Современной электронной

Разработка элементной базы современной электроники основывается на изучении изменений основных свойств в зависимости от состава материалов, способных взаимодействовать в рассматриваемом технологическом процессе. Изучение проводят с помощью физико-химического анализа, исходя из двух его основных положений, выдвинутых академиком Курнаковым:

Для того чтобы показать, хотя бы кратко, достижения современной электроники и некоторые ее ближайшие перспективы, ниже приведены сведения, полученные из отечественной и зарубежной периодической печати 1983—1985 гг.

Основное направление разйития современной электроники состоит в максимальном уменьшении габаритов полупроводниковых приборов при одновременном повышении их надежности и улучшений технических характеристик. При этом стремятся к увеличение допустимой мощности приборов, повышению рабочих частот и уменьшению рабочих температур.

Книга состоит из семи глав Глава 1 содержит сведения общего характера (по основным процессам, сигналам и устройствам электроники). Глава 2 посвящена элементной базе современной электроники; основное внимание в ней уделено транзисторам и элементам интегральных схем. Главы 3 и 4 представляют необходимые сведения по различным усилительным устройствам. Заметим, что функция усиления сигнала является осно.вной функцией большинства электронных устройств. Глава 5—7 посвящены основным устройствам цифровой (импульсной) техники, даны сведения о микропроцессорах. Необходимо заметить, что вопросы использования микропроцессоров не являются предметом электроники, а относятся к научно-технической области, которую принято называть информатикой.

Основная область современной электроники — микроэлектроника. Сегодняшний этап ее развития характеризуется быстро растущей степенью интеграции; уже созданы интегральные схемы, содержащие на одном полупроводниковом кристалле более 106 элементов. В перспективе развития микроэлектроники намечается функциональное укрупнение ИМС за счет использования новых физических явлений, позволяющих с помощью простых нерасчленяемых структур осуществить функции, обычно реализуемые с помощью многоэлементной сложной цепи или устройства. Реализация такого принципа соответствует появлению новых изделий микроэлектроники, которые принято называть функциональными. Они и представляют собой новый этап развития электроники — функциональную микроэлектронику.

Устройства современной электроники изготавливаются из полупроводниковых материалов. Поэтому особое внимание обратим на структуру и параметры полупроводников.

Оптоэлектроникой принято называть направление современной электроники, занимающееся передачей, приемом, обработкой и хранением информации, переносимой световыми (оптическими) и электрическими сигналами. В основе оптоэлектроники лежат процессы преобразования электрических сигналов в световые, а световых — в электрические в зависимости от того, в каком виде — оптическом или электрическом — удобнее передавать, обрабатывать и хранить информацию. Прием-преобразование световых (фотонных) сигналов в электрические осуществляется фотоэлектронными приборами. Излучение-преобразование электрических сигналов в световые производится электросветовыми (излучающими) приборами.

Однако основными полупроводниковыми материалами, служащими для изготовления подавляющего числа полупроводниковых приборов и интегральных схем современной электроники, являются в настоящее время кристаллические неорганические полупроводники. Их разделяют на простые и сложные. К первым относят некоторые элементы периодической системы, обладающие полупроводниковыми свойствами, называемые элементарными полупроводниками. В современной технике широко используют кремний, германий и селен. Некоторые элементы, также обладающие полупроводниковыми свойствами, такие как бор, углерод (алмазная модификация), теллур и др., пока не нашли практического применения.

Наряду с этим авторы не только увеличили разделы, посвященные ведущим направлениям современной электроники, вводя материал, ранее не излагаемый в общем курсе, но и посвятили ряд разделов вопросам энергетической электроники, которые привлекают внимание и специалистов в области электроэнергетики и электромеханики (например, вопросам создания преобразователей большой мощности, влияния вентильных преобразователей на питающую сеть и др.). Учебник не может служить справочником по схемной электронике, и в нем изложены лишь наиболее характерные решения, позволяющие проследить основные способы построения и функционирования электронных устройств и их технико-экономические показатели. Материал, излагаемый в учебнике, посвященный приборам и устройствам информационной электроники и вентильным преобразователям, связанным с мощной сетью переменного тока, представляет в равной мере интерес для всех электроэнергетических и электромеханических специальностей.

