және құрғақ
газдан тұратын қарапайым бинарлы газды қоспа яғни ылғал газ, ал есептеудің

негізгі мақсаты ылғалдың массасын,
молярлық және көлемдік

концентрациясын анықтау. Сондықтан анализ жасалынып отырған ортадан
екі негізгі компонент: ылғал мен құрғақ газды бөліп алу болып табылады.
Екінші жағдайда, өлшеу обьектісі ылғал газ емес, ондағы газ. Өлшеудегі
негізгі мақсат теомодинамикалық жағдайдағы су буының салыстырмалы
ылғалдылығын анықтау.
Әрбір өлшеу түрлерінің бірнеше әдістері бар. Бұл жұмыста ылғалдылық
көлемін өлшейтін сорбционды-жиіліктік әдіс пайдаланылды.
Сорбционды-жиіліктік әдіс пьезоквартцтық пластинаның өзіндік
ауытқуларына сәйкес, анализденген ортада анықталған ылғалды газ буы мен
оның бетіне жиналған сорбент сұйықтығы қанықтығының гидродинамикалық
тепе-теңдігіне сәйкес жасалынған. Бұл әдіс пьезоквартцтық пластинаның
өзіндік ауытқуларына сәйкес, адсорбталу кезінде пластинаның бетіне бөлініп
шығатын ылғал мөлшері массасының өзгеруіне өте жоғары дәлдікпен ылғал

дәрежесін өлшеу, реттеуге мүмкіндік береді.
Яғни бұл жұмыста датчик

ретінде масс-сезімталды пьезорезонансты датчик алынды.

16

1.2 Масс-сезімталды пьезорезонансты датчиктер

Масс-сезімталды пьезорезонансты датчиктер қазіргі таңда өндірістік
және ғылыми зертеулерде технологиялық құрылғыға орналастырылып
қоршаған орта параметрі мен микроклиматты реттеу үшін кеңінен
қолданылады. Себебі бұл датчиктердің өлшеу дәлдігі басқалармен

салыстырғанда әлдеқайда жоғары болып келеді.
Масс-сезімталды

пьезорезонансты резонаторлар
жұқа пластинадан немесе температураға

тәуелді емес кварц линзасынан жасалынады. Резонаторларда қалыңдығы
бойынша ауытқулар желігеді. Жалғанып тұрған масса электродқа да
резонатор перифириясына да пластинанаң екі бетінен де жүргізіледі.
Массаның өсуі, яғни заттың сорбциялануы әртүрлі болуы мүмкін және қайта
алушы немесе қайта беруші қасиетке ие болады. Мысалы технология
процессті өңдеу кезінде шаң басудан қорғау үшін, шаң басылған пленка
бетіне пьезорезонатор-қалыңдық өлшегіш (толщинометр) орналастырылып,
ондағы пленка бетіне жиналатын шаңның қалыңдығын анықтап, реттеп
отырады. Гигрометрлерде және газоанализаторларда, пьезорезонаторлар
зерттелетін затты өз күйінде сақтайды. Демек гигрометрдің өлшегіш

резонаторы қалыңдығы
пленкасымен қапталады.
(3 10-7 мкм) жұқа тотықтандырылған кремний
Өлшеу жүргізілігеннен кейін резонатор

«құрғатылып», яғни заттардың десорбциялану процесі жүзеге асырылады.
Жиіліктің h` қалыңдық пен жалғанып түрған материалдың ` тығыздығы
мына формуламен анықталады:

ff = – `h`( h)

(1.1),

мұндағы мен h – пьезоэлементтің тығыздығы мен қалыңдығы.
Егер анықтап қарасақ, зерттеліп отырған заттар дискилік резонатордың
барлық бетімен сорбцияланады, демек мына формула алынады:

ff = – mm

(1.2),

мұндағы m – резонатор массасы [2].
Бізге белгілі болғандай массаның салыстырмалы өсуі, жиіліктің
салыстырмалы өсуімен байланысты болуы мүмкін яғни 10-6-10-7 . Қалыңдығы
h = 0,1 мм болатын кварцтық резонаторларда минималды тіркелген беттің
бірлік массасы m = (10-6 10-7) h = (10-6 10-7) 2,65×0,01 = 2,65 (10-8 10-9)
гсм2 болады. Бірақ жоғары рұқсат етілген қабілет тек 0,1 С дәрежесіндегі

резонатор термотұрақтылығында жүзеге асады,
өйткені мұндай АТ-

қиылысуындағы резонаторлар нақты тура сан шамамен
2×10-6 К-1 тең.

Максималды жалғанатын масса 2×10-3 гсм2 аспау керек және пленканың
қалыңдығы да 1 – 2 мкм-ден аспау керек, асып кеткен жағдайда резонатордың
жұмыс істеу қабілеті төмендеп, өлшеу қателігінің тұрақсыздығына әкеліп
соғады.

17

Бұл жұмыста температураға тәуелді емес (SiO) кремний оксидінің жұқа
қабатымен қапталған кварцтық резонатор қолданылады. Ол датчиктің негізгі
бөлігі болып табылады және ондағы жинақталған ақпарат сәйкес
құрылғылармен түрлендіріліп, анализден өтуі керек.

18

2 БӨЛІМ. Есептік-схемотехникалық бөлім

2.1 Құрылымдық сұлбаны құрастыру
Әзірленетін құрылғы пьезодатчиктен келіп түсетін, мәліметтерді
өңдеуге арналған. Бұл кварц орналасқан, ылғалдылық дәрежесін анықтайтын,
пластина бетінде адсорбталатын судың массасына сәйкес өзіндік кварцтық
жиіліктің ауытқуының өзгеруін анықтайтын мәліметтер болып табылады.
Өзіндік жиіліктің әртүрлі ауытқуына сәйкес ортаның ылғалдылық күйі
туралы айтуға болады. Бұл өзгерістерді ескеру үшін, кварцтық генераторға
мәлімет беретін элемент ретінде кварцтық пластинаны қолдануға болады.
Бұл пластинаның өзіндік жиілігінің ауытқуының генератор жиілігінің
ауытқуына мүмкіндік береді. Ары қарай генератор жиілігінің өзгеруін
бақылап яғни, құрғақ және ылғал ортадағы квартық генератордың жиілігінің
өзгеруін есептеу қажет. Демек, жиілік белгілі уақытта импульс санына
пропорционал болғандықтан, квартық генератордың жиілігінің өзгеруі мен
белгілі бір импульс санын есептегенде олардың әртүрлі уақыт нәтижелерін
аламыз. Сондықтан импульсты жинақтау үшін программалайтын бөлгіш
орнатамыз. Бөлгіш микропроцессормен басқарылады. Есептеудің басында ол
микропроцессор сигналымен бастапқы қалыпқа келеді. Бөлгіште импульс
жиналған кезде микропроцессор таймер бойынша уақытты бақылайды, содан
соң бөлгіш шығыс сигналды реттегеннен кейін ғана процессорге сигнал келіп
жинақталу уақытын белгілейді. Ары қарай тіректік және нақты уақыттың
жинақталуының әртүрлілігіне қарай белгілі бір газды ортадағы ылғалдылық
дәрежесі туралы айтуға болады. Арнайы техникалық есептеулерді талдай
отырып құрылымдық сұлба жасалынды, ол 2.1 суретте көрсетілген [2].

Кварцтық
генератор

Бөлгіш

МП

Индикация

2.1 сурет – Құрылғының құрылымдық сұлбасы

2.2 Функционалдық сұлбаны құрастыру
Жоғарыда көрсетілген құрылымдық сұлбаға сәйкес 2.2 суретте
көрсетілген функционалды сұлба әзірленді:

19

2.2 сурет – Құрылғының функционалды сұлбасы

Оның қрамына мыналар кіреді:
– логикалық элементте жасалған кварцтық генератор;
– бөлгіш;
– импульсті бөлгіште жинақталған уақытты есептеуге, оны басқаруға,
мәліметтерді өңдеуге арналған микропроцессор.

2.3 Құрылғының электрлік сұлбасын құрастыру
Кварцтық генератор
Әзірленіп отырған құрылғының негізгі бөлігі кварцтық генератор.
Кварцтық генератордық электрлік сұлбасы 2.3 суретте көрсетілген:

2.3 сурет – Кварцтық генератордың электрлік сұлбасы

20

ZQ1 – кварцтық резонатор РК17С на 4 МГц;
R1, R2 – резистор 0,125 – 2,5кОм 10%;
Негізгі элемент кварц болып табылады. Генеретордың негізгі мақсаты
кварцтың өзіндік жилігінің ауытқуын генератор жиілігінің өзгеруіне
түрлендіру, демек кварцтық пластинадағы ылғалдылыққа байланысты өзіндік
жиіліктің ауытқуына сәйкес генератор жиілігі де өзгеруі мүмкін.
Мәліметтерді өңдеу құрылғысы.
Функционалды сұлбаға сәйкес мыналар таңдалынды:
Бөлгіш ретінде – 555ПЦ1 микросұлбасы.
Басқарылатын жиілікті бөлгіш кіріс жиілікті 2N (N=2 … 31) есе бөлуге
мүмкіндік береді. N дәрежесі E = (E16, E8, E4, E2, E1) кірісінде екілік

параллельді коды ретінде беріледі. Кіріс сигналды
С1, С2 тактілік

(ақпараттық) шығыстың біреуіне береді. Еркін С шығысына логикалық «0»
дәрежесін орнатады. Егер E16 = E8 = E4 = E2 = E1= 0 и E16 = E8 = E4 = E2 =
0 и E1= 1 болса, бөлгіш жоқ. R=1 режимінде R = 0 бөлгіші нөлге тең болады.
Микропроцессор ретінде – 16С84 PIC контроллер алынды [1,3].

PIC16C84
контроллері
КМОП микроконтроллері отбасына

жатқызылады. Бұл контроллер, программа үшін ішкі 1К х 14бит EEPROM
мен 8 биттік ақпарат пен 64 байттық EEPROM деректер жадымен
ерекшеленеді. Бұл контроллер бағасының төмен болуы мен жоғарғы
өнімділігімен ерекшеленеді. Барлық командалар бір сөзден құралады (ені 14

бит) және
бір циклда орындалады (10 МГц
кезінде 400 нс), ауысу

командасынан бөлек, 800 нс болатын екі цикл орындалады. PIC16C84
контроллері төрт қорек көзі әсерінен жүзеге асатын үзіліске ие және оның 8
деңгейлі ақпараттық стегі бар. Периферия өзіне 8-биттік программалық
бөлгіші (көбінесе 16-битный таймер) бар 8 биттік таймер-счётчик және 13
енгізу-шығару сызықтарын байланыстырады. Жоғарғы жүктеу қабілеттілігі
(25 мА макс. Кіріс ток, 20 мА макс. шығыс ток) енгізу-шығару сызықтары
сыртқы драйвер жұмысын жеңілдетеді және жүйенің жалпы құнын
арзандатады. Сыртқы қораптың кіші көлемдері портативті қосымшалар мен
монтаждау үшін микроконтроллер сериясын жарамды етеді. Арзан баға,
жоғарғы қабілеттілігі, қолданудың жеңіл болуы, енгізу-шығарудың тиімділігі
PIC16C84 контроллерін микроконтроллер қолданбайтын облыстың өзінде
қажет етеді. Бөлгішті толтыру уақытын кварцтық генратордың 4 МГЦ жиілігі
кезінде (есептеу уақыты 0,5 с) 221 бөлгендегі мәні мынаған тең: 0,25 х 10-6
х 221 = 524288 мкс. Бұл уақытта микроконтроллер таймері мәнін 1310720
дейін өзгерте алады. Бірақ таймер 8 битті және максималды 255 импульс
жинақтайды. Демек осы уақыт аралығында таймер бірнеше цикл жасайды,
яғни жинақтайды сосын бастапқы қалыпқа келеді. Цикл саны 5140-қа тең.
Бөлгіш толық толғаннан кейін үзіліс импульсі қосылып, контроллер таймері
тоқтайды. Таймер мәні қорытынды мән болады. Ары қарай есептеу

