Интегральные микросхемы

Интегральные микросхемы –миниатюрные электронные устройства, содержащие множество элементов электроники (резисторов, транзисторов, конденсаторов и пр.), объединенных конструктивно и электрически с помощью технологии в общий корпус.

В зависимости от характера обрабатываемых сигналов микросхемы бывают цифровыми(триггеры, логические схемы, счетчики и пр.) ианалоговыми(усилители, преобразователи и др.).

Использование микросхем позволяет существенно уменьшить габариты и себестоимость электронной аппаратуры, снизить потребление электроэнергии, увеличить быстродействие схем (скорость передачи информации) и надежность их работы. Недостатком интегральных микросхем является их плохая теплопередача.

Дальнейшее развитие микроэлектроники связано с эндогенной электроникой инанотехнологиями (от гр.nannos– карлик),когда размеры электронных элементов определяются внанометрах(1 нанометр /нм/ = 10^-9метра). Уже в настоящее время с использованием нанотехнологий удается получить транзистор величиной 100 нм. В качестве элементов электроники могут выступать даже элементарные частицы. Например, один электрон может запоминать информацию в один бит. Это открывает новые перспективы в развитиимолекулярнойэлектроники.

5. Электронные устройства на основе рассмотренных элементов

1. Транзисторные усилители. Усилители предназначены для преобразования энергии на входе в энергию большей мощности на выходе. Усиление происходит за счет постороннего источника энергии. Наиболее часто в электронике используются транзисторные усилители, причем транзистор может быть включен по схеме с общей базой, с общим эмиттером и общим коллектором (рис. 6). Схема с общей базой обеспечивает усиление по напряжению и по мощности, схемы с общим эмиттером (наиболее распространенные) и общим коллектором дают усиление по току и по мощности. Для повышения коэффициента усиления используют многокаскадные усилители. Главной характеристикой усилителя является коэффициент усиления, показывающий, во сколько раз выходной сигнал больше входного.

2. Выпрямители. Выпрямители служат для преобразования переменного тока в постоянный. Наиболее часто выпрямители строятся на полупроводниковых диодах, обладающих свойством односторонней проводимости. Простейший однополупериодный (однотактный) выпрямитель на диоде показан на рис. 7. За счет односторонней проводимости диода Д ток I_H проходит только в положительные полупериоды синусоидального напряжения U_BX при прямом включении. Во время отрицательных полупериодов диод закрыт и ток через него не проходит. В результате ток I_H на нагрузке R_H имеет импульсную пульсирующую форму. Напряжение U_H имеет ту же форму и пульсация его велика. Для уменьшения пульсации используют более сложные схемы выпрямителей и сглаживающие фильтры. Важнейшей характеристикой выпрямителя является коэффициент пульсации, равный отношению изменения выпрямленного напряжения к его номинальному значению.

3. Стабилизаторы. Стабилизаторы предназначены для стабилизации колебаний входного напряжения и устанавливаются обычно после выпрямителей и фильтров. Основным элементом стабилизатора является стабилитрон Ст (рис. 8), который представляет собой кремниевый диод, имеющий фиксированный уровень пробоя в обратном направлении. Выходное напряжение схемы с большой степенью точности поддерживается на заданном уровне U _ВЫХ = U_ОБР._ПРОБОЯ =const., равном критическому (пробивному) напряжению диода-стабилитрона. Колебания входного напряжения U _ВХ гасятся на сопротивлении R _Г, в итоге U _ВЫХ не меняется. Данный процесс описывается соотношением

Δ U _ВЫХ = Δ U _ВХ - R _Г *Δ I _{СТ. ОБР.}

Например, если входное напряжение Δ U _ВХвозрастает, то увеличивается и обратный ток стабилитрона Δ I _СТ , а значит и падение напряжения на гасящем сопротивлении R _Г *Δ I _СТ. В итоге приращение напряжений Δ U _ВХ и R _Г* Δ I _СТвзаимно компенсируются, а выходное напряжение U _ВЫХ сохранится на заданном уровне, что и требуется.

4. Тиристорный регулятор. Данное устройство выполняет функции выпрямителя, а также обеспечивает плавное регулирование тока и напряжения на нагрузке. В обычном выпрямителе на диоде момент открытия диода совпадает с началом положительной полуволны напряжения U _ВХ и ток через нагрузку I _Н проходит в течение всего этого полупериода. В схеме же с тиристором (рис. 9) он открывается только при подаче управляющего импульса i _У, что и используется для регулирования тока на нагрузке R _Н. Для этого момент подачи на тиристор управляющего импульса сдвигается на некоторое время относительно начала периода. В результате полуволна тока на нагрузке окажется усеченной и среднее значение тока уменьшится по сравнению с открытием в начале периода. Причем чем больше фазовый сдвиг управляющего сигнала, тем позднее открывается тиристор и тем более усеченной оказывается полуволна тока на нагрузке. Таким образом, меняя фазу управляющего сигнала в пределах от нуля до Т/2 получим изменение напряжения на нагрузке U _Н от максимального до нуля. Данный метод, основанный на изменении фазы управляющего сигнала, называется фазовым методом управления или широтно-импульсной модуляцией и широко используется в технике для автоматического управления электроприводом.