Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Дальнейший скачок в развитии электроники стал возможен с появлением устройств интегральной микроэлектроники ', представляющих собой интегральные схемы (ИС). Промышленный выпуск ИС был начат в начале 60.х годов и способствовал бурному прогрессу в развитии информационной электроники и микроминиатюризации электронных средств. Эти тенденции получили еще большес развитие с появлением больших (БИС). а затем и сверхбольших (СВИС) интегральных схем, которые позволнлн разработать и внедрить во все сферы деятельности человека микроЭВМ. Основным элементом в таких ЭВМ стал микропроцессор — СВИС, содержашая десятки и сотни тысяч элементов на одном кристалле (полупроводниковой пластине плошадью несколько квадратных миллиметров). В настоящее время СБИС, наряду с БИС, ИС и отдельными типами дискретных полупроводниковых приборов, стали основной элементной базой современных электронных средств.
' устройство интегральной ииьротлсктронпка — тлектронное устройство, ком. плектующие итеиентм которого изготовлпготсп 1рупповын четодоч на единой несущей констрткппн — подложке ЧАСТЬ ПЕРВАЯ ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОИСТВ ГЛАВА 1, НЕПРЕРЫВИОЕ СОВЕРШЕИСТВОВАИИЕ ЭЛЕКТРОИИЫХ УСТРОИСТВ И ИХ СОВРЕМЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ 1Л, ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ В основе развития электроники лежит непрерывное усложнение функций, выполняемых электронными устройствами.
На определенных этапах становится невозможным решать новые задачи старыми электронными средствами, или, как говорят, средствами на основе существующей элементной базы, например с помощью электронных ламп нлн дискретных транзисторов. Таким образом появляются предпосылки для дальнейшего совершенствования элементной базы, Основными факторамн, вызывающими необходимость разработки электронных устройств на новой элементной базе, являются повышение надежности„уменьшение габаритов, массы, стоимости н потребляемой мощности.
В зависимости от применяемой элементной базы можно выделить четыре основных поколения развития промышленной электроники, а вместе с ней, соответственно, н электронных устройств. 1 поколение (!904 †19 гг.) характеризуется тем, что основу элементной базы электронных устройств составляли электровакуумные приборы, в которых пространство, изолированное газо- непроницаемой оболочкой, имеет высокую степень разрежения или заполнено специальной рабочей средой (парами или газами) и действие которых основано на использовании электрических явлений в вакууме нли газе.
В соответствии с характером рабочей среды электровакуумные приборы подразделяют на электронные и ионные. Электронный элентровакуунный прибор — прибор, в котором электрнческпй ток создается только свободными электронами. Ионный электровануумный прибор — прибор с электрическим разрядом в газе нли парах. Этот прибор называют также газо- разрядным. Семейство электронных электровакуумных приборов весьма обширно и объединяет такие группы приборов, как электронные 8 ламии, электронно-лучевые приборы, злектровакуумиьн фогоэдеьгрнческие приборы н др. Наиболее широко в элементной бизе электронных устройств 1-го поколения применялись электронные епмлы — электровакуумные приборы, предназначенные для раз.
личного рода преобразований электрического тока. Электронные устройства, выполненные на лампах, имели сравнительно болынне !абнрнты и массу. Число элементов в единице объема (плотность монтажа) электронных устройств 1-го поколения составляло у 0,00! ... 0,003 эл/см'. Сборка таких электронных устройств осуществлялась, как правило, вручную, путем соединения электро- вакуумных приборов между собой и с соответствующими пассивными элементами (резисторами, катушками нндуктнвностн н конлснсаторами) с помощью проводов.
И поколение (1950 — начало 60-х годов) характеризовалось применением в качестве основной элементной базы дискретных полупроводниковых приборов (диодов. транзисторов н тиристоров). Сборка электронных устройств 11.го поколения осуществлялась обычно автоматически с применением печатного монтажа, ири котором полупроводниковые приборы и пассивные элементы располагались иа печатной плате — диэлектрической пластине с металлизнрованнымн отверстиями (для подсоединения полупроводнкковых приборов н пассивных элементов), соединенными между собой проводниками.