нәтижелері контроллер жадына жүктеледі.
16 есептеу нәтижесі

жинақталғаннан кейін оларды орташалау басталады. Арнайы белгіленген

21

жады аймағында жиілікті өзгерту мен газды ортаның ылғалдылық кестесі
сақталады және сол кестеден қажетті мәндер алынып, динамкалық режимде
жұмыс жасайтын индикаторға жіберіледі. Есептеу кезінде жиіліктің өзгеру
интервалы максимал ылғалдылық (10-нан 100 % дейін ) 255 мәнінен яғни
(таймерде сақталатын максимал мән) аспау қажет. Бірақ максимал жететін
дәлдік 1%-дан кем болмауы керек. Құрылғыны миниатюризациялау мен
кедергіден қорғау мақсатында оны жұқа пленкалы гибридті интегралды сұлба
(ГИС) ретінде орындаймыз.

2.4 Материал таңдаудың түсіндірмесі
Подложка материалын таңдау. ГИС подлажкалары акивті және пассивті
элементтерді орналастыруға арналған диэлектриктік және механикалық негіз
болып табылады. Подложка гибридті интегралды микросұлбаның бөлек
элементтерін изоляциялайды және конструкцияның жылуөткізгіш элементі
болып табылады. Берілген сұлбаның электрлік параметрін қамтамасыз ету
үшін подложка материалы мына қасиеттерге ие болу керек:
– жылубөлгіш элементтерден (резисторлар, транзисторлар, диодтар)
сапалы жылу берілу үшін жоғарғы жылуөткізгіштік коэфициентке ие
болуы;
– диэлектрлік жоғалтулар кіші тангенциалды бұрышта болуы;
– подложка элементтерінің толық болуын қамтамасыз ету үшін, оны
дайындау процессі кезінде, пайдалану кезінде жоғарғы механикалық
беріктілікке ие болуы;
– пленкалық элементтердің уақытша тұрақсыз параметрлерін
төмендету үшін қорғаныс материалдарының жоғарғы химиялық
инерттілікке ие болуы;
– элементтерді реттеу процесінде жоғарғы температуралық әсерге
төзімділігі;
– химиялық қорғаудың, пленканы подложка бетіне орналастырудың
алдындағы процессте химиялық реактивтерге төзімділігі;
– жақсы механикалық өңдеуге ие болуы; (полировка, кесу) [2,3].
Айтылған талаптардан бөлек, подложка материалдары жоғары көлемді
және беттік кедергіге, соның ішінде материал құрамында ылғал мен
электролиттердің болуы қажет.
Толық мәнінде, жоғарыда айтылған талаптарға ешбір материал сәйкес
келмейді, ал кейбір талаптар бір-біріне қарама-қайшы болып келеді.
Сондықтан, подложка материалын таңдау осы уақытқа дейін өзара келісімді
шешімін таппай келеді.
Гибридті интегралды сұлбалар үшін міндетті түрде жылудың
интенсивті өтуі қажет, себебі поликор керамикалық материалы пайдаланылып
отыр. Бұл материал жоғарғы механикалық төзімділікке, жоғарғы жылу

22

сақтағыштыққа, жоғарғы жиілікте диэлектрлік жоғалтуларының тангенс
бұрыштары аз мәнге ие болады.
Керамиканың кемшiлiгi беттiң кедiр – бұдырлықты болып келуі
пленкалы элементтердiң жаңадан өндiрiлетiн номиналдарының алуын
қиындатады. Үлкен механикалық әсерлерді сезбейтін гибритті интегралды
сұлбалар үшін ситаллдар мен сiлтiсiз боросиликатты шынылар қолданылады,
себебі бұл материалдар арзан болып келеді. Содан басқа, олар гибридті
интегралды сұлбалардың параметрлерінің тұрақтылығын анықтайтын ең аз
сызықтық кеңею коэфициентіне ие болады. Ситалл мен боросиликатты
шынылардың негізгі кемшіліктерінің бірі ол төменгі жылуөткізгіштігі,
сондықтан олар төменгі қуатты микросұлбаларда қолданылады. 2.1 кестеде
подложканың негізгі параметрлері көрсетілген [3].

2.1 к е с т е – ГИС подложкалары материалының электрофизикалық
параметрлері

2.4.1 Резистор материалын таңдау. Жұқа пленкалы резисторлардың
параметрлері қолданылатын резистрлік материалдармен, резистивті пленка
қалыңдығы және оның қалыптасу шартымен анықталады. Пленка қалыңдығы
аз болған сайын, s үлесті беттік кедергісі жоғары болады, бірақ кедергінің
температуралық коэфиценті көтеріледі, сонымен қатар пленканың уақытша
және температуралық тұрақтылығы төмендейді. Демек резистор үшін
материал таңдау кезінде үлесті беттік кедергінің және пленканың шамасын,
шашырату қуатының мүмкін мәндерін, уақыт бойынша резистивті пленка
қасиетінің тұрақтылығын ескеру қажет.
Бұл мақсатта ең жарамдылары хром, нихром, ванадий, тантал.

