Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 113
Текст из файла (страница 113)
Радиотехнические устройства помогают физикам регистрировать космические лучи и получать в гигантских уснорителях ядерные частицы, обладающие огромной энергией. Мощные генераторы высокой частоты можно сейчас встретить на машиностроительных и инструментальных заводах. Поверхность металлических изделий в поле токов высокой частоты сильно нагревается. После быстрого охлаждения она закаляется, приобретая необходимую твердость. Внутренняя же часть изделия остается незакаленной, сохраняя упругие свойства стали. Электрическое поле ультравысокой частоты используется в медицине при лечении ряда воспалительных процессов. Колебания сверхзвуковых частот, создаваемые специальным генератором, позволяют на- 366 разделения каналов в приемном устройстве и детектирования управляющее напряжение усиливается и подается на исполнительный механизм.
Для контроля за управляемым объектом на нем устанавливается передатчик многоканальной т е л е и е т р ической линии, передающий на пункт управления показания измерительных приборов. В некоторых случаях управление объектом выполняется устанавливаемым на нем автоматическим прибором. Например, на вооружении современных армий находятся так называемые самонаводящиеся реактивные снаряды.
Они снабжаются миниатюрной радиолокационной установкой, показания которой обрабатываются автоматическими устройствами и превращаются в сигналы, управляющие механизмами, которые изменяют режим полета. Такие снаряды самостоятельно отыскивают цель, следуют за ней и, подойдя к ней, взрываются. Технике телеунравлення принадле. жнт большое будущее: управление анпаратурой, установленной иа искусственных спутниках Земли и межпланетных кораблях, управление процессами добычи 'полезных ископаемых на дие морей и др. иболее экономично и быстро производить очистку и мытье различных деталей, тканей. Использование рлднотехничесзгой аппаратуры часто позволяет геологам исследовать строение слоев земной поверхности, не прибегая к трудоемкому и дорогому бурению.
За последние годы возникла и бурно развивается новая отрасль радиоэлектроники — квантовая алек т р о н и к а. Использование физических явлений в кристаллах, газах и полупроводниках позволило создать новые типы генераторов колебаний самых различных диапазонов, включзя диапазон световых волн. Эти генераторы обладают исключительно высокой стабильностью частоты и монохроматичностью генерируемых колебаний. Последнее свойство при малой длине волны световых нолебаний дает возможность концентрировать излучение в очень узкие лучи, чти позволяет созда. вать в них огромные плотности энергии.
Концентрация энергии столь велика, что они способны проплавлять на зна- чнтельных расстояниях металлические листы. Медики используют ях как тончайшие скальпели, а физики надеются возбудить ими термоядерные реакции. Огромная частота несущих колебаний в оптическом диапазоне позволяет с помощью одного передатчика осуществлять передачу в десятках тысяч независимых каналов. Квантовые усилители, благодаря исключительно малому уровню собственных шумов обладают максимальной чувствительностью. Поэтому квантовая электроника открыва. ет возможности связи на космические расстояния.
Это перечисление можно было бы продолжить, но нам хочется в заключение обратить особое внимание читателя на бурно развивающуюся в последние годы технику- электронных вычислительных машин. Многие процессы в природе описы. ваются чрезвычайно сложнымн и громо. едкими уравнениями. Решить их в обс шем виде .не представляется возможным, а использование приближенных методов решения требует напряженной и ллительной |работы, в результате к моменту получения решения сама задача часто устаревает. Например, в настоящее время разработана весьма совершенная теория прогнозирования по- 14.7.
МИКРОЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА Бурное развитие радиоэлбктроники как области техники, но и возникновение многих ее самостоятельных направлений пронизывает другие области науки н техники, куда следует в первую очередь отнести технику электронно-вычислительных машин (ЭВМ), автоматику, кибернетику, телеупрааление, телемеприю и т. д. Устройства, которые онн иопользуют, отличает большая сложность, наличие тысяч активных и пассивных элементов, что на первых этапах развнтия приводило к созданию громоздких, дцэогнх энерго- и материалоемких устройств.
Например, ЗВМ первого поколения (на лампах) занимали целые этажи специально построенных зданий. Мало того, что их обслуживание было очень сложным, их работоспособность находилась на очень низком уровне. Это н,понятно: если, к примеру, электронная лампа имеет средний срок службы 5000 ч, а устройство содержит 5000 ламп, то в среднем оно через каждый час будет останавливаться из-за выхода из строя одной из годы. Составление краткосрочных прогнозов погоды сводится к нахождению решения системы большого числа уравнений, в которые вносятся показания от многочисленкых метеорологичеоких наблюдательных пунктов. Решение этой системы с достаточной точностью обычными методами требует при реально возможных штатах вычислителей в институтах прогнозов такого времени, что полученный результат оказывается не прогнозом, а проверкой того, что уже произошло.
