Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Февраля 2013 в 13:16, лекция
Сборник лекций по радиоэлектронике
Действие ряда ионизирующих факторов (космическое излучение, фотоэлектронная эмиссия и пр.) обусловливает всегда присутствие в газе некоторого количества остаточных ионов, которые способствуют возникновению тока через газовый промежуток.
Если имеется двухэлектродная лампа с двумя неэмиттирующими электродами, пространство между которыми заполнено разряженным газом, то при отсутствии электрического поля ионы находятся в состоянии беспорядочного хаотического движения.
При подаче напряжения на электроды лампы под действием электрического поля положительные ионы будут двигаться к отрицательно заряженному электроду — катоду, а электроны — к положительно заряженному электроду — аноду. Таким образом, в лампе возникнет ток. Такой вид газового разряда называется самостоятельным.
Если электроны и ионы создаются самим разрядом, то разряд называется несамостоятельным. Для осуществления несамостоятельного разряда, кроме разности потенциалов на электродах, необходимо, чтобы осуществлялась ионизация газа столкновением электронов, излучаемых катодом, с нейтральными частицами газа. Электроны, возникающие в процессе ионизации газа, попадая на положительно заряженный анод, создают ток в анодной цепи прибора, а положительно заряженные ионы, притягиваясь катодом, компенсируют отрицательный пространственный заряд вокруг катода.
В ионных (газоразрядных) приборах с несамостоятельным разрядом различают следующие основные виды газовых разрядов:
а) тлеющий разряд, который возникает при небольших плотностях тока и при холодном (ненакаливаемом) катоде, испускающем электроны за счет вторичной эмиссии под влиянием бомбардировки катода положительными ионами;
"б) дуговой разряд, который
возникает при больших
в) искровой и высокочастотный разряды, которые возникают: первый при электрическом пробое газового промежутка, а второй, когда газоразрядный прибор подвергается воздействию высокочастотного электромагнитного поля и когда замыкание цепи происходит за счет токов смещения (емкостных токов) в изолирующих стенках баллона прибора. Благодаря компенсации пространственного заряда газоразрядные приборы имеют малое падение напряжения на разрядном промежутке при большой величине тока. Одновременно с этим газоразрядные приборы характеризуются большей инерционностью по сравнению с электронными приборами. Объясняется это наличием в газоразрядном промежутке ионов, малоподвижных по сравнению с электронами. Это обстоятельство ограничивает использование ионных приборов на частотах, превышающих несколько килогерц.
Среди различных типов приборов с тлеющим разрядом широкое применение в судовой радиотехнической аппаратуре получили неоновые (газосветные) лампы, газовые разрядники, газоразрядные стабилизаторы напряжения (стабиловольты и стабилитроны) и др.
Стеклянный баллон неоновой лампы наполняется неоном с примесью какого-либо инертного газа для получения соответствующего цвета свечения. Внутри баллона помещаются два электрода — анод и катод, на зажимы которых подается напряжение. Под действием электрического поля положительные ионы, имеющиеся в некотором количестве в разреженном газе, устремляются к катоду и, ударяясь, выбивают из него электроны. Эти электроны, двигаясь с большой скоростью к аноду, сталкиваются с атомами газа, вызывая процессы возбуждения и ионизации последних. Ионизация газа увеличивает бомбардировку катода положительными ионами, полученными при расщеплении молекул газа, а переход возбужденных молекул'* в нормальное состояние сопровождается появлением свечения внутри баллона.
Преимуществами неоновой лампы являются малая потребляемая мощность и безынерционность. Благодаря этому такая лампа применяется там, где необходимо иметь источник света, который мог бы быстро (до нескольких тысяч раз в секунду) изменять свою яркость. Обычные лампы накаливания совершенно непригодны для этой цели из-за большой тепловой инерции.
Свечение неоновой лампы начинается при определенном значении напряжения на электродах, называемого напряжением зажигания Гаснет неоновая лампа при напряжении, меньшем, чем напряжение зажигания.