Хром
резистивті пленка материалына қажетті талаптарын

қанағаттандырады. Хром баяу балқиды, тығыз және тұрақты оксидті пленка
түзеді, үлкен үлесті кедергіге ие, технологиялық жеткілікті, сонымен қатар
кейбір технологиялық операциялар кезінде адгезиондық қабатша ретінде
қолданылады. Резистивті материалдардың негізгі параметрлері 2.2 кестеде
көрсетілген.

23 Параметрлері
Ситалл
СТ-32-1
Ситалл
СТ-38-1
Поликор
22ХС
(96%Al2
O3)
Бетті өңдеудің жиіліктік классы
14
14
12-14
12
Сызықтық кеңейтудің температуралық
-7
коэффициенті ТКЛР * 10 кезіндегі Т =
0
20…300 С
30…34
83
75…85
60
6
Диэлектрлік өтімділік кезінде f=10 Гц
6…7
7,3…8
10
10,3
Диэлектрлік жоғалтулардың тангенстік
6 0
бұрышы f=10 және Т = 20 С
-4
16*10
-4
15*10
-4
1*10
-4
6*10
Салыстырмалы құны
1
1
20
20

2.2 к е с т е – Резестивті материалдардың электрофизикалық параметрлері

2.4.2 Өткізгіштер мен контактілік алаңшалардың материалын таңдау.
Өткізгіштер мен контактілік алаңшаларды жасау үшін бір-бірінен
электрөткізгіштік көлемі мен подложка мықтылығы бойынша ажыратылатын
әртүрлі металдар пайдаланылуы мүмкін. Өткізгіштер мен контактілік
алаңшалардың материалдары аз үлестік кедергіге ие болуы қажет және,
подложканың жақсы адгезиясы, жоғарғы коррозиялық төзімділікке ие болуы
қажет. Содан басқа, бұл материалдар микросұлбаның функционалды
компоненттеріне кернеуді минималды жоғалтуларымен жеткзуі тиіс және де,
сигналды минималды бұрмалап, сенімді микросұлба элементтері бар аз
шулайтын контактылармен қамтамасыз етілуі қажет.
Мыс – жиі қолданылатын материалдардың бірі. Мыс жоғары электр
өтімділігімен, басқа материлдармен жақсы сәйкестігімен ерекшеленеді,
сонымен қатар мыс тотықтануға жақын болғандықтан оны адгезионды
қабатшалармен бірге пайдаланылады. Адгезионды қабатшаларға хром,
нихром т.б жатады. Өткізгіштін үлесті беттік 0,02…0,04 Ом [4].
2.4.3 Конденсатор материалдарын таңдау. Конденсатор айналасындағы
заттар жоғарғы өткізгіштікке, коррозияға төзімділікке, конденсатордың
диэлектригі мен подложкасының материалдарымен технологиялық сәкейстігі
атап айтқанда: сызықтық кеңейтудің технологиялық коэффициенті және соған
жақын диэлектрик пен подложка жоғарғы механикалық беріктікке ие болуы
қажет. Диэлектрикті жылулық бұзылудан қорғау үшін, диэлектриктің
айналасындағы қоршауға төменгі температуралы булануы бар материал
қолдану қажет. Конденсатордың төменгі жағын қоршап тұрған материал
ұсақкристаллды құрылымға ие болуы керек. Диэлектриктің сәйкес электрлік

24 Параметрлері
Нихром
Х20Н80
Хром
Кермет
К-50С
Тантал
ТВЧ
Қортп
а
МЛТ-
3
Қортпа
(сплав)
РС-3001
Үлесті беттік кедергі
s, Ом.
300
500
3000 … ..
10000
20…100
500
1000 … ..200
0
Мүмкін болатын үлесті
2
шашырату Р0 , Втсм
2
1
2
3
2
2
Кедергінің
температуралық
коэффициенті TKR
0
кезінде Т = -60…125 С
-4
1*10
-4
1*10
-4
-5*10
-4
…3*10
-4
-2*10
-4
2*10
-4
-0,2*10
1000 сағат жұмыстан
кейінгі кедергі
шамасының өзгеруі, %
0,4
2
0,3

0,4
0,5
Контактілік алаңшаның
ұсынылатын
материалдары
Мыс
Мыс
Алтын
Алюми-
ний
Мыс
Алтын

төзімділігін және қалыңдығын төмендететін дөңес кристаллдар туындамау
қажет.
Сыртқы қоршау бойынша көптеген талаптарды алюминий
қанағаттандырады. Алюминийдің диэлектриктің байланысу ортасына түскен
атомдары мен ұсақ бөліктері тотығуға ұшырап сыртқы қоршаудағы
шынжырлы құрылымдардың алдын алуға зор септігін тигізеді. Содан басқа
қысқа тұйықталу облысындағы алюминийдің сыртқы қоршаулары, қысқа
тұйықталатын көпірлерден алюминийдің термиялық булануы кезінде өтетін
қысқа тұйқталу тоқтарынан изоляцияланады.
Конденсатордың диэлектрик материалы ауқымды дәрежеде оның
сипатамасын анықтайды. Конденсатор диэлектригіне мына талаптар
қойылады: жоғарғы диэлектрлік өтімділік, диэлектрлік өтімділіктің төменгі
температуралық коэффициенті, төменгі диэлектрлік жоғалтулар, жоғарғы
изоляция кедергісі, жаксы адгезия, микросұлбаның басқа да элементтерін
жасау кезіндегі технологиялық процесстің сәйкестіктері жатады [4].

2.5 Пленкалық элементтердің сандық есептелуі
2.5.1 Резисторларды есептеу. Бастапқы мәліметтер: R1=R2=2,5 кОм,
R3=15 кОм; шамадан тыс резистордың кедергісінің ауытқуы R = 10 %;
шашырату қуаты Р = 0,125 Вт; максималды жұмыс қуаты Т = + 70 0С.
(2.1) формулаға сәйкес шаршы пленканың оңтайлы кедергісін
анықтаймыз:

sоңт =
20 103
0,8667 10 3

4,804 [кОм]

(2.1).