Ввиду этого при анализе некоторых процессов раньше шли либо на сокращение числа уравнений илн упрощение их вида, что снижало точность полученных, результатов, либо для отыскания нужного решения прибегали к постановке многочисленных и дорогих экспериментов. Так, например, математическое решение задачи о нахождении наивыгоднейшей формы гребного винта для новых судов столь сложно, что ее решали в основном созданием десятков и сотен моделей винтов и их практическим испытанием. Электронная вычислительная машина позволяет найти наивыгоднейшую форму винта в течение нескольких часов.
Она решает сложнейшие уравнения и системы уравнений за время, исчисляемое десятками секунд нли минутами. ламп и простаивать до устранения неисправности. Помимо потерь вакуума и эмиссии катодами электронных ламп, самым уязвимым местом в электронных устройствах являются пайки соединительных проводов. Первым значительным шагом в разрешении противоречия между растущей сложностью аппаратуры и ухудшающейся надежностью явилась замена ламп на более долговечные и экономичные полупроводниковые приборы и переход к печатному монтажу, когда все соединительные провода выцолияют в виде тонких металлических полосок иа поверхности диэлектрической пластины; их создают методом фотолитографии по заранее разработанному шаблону (трафарету).
Переход к низковольтным транзисторам позволил разработать миниатюрные и сверхминйатюрные резисторы, катушки и конденсаторы, которые крепились на стандартных платах как навесные детали. Пример такой платы с деталями приведен на рис. 14.9. Дан- 367 ный метод монтажа позволял повысить належность деталей, уменьшить размеры и устранить часть ивяных соедине- Рис. !4.9. Монтаж радиодеталей нз печатной плате ннй. Однакб соединения отдельных эле. ментов схем путем пайки к платам по- прежнему оставались. В связи с тем, что коэффициенты усиления активных приборов в настоящее время весьма велики, даже в устройствах со значительной выходной мощностью получение ее обеспечивается всего, одним-двумя оконечными каскадами, все же остальные работают при малых (нногда ничтожно малых) уровнях мощности.
Это позволяет перейти к миниатюрным радиодеталям со сборкой их в едином вакуумном или герметизнрованном твердым дяэлектриком блоке с резко уменьшенным числом внешних выводов. Были разработа. ны небольшие стандартные, платы, на которых крепили радиодетали и активные элементы; платы размещали одну под другой, подобно полкам этажерки, а электрические соединения выполнялн на общих шинах, проходящих по бокам всех плат (рис. 14.!О). Всю Рпеиоппр Мерка Грпнппенгпр Кпнденеатпр Рис. 14.10. Микромодуль этажерочного типа 368 сборку заливали специальным диэлектриком (компаундом) и размещали в едином металлическом корпусе. Такие устройства имеют законченное функциональное назначение (усилитель, генератор, преобразователь и т.
п.); они получили название мик ром одулей, поскольку позволили объединить до нескольких десятков элементов в едином объеме, занимавшем несколько кубических сантиметров. Сокращение длины соединительных проводов привело к уменьшению их индуктивностей и емкостей, что позволило улучшить частотные свойства устройств и устойчивость их работы. Одновреиенно уменьшилось число внешних паек н упростилась технология сборки сложных устройств на базе стандарт. ных модулей. Однако недостатком данного конструктивного направления явилось сохранение индивидуального метода изготовления деталей, что определяло вх высокую стоимость, значительный пронзводсвввиный ~разброс параметров и ве исчерпывало всех резервов в повышении надежности.
Подлинная революция в электронной технике произошла под освоением группового метода производства целых функциональных узлов в,едином корпусе, которые получили название интегральных схем. Общая идея их создания быЛа заимствована из методов, разработанных для производства транзисторов пла. парного типа, у которых электроды располагались вблизи поверхности плоской кристаллической полупроводниковой пластины. Благодаря тому, что все границы переходов лежат в одной плоскости, оказалось возможным создать контакты ко всем областям через пленку изолятора, нанесенного на поверхность пластины.
На рис. 14.11 приведены поперечные разрезы биполярного н полевого транзисторов планарного типа. Толщина таких транзисторов составляет всего 2 — 5 мкм. Для придания необходпмой жесткости их формируют на более толстом бруске полупроводника (чаще всего кремния) или на пластине изоляторе (керамнческой, рубиновой, сапфировой и т. п.). В подобных конструкциях все элементы транзисторов (кроме контактов выводов) образуются соответствующей обработкой пластины кремния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
