ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ

§ 1.1. Основные определения, назначение, область применения

Определения. Любоесложное радиоэлектронное устройство состоит из ряда более простых активных и пассивных элементов. К активным элементам радиотехнических устройств относят электронные приборы (транзисторы, диоды, электронные лампы), способные усиливать электрические сигналы по мощности; к пассивным- резисторы, конденсаторы, трансформаторы. Электронные приборы являются наиболее сложными элементами- радиоустройств.

Электронными называют приборы, в которых электропроводимость осуществляется посредством заряженных частиц (электронов или ионов) в кристалле полупроводника, вакууме или газовой среде. В рабочем пространстве электронного прибора осуществляется управление движением заряженных частиц. Рабочее пространство, в котором протекают физические процессы, изолируют от окружающей среды с помощью диэлектрика или герметичной оболочки.

Электронные приборы, действие которых основано на явлениях электропроводимости в твердом теле полупроводника, называют полупроводниковыми. Электронные приборы, электропроводимость в которых осуществляется посредством электронов или ионов, движущихся в вакууме или газовой среде, называют электровакуумными. Электровакуумные приборы подразделяют на высоковакуумные и низковакуумные, или ионные. В высоковакуумных приборах давление остаточных газов в баллоне невелико (около 133,322X Х10-Па). Электрический ток в них создается перемещением свободных электронов практически без столкновений с атомами газа. В ионных приборах после откачки воздуха баллон наполняют инертными газами или парами ртути, создавая давление примерно 133,322-10-2 Па. Токопрохождение в них обеспечивается движением через разреженный газ как электронов, так и ионов, возникающих в процессе газового разряда.

Назначение. Электронные приборы выполняют разнообразные функции в радиоэлектронных устройствах и это предопределяет

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ И ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

большое число их типов, отличающихся по принципу действия и назначению. Наиболее ценны усилительные свойства большой группы электронных приборов, преобразующих энергию источника постоянного тока в энергию более мощных, чем воздействующий сигнал, электрических колебаний.

Важным свойством электронных приборов является нелинейность их вольт-амперных характеристик, заключающаяся в отсутствии прямой пропорциональной зависимости между токами и напряжениями на электродах. Это свойство приборов широко используется для преобразования электрических сигналов как по форме, так и по частоте. Некоторые типы электронных приборов под воздействием подводимого сигнала скачкообразно изменяют свою проводимость, что предопределяет их применение в.качестве электронных ключей.

В большой группе электронных приборов проявляется сильная зависимость протекающих в них процессов от внешнего воздействия- тепла, света, ионизирующего или электромагнитного излучения и т. п. Такие приборы используются для непосредственного пре- . образования одного вида энергии в другой, например, тепловой или световой в электрическую или наоборот, а также могут служить индикаторами этих воздействий.

Область применения. Изделия современной электроники образуют элементную базу средств проводной,и радиосвязи, радиове-щания и телевидения, измерительной и вычислительной техники, радиолокации и автоматики, приборостроения и других систем. Успехи технологии полупроводниковой электроники привели к созданию интегральных микросхем (ИМС), объединяющих в одном полупроводниковом кристалле десятки, сотни и тысячи активных и пассивных элементов. Создание интегральных микросхем позволило резко повысить надежность радиоэлектронных устройств, снизить массу, габариты, потребляемую мощность, повысить быстродействие, эффективность и функциональные возможности электронных систем.

Большим достижением микроэлектроники явилось создание в начале 70-х годов микропроцессоров на базе больших интегральных микросхем (БИС). Микропроцессор - это функционально законченное автономное цифровое устройство, реализованное на одной или нескольких БИС и обеспечивающее обработку информации и управление по заданной программе.

На железнодорожном транспорте развитие электроники содействовало внедрению новейших средств автоматики и телемеханики, позволило создать бесконтактные устройства релейного действия, обладающие малыми габаритами, высокой надежностью работы, малой инерционностью. Оборудование узлов и станций системами электрической централизации с использованием бесконтактных приборов повышает надежность работы этих систем и безопасность движения поездов, увеличивает пропускную способность участков железных дорог и эффективность применения самой системы.

Внедрение автоматизированных систем управления производственными процессами железнодорожного транспорта неразрывно связано с использованием электронных устройств для выполнения различных вычислительных операций, автоматизации установки маршрутов на станциях с диспетчерской централизацией, управления напольными устройствами автоматики и системами энергоснабжения.

Технический прогресс во всех отраслях народного хозяйства, предусмотренный программными документами Коммунистической партии Советского Союза, неразрывно связан с комплексной механизацией и автоматизацией производства, интенсивным развитием машиностроения и приборостроения, радиоэлектроники на основе новейших достижений микроэлектроники, оптоэлектроники и лазерной техники.

Электроника становится важным фактором научно-технического прогресса страны и одним из главных условий создания материально-технической базы коммунизма.

§ 1.2. Этапы развития техники электронных приборов и интегральных микросхем

Историю развития техники электронных приборов и интегральных микросхем можно условно разделить на четыре периода.

Первый период относится к концу прошлого столетия. В этот период были установлены основные физические -закономерности работы электронных приборов и открыты явления, стимулирующие их развитие и применение. Начало развития электровакуумной техники было положено изобретением в 1873 г. русским электротехником А. Н. Лодыгиным обыкновенной электрической лампы накаливания. На ее основе в 1883 г. американский изобретатель Т. А. Эдисон открыл явление термоэлектронной эмиссии и прохождения тока через вакуум. Русский физик А. Г. Столетов в 1888 г. установил основные законы фотоэффекта.

Важную роль в развитии электроники сыграло открытие в 1895 г. нашим соотечественником А. С. Поповым возможности осуществления радиосвязи. Это открытие явилось мощным импульсом развития и внедрения электронных приборов в практику; так возникла потребность в приборах для генерации, усиления и детектирования электрических колебаний.

Второй период охватывает первую половину текущего столетия. Этот период характеризуется разработкой электровакуумных приборов и систематизированным изучением их физических свойств. В 1904 г. была сконструирована простейшая двухэлектродная электронная лампа -диод, нашедший применение в радиоприемной технике для детектирования электрических колебаний. В 1907 г. изготовлена трехэлектродная лампа - триод, пригодная для усиления электрических сигналов. В России первые образцы ламп для радиотехнических целей изготовлены в 1914-1915 гг. под руковод-