Большим достижением современной электроники в последние годы стало преодоление упомянутого препятствия на пути увеличения N: найдены способы создания сложных БИС, которые при этом не теряют своей универсальности. Это программируемые ИМС. Потребитель может по-разному использовать ИМС, запрограммировав ее функции. Подобные ИМС будут рассмотрены в дальнейшем: это постоянные запоминающие устройства (§ 4.6) и микропроцессоры (§ 4.12, 4.13). Современный этап развития электроники характеризуется все усиливающимся применением БИС вплоть до создания однокристальных ЭВМ. Эта тенденция обусловлена повышением основных технико-экономических показателей электронных устройств управления при использовании БИС (см. гл. 4).

Подавляющее большинство САК базируется на использовании элементов современной электроники. Это во многом определяется нали-

при возрастании частоты увеличивается. В физике принято говорить, что волновая система, в которой скорость распространения колебаний не постоянна, а зависит от частоты, обладает частотной дисперсией. Данное свойство распределенной #С-структуры позволяет создавать на ее базе весьма совершенные преобразователи формы электрических колебаний [9]. Такие устройства легко создаются методами современной электронной технологии. Эскиз распределенной КС-структуры представлен на 1.4.

Печатные платы с установленными на них элементами закрепляют с помощью крепежных отверстий на элементах конструкций электронной аппаратуры, к которым относят субблоки, блоки, каркасы, контейнеры, стойки, пульты. На 11.10, а — г приведены примеры выполнения элементов конструкций электронной аппаратуры. В современной электронной аппаратуре, построенной на базе интегральных микросхем, в качестве субблоков обычно применяют печатные узлы в виде кассет, которые вставляют по направляющим в блоки ( 11.11).

В современной электронной технике все большее применение находят полупроводниковые приборы с многослойной структурой, которые имеют больше трех р — «-переходов,

Рассмотрены области применения различных полупроводниковых приборов и направления- развития современной электронной техники.

Полупроводниковые диоды находят широкое применение в решении схемотехнических вопросов всех направлений промышленной электроники. Малые массы и габариты, высокое сопротивление обратному и малое сопротивление прямому току, высокое быстродействие позволяют применять их практически в любых изделиях современной электронной техники. По назначению полупроводниковые диоды подразделяют на выпрямительные, высокочастотные и сверхвысоко.частотные, импульсные,

Физические явления в природе, связанные с наличием заряда в различных телах, объясняются современной электронной теорией строения вещества. Частицы, определяющие положительный заряд тела,—это протоны, а отрицательный заряд — электроны.

Расположение зондов по вершинам квадрата обеспечивает снижение случайных ошибок в два раза. Это достигается за счет выполнения измерений при пропускании тока последовательно через каждую пару соседних зондов, изменения полярности приложенного напряжения и последующего вычисления среднего значения удельного сопротивления по результатам восьми измерений. С помощью современной электронной измерительной аппаратуры такие измерения легко могут быть автоматизированы.

Широкое распространение в современной электронной аппаратуре: в микромодульных и интегральных схемах получили микротранзисторы различных типов.

Используя рассмотренный выше принцип построения компенсационных фильтров с компенсирующей обратной связью, можно создать очень стабильный узкополосный фильтр (QaKB ^ 102) всего на трех-четырех операционных усилителях. Подобные фильтры (называемые обычно «биквадратными») широко используются в современной электронной аппаратуре и выпускаются в виде стандартных интегральных микросхем. Принципиальная схема одного из вариантов биквадратного узкополосного фильтра приведена на рис, 68, а, а на рис, 68, б — его эквивалентная схема. В послед-

В современной электронной технике и радиотехнике одним из главных требований является надежность и долговечность работы отдельных элементов, блоков и аппаратуры в целом. Установлено, что стабильность и надежность работы полупроводникового прибора и ИМС прежде всего определяется состоянием поверхности полупроводника и характером ее взаимодействия с окружающей средой. Вследствие этого характеристики поверхности необходимо стабилизировать на уровне, заданном условиями эксплуатации прибора, а поверхность приборов, особенно в местах выхода p-n-переходов, надежно защищать от воздействия внешней среды.

пряжения, уменьшая любые изменения выходного напряжения, в общем случае уменьшает и периодические изменения, т. е. дает также снижение пульсаций. Это позволяет часто в источниках питания со стабилизатором применять простые сглаживающие фильтры, состоящие, например, только из конденсатора соответствующей емкости. Кроме того, уменьшая изменения выходного напряжения, вызываемые изменениями тока нагрузки, стабилизаторы уменьшают и внутреннее сопротивление источника питания, т. е. внешняя характеристика источника питания делается более пологой (см. 14.12). Поэтому стабилизаторы постоянного напряжения широко используются в современной электронной аппаратуре.