"Введение, этапы развития электроники" - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Электроника-область науки, техники и производства, охватывающая изучение физических основ, исследование, разработку и принципы использования приборов, работа которых основана на протекании электрического тока в различных средах. Практически каждая сложная техническая система оснащается электронными устройствами. Все технологические процессы сегодня также управляются электронными средствами. Достижения электроники влияют не только на экономическое развитие общества, но и на социальные процессы, распределение рабочей силы, образование и быт. Роль электроники в настоящее время существенно возрастает в связи с применением микропроцессорной техники.
Рассмотрим разделение промышленной электроники на Энергетическую (силовую) электронику и Информационную.
Энергетическая электроника связана с преобразованием переменного и постоянного токов для нужд электроэнергетики, электротяги, металлургии. Развитие электроэнергетики и электротехники тесно связано с электроникой Сложность процессов в энергосистемах, высокая скорость их протекания потребовали широкого внедрения для расчета режимов работы и управления компьютерной техники. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии являются одним из одним из основных нагрузочных элементов энергетических сетей и во многом определяют режимы их работы. На основе полупроводниковых вентильных преобразователей созданы линии электропередачи постоянного тока большой мощности.
Информационная электроника исследует электронные средства, обеспечивающие измерение, контроль и управление различными процессами передачи и обработки информации, включая производство и научные исследования в различных областях. Усилители сигналов, генераторы напряжений различной формы, логические схемы, счетчики, индикаторы - все это устройства информационной электроники. Характерными чертами современной информационной электроники являются сложность и многообразие решаемых задач, высокое быстродействие и надежность. Информационная электроника неразрывно связана с применением интегральных микросхем, развитие и совершенствование которых в главной мере определяет уровень развития этой отрасли электронной техники.
Таким образом, для создания современных электронных устройств необходим совместный труд специалистов в области электроники, автоматики и вычислительной техники. При проектировании электронных устройств неполно заданные требования могут привести к созданию неработоспособного устройства, а неоправданное завышение требований - к повышению стоимости и снижению надежности электронного оборудования. Необходимо также учитывать важность подготовки специалистов по грамотной эксплуатации сложнейших электронных устройств.
При создании электронных приборов специалисты сталкиваются с необходимостью анализировать различные схемные варианты решения той или иной конкретной задачи. Для моделирования процессов и расчета степени оптимальности этих вариантов используется математический аппарат. Расчетные задачи математического аппарата электроники - это шаги по овладению методами анализа и синтеза электронных схем, широко используемые в системах автоматического проектирования (САПР). Математическое моделирование позволяет сэкономить материальные и интеллектуальные ресурсы при создании сложнейших электронных устройств.
В наши дни широко используется компьютерное моделирование электронных приборов. Существует множество программных продуктов, предназначенных для этих целей. В своих лабораторных исследованиях мы будем широко использовать Electronics Workbench. Полный блок анализа улучшает производительность схем и устойчивость разработок.
Важнейшей задачей схемотехнического проектирования является разработка быстродействующих и надежных схем, устойчиво работающих в следующих условиях:
При низких уровнях мощности (малая допустимая мощность рассеивания),
В условиях сильных паразитных связей (высокая плотность упаковки)
При ограниченных по точности и стабильности параметров элементов.
Потенциальная возможность ИМС на этом этапе проектирования оценивается с учетом возможностей выбранного структурно технологического варианта ИМС и его технологической реализации.
Конструктор, стремясь сохранить быстродействие и надежность ИМС на проектном уровне, определяет оптимальную технологию, выбирает материалы и технологические методы, обеспечивающие надежные электротехнические соединения, а также защиту от окружающей среды и механических воздействий с учетом технологических возможностей и ограничений.
При технологическом проектировании синтезируется оптимальная структура технологического процесса обработки и сборки, позволяющая максимально использовать отработанные, типовые процессы и обеспечивать высокую воспроизводимость, минимальную трудоемкость и стоимость с учетом конструкторских требований.