Анықтамалық мәліметке сәйкес бізге тек материал ғана белгілі К-50С,
үлестік кедергісі s = 5000 Ом және ол осы шамадағы пленкалық резисторды
дайындауға мүмкіндік береді.
Алайда кермет К-50С контактілік алаңша ретінде хром қабатшасы бар
алтынды қажет етеді. Бұл материалдарды қолдану тенологиялық процесті
қиындатады және жалпы шығын көлемін көбейтеді. Сондықтан анықтамалық
мәліметтерге сәйкес резистивті пленка материалы ретінде үлесті кедергісі
sопт = 500 Ом болатын ромды аламыз. Пленка материалының температуралық
қателігін (2.2) формула бойынша анықтаймыз [5].

Rt = 0,6 10 4 70 20 0,003

(2.2).

Форманың рұқсат етілген қателік коэфициентін (2.3) формула бойынша
анықтаймыз:

25

Kф доп = 10 – 3 – 0,3 – 3 = 3,7 %

(2.3).

(2.4)

формула бойынша

форма

коэфициентін

және

резистор

концтрукциясын анықтаймыз:

Кф1 = Кф2 = 2500500 = 5,

Кф3 = 15000500 = 30

(2.4).

R1, R2 резисторлар – тік бұрышты формалы, R3 резисторы «меандр»
типті.
Резистордың есептік енін (2.5), (2.6), (2.7) формулалар бойынша
анықтаймыз:

R1, R2: b нақты =

0,01 0,01
5 0,33
0,037

[мм] bP

0,125
0,01 5

1,59 [мм]

(2.5),

R3: b нақты =

0,01 0,01
30 0,28
0,037

[мм] bP

0,125
0,01 30

0,65 [мм]

(2.6).

Жалпы алғанда мына мәнді аламыз:

b1 = b2=1,6 [мм]; b3 = 0,65 [мм]

Тік бұрышты формалы резисторды есептеу:
(2.8) формулаға сәйкес резистор ұзындығы:

l1 = l2 = 8 [мм]

(2.7).

(2.8).

(2.9) формула бойынша контактілі алаңшалардың бөгеттерін ескере
отырып резистордың толық ұзындығын анықтаймыз [5].

l толық1 = l толық2 = 8 + 0,4 = 8,4 [мм]

(2.10) формула бойынша резистор ауданы:

S1 = S2 = 13,44 [мм2]

26

(2.9).

(2.10).

Меандр типті резистордың орта сызығының ұзындығын анықтаймыз:

lср3 = 19,5 [мм].

a=b болатынын ескеріп бір меандрдың буынының қадамын табамыз:

t3 = 1,3 [мм].
Меандр буынының қолайлы nқол санын анықтаймыз:

Nқол3 = 5 [мм].
Меандр ұзындығын анықтаймыз:

L3 = 6,5 [мм].
Меандр енін анықтаймыз:

B3 = 3,25 [мм].

Тік бұрышты аудандардың ұзындығын анықтаймыз:

lп3 = 1,3 [мм].

Резистордың ақырғы габариттік өлшемдерін анықтаймыз:

L4 = 6,5 [мм], B4 = 3,9 [мм].

Резистордың габариттік ауданын анықтаймыз:

S4 = 25,35 [мм2].

2.5.2 Жұқа пленкалы резисторды есептеу. Жұқа пленкалы резисторды
конструктивті есептеу резистордың подложкада алып жатқан формасын,
геометриялық өлшемін және минималды ауданын анықтау үшін жүргізіледі.
Сондықтан резисторлар технологиялық мүмкіндіктер шартында
қанағаттанарлық қажетті R дәлдікпен берілген қуаттың шашырауын
қамтамасыз етуі қажет [5,6].
Есептеу реті.
1) Резистивті пленканың тиімді ГИС кедергісін анықтаймыз:

27

Sопт =

n

i 1
n

i 1

(2.11),

мұндағы n – резисторлар саны;
Ri – i резисторы шамасы.

2) Анықтамалық мәліметттер бойынша меншікті кедергісі бар мәні
есептелген sопт-қа жақын резисивті пленка материалын таңдаймыз. Бірақ
материалдың температуралық коэфициенті минималды, ал меншікті P0 қуаты
максималды болуы қажет. Пленкалық резисторды дайындаудың толық
салыстырмалы кедергісі R = RR кедергілері қосындысынан тұрады:

R = Kф + s + Rt + Rст + Rк

(2.12),

мұндағы Kф – форманың қателік коэфиценті;
s – s резистивтивті пленкасының көлемінің қалпына келтіру
қателігі;
Rt – температуралық қателік;
Rст – пленканың тозуына байланысты қателік;
Rк – контактілердің ауыспалы кедергілерінің қателігі;
Форманың Kф қателік коэфиценті геометриялық өлшемдердің
қателіктеріне яғни резистордың l ұзындығы мен b еніне байланысты болады:

Kф = ll + bb

(2.13).

s меншікті беттік кедергінің қалпына келтіру қателігі шаңдану шарты
мен резистивті пленканың материалына байланысты болады. Сериялық
өндіріс шартында оның мәні 3 … 5 %-дан аспайды. Температуралық қателік
пленка материалының нақты соңғы мәніне байланысты яғни [6].

Rt = R(Tmax – 20оC)

(2.14),

мұндағы R – пленка материалының температуралық қателігі, 1оС.
Пленканың тозуымен шартталған Rст қателігі пленканың уақытқа
қатысты құрылымының өзгеруі мен тотығуына байланысты шақырылады. Ол
пленка материалы мен қорғаныстың тиімділігіне және сақтау мен тасымалдау
жағдайларына байланысты болады. Көп жағдайда гибридті интегралды
сұлбаларда Rст 3%-дан аспайды.

