Қазақстан Республикасының

білім және ғылым министрлігі

М.Х. Дулати атындағы

Тараз мемлекеттік университеті

Т.А. Сералиев

ЭЛЕКТРОНИКА ЖӘНЕ

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

НЕГІЗДЕРІ

Оқу құралы

Баспасы

«Тараз университеті»

Тараз, 2016

ӘОЖ 628.036

КБЖ 32.85

С 93

Сералиев Т.А.

Электроника және радиоэлектроника негіздері: Оқу құралы. – Тараз: Тараз университеті, 2016. – 271 б.

Пікір жазғандар:

Тоқжигитов К. – ф.м.ғ.д., «Физика» кафедрасының профессоры, ТИГУ;

Қырықбаев М. – т.ғ.к., «Автоматика және телекоммуникация» кафед-расының доценті ТарМУ.

Оқу құралында электроникалық аспаптары мен құрылымдық элементердің негізгі сипаттамалары және олардың құрылыстары, түрлері және жұмыс істеу тәртіптері қарастырылған.

Бұл оқулық жоғарғы оқу орындарының техникалық мамандығының білімгерлеріне арналған.

КБЖ 32.85

Баспаға м.Х. Дулати атындағы Тараз мемлекеттік университе-тінің Ғылыми кеңесінің шешімімен ұсынылған (хаттама №11, 30.05.2015 ж.).

© Сералиев Т.А., 2016

© М.Х. Дулати атындағы, 2016

КІРІСПЕ

Қазіргі кезде барлық материалдық және білімдік қажеттігіне байланысты электроникалық құралдар компьютерлік жабдықтарда, техникалық құралдар мен радио және телекөрсеткіштерде, ұялы телефондарда, космостық техникаларда ж.т.б. өндірістердің автоматтан-дырылған көптеген салаларында электроника құралдары мен құрылымдары кеңінен пайдаланады және электроникасыз жаңа техно-логия дами алмайды.

Электрониканың тез дамуна байланысты, микроэлектроника саласы, интегралдық микросұлбаларға (ИМС) және өте үлкен интегралдық микросұлбаларға (ҮИМС) алмасты. ИМС пассивті және активті элементтер көп мөлшерде кіргізіліп, 1958-1960 жылдары жасалына басталды. Микроэлектроника саласына үлкен үлес қосқан ғалымдар А. Альферов, ж.т.б. инженерлер: А.И. Шокин, И.Е. Ефимов, В.Г. Колесников және т. б.

ҮИМС-ы есептегіштер, кішкене ЭЕМ, еске сақтау блоктары, әріптік-санды түрлендіргіштер, тіркегіштер және т. б. көптеген логика-лық функциялық жүйелерді атқарады.

Қазіргі өндірісті электрониканың негізі болып есептелінетін шала немесе жартылай өткізгішті резисторлардың, диодтар мен транзисторлардың және тиристорлардың құрлысы, жұмыс істеу тәртібі, кейбір техникалық параметрлері мен сипаттамалары қарастырылады. Осы элементерден тұратын қарапайым күшейткіштер мен түзеткіштердің де құрылысы мен жұмыс істеу тәртібі қамтылады.

Электроника пәнін оқып-үйрену қазіргі заман мамандық білімгерлеріне мынадай талаптар мен мақсаттар қойылады:

• кең тараған электроникалық құрылғылардың құрылысын, жұмыс істеу тәртібін, негізгі қасиеттерін білу;

• электроникалық құрылғылардың қандай үрдістерде қолдануға болатындығын, олардың техникалық мүмкіндіктерін, экономикалық тиімді әлпілерін білу;

• элементтердің шартты белгілерін және терминдерін біліп, нобайларын немесе сұлбаларын оқи алатындай болу;

• зерттеу, жобалау жұмыстарында және технологиялық қондырғыларды пайдалану кезінде әр түрлі есептерді шығару үшін негізгі құрылғылар мен аспаптарды таңдап ала алатындай болу;

• электроникалық құрылғылар мен аспаптарды экономикалық тиімді пайдаланып және олармен қауіпсіз жұмыс істеу тәртібін қамтамасыз ете білу.

Мұндай біліми деңгейге лекциялық, практикалық және зертханалық сабақтарда берілетін мағлұматтарды толық игергенде және өз бетімен электроникалық оқулықтарды оқып-үйрену нәтижесінде ғана жетуі мүмкін.

Бұл оқулық құралы қазіргі заманның негізгі техникалық және технологиялық өндірістерге керекті «Электрэнергетика», «Автоматика» ж.т.б. техникалық мамандықтарға арналған.

«Электроника және радиоэлектроника негізі» атты оқулық қазақша жазылған. Оқулық құрамында электрониканың негізгі элементтерінің мазмұны толық қарастырылған және жұмыс істеу тәртібі мен пайдалану аймақтары көрсетілген. Элементтердің Вольт-Амперлік сипаттамалары мен құрылыстары келтірілген. Оқұлық құралы жалпы алты тараудан тұрады.

