Конспект лекций для студентов специальности 190901 «Системы обеспечения движения поездов»
жүктеу/скачать 5,1 Mb.
|
Конспект лекций Электроника 2012
- Бұл бет үшін навигация:
- Лекция 1. Полупроводниковые материалы, конструкция и свойства p-n перехода
ВВЕДЕНИЕЭлектроника – наука о взаимодействии заряженных частиц (электронов, ионов) с электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов и устройств, используемых в основном для передачи, обработки и хранения информации. (Большой энциклопедический словарь. – М.: Сов. энцикл., 1991.). В электронике можно выделить две тесно связанные между собой области – создание элементной базы и создание электронных схем. Созданием элементной базы занимается технология, которая из фазы технологии электроники уже перешла в фазу наноэлектроники. Созданием электронных схем занимается схемотехника. Поскольку задачей специальности 190901 «Системы обеспечения движения поездов» специализации «Электроснабжение железных дорог» является подготовка специалистов, способных грамотно эксплуатировать электронные устройства, основное внимание в конспекте лекций будет обращено на схемотехнику электронных устройств с общими пояснениями некоторых вопросов технологии. Следует отметить, что для успешной работы с электронными устройствами необходимо изучить основы физики твёрдого тела, материаловедение, процессы взаимодействия заряженных частиц с веществом, методы и средства проведения электрических измерений и уметь применять эти знания на практике. Необходимыми условиями создания современных электровакуумных и полупроводниковых приборов явились результаты физических исследований механизма проводимости вакуума и твёрдых тел, а также изучение влияния примесей на электропроводность полупроводников. Основные открытия были сделаны в XIX веке: И.Я. Берцеллиус (Швеция), 1823 год – открытие кремния (Si); К.Л. Винклер (Германия), 1886 год – открытие германия (Ge). Следует отметить, что Д.И. Менделеев (Россия) за несколько лет до этого предсказал существование германия. Началом электроники можно считать открытие Т.А. Эдисоном перемещения заряженных частиц – электронов – в вакууме (1875 г., эффект Эдисона – термоэлектронная эмиссия). Практического применения открытого им эффекта Эдисон не предполагал и дальнейших исследований проводить не стал. В 1904 г. Д. Флеминг на основе эффекта Эдисона создал первую электронную лампу – диод, которую стали использовать в радиоприёмниках вместо когерера. В 1907 г. Ли де Форест поместил в вакуумную колбу между катодом раскалённой нитью, испускавшей электроны, и анодом, на который электроны попадали, третий электрод – управляющую сетку. Получилась первая радиолампа, позволяющая создать схемы усиления и генерирования сигналов. И до 1947 г. радиолампы были единственной элементной базой для создания электронных схем. Главным недостатком радиоламп является большая потребляемая мощность, которая расходуется на нагрев катода. В 1947 г. Дж. Бардин, У. Браттейн и У. Шокли изобрели полупроводниковый усилительный прибор – транзистор. Настало время бурного развития полупроводниковой электроники, цель которого – создание устройств как можно меньших габаритов и с как можно меньшим потреблением электроэнергии. Первое поколение устройств полупроводниковой электроники развивалось примерно до 1965 г. В электронных схемах использовались дискретные элементы – полупроводниковые диоды и транзисторы, схемы собирались с помощью ручного или простейшего автоматического монтажа на одно или двух сторонних печатных платах. Плотность монтажа составляла 0,5 эл/см3. Второе поколение (1965 – 1985 гг.) характеризуется разработкой и совершенствованием интегральных микросхем, предназначенных для реализации определённой функции преобразования сигнала. Микросхемы представляли собой несколько взаимосвязанных элементов (транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов), изготовленных в едином технологическом цикле на одной несущей конструкции (подложке) и помещённых в корпус. Схемы собирались с помощью автоматического монтажа на многослойных печатных платах. Плотность монтажа достигала 50 эл/см3. Третье поколение (с 1985 по настоящее время) характеризуется разработкой и совершенствованием сверх больших интегральных микросхем (СБИС), представляющих собой готовое электронное устройство для решения большого количества различных задач (например, микропроцессор компьютера). Плотность монтажа в СБИС и в устройствах на их основе составляет 1000 эл/см3 и более. Однако только на активных элементах – радиолампах и транзисторах – электронную схему построить нельзя. Необходимы также пассивные элементы: резисторы, конденсаторы, высокочастотные катушки индуктивности, трансформаторы, низкочастотные дроссели и коммутационные устройства (с механическим управлением – переключатели, с магнитным управлением – реле). В отличие от таких же элементов, которые изучались в дисциплине «Теоретические основы электротехники» пассивные элементы электронных схем имеют стандартные значения номиналов, рабочего напряжения и мощности. Правильный выбор параметров пассивных элементов является гарантией надёжной работы электронного устройства. Основные параметры резисторов: номинальное сопротивление; допустимое отклонение величины сопротивления от номинального значения (допуск), номинальная мощность рассеяния. Шкала номинальных сопротивлений для резисторов общего применения определяется стандартными рядами Е6, Е12 и Е24, значения которых представлены в табл. В.1. Таблица В.1 Номиналы сопротивлений по рядам Е6, Е12, Е24
Допуск выражается в процентах. Обычно для резисторов ряда Е6 допуск составляет 10%, для ряда Е12 5% и для ряда Е24 2%. Номинальная мощность рассеяния выбирается из ряда 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5 Вт. Основные параметры конденсаторов: номинальная ёмкость, допуск, номинальное напряжение, температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ). Шкала номинальных ёмкостей для конденсаторов общего применения определяется стандартными рядами Е6, Е12 и Е24, допуск от 1% до 30%, номинальное напряжение от 6,3 В до 500 В. Более подробные сведения о пассивных элементах приведены в литературе [19].
жүктеу/скачать 5,1 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||