28 Ri
1 Ri

Ауыспалы Rк кедергісінің қателіктері пленканың шаңданыуының
технологиялық жағдайларына, резистивті пленканың меншікті кедергісіне
және контактілік ауысулардың геометриялық өлшемдеріне, резистордың
еніне, контактіленетін пленканың жабу ұзындықтарына байланысты болады.
Көп жағдайда Rк = 1…2%. Егер материал кестеге сәйкес алынса онда бұл
қателікті елемеуге болады [6].
Форманың мүмкін болатын қателік коэфициенті:

Kф қос = R – s – Rt – Rст – Rк

(2.15).

Егер Kф қос мәні теріс болса онда, таңдалынған материалдың сол
дәлдігі бойынша алынған резисторды дайындау мүмкін болмайды. Мұндай
жағдайда дәлдік коэфиценті төмен материал таңдау керек немесе мүмкін
болған жағдайда резисторды келтіру керек. Кф формасының мәні бойынша
резистор конструкциясын анықтаймыз:

Кфi = Ri s

(2.16).

1 Кфi 10 кезінде резисторды тік бұрышты форма ретінде
конструкциялау қажет (сурет 2.4а), егер Кфi 10 болса резистор күрделі
формалы (сурет 2.4б), егер 0,1 Кфi 1 болса резистор тік бұрышты және
оның ұзындығы енінен қысқа болады (2.4 сурет). Кфi0,1 болатын резисторды
конструкциалауға кеңес берілмейді, себебі ол ауқымды контактілік ауданды
алады.
Егер бір сұлбада жоғарғы немесе төменгі омдық резисторлар болса онда
екі резистивті материал таңдауға болады,алдымен 2.14 формулаға сәйкес
барлық резистор үшін sопт анықтаймыз, сонан соң резисторларды бірінші
топтағы Ri max аз болып және екінші топтағы Ri min мәні sопт-тан көп
болатындай етіп бөледі. Содан кейін осы формула бойынша sопт1 пен sопт2
жеке есептеп, резистордың әр тобы үшін материал таңдалынады. Ары қарай
есептеу резистордың формасына сәйкес жүргізіледі.

а)

б)

в)

г)

2.4 сурет – Жұқа пленкалы резистордың сұлбасы

29

2.5.3 Жұқа пленкалы конденсаторларды есептеу. Бастапқы мәліметтер:
С1 = 120 пФ, С2 = С3 = 15 пФ; сыйымдылықтың рұқсат етілген шамадан
ауытқуы C1 = C2 = C3 = 10 %; жұмыс кернеуі Uжұмыс = + 5 В; максималды
температура Тмакс = 70 oС; максималды жұмыс жиілігі fмакс = 4000 кГц.
Анықтамалық мәліметтер бойынша қойылған талаптарға сәйкес
конденсатордың диэлектрик материалы ретінде кремний моноқышқылын
таңдаймыз.
(2.17) формула бойынша электрлік тұрақтылық шартына сәйкес
диэлектриктің минималды қалыңдығын анықтаймыз:

6 4

(2.17).

(2.18) формула бойынша конденсатордың үлестік сыйымдылығын
анықтаймыз [пФсм2]:

4 пФ

(2.18).

(2.19) формула бойынша салыстырмалы температуралық қателікті

бағалаймыз:

4

(2.19).

(2.20) формула бойынша конденсатордың активті ауданының рұқсат
етілген ауданын анықтаймыз:

Soon 10 3 1 3 3%

(2.20).

(2.21) формула бойынша конденсатор дайындау кезінде шаманың
дәлдігі қамтамасыз ету үшін үлестік минималды сыймдылықты анықтаймыз:

CSoon

15
0,01

2

1

2

33,75 [пФмм2]

(2.21).

Дайындаудың технологиялық мүмкіндіктерін

ескере отырып

қаптамаларды бөгейтін ауданы мен диэлектрик қалындығына сәйкес
конденсатордың төменгі сыйымдылығын анықтаймыз. Sмин = 1 мм2 мәнін
беріп мына (1.24) формуланы аламыз:

30d мин 3 5 3 10 0,05 10 [cм]
COV 0,0885 6 0,05 10 106200 [ cм 2 ]

0,03
1 1

2

Сондықтан, үлестік сыйымдылықтың мына үш мәнін аламыз:
СOV = 1062 пФмм2; СOточн = 33,75 пФмм2; СOмин = 15 пФмм2.

(2.23) формулаға сәйкес,

СОмин = 15 [пФмм2]

(2.22).

(2.23).

СО үлестік сыйымдылығына сәйкес келетін диэлектриктің қалындығын
анықтаймыз:

d 0,0885 6 1500 3,54 10 4 [см] технологияға сай келмейді (1.24).

4

жұқа пленкалық технологияға сай келмейді.
СО = 120 пФмм2 таңдаймыз, себебі осы мән конденсатордың екінші
ретті төменгі шамасына сәйкес келеді.
Сонда d 0,4425 10 4 см мәні жұқа пленкалық технологияға сай келеді
[7].
С3 конденсаторын есептеу. СС0 қатынасын анықтаймыз:

С3С0 = 120120 = 1 [мм2]

(2.25).

Шеттік эффектті ескеретін коэффициент анықтаймыз:
К3 = 1,24.
(2.26) формула бойынша жоғарғы қаптаманың ауданын анықтаймыз:

S3 = 1 1,24 1,24 [мм2]

(2.26).

Форма обкладок конденсатора С3 конденсаторының қаптамасының
формасы шаршы тәріздес (Кф=1) қиылысқан сызық түрінде болады.
(1.27) формула бойынша жоғарғы қаптаманың өлшемін анықтаймыз:

L3=B3 = 124 111[мм]

(2.27).