Бірінші тарауда жартылай өткізгіштердің электронды-акцепторлы теориясының байланыс құбылыстарының қасиеттерін қарастырған.

Екінші тарауда пассивті элементтер сипаттамалары мен есептемелері көрсетілген.

Үшінші тарауда диодтар түрлері мен электронды құралдардың классификациялық қасиеттері сипаталынған.

Төртінші тарауда генераторлар, интегралдық микросхемаларды жасаудың технологиялық үрдістері қарастырған.

Бесінші тарауда күшейткіштер элементердің және триггердің жұмыс істеу тәртіптері мен физикалық қасиеттері сипаталынған.

Алтыншы тарауда микропроцессордың және компьютерлік техниканың есептеуші, еске сақтаушы және басқарушы жолдары мен жұмыс істеу тәртіптері көрсетілген.

Тарау I

ЭЛЕКТРОНИКАНЫҢ ДАМУ ТАРИХЫ

1.1. Электрониканың даму тарихы

және негізі пайдаланған аймақтары

Электрониканың негізін ХIХ және XVIII ғасырда физиктердің жұмыстарынан жасалынған. Әлемде бірінші ауадағы электр зарядын зерттеуді XVIII ғ. академик М.В. Ламоносов және Г.В. Рихман ресейден және олармен байланыссыз америка ғалымы Б.Франкелин жүргізген. 1802 ж. академик В.В. Петровтың электр доғасының ашылуы негізгі жаңалық болды. Өткен ғасырда Англияда У. Крукс, А.Д. Томсон, Д.С. Таундсенд, Ф.У. Астан, ал Германиядан Г.Н. Гейслер, И.В. Гитторф, Ю. Плюкнер ж.т.б. ғалымдар қысылған газдарда электр тоғының жүруін зерттеді. 1873 ж. орыс электртехнигі А.Н. Лодыгин әлемде бірінші рет электр вакуумдық құрал қыздырғыш шамды жасады, оны ары қарай жетілдірген американ өнертапқышы Т.А.Эдисон 1876 ж. П.Н. Яблочков жарықтандыру мақсаты үшін бірінші рет электр доғасын пайдаланды.

Электрониканың дамуына үлкен үлес қосқан ХIХ ғ. аяғында ХХ ғ. басында әйгілі физиктердің жасаған электронды теориясы болды.

1887 ж. неміс физигі Г.Р. Герц өзінің белгілі тәжірибесінен электро-магнитті толқындармен, фотоэлектрлік эффектіні ашты, ал бұл құбылыстың зерттелуі, 1888 ж. ресейде А.Г. Столетовпен басталған және олардың фотоэффекті заңының ашылуы фотоэлектронды құрал-дардың басқы дамуына әкелді. Фотоэффектінің түсініктемесі 1905 ж. тек А. Эйнштейннің кванттық теориясы негізінде берілген. 1888 ж. ресейде В.А. Ульянин селен ұнтағынан бірінші рет жартылай өткізгішті фотоэлемент жасады.

Қазіргі заманның тез дамып жатқан ғылыми және техникалық негізін құрайтын электроника болып саналады. Ол электронды құралдардың жұмыс істеу тәртібін, құрлымын және қолдану аймақтарына байланысты қарастырады.

Физикалық электроника жататындар вакуумдағы электронды және ионды үрдістер,газдардағы және жартылай өткізгіштердегі газдар мен вакуум арасындағы және қатты немесе сұйық денелерде қатысты болады.

Техникалық электроникаға жататын электронды құралдардың құрылымдарын және олардың техника қолдануын қарастырды. Өндірістік аймақтарда пайдаланатын құралдарды өндірістік электроника деп атайды.

1887 ж. неміс физигі Г.Р. Герц өзінің белгілі тәжірибесінен электромагнитті толқындармен, фотоэлектрлік эффектіні ашты, ал бұл құбылыстың зерттелуі, 1888 ж. ресейде А.Г. Столетовпен басталған және олардың фотоэффект заңын ашыуы, фотоэлектронды құралдардың тез дамуына жол ашты. Фотоэффект түсініктемесі 1905 ж. тек А.Эйнштейннің кванттық теория негізінде берілген. 1888 ж.ресейде В.А. Ульянин селенді жартылай өткізгішті фотоэлементті бірінші жасаған. 1884ж. Т.А.Эдисон термоэлектронды эммисияны ашты, ол өзі электрондар туралы білмеді, бұл құбылысты түсіндре алмады. 1901 ж. О.У. Ричердсон (Англиялық) термо электронды эммисияға терең зерттеулер жүргізіп, бірінші электронды сәуле түтік суық катодтпен 1897 ж. К.Ф. Браун (Германияда) жасап шығарды.

