Также по теме

ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ

ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ, графические изображения и элементы многочисленных и разнообразных приборов и устройств электроники, автоматики, радио- и вычислительной техники. Проектирование и разработка базовых электронных схем и создаваемых из них более сложных систем как раз и составляют то, чем занимается электроника. Электроника – один из крупных разделов электротехники, который часто рассматривают как отдельную область знаний. См. также ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ.

Среди близко знакомых многим электронных систем – радиоприемники и телевизоры, стереофонические системы и видеомагнитофоны. В деловой сфере находит применение разнообразное электронное оборудование – от простых систем внутренней связи до мощных компьютеров для обработки информации. Государственные организации многих стран используют весьма сложное электронное оборудование для управления воздушным движением, сбора и обработки информации о погоде и стратегического планирования обороны. Фактически, электронные системы управления, измерения и обнаружения проникают во все уголки жизнедеятельности современного общества.

Одна из выдающихся характеристик электронных схем – гибкость их применения. Многие базовые схемы можно объединять многочисленными способами для выполнения, казалось бы, совершенно различных функций. Так, например, высококачественный усилитель может в одном случае использоваться для исследования электрических сигналов мозга, а в другом – при добавлении соответствующего датчика – для измерения напряжений нагруженной балки. В цифровой электронике простое базовое устройство памяти в одном случае может показывать, открывалась дверь или нет, а в другом – быть частью системы, подсчитывающей количество консервных банок, транспортируемых ленточным конвейером.

Электронные схемы обычно делят на два широких класса – аналоговой и цифровой электроники (некоторые схемы занимают промежуточную «серую» зону). Аналоговые электронные схемы – это те, в которых сигналы (токи или напряжения) непрерывны, и каждая их величина одинаково существенна. В цифровых схемах сигналы принимают лишь одно из двух значений; промежуточные значения не имеют отношения к функционированию цифровой схемы. Основная часть данной статьи посвящена рассмотрению фундаментальных схем аналоговой электроники; кроме того, описаны некоторые схемы цифровой электроники.

Здесь уместно кратко представить основные схемные характеристики транзистора – прибора, наиболее часто используемого в электронных схемах на компонентном уровне (подробнее о транзисторе см. ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА; ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ; ТРАНЗИСТОР). Такой более старый прибор, как электронная лампа, на смену которой пришел транзистор, сейчас используется только в качестве специализированных устройств, например телевизионных кинескопов, и в таких применениях, где требуются большие мощности на высоких частотах – в частности, в выходных каскадах вещательных передатчиков. См. также ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ И ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ПРИБОРЫ.

 IGDA     МИНИАТЮРИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ. Компьютерная интегральная микросхема размером менее 1 мм2.

Характеристики транзистора.

Первая реализация транзистора (1948) возвестила начало эры электроники, в которой миниатюризация, эффективность и надежность приборов далеко превзошли ранее достигнутые пределы. Среди множества разработанных полупроводниковых приборов чаще других в современной микроэлектронике используются два: биполярный плоскостной транзистор (BJT) и полевой транзистор (FET, ПТ). По традиции, электронные приборы обычно классифицируют по числу выводов. У диода есть два вывода, а у триода (BJT и FET являются триодами) – три. Тетроды и пентоды имеют соответственно четыре и пять выводов.

Биполярный транзистор содержит в себе переходы между полупроводниковым материалом p-типа (где электрическая проводимость обеспечивается носителями положительного заряда, т.е. дырками) и полупроводниковым материалом n-типа (где проводимость осуществляется носителями отрицательного заряда – электронами). Металлургический переход между этими материалами – p-n-переход – образует прибор, получивший название диода с p-n-переходом. Все диоды дают на своих выводах характеристику типа показанной на рис. 1,б. На рис. 1,а представлены используемый на чертежах символ диода и испытательная схема, позволяющая снять его вольт-амперную характеристику.

      Рис. 1. ПЛОСКОСТНОЙ ДИОД. а – символ диода и схема его включения; б – вольт-амперная характеристика.

У характеристики диода имеется область малого прироста сопротивления (крутая ветвь), в которой малое повышение приложенного напряжения дает большое увеличение тока через диод, но вместе с тем имеется также область большого прироста сопротивления, где диод пропускает малый ток независимо от поданного на него напряжения. Эти области называют соответственно областями прямого и обратного протекания тока. Типичные значения тока в диодах, не относящихся к категории мощных, могут составлять 10 мА в прямом и 0,1 мкА в обратном направлении. Если напряжение, приложенное в обратном направлении, сделать достаточно большим, может произойти пробой диода. Пробой этого типа, однако, может быть использован для создания диодного стабилизатора напряжения, известного под названием полупроводникового стабилитрона. Такие диоды выпускаются для широкого ряда номинальных напряжений, стабилизируемых пробоем.

Плоскостной диод, используемый для работы с более высокими мощностями, например для преобразования переменного тока в постоянный, обычно называют выпрямителем.

В принципе, биполярный транзистор представляет собой область полупроводникового материала p- или n-типа, которая образует переходы с областями полупроводникового материала, обладающего проводимостью противоположного типа. Таким образом, существуют биполярные транзисторы как n-p-n-, так и p-n-p-типа.

Для оптимизации рабочих характеристик транзистора используют различные структуры. Во всех случаях общую область называют базой, а переходы – переходом эмиттер-база (эмиттерный) и коллектор-база (коллекторный). Три внешних вывода имеют названия базового, эмиттерного и коллекторного и обозначаются соответственно b, e и c (рис. 2).

      Рис. 2. БИПОЛЯРНЫЙ ПЛОСКОСТНОЙ ТРАНЗИСТОР. а – n-p-n-конфигурация; б – p-n-p-конфигурация.