Тема 5. электронные приборы

Нохрин А. Н.

Электротехника и электроника. Курс лекций. Часть II. Электроника. Череповец, 2005.

Вторая часть курса лекций “Электротехника и электроника” соответствует утвержденным учебным планам по специальности 190205 – Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование. направления подготовки дипломированных специалистов 190200 – Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы. Она содержит три темы и 17 лекций в соответствии с учебной программой. Рассмотрены классификация, физические принципы построения и работы, характеристики, параметры и применение полупроводниковых приборов, транзисторных усилителей, а также усилителей, импульсных, логических и цифровых устройств, в основу построения которых положено применение интегральных микросхем. Рассмотрены принципы построения и работы наиболее распространенных функциональных узлов устройств цифровой обработки информации. Пособие может быть полезно студентам старших курсов при разработке курсовых и дипломных проектов.

Лекции рассмотрены и одобрены на заседании кафедры ЭП и ЭТ, протокол № 3 от 24.11.05, одобрены редакционной комиссией ИМиХ, протокол № .

Рецензенты: А. Г. Вэрэш – к.т.н., доцент,зав. кафедрой ЭП и ЭТ ИМиХ ЧГУ;

А. М. Водовозов – к. т. н., доцент, зав. кафедрой управляющих

вычислительных систем ВГТУ;

В, А. Шабалов – к. т. н., профессор кафедры ВТ и СУ ИЭИ ЧГУ.

ВВЕДЕНИЕ

Электроника появилась в результате поиска способов использования электрических явлений для передачи информации. Возможности по реализации теоретических изысканий в этом направлении открылись после изобретения итальянским физиком А. Вольтой электрохимического источника тока (1799 г.). Уже в 1809 г. немецкий врач С. Т. Земмеринг построил первое в мире электронное устройство – телеграф. В основу изобретения было положено применение источника тока. В 1832 г. русский электротехник и ученый П. Л. Шиллинг продемонстрировал действие первого электромагнитного телеграфа.

Опираясь на исследования Фарадея, Дж. Максвелла и опыты Г. Герца, А. С. Попов создал устройство для регистрации электромагнитных волн. Демонстрация первого в мире радиоприемного устройства состоялась 7 мая 1895 г. Радиоимпульсный режим работы стал широко использоваться для передачи информации. Это привело к необходимости создания чувствительных индикаторов электрических колебаний и устройств для их усиления – электронных приборов.

В 1904 г. Д. Э. Флеминг, используя разработки А. Н. Лодыгина и Т. А. Эдисона, изготовил первую электронную лампу – диод, который начали использовать в приемниках для выделения передаваемых сигналов. С этого времени началась история современной электроники – науки, изучающей принципы построения, работы и применения различных электронных приборов. Именно применение электронных приборов позволяет построить устройства, обладающие полезными для практических целей функциями – усиление электрических сигналов, передачу и прием информации, измерение параметров и т.д. Сегодня электроника помогает быстрее считать, лучше планировать, точнее управлять технологическими процессами.

Очень быстро (примерно за 30 лет) было разработано много типов электровакуумных приборов. Обладая достаточно высокими качественными показателями, они имели существенные недостатки: большие габариты, большую потребляемую мощность и малый срок работы. Эти недостатки серьезно мешали изготовлению сложных многофункциональных устройств.

В тридцатых годах прошлого столетия началась интенсивная исследовательская работа по созданию полупроводниковых электронных приборов. Существенные результаты в этом направлении были получены в послевоенные годы. Так, в 1947 г. американские исследователи Дж. Бардин и У. Бреттейн создали и испытали первый германиевый точечный транзистор. В 1949 г. советские ученые А. В. Красилов и С. Г. Мадоян изготовили первые отечественные образцы точечных транзисторов. В 1952 г. У. Шокли выдвинул идею создания полевого транзистора, которую реализовал в 1958 г. польский ученый С. Тешнер. В 1960 г. Д. Кинг и М. Аттала создали МОП-транзистор.

Полупроводниковые приборы имеют малую потребляемую мощность, высокую надежность, малую массу и размеры, поэтому уже к началу 70-х годов они практически полностью вытеснили электровакуумные электронные приборы, позволили создать новое направление электроники – микроэлектронику.

Полупроводниковая электроника интенсивно развивается и в нашей стране. Большой вклад в развитие полупроводниковых электронных приборов внесли советские ученые Лосев, Френкель, Курчатов, Давыдов, Туркевич и многие другие. Выдающихся успехов в этом направлении добился академик Ж. И. Алферов. За исследование гетеропереходов и за организацию производства полупроводниковых приборов на их основе в 2000 г. Ж. И. Алферову присуждена Нобелевская премия.

Предлагаемый курс лекций предназначен для оказания помощи студентам в изучении принципов построения и работы полупроводниковых приборов и различных устройств, в основу построения которых положено применение полупроводниковых приборов.

ТЕМА 5. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ

С точки зрения электропроводности все материалы разделяются на проводники, диэлектрики и полупроводники. В основу построения современных электронных приборов положено применение полупроводниковых материалов: – германия, кремния, арсенида-галия, индия, карбида кремния и др. Почему эти материалы названы полупроводниками? Каковы их свойства и как эти свойства используют для построения электронных приборов? Ответы на эти и другие вопросы составляют содержание данной темы.