Электронды құралдарды радиотехникада қолдана басталуы 1904 ж. ағылшын ғалымы Д.А. Флеминг радиоқабылдағыштың жоғарғы жиіліктегі тербелісті түзету үшін (детектірлеу) екі электродты шамды пайдаланды.Сол уақытқа жуықтау шамада А.Венельт (Германиялық) сілтелі темір тотығымен қапталған сымның жоғарғы электрондық эмиссиясын зерттеп ашты.Бұл зерттеу жаңа электродты құралдар катод тотығын кеңінен пайдалануға арналған зерттеулер жүргізді.

Елеулі жаңалықты 1905 ж. А. Холлон АҚШ-та газ толтырылған диодтар (газотрондар) жасады. 1907 ж. американдық инженер Л.Форест шамға басқарушы торды орналастырды, сөйтіп бірінші болып триодты ашты. Осы 1907 ж. Петербург технологиялық институтында профессор Б.А. Розинг электронды сәулелік түтікті бейнені қабылдау үшін қолданды, соңғы жылдары өзінің ойын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Бұл телекөрністер үшін өте үлен жаңалық болды.

Үлкен жаңалық 1909-1911 ж. ресейде В.И. Коваленко бірінші триод күшейткішін алысқашықтықты телефон байланысына пайдалануына мүмкіндік ашты. Сәл кешірек ол осы мақсатта алғашқы болып төріт электродты шамды (қосымша торды) жасап шығарды. Осыған ұқсас екі шамды АҚШ-та Н. Ленгмюр жасады. 191З ж. неміс инжінері А.Майснер ең алғаш болып электр тербелісін генерациялау үшін триодты қолданды.

Алғаш болып ресейде жасалған триодты родиосигналдарды қабылдау үшін 1914 және 1916 жылдары бір бірімен байланыссыз Н.Д. Папалекси және М.А. Бонч Буревич жасады.

Калинин қаласында радиостанцияда жұмыс істеп жүріп М.А. Бонч Буревич радиошамдық құрылымын жетілдіріп және оны электровакуумдық өндіріске ендірілді, ал 1918 ж. Нижегород қаласындағы радиолабораториясын басқарушы М.А. Бонч Буревичтің көмегімен қуатты генератор және қуатты радиошамы жасалынды. 1918-1919 ж. М.А. Бонч Буревич триодтың теориясын жасады, содан соң триодтың көмегімен электр тербелісін күшейту теориясын жасады. Неміс ғалымы Г.Г. Баркгаузен электронды шамды М.А. Бонч Буревичтің еңбектерін бағалап үлкен мақала жазды.Сол уақыттарда неміс ғалымы В. Шотки экрандалынған шам торын ашты. М.А. Бонч Буревичтің ең үлкен еңбектерінің бірі қуатты генератор шамының сумен суытылуы болды, бұндай жұмыс шет елдерде болмады. М.А. Бонч Буревич лабораториясында В.П. Волгдин басшылығымен қуатты сынап түзеткіштері жасалынды.

Ленинград қаласында электр вакуумды құралдар жасалуына үлкен үлес қосқан ғалымдар А.А. Чернычев, М.М. Боголовский, В.И. Волыкин ж.т.б.

1922 ж. Нижегородтағы радиолабораторияның қызметкері О.В. Лосев генерация мүмкіндігін және кристалды (жартылай өткізгішті) детектордың көмегімен электр тербелісті күшейткішті ашты. Ол детектордың түйіспесіндегі жарықтанудың құбылысын ашты.

1920-1930 ж. электронды құралдарды әр түрлі салада жасалынды шет мемлекеттерде кеңінен тарай бастады. 1926 ж. А.Хелл АҚШ-та экранды шамды жетілдіріп жасады. 1930 ж. пентод шамы көптеп қолданыла бастады. Газатрон және тиратрон шамдардың жетілдірілген түрлерін шығарды. 1930 ж. ресейде Л.А. Кубецкий фотоэлектрондық күшейткіш құрылымын ашты, оны С.А.Векшинский және П.В. Тимофеев жетілдірді. Осыған ұқсас құралды АҚШ та Г.Фарисворт бір-бірінен байланыссыз 1930-1931 ж. бірінші телебейне көрсеткіш түтіктерін ресейде А.П. Константинов, С.И. Катаев құрастырды. Осындай түтікті АҚШ та киноскоп деген атпен В.К. Зворикин жасады. Бұл телекөрсеткіштерде кеңінен пайдалануға енгізілді.

1933 ж. П.В. Шманов және П.В. Тимофеев сезімтал берілгіш түтік супер кинескоп немесе суперэмитронды берілісті телекөрністер көп жарықсыз пайдалануға берілді.

1938-1940 ж. жазық дискілі электродтарды М.Д. Гуревич ж.т.б. техникалық дециметрлік толқын жұмысына енгізді.

1941ж. В.Ф. Коваленко ресейде өте қарапайым, шағылғыш, клистрон, ӨЖЖ (өте жоғарғы жиілікте) генерациялық тербелісті ашты.