(2.28) формула бойынша төменгі қаптаманың өлшемін анықтаймыз:

Lн3=Bн3 = 1,11 [мм]

31

(2.28).C Оми н 1 15 [пФмм ]
15
СО = 33,75 пФмм2 таңдаймыз, сонда d 1,57 10 см, бұл мәндерде
, ,

(2.29) формула бойынша диэлектриктін өлшемін анықтаймыз:

Lд3=Bд3 = 1,11+1=2,11 [мм]

(2.29).

Конденсатордың диэлектрик бойынша ауданы : Sд3= 4,45 [мм2]
2.5.4 Арнайы формалы конденсаторды есептеу. С1 конденсаторды
есептеу. Бұл конденсатор тарақты конструкцияға ие, ал оның сыйымдылығы
шектік эффектпен анықталады (2.4 сурет).

b1 a b2

2.5 сурет – Тарақты конденсатордың конструкциясы

Тарақты

конденсатордың

сыйымдылығы

мына

формуламен

анықталады:

С

С П СР l

(2.30),

мұндағы Сп – конденсатордың ұзына бойы (погонная) сыйымдылығы
графикпен анықталады;

ср – орташа салыстырмалы диэлектрик өтімділігі, п пок
с р
түрінде есептейміз, мұндағы ( п – подложканың салыстырмалы диэлектрик
өтімділігі, пок – қорғаныс қабатының салыстырмалы диэлектрик өтімділігі)
[6,7];
l – ші орташа сызықтың ұзындығы, мм.
Қорғаныс қабаты түрінде ФН-11 фоторезистін қолданамыз, сонда:

ср = (9,1+6)2 = 7,55.

Ұзына бойы сыйымдылық , Фмм ( a=b1=b2 кезінде).
Орташа сызықтын ұзындығы:

32

2

l = 15( 0,17 7,55 ) = 11,69 [мм].
Сонда, a=b= 0,25 [мм].

2.6 Элементтерді орналастыру
Стандартты подложкалардың өлшемінен 60х48 мм2 болатын подложка
өлшемін таңдаймыз.
Алдымен перифериялық контактілік алаңшаларды орналастырамыз.
Олар платаның шетінде қарама-қарсы бетке симметриялы орналасады. Бұл
жұмыста көршілес алаңшамен 3 мм қашықтықта орналасқан ГИС он алты
перифериялық контактілік алаңшаға ие болады. Контактілік алаңшалардың
өлшемі 3х3 мм2. Контактілік алаңшаның кірісшығысы бірінші номермен
платаның төменгі сол жақ бұрышындағы кілт аумағында орналасады.
Микросұлбаның кірісшығысы мына түрлерге ие:
1 кірісшығыс – 1-ші индикатор;
2 – 5, 9 – 12 кірісшығыстары – индикаторлар;
6 кірісшығыс – кварцты қосу 4 МГц;
7 кірісшығыс – кварцты қосу 4 МГц + кварцтық генератор шығысы;
8 кірісшығыс – «жалпы»;
13 кірісшығыс – кварцты қосу 10 МГц;
14 кірісшығыс – кварцты қосу 10 МГц;
15 кірісшығыс – 2-ші индикатор;
16 кірісшығыс – қорек көзі (+5 В) [7].
Контактілік алаңшаларды орналастырғаннан кейін өткізгіштердің

киылысу саны мен ұзындықтарының қосындысы минималды
болатындай

етіп элементтерді орналастырамыз. Сол үшін ең алдымен бір-бірімен қатар
тұратын ең жақын элементтерді орналастырамыз.

2.7 Дестабилизациялаушы факторлардың әсерден интегралды
микросұлбаны қорғайтын конструктивті шаралар
Коррозиядан қорғауды қамтамасыз ету.
Жұқа пленкалы өткізгіштер мен микросұлбаның істен шығуының
негізгі себебі пленкалық құрылымды құрастыруға пайдаланылатын
металдардың коррозияға төзімділігінің болмауы.
Микросұлбаға герметизацияға дейін ылғалдың түсуі метализацияның
бұзылуына алып келеді. Микросұлбаны коррозиядан қорғау үшін оның бетін
изоляцияланған диэлектрик материалмен қаптаймыз. Ол үшін SiO2, SiO, GeO
пленкаларын, ФН-103 негативті резисті мен ФН-11 резистін қолданамыз.
Алайда бұл изоляциялаушы қабатта дәнекерлеуші контакт үшін
терезелер түзілуі қажет және белгіленген аудандарда коррозия әсерінен
тізбектің үзілу мәселесі туындайды. Бұл мәселені шешу үшін лакпен
герметизациялау және компаундтармен герметизациялау пайдаланады.

33

Микросұлбаны қорғау үшін жұмыс кезінде әзірленген ФН-11 резисті
қолданылады.