Проводники выполнялись путем осаждения медного слоя на плату по заранее заданному печатному рисунку, соответствующему определенной электронной схеме. Плотность монтажа электронных устройств !1-го поколения за счет применения малогабаритных элементов составляла у=0,5 зл/смз. !Н поколение электронных устройств (!960 — 1980 гг.) связано с бурным развитием микроэлектроники — раздела электроники, охватывакнцего исследование н разработку качественно нового типа электронных приборов — интегральных схем — н принципов их применения. Основой элементной базы этого поколения электронных устройств стали интегральные схемы н мнкросборкн. Интегральная схема представляет собой совокупность нескольких взаимосвязанных элементов (транзисторов, резисторов, конденсаторов н др.), изготовленных в едином технологическом цикле, т. е. одновременно, на одной н той же несущей конструкции (подложке), н выполняющих определенную функцию преобразования информации.
Микросборха представляет собой ИС, в состав которой входят однотипные элементы (например, только диоды нли только транзисторы). Широкое развитие находит блочная конструкция электронных устройств — набор печатных плат, на которые монтируют ИС и микросборки. Плотность монти>ка электронных устройств Ш-го поколения составляет у~50 эл/см'. в Этот этап развития электронных устройств характеризуется не только резким уменьшением габаритов, массы и энергопотребления, но и резким повышеяием нх надежности, в том числе н за счет сведения к минимуму ручного труда прн изготовлении электронных устройств.
!У поколение (с 1980 г, и настоящее время) характеризуется дальнейшей микроминиатк<рлшцией электронных устройств на базе применения БИО и (;1<1!(:, когда у к«мдельные функциональные блоки выпоил<як!<си и «лн«й нн<сгральвой схеме, представляющей собой жп«вос щикгр«ли<в усгр«йство приема, преоб. разовання нли передачи нпф«рмацин, Та<а<с электронные устройства, выполненные и виде СЬИ(:, в рялс случаев позволяют полностью обеспечить трсбусмый алгоритм обработки исходной информации и сушсс<вснно ловысн<ь надежность нх функционирования, 1!<к<тн««ь м«нтажа электронных устройств 1Ч-го поколения у=)000 эл/см' н выше, <ЗЬ КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИИЫХ УСТРОЙСТВ Электронные устройства (ЭУ) по способу формирования и передачи сигналов управления подразделяются на два класса: аналоговые (непрерывные) и дискретные (прерывистые).
Аналоговые электронные устройства предназначены для приема, преобразования и передачи электрического сигнала, изменяющегося по закону непрерывной (аналоговой) функции. В аналоговом электронном устройстве (АЭУ) каждому конкретному значению реальной физической величины на входе датчика соответствует однозначное. вполне определенное значение выбранного электрического параметра постоянного нли переменного тока.
Это может быть напряжение илн ток на участке электрической цепи, его часгота, фаза н т. п. Допустим, отклонение маятника 1 от положения равновесия характеризуется зависимостью, показанной на рнс. 1.1, и. Тогда в АЭУ, например, напряжение, поставленное в соответствие этому отклонению, в общем случае будет изменяться так, как показано на рис. 1.1, б. Очевидно. что как сама физическая величина, в данном случае отклонение маятника, так и ее электрический эквивалент, принимая бесконечное число значений, могут быть определены в любой произвольный момент времени и изменяются в одном и том же масштабе времени.
Важно подчеркнуть, что электрический эквивалент несет в себе полную информацию о реальном процессе, хотя в общем случае моменты, когда реальная величина принимает некоторое значение и когда появляется ее электркческий эквивалент, мокнут не совпадать, т. е. между этими моментами может существовать некоторая задержка 1, !О (г к/к б! и! Рис.
1кд Потенинометрнческнй датчкк перемещения (а) н зависимость его относительного выхолного напряжения (!.„.!Е от положения движка к(Х (б) Рис. 1.1, Пример соответствия Физической величины яяалоговому злектрическому сигналу. Зависимость отклонения ! маятника от положения равновесия во времени (а) н электрический сигнал и(!), поставленный в соответствие зто. му отклонению (б) ' Квантованием называетсн пронесс замены непрерывного сигнала его зна. ченнями в отдельных точках ' Электрическим импульсом называют кратковременное отклонение напряжения и(!) нли тока Ц!) от некоторого установившегося значения (уз и !з, соответственно (см рис.
1.З,а) 1! Достоинствами АЭзг являются: теоретически максимально достижимые точность и быстродействие; простота устройства, Недостатками АЭУ являются: низкая помехоустойчивость и нестабильность параметров, обусловленные сильной зависимостью свойств устройства от внешних дестабилизирующих воздействий, например температуры, времени (старение элементов), действия инешких полей к т, п,; большие искаженна прн передаче на значительные расстояния; трудность долговременного хранения результата; низкая энергетическая эффективность. Примером устройства аналогового отображения информации является обычный потенциометр (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