Газовый разрядник, применяемый в судовой РЭА представляет собой стеклянную трубку наполненную аргоном.. Внутри трубки вмонтированы две алюминиевые пластинки, расположенные параллельно одна другой и являющиеся электродами разрядника. В нормальных условиях когда грозовые разряды отсутствуют разрядник обладает бесконечно большим сопротивлением и не оказывает влияния на работу приемника. При появлении грозовых разрядов в антенне наводится высокое напряжение, газ в разряднике ионизируется вследствие чего сопротивление разрядника резко падает и антенна замыкается на землю (корпус судна) помимо приемника. Газовые разрядники специальных конструкций применяются в антенных переключателях радиолокационных станций.
К ионным приборам с дуговым разрядом относятся газотроны, тиратроны и тригатроны
Газотроном называется наполненная газом двухэлектродная лампа.
Тиратроном называется наполненная газом лампа, в которой кроме катода и анода, имеется еще третий электрод — сетка.
Тиратроны с водородным наполнением в настоящее время применяются в импульсных модуляторных устройствах радиолокационных станций. Наряду с односеточными встречаются тиратроны с экранирующей сеткой. Экранирующая сетка устраняет влияние на потенциал зажигания внешних полей, а также защищает управляющую сетку от теплового воздействия со стороны анода и катода
Тригатроном называется ионный прибор без накаливаемого катода. Он состоит из двух так называемых рабочих электродов, имеющих форму полусфер из тугоплавкого металла, и поджигающего электрода стержнеобразной формы. Применяется тригатрон в качестве электрического разрядника в модуляторах радиолокационных станций.
Первый элемент — наименование: стабилизаторы напряжения (стабилитроны) — СГ; тиратроны с газовым наполнением — ТГ; тиратроны с наполнением парами ртути — ТР; тиратроны с водородным наполнением (импульсные) — ТГИ; газотроны с газовым наполнением — ГГ; газотроны с наполнением парами ртути — ГР; разрядники всех типов — Р.
Второй элемент—у тригатронов буква «Т»; у газотронов и тиратронов — число, указывающее порядковый номер типа; у стабилитронов чисел (цифрового условного обозначения) не имеется.
Третий элемент — цифра, указывающая порядковый номер типа прибора; у разрядников всех типов, стабилизаторов напряжения, газотронов и тиратронов этого цифрового обозначения не имеется.
Четвертый элемент — дробное число, где числитель указывает среднее значение тока в амперах (для импульсных приборов — импульсное значение), а знаменатель — амплитудное значение обратного напряжения в киловольтах; этот элемент обозначения применяется у газотронов и тиратронов; у стабилитронов в стеклянном баллоне применяется обозначение С, у пальчиковых — П.
Тема 1.6. Микроэлектроника. Микроминиатюризация радиоаппаратуры. Устройство микромодулей и интегральных схем. Принципы их создания и применение. Аналоговые и цифровые микросхемы. Классификация микросхем.
Микроэлектроника — область электронной техники, на базе которой с помощью сложного комплекса физических, химических, схемотехнических, технологических и других приемов решается задача создания высоконадежных и экономичных микроминиатюрных электронных схем и устройств.
Первым этапом решения этой задачи было применение микромодулей, которые представляют собой функционально и конструктивно завершенные узлы, предназначенные для использования в малогабаритной радиоэлектронной аппаратуре.
В зависимости от схемы микромодуль может быт усилителем, генератором или любым другим функциональным узлом радиоаппаратуры. Уменьшение габаритов микромодулей по сравнению с обычными схемами достигается за счет использования специальных миниатюрных деталей и уплотнения их размещения в пределах заданного объема.
В судовом радиооборудовании получили применение плоские и объемные конструкции модулей с плотностью компоновки до 20 деталей в 1 см3. Собранный микромодуль заливается компаундом для защиты от внешних воздействий. Надежность микромодулей примерно на порядок превышает надежность схем, выполненных на дискретных элементах (отдельных транзисторах, резисторах, конденсаторах и пр.). В процессе эксплуатации аппаратуры микромодули не ремонтируются, а при необходимости заменяются запасными.
Интеграция (объединение) отдельных компонентов в конструктивно единый прибор, и усложнение выполняемых функций по сравнению с функциями отдельных дискретных элементов. Различают два вида интеграции: элементную и функциональную. В первом случае это моноблок - законченное устройство (совокупность схемных элементов).
Методом функциональной интеграции создаются приборы, способные выполнять функции типовых электронных устройств, но построенные не по принципу обычной схемной электроники, а на основе использования определенных физических свойств твердого тела.
Микросхема — микроэлектронное изделие, имеющее эквивалентную площадь монтажа не менее пяти элементов в 1 см3 объема, занимаемого схемой, и рассматриваемое как единое конструктивное целое.
Интегральная микросхема (ИС) — микросхема, все или часть элементов которой нераздельно связаны и электрически соединены между собой так, что устройство рассматривается как единое целое (указанные элементы не имеют внешних выводов, корпусов и не могут рассматриваться как отдельные изделия).
Полупроводниковая интегральная микросхема — интегральная микросхема, элементы которой выполнены в объеме и (или) на поверхности полупроводникового материала.
Пленочная интегральная микросхема— интегральная микросхема, элементы которой выполнены в виде пленок, нанесенных на поверхность диэлектрического материала.
Тонкопленочная интегральная микросхема— пленочная интегральная микросхема с толщиной пленок до 1 мкм. Толстопленочная интегральная микросхема— пленочная интегральная микросхема с толщиной пленок свыше 1 мкм.
Гибридная интегральная микросхема—интегральная микросхема, часть элементов которой имеет самостоятельное конструктивное оформление.
Микросборка - микросхема состоящая из различных элементов и (или) интегральных схем, которые имеют отдельное конструктивное оформление и могут быть испытаны до сборки или монтажа (элемент микросборки имеет внешние выводы, может иметь корпус и рассматриваться как отдельное изделие).
Подложка интегральной микросхемы – основание на поверхности или в объеме которого формируются элементы интегральных микросхем.
Элемент интегральной микросхемы –часть интегральной микросхемы, выполняющая функцию радиоэлемента ( под радиоэлементом понимают транзистор, резистор, диод и пр.).
Серия интегральных микросхем — совокупность интегральных микросхем, выполняющих различные функции, имеющих единую конструктивно-технологическую основу и предназначенных для совместного применения в радиоэлектронной аппаратуре.
Корпус интегральной микросхемы — часть интегральной микросхемы, предназначенная для ее защиты от внешних воздействий и монтажа в аппаратуре с помощью соответствующих выводов.
Базовый кристалл — подложка из полупроводникового материала с определенным набором сформированных ней не соединенных между собой элементов, используемая для создания интегральных микросхем путем изготовления избирательных внутрисхемных соединений.
Степень интеграции микросхем определяется количеством элементов (транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов и др) входящих в состав микросхемы
Интегральные микросхемы в зависимости от количества элементов в схеме принято называть: до 10 элементов — «Интегральные микросхемы 1-й степени интеграции» (ИС1); от 10 до 100 элементов — «Интегральные микросхемы 2-й степени интеграции» (ИС2); от 100 до 1000 элементов — «Интегральные микросхемы 3-й степени интеграции» (ИСЗ) и т. д.
По функциональному назначению интегральные схемы разделяются на 2 класса: линейно-импульсные (аналоговые) и цифровые (логические). Аналоговые микросхемы применяют для усиления сигналов низкой и высокой частоты в качестве генераторов, смесителей, детекторов и др. Цифровые микросхемы используют в устройствах дискретной обработки информации, электронно-вычислительных машинах, системах автоматики.
Полупроводниковые интегральные микросхемы разделяются на 2 класса: биполярные и МДП интегральные схемы. Основной элемент биполярных интегральных схем — транзистор типа NPN.
На полупроводниковой микросхеме инвертора (рис. 21) все элементы размещены в одной кремниевой пластине (подложке) типа Р. Для исключения взаимного влияния активные и пассивные элементы находятся в островках, изолированных от подложки. Сверху подложка защищена изоляционным слоем, на который нанесены проводящие дорожки, соединяющие элементы микросхемы между собой.
Рис.20 Полупроводниковая схема инвертора в разрезе
Активные элементы полупроводниковых микросхем: транзисторы, диоды, тиристоры состоят из p-n-переходов.
В качестве пассивных элементов — конденсаторов, резисторов — также используются p-n -переходы и отдельные участки полупроводника. Например, любой p-n переход обладает барьерной емкостью, аналогичной емкости плоского конденсатора, поэтому такие конденсаторы чаще всего и применяются в полупроводниковых микросхемах. Слой кремния, например, может выполнять функции резистора, а p-n -переходы — являться границами этого участка полупроводника.