Важным этапом технологического проектирования, направленного на обеспечение качества и надежности ИМС, является разработка операций контроля на всех этапах производства ИМС: входного контроля основных и вспомогательных материалов и комплектующих изделий, контроля в процессе обработки, межоперационного контроля полуфабрикатов и выходного контроля готовых изделий.
Рост степени интеграции и функциональной насыщенности единицы объема изделий микроэлектроники, объективно приводит к микроминитюаризации их исполнения.
Этапы развития электроники:
В зависимости от применяемой элементной базы можно выделить четыре поколения развития электроники. Поколения развития электроники предлагается сопоставлять с поколениями развития ЭВМ.
1 поколение (1904 -1950) - электровакуумные приборы. Разделение в зависимости от рабочей среды на электровакуумные и ионные.
Плотность монтажа 0,003 эл/см3. Ручная сборка.
- 1 поколение ЭВМ (1945-1954) - машины создавались на ламповой элементной базе и потому потребляли большое количество электроэнергии и обладали низким уровнем надежности. 2 поколение (1950 - начало 60-х) - дискретные полупроводниковые приборы. Начинает использоваться печатный монтаж.
Плотность монтажа 0,5 эл/см3. Автоматическая сборка.
- 2 поколение ЭВМ (1955-1964) - широкое использование транзисторной техники, печатного монтажа и ферритовых сердечников. 3 поколение (1960-1980) - интегральные схемы и микросборка. Интенсивное развитие микроэлектроники.
Интегральная схема - совокупность нескольких взаимосвязанных элементов, изготовленных в едином технологическом цикле, на одной несущей конструкции.
Микросборка - интегральная микросхема, в состав которой входят однотипные элементы.
Блочная конструкция микроэлементов - совокупность интегральных микросхем и микросборок.
Плотность монтажа 50 эл/см3.
- 3 поколение ЭВМ (1965-1980) - смена поколения ЭВМ вновь обусловлена обновлением элементной базы. Резкое уменьшение габаритов, массы, энергопотребления наряду с повышением их надежности. 4 поколение (1980 - по настоящее время) - использование БИС и СБИС, т. е. реализация функционально завершенных узлов в едином корпусе.
Плотность монтажа 1000 эл/см3 и выше.
4 поколение ЭВМ (с 1980) - при существующей степени интеграции электронных узлов стало возможным осуществление функционально полной ЭВМ на одном кристалле.
Информация воплощенная и зафиксированная в некоторой материальной форме, называется сообщением, а физическое средство передачи сообщения - сигналом. Или иначе: сигнал - это процесс изменения во времени физического параметра какого-либо объекта, служащий для отображения, регистрации и передачи сообщения.
Очевидно, что физическая природа сигнала в общем случае может быть любой, но в информационных системах, в основном, используются электрические сигналы. Поэтому входная информация, т. е. входной сигнал, если он не электрический, преобразуется таким образом, чтобы в качестве переносчика сообщения в дальнейшем в системе использовался электрический сигнал. В последнее время используют и оптические сигналы.
По форме представления сигналы делятся на дискретные и аналоговые, что определяет принципы построения и особенности работы электронных устройств, которые их используют.
Аналоговые - непрерывные во времени функции напряжения или тока. Особенностью класса аналоговых устройств является линейная форма зависимости входных и выходных сигналов.
Постоянные - однополярные, медленно изменяющиеся во времени сигналы.
Переменные - функции тока или напряжения, изменяющиеся во времени как по амплитуде, так и по знаку.
Дискретные - разрывные во времени функции напряжения или тока. Могут принимать ограниченное число уровней. Наиболее часто в электронике используются сигналы, которые имеют только два уровня: высокий и низкий - двоичные сигналы. Дискретные сигналы могут быть импульсными или потенциальными. В зависимости от формы представления дискретного сигнала схемы подразделяются на: импульсные, потенциальные или импульсно-потенциальные.
При передаче информации путем изменения физических параметров электрического сигнала в качестве информативного параметра могут использоваться амплитуда, частота или фаза сигнала.
Период и частота переменного тока: частотой сигнала называется количество циклических повторений сигнала, укладывающийся в промежуток, равный 1 сек. Например, если период сигнала Т=1сек., то это значит, что сигнал будет повторяться каждую миллисекунду и за одну секунду он повторится 1000 раз, т. е. его частота 1 кГц (т. е. в одной секунде тысяча периодов сигнала).
Похожие статьи
-
Перспективы развития электроники - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Современные состояние развития электроники заключается в переход от микротехнологии к нанотехнологии. Прогресс в развитии науки и технологии,...
-
Схемы ЭСЛ _ эмиттерно-связанной логики - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Цифровые микросхемы эмиттерно-связанной логики имеют более высокое быстродействие, чем схемы ТТЛ (даже ценой большей рассеиваемой мощности), достигшее в...
-
Схемы ТТЛ _ транзисторно-транзисторной логики - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Разновидности схем ТТЛ Также широко используются на практике разновидности схем ТТЛ: А) схема ТТЛ с тремя состояниями выхода Схемы базовых ТТЛ нельзя...
-
Оптоэлектронные полупроводниковые приборы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Оптоэлектроника - область электроники, занимающаяся вопросами преобразования оптических сигналов в электрические и наоборот. Новое направление в...
-
Схема ДТЛ - диодно-транзисторной логики - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Основная схема ДТЛ приведена на рисунке 2.16,а. Здесь диоды VD1, VD2, VD3 и резистор R1 представляют собой конъюнктор (И), элементы VT, R2, R3 _ инвертор...
-
Нанесение защитной пленки диэлектрика (Si02) - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
После формирования кремниевой подложки наступает этап создания сложнейшей полупроводниковой структуры. Для этого в кремний нужно внедрить так называемые...
-
Для целенаправленного изменения свойств полупроводники легируют, т. е. вводят в небольшом количестве атомы примесей, позволяющие управлять типом...
-
Для реальных структур Сопротивление эмиттерного перехода мало (сотни омов), а сопротивление коллекторного перехода составляет сотни килоом. Допустим, в...
-
Полупроводниковый резистор - это полупроводниковый прибор с двумя выводами, построенный на полупроводнике, равномерно легированном примесями. В...
-
Полупроводниковые твердые схемы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Твердые схемы представляют собой устройства, состоящие из кристаллов полупроводника, выполняющих функции активных и пассивных элементов схемы без внешних...
-
Микроэлектроника - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Интеграмльная (микро)схемма (ИС, ИМС, м/сх, англ. integrated circuit, IC, microcircuit), чип, микрочимп (англ. microchip, silicon chip, chip -- тонкая...
-
Входная и выходная характеристики транзистора с ОЭ несколько отличаются от характеристик транзистора с ОБ. Входной характеристикой транзистора,...
-
Ключевой режим работы транзистора - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
1. Транзисторный ключ с общим эмиттером Наибольшее распространение в цифровой и импульсной технике имеет ключ с общим эмиттером. В схеме - коллекторная...
-
1. Физическая Т-образная эквивалентная схема На рисунке 5.12 приведена физическая Т-образная эквивалентная схема транзистора с общей базой, где:?...
-
"Физические явления при контакте твердых тел" - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
При образовании кристаллической решетки металла внешние валентные электроны оказываются настолько слабо связанными со своими ядрами, что под воздействием...
-
Основные параметры логических интегральных микросхем Входное U1вх и выходное U1вых напряжения логической единицы - значение высокого уровня напряжения на...
-
Переключательные полупроводниковые приборы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
К переключательным полупроводниковым приборам относятся тиристоры, однопереходные и лавинные транзисторы. Тиристоры - это многослойные переключающие...
-
Полевые транзисторы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Полевой транзистор - это полупроводниковый прибор, работа которого основана на модуляции сопротивления полупроводника поперечным электрическим полем...
-
Биполярные транзисторы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Транзисторами называются полупроводниковые приборы, способные усиливать электрическую мощность, имеющие три или более выводов, один или более p-n...
-
Этап логического проектирования - Разработка цифрового комбинационного устройства демультиплексора
Исходная логическая схема устройства Исходная логическая схема устройства для данной логической функции показана на рисунке 3.1. Для разработки и...
-
ВВЕДЕНИЕ, Системы визуального отображения информации (видеосистемы) - Внешние устройства ЭВМ
Персональный компьютер (ПК)- это не один электронный аппарат, а Небольшой комплекс взаимосвязанных устройств, каждое из которых выполняет определенные...
-
Вариант № 6 Необходимо разработать цифровое комбинационное устройство демультиплексор из 1 в 4 в базисе ИЛИ-НЕ, НЕ, логическая функция которого указана...
-
Введение, Синтез дискретного устройства - Синтез дискретного устройства
Целью настоящего курсового проекта является синтез логических схем дискретных устройства и конечного автомата и разработка для них печатных плат. Синтез...
-
ВВЕДЕНИЕ, Задачи, решаемые с помощью ОЭС - Оптико-электронные системы и устройства
Оптико-электронными принято называть системы и устройства, в состав которых входят как оптические так и электронные узлы, причем и те и другие служат для...
-
Введение - Этапы развития ЭВМ с 1950 по наши дни
Еще не так давно, всего несколько десятков лет назад, ЭВМ представляла собой целый комплекс огромных шкафов, занимавших несколько больших помещений. А...
-
Введение - Разработка измерителя температуры охлаждающей жидкости
Электроника - это область науки и техники, занимающаяся созданием и практическим использованием различных устройств и приборов, основанных на изменении...
-
Умножители частоты, или как их называют в более развернутом виде, системы формирования дискретного множества частот, в настоящее время получили очень...
-
Введение - Триггеры: общая характеристика
Триггер (триггерная система) -- класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и...
-
Принципиальная схема устройства - Радиосистема пожарной сигнализации
Исходя из технических требований и структурной схемы, выберем схемы и элементную базу для устройства. В качестве генератора колебаний используем простой...
-
Расчет схемы электрической принципиальной цифрового матрицирующего устройства. Рассмотрим систему обозначений сигналов, принятую в цифровом телевидении...
-
Разработка функциональной схемы устройства - Разработка автомобильной охранной сигнализации
Функциональная схема автомобильной сигнализации показана на рисунке 6. Функциональная схема брелока управляющего автомобильной сигнализацией показана на...
-
ВВЕДЕНИЕ - Конструирование СВТ
Научно-технический прогресс, развитие современной научной мысли, развитие практически всех отраслей народного хозяйства тесно связаны с использованием...
-
Компьютеры первого поколения., Компьютеры второго поколения. - Этапы развития ЭВМ с 1950 по наши дни
Первое поколение.(1945-1954) - компьютеры на электронных лампах. Это доисторические времена, эпоха становления вычислительной техники. Большинство машин...
-
Современные компьютеры. - Этапы развития ЭВМ с 1950 по наши дни
Consumer PC (массовый ПК)."Массовый (или домашний) компьютер" - на сегодняшний день понятие очень широкое. Согласно спецификации PC99 большинство...
-
Компьютеры третьего поколения. - Этапы развития ЭВМ с 1950 по наши дни
В третьем поколении ЭВМ (1965-1974) впервые стали использоваться интегральные схемы - целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов,...
-
В данной работе разрабатывается микропроцессорная система минимальной конфигурацией, что предполагает использование управляющих сигналов, формируемых...
-
Когда в 1897 г. Рудольф Дизель создал первый работоспособный двигатель, он не мог предвидеть, какие изменения претерпит его идея. Особенно большие...
-
На сегодняшний день охранная сигнализация является обязательным атрибутом для всех автомобилей. Поэтому интерес к таким системам постоянно возрастает....
-
Экспериментальные исследования искажений сигнала производились двухмодовым и одномодовым методами. В качестве регистрирующей аппаратуры использовался...
-
Введение - Особенности работы микроконтроллера
Основными этапами развития вычислительной техники являются: I. Ручной - с 50-го тысячелетия до н. э.; II. Механический - с середины XVII века; III....
"Введение, этапы развития электроники" - Электроника и схемотехника аналоговых устройств