Общие сведения о электронных приборах

Электроника как наука (физическая электроника) занимается изучением электронных явлений и процессов, связанных с изменением концентрации и перемещением заряженных частиц в различных средах (в вакууме, газах, жидкостях, твердых телах) и условиях (при различной температуре, под воздействием электрических и магнитных полей). Задача электроники как отрасли техники (техническая электроника) – разработка, производство и эксплуатация электронных приборов и устройств самого различного назначения.

В основе развития электроники лежит непрерывное усложне­ние функций, выполняемых электронными устройствами. На опре­деленных этапах становится невозможным решать новые задачи старыми электронными средствами или, как говорят, средствами на основе существующей элементной базы, например с помощью электронных ламп или дискретных транзисторов. Таким образом, появляются предпосылки для дальнейшего совершенствования элементной базы. Основными факторами, вызывающими необхо­димость разработки электронных устройств на новой элементной базе, являются повышение надежности, уменьшение габаритов, массы, стоимости и потребляемой мощности.

В зависимости от применяемой элементной базы можно выде­лить четыре основных поколения развития промышленной элек­троники, а вместе с ней, соответственно, и электронных устройств.

1 поколение (1904—1950 гг.) характеризуется тем, что основу элементной базы электронных устройств составляли электрова­куумные приборы, в которых пространство, изолированное газо­непроницаемой оболочкой, имеет высокую степень разрежения или заполнено специальной рабочей средой (парами или газами) и действие которых основано на использовании электрических явле­ний в вакууме или газе. В соответствии с характером рабочей среды электровакуумные приборы подразделяют на электронные и ионные.

Электронный электровакуумный прибор — прибор, в котором электрический ток создается только свободными электронами,

Ионный электровакуумный прибор — прибор с электрическим разрядом в газе или парах. Этот прибор называют также газо­разрядным.

Семейство электронных электровакуумных приборов весьма обширно и объединяет такие группы приборов, как электронные лампы, электронно-лучевые приборы, электровакуумные фотоэлектрические приборы и др. Наиболее широко в элементной базе электронных устройств 1-го поколения применялись электронные лампы — электровакуумные приборы, предназначенные для раз­личного рода преобразований электрического тока. Электронные устройства, выполненные на лампах, имели сравнительно большие габариты и массу. Число элементов в единице объема (плотность монтажа) электронных устройств 1-го поколения составляло γ=0,001 ...0,003 эл/см³. Сборка таких электронных устройств осу­ществлялась, как правило, вручную, путем соединения электро­вакуумных приборов между собой и с соответствующими пассив­ными элементами (резисторами, катушками индуктивности и кон­денсаторами) с помощью проводов.

11 поколение (1950 —начало 60-х годов) характеризовалось применением в качестве основной элементной базы дискретных полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов и тиристо­ров). Сборка электронных устройств 11-го поколения осуществля­лась обычно автоматически с применением печатного монтажа, при котором полупроводниковые приборы и пассивные элементы располагались на печатной плате — диэлектрической пластине с металлизированными отверстиями (для подсоединения полупро­водниковых приборов и пассивных элементов), соединенными между собой проводниками. Проводники выполнялись путем осаждения медного слоя на плату по заранее заданному печат­ному рисунку, соответствующему определенной электронной схеме, Плотность монтажа электронных устройств 11-го поколения за счет применения малогабаритных элементов составляла γ≈0,5 эл/см³.

III поколение электронных устройств (I960—1960 гг.) связано с бурным развитием микроэлектроники — раздела электроