Раздел 1. Элементная база Э.С.
1.1. Определение элементной базы
Элементы РЭС можно разделить на пассивные (например, резистор, конденсатор) и активные (например, электронные лампы, транзисторы, ИМС).
Таким образом, элементная база – это те функциональные «кирпичики», из которых создаётся РЭА, они непосредственно участвуют в обработке сигналов. Конечно, в РЭА есть и другие элементы (платы, стойки, корпуса и т.п.), они выполняют механические функции и не участвуют в обработке сигналов (хотя и могут влиять на технические характеристики РЭА), но такие элементы в данной дисциплине не изучаются.
Технические характеристики, сложность задач, которые может решать РЭА, надёжность её работы, срок службы во многом зависит от используемой элементной базы.
(определяются по активным элементам).
Развитие электроники фактически началось в 1906 году с изобретением Луи де Форестом (США) трёхэлектродной лампы - триода. В течение пяти десятилетий электронные лампы различной сложности были основным усилительным прибором. Аппаратуру на их основе называют аппаратурой 1 поколения (которая изыскала себя низкой надежностью). Помимо ламп в такой аппаратуре применялись дискретные радиоэлементы (резисторы, конденсаторы, КИ, трансформаторы и т.п.)
Развитие техники требовало усложнения РЭА, увеличения числа решаемых ей задач. Например, в радиоприемнике с ручной настройкой и без нынешних «наворотов» было от 3-х до 15-20 ламп; в РЭА самолета военных и первых послевоенных лет (связь, маяк, локация, управление) – до 500 ламп; в первых ЭВМ - до 5000 ламп (однако они могли выполнять функции сегодняшних калькуляторов). Но требовалось усложнять функции РЭА, что, в свою очередь, привело к кризису. В тот момент усложнение предполагало резкое увеличение числа ламп, а значит и размеров, массы, стоимости, энергопотребления, времени ремонтов и обслуживания. Фактически, дальнейший рост сложности аппаратуры стал практически невозможен.
Изобретением в 1948 году транзистора (электрорадиоэлемента, обладающего большой надежностью и небольшими размерами) мы обязаны Д.Бардину, В.Браттену и У.Шокли (США). Это привело к уменьшению размеров и массы РЭА и повышению ее надежности (т.к. нет нити накаливания и вакуума), появились печатные платы. Это способствовало упорядоченности монтажа; в межкаскадных связях исчез жгутовой монтаж. Появилась стандартизация конструкций (стандарты на размеры блоков и узлов, так как транзистор мал, то пришлось уменьшать размеры других элементов). Появились карманные радиоприемники, ЭВМ высокой сложности, но все еще довольно большие. Аппаратуру на дискретных транзисторах относят ко II поколению.
Однако транзисторизация лишь ослабила и отодвинула кризис. Дальнейший рост сложности аппаратуры стал возможным благодаря появлению планарного транзистора и групповой технологии их производства – появились микросхемы, родилась микроэлектроника.
III поколение – на ИС средней степени интеграции, выполняющих более сложные функции, чем одиночный транзистор (каждая ИС содержала примерно 10-100 транзисторов).
Следующим шагом стала комплексная миниатюризация всех других элементов РЭА – IV-V поколения.
Приведем несколько примеров совершенствования техники.
1. Космическая станция «Союз», автоматика которой была на основе электронных ламп и транзисторов, позволяла разместить двух человек, а созданная позже космическая станция «Союз - Т», РЭА которой была на основе ИМС и транзисторов, за счет уменьшения массы, объема, энергопотребления, позволяла вмещать уже трех человек.
2. Цветные телевизоры в период 1970-1980гг. при переходе от электронных ламп к транзисторам и ИМС намного улучшили свои качественные и габаритные показатели (энергопотребление снизилось от 300 до 120 Вт, диагональ стала 59-61см, число элементов снизилось в 4 раза, что, следовательно, привело к снижению трудоемкости производства).
Выбор или разработка элементной базы для РЭА – это задача инженеров нашей специальности. Чтобы решать эти задачи необходимо знать используемые физические явления, принципы их действия, конструктивно-технологические особенности и, конечно, ТХ ЭРЭ, владеть методами их проектирования, уметь разрабатывать и анализировать электрические и математические модели изделий.
Условно состав элементной базы можно представить в виде следующей схемы:
1. ПДЭРЭ – пассивные дискретные электрорадиоэлементы, основанные на относительно простых физических явлениях (электрический контакт, взаимодействие электрического тока и магнитного поля идругих). К таким ЭРЭ относят резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и тд.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