2.7.1 Герметизация дестабилизациялаушы факторлардан қорғау әдісі
ретінде. Интегралды микросұлбаларды дестабилизациялаушы факторлардан
(температура, ылғалдылық, күн радиациясы, шаң, агресивті және
механикалық орталар) қорғау әдісі герметизация болып табылады. Оны
арнайы әзірленген конструкциялар, ГИС орналасқан немесе ГИС бетіне
жүргізілген қорғаныс материалдары арқылы жүзеге асырады. Қазіргі уақытта
қорапсыз ГИС микроэлектронды аппаратураның құрамындағы ұяшықтар мен
блоктарды қолдану үшін әзірленеді.
Құрылғының герметизациялануы қоршаған ортаның зиянды
факторларынан сұлбаны қорғауға мүмкіндік береді.
Герметизациялаудың бастапқы этапы ГИС бетін қорғау болып
табылады. Ол үшін SiO2, SiO, GeO қабықшалары мен ФН-103 негативті
фоторезист қолданылады. Осы жұқа қабықшалардың бетіне соның ішінде
электрлік және инертті материалдардың бетіне герметиктер: ФП-525, УР-231
лактарын, ФП-545 эмалін, Ф-47, ЭК-91, ПЭП-177, ПЭК-19 компаундтарын
қолданады. Лактар мен эмальді электростатикалық алаңда пульверизатормен
шашырату арқылы немесе себу арқылы жүргізеді. Компаундтарды 0,2…1,2 мм
қалыңдыққа жететіндей етіп ұйытқыма шаңдану әдісімен жүргізеді.
2.7.2 Ылғалдан қорғауды қамтамасыз ету. ГИС-ты ылғалдан қорғауды
қамтамасыз ету полимерлі материалдарды пайдалану кезінде қажет болады.
Органикалық емес материалдармен салыстырғанда олар ылғал сіңіргіштігімен
және ылғал өткізбейтіндігімен ерекшеленеді. Егер су буы қысымы шектен
тыс жоғарылап, критикалық концентрацияға жетсе гибридті интегралды
сұлба істен шығады. Сондықтан герметизациялаушы материал ретінде
тиксотроптық Ф-47 компаундын пайдаланамыз.

34

3 БӨЛІМ. Программамен қамтамасыз ету

3.1 Құрылғының құрылымдық сұлбасы

3.1 сурет – Ылғалдылық пен температураны өлшеуіш құрылғының
құрылымдық сұлбасы

Құрылымдық сұлбаны әзірлеу кезінде компаниясы әзірлеген Labcenter
Electronics Proteus VSM бағдарламалық ортасы қолданылды. Proteus VSM –
электронды сұлбалардың жобасын автоматтандыратын программалық пакеті.
Бұл программалық пакеттің құрамында PSpice бойынша қабылданған,
электронды модельдердің компоненттері негізінде жасалған
схемотехникалық модельдер жиынтығы орналасқан. Proteus VSM
бағдарламалық ортасының негізгі ерекшелігі программаланатын құрылғының
жұмысын модельдеу мүмкіндігі яғни микропроцесорларды,
микроконтроллерді модельдеу. Proteus VSM екі подпрограммадан тұрады:
ISIS – электрондық схеманы синтездеуші және модельдеуші программа. ARES
– баспа платаларын әзірлеуші программа [8].

35

Құрылымдық сұлбаны әзірлеу барысында ISIS подпрограммасы және
мына компоненттер пайдаланылды:
1) DHT11 – ылғалдылық және температура датчигі.
Негізгі техникалық сипаттамасы
– интерфейсі: 1-сымды;
– қорек көзі: 3.5 – 5.5 В;
– ылғалдылықты өлшеу;
– рұқсат етілген диапазон: 20..95%;
– минимальная қателік : +-4%+25°C;
– максимальная қателік: +-5%;
– шкала рұқсаты: 1%;
– көрсеткіштерді есептеудің минималды уақыты: 1 сек;
– шығыстарының арасындағы ұзындық: 2.54 мм [7,9].

3.2 сурет – DHT 11 ылғалдылық датчигі

3.2 Программаның орындалуы
Датчиктің екі аяқшасына қорек көзі мен жер орналасады. Ал үшінші
аяшасы 5 кОМ кедергі арқылы микроконтроллер кірііне жалғанады. Бізде
датчиктен бөлек мына түрдегі даташит бар. Содан біз мәліметтер алмасу
протоколын алып мынаған ие боламыз (3.2 сурет):
Ең алдымен микроконтроллер желіні 20 миллисекундқа жерге қарай
қысады, сонан соң қайта көтеріп 20-40 микросекунд күтіп пинды шығыс
режиміне ауыстырады. Осыдан кейін ғана датчик өздігінен өлшеу жүргізіп,
мәліметтерді өңдейді.Осылайша микроконтроллер желіні 80 мкс қысып, 40
бит мәліметтер битын жібереді.
Әр биттің өз ерекшелігі бар. Датчик желіні әртүрлі уақытта жерге қарай
жіберіп, қайта көтереді. Егер датчик 0-ді көрсетсе желіні тек 26-28 мкс-тан
кейін ғана жібереді. Ал егер 1-ді көрсетсе 70 мкс-қа дейін желіні ұстап тұра

36

береді. 1-ші және 2-ші байттар дайын ылғалдылық пен температураны
көрсетеді, ал 2-4 байттар ешнарсені көрсетпейді, ал 5 байтта алдыңғы
байттардың қорытынды суммасы көрсетіледі.

3.2 сурет – Даташит

Ең алдымен микроконтроллер желіні 20 миллисекундқа жерге қарай
қысады, сонан соң қайта көтеріп 20-40 микросекунд күтіп пинды шығыс
режиміне ауыстырады. Осыдан кейін ғана датчик өздігінен өлшеу жүргізіп,
мәліметтерді өңдейді. Осылайша микроконтроллер желіні 80 мкс қысып, 40
бит мәліметтер битын жібереді.
Әр биттің өз ерекшелігі бар. Датчик желіні әртүрлі уақытта жерге қарай
жіберіп, қайта көтереді. Егер датчик 0-ді көрсетсе желіні тек 26-28 мкс-тан
кейін ғана жібереді. Ал егер 1-ді көрсетсе 70 мкс-қа дейін желіні ұстап тұра
береді. 1-ші және 2-ші байттар дайын ылғалдылық пен температураны
көрсетеді, ал 2-4 байттар ешнарсені көрсетпейді, ал 5 байтта алдыңғы
байттардың қорытынды суммасы көрсетіледі [9].
Программалық протоколы AVR микроконтроллері негізіндегі Single
wire протоколы. Бұл протоколдың ерекшелігі бірнеше желі арқылы
құрылғыларды біріктіре алады. DHT 11 әрбір датчигі оны шинада
… жалғасы

Рахмет ретінде жарнамалардың біреуін басуды сұраймын!