И.П. Жеребцов - Основы электроники

И.П. ЖЕРЕБЦОВ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ б.е издание, переработанное и дополненное Ленинград ЭНЕРГОАТОМИЭДАТ Ленинградское отделение 1989 ББК 32.85 Ж 59 УДК 621.382 Рецензент А. Л, Лрабкин Жеребцов И. П. Ж59 Основы электроники. — 5-е издч перераб. и доп. — Лл Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989.— 352 сл ил. 1БВ!ч! 5-283Ч04448-3 Описываются физические процессы в полупроводниковых и электровакуумных приборах, в интегральных микросхемах и некоторых специальных приборах современной электроники, устройство, характеристики и параметры приборов, а также некоторые особенности их применения.

Четвертое издание вышло в 1985 г. Настоящее издание дополнено материалами по пьезоэлектронике, акустоэлектронике, магнитоэлектронике, квантовой электронике, криоэлектронике, хемотронике и молекулярной электронике. Сокращены главы по электронным лампам. Для инженерно-технических работников; может быть также полезной студентам вузов и техникумов, изучающим основы радиоэлектроники. ж2301000000 115 8 05П01) — 89 ББК 32.85 Производственное издание ЖЕРЕБЦОВ ИВАН ПЕТРОВИЧ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ Редактор С. С.

Полиглоьчова Переплет художника В. Т. Левченко Художественный редактор Т. Ю. Тенлицкал Технический редактор Н. А. Минеева Корректор Н. Б. Чухутина ИБ № 2441 Слана в набор 30.09.88. Подписано в печать 09.0289. М-32018. Формат 70 л 100~ба. Бумага офс. № 2. Гарнитура Таймс. Печать офсетная. Усл. печ. л. 28,6. Уаь кр.-атт. 57,2.

Уч.-язд. л. 31.01. Тираж 100000 зкз. Заказ № 1774. Пена 3 р. Энершатомяздат, Леияягралское отделение. 191065 Ленявграл, Д-65, Марсово поле, 1. © Энергоатомиздат, 1985 © Энергоатомиздат, изменения и дополнения, 1989 18Взч1 5-283-04448-3 Ордена Октябрьской Революции, ордена Трудового Красного Знамени Ленннгралское проязводстаенно- техннческое объеднненяе «Печатный Двора имени А.

М. Горького Союзполиграфпрома пря Госу- дарственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии я книжной торговли. !97136, Ленинград, П-!36, Чкаловский пр., 15. ПРЕДИСЛОВИЕ Современный научно-технический прогресс тесно связан с развитием электроники. Успехи электроники являются результатом создания разнообразных и замечательных по своим свойствам электровакуумных и полупроводниковых приборов. Чтобы изучить современную радиоэлектронику, надо прежде всего знать принципы устройства и физические основы работы этих приборов, их характеристики, параметры и важнейшие свойства, определяющие возможность их применения в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА).

Этим вопросам и посвящена данная книга. В настоящее время число различных типов приборов электроники так велико, что не представляется возможным рассмотреть все приборы. Такая попытка привела бы к чрезмерному увеличению объема книги или к слишком неполному и поверхностному описанию ряда приборов.

Поэтому из рассмотрения исключены некоторые приборы, не имеющие массового применения или не выпускаемые промышленностью. Полупроводниковые приборы рассматриваются первыми, потому что для многих читателей, имеющих дело с РЭА только на полупроводниках, изучение электровакуумных приборов становится уже излишним. Более глубоко и подробно в книге освещены те вопросы, которые автор считает особенно важными. Помимо самих приборов рассматриваются также некоторые случаи их применения, чтобы создать у читателей достаточно полное представление о том или ином приборе.

В пятом издании книги расширены сведения о полупроводниковых приборах, микроэлектронике и оптоэлектронике, а также имеются главы по некоторым специальным направлениям электроники 1пьезоэлектроника, акустоэлектроника, магнитоэлектроника, квантовая электроника, криоэлектроника, хемотроника, молекулярная электроника).

Главы по электронным лампам значительно сокращены, но не исключены, потому что имеется еще много аппаратуры, работающей на электронных лампах. Автор признателен д-ру техн. наук проф. А. Л. Драбкину за тщательную рецензию рукописи н ценные замечания. Всем лицам, сделавшим замечания по предыдущим изданиям книги, автор выражает благодарность. Отзывы о книге, пожелания и предложения просьба посылать по адресу: 191065, Ленинград, Марсово поле, 1, Ленинградское отделение Энергоатомиздата.

Авп1ор ВВЕДЕНИЕ В.1. ЭЛЕКТРОНИКА В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ Электроника представляет собой бурно развивающуюся область науки и техники. Она изучает принципы устройства, работы и применения различных электронных приборов. К фиэичекой эл«ктронике относятся электронные и ионные процессы в вакууме, газах и полупроводниках, на поверхности раздела между вакуумом или газом и твердыми или жидкими телами. В гнехнической электронике изучается устройство электронных приборов и их применение в технике. Область, посвященную применению электронных приборов в промышленности, называют промышленной электроникой.

Успехи электроники в значительной степени объясняются развитием радиотехники. Обе области развивались в тесной взаимной связи. Их часто объединяют и называют радиоэлектроникой. Электронные приборы служат основными элементами радиотехнических устройств и определяют важнейшие показатели радиоаппаратуры. С другой стороны, многие проблемы в радиотехнике привели к изобретению новых и совершенствованию существующих электронных приборов. Эти приборы применяются в радиосвязи, телевидении, при записи и воспроизведении звука, в радиолокации, радионавигации, радиотелеуправлении и других областях радиоэлектроники.

Вместе с тем электроника проникла во все отрасли современной науки, техники, промышленности. Элект- ронные приборы используются в автоматике, телемеханике, проводной связи, звуковом кино, атомной и ракетной технике, астрономии, метеорологии, геофизике, медицине, биологии, физике, химии, металлургии, машиностроении, различных областях измерительной техники и т.д.

Прогресс электроники содействовал развитию кибернетики — науки, занимающейся вопросами управления и связи в машинах и живых организмах, а также созданию быстродействующих электронных вычислительных машин. Без электронной аппаратуры невозможно исследование космоса с помощью спутников, ракет, космических кораблей и автоматических межпланетных станций. Электронные устройства позволяют проводить разнообразные исследования и измерения, в частности такие, которые сами не имеют ничего общего с электроникой. Электронные усилители, генераторы, выпрямитсли, осциллографы, измерительные приборы и другие устройства стали мощным средством для научных исследований, автоматизации и контроля производственных процессов.

Методы электроники значительно улучшили изучение свойств многочисленных веществ, существующих в природе, позволили глубже познать строение материи, приблизили нас к более правильному пониманию закономерностей материального мира. Большие задачи в области электроники поставлены ХХЧ11 съездом КПСС.

Утвержденная съездом в новой редакции 'Программа КПСС подчеркивает, что приоритетное развитие среди других направлений получит микроэлектроника. Много внимания уделено электронике в иОсновных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986 в !990 голы и на период до 2000 годав. Предусмотрено широко внедрять в народное хозяйство электронно-лучевую технологию„высокими темпами наращивать применение современных высокопроизводительных электронных вычислительных машин всех классов, развивать микроэлектронику и квантовую электронику, внедрять автоматические линии, машины и оборудование со встроенными средствами микропроцессорной техники, В энергетическом машиностроении поставлена задача повысить степень автоматизации на основе микропроцессорной техники.

Будет развиваться производство силовых полупроводниковых приборов и модулей в электротехнической промышленности. В приборостроении опережающими темпами должно осуществляться изготовление высоконадежных систем промышленной автоматики на базе электроники, выпуск ЭВМ высокого быстродействия, персоналъных ЭВМ. Электронная промышленность опережающими темпами будет развиваться во многих республиках нашей страны. Важную роль в развитии электроники играет углубление и 'совершенствование сот рудин честна и социалистической экономической интеграции стран — членов СЭВ.

В рамках СЭВ предусмотрена совместная работа различных стран по созданию новых полупроводниковых материалов, а также специализация производства полупроводниковых приборов и микроэлектронных схем. В.2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИИ НО ИСТОРИИ ЭЛЕКТРОНИКИ Фундамент для электроники был заложен работами физиков в ХЧ1Н и Х1Х веках. Первые в мире исследования электрических разрядов в воздухе осу- ществили в ХЧП1 в. академики М. В. Ломоносов и Г. В.

Рихман в России и независимо от них американский ученый Б. Франклин. Важным событием явилось открытие электрической дуги академиком В. В. Петровым в 1802 г. Прохождение электрического тока в разреженных газах исследовали в прошлом веке в Англии У. Крукс, Д. Д, Томсон, Д. С. Э. Таундсенд, Ф. У. Астон, а в Германии — Г. И.

В. Гейслер, И. В, Гитторф, 1О. Плюккер и другие ученые. В !873 г. русский электротехник А. Н. Лодыгин изобрел первый в мире электро- вакуумный прибор — лампу накаливания. Независимо от него такую же лампу создал и усовершенствовал американский изобретатель Т. А. Эдисон. Электрическую дугу впервые применил для целей освещения П. Н. Яблочков в 1876 г. Большую роль в возникновении электроники сыграла электронная теория, разработанная в конце Х1Х и начале ХХ века рядом выдающихся физиков. В !887 г.

немецкий физик Г. Р. Герц, известный своими опытами с электромагнитными волнами, открыл фотоэлектрический эффект, а исследования этого явления, начатые в 1888 г. в России А. Г. Столетовым, и открытие им законов фотоэффекта положили начало развитию фотоэлектронных приборов. Объяснение фотоэффекта было дано на основе теории квантов А.

Эйнштейном лишь в 1905 г. Следует отметить, что в 1888 г. в России В. А, Ульянин впервые изготовил селеновые полупроводниковые фотоэлементы. Термоэлектронная эмиссия была открыта в 1884 г. Т. А. Эдисоном, но сам он, не зная об электронах, не мог объяснить это явление. В ! 901 г. О. У. Ричардсон )Англия) провел детальное исследование термоэлектронной эмиссии. Первая электронно-лучевая грубка с холодным катодом была создана в 1897 г. К. Ф. Брауном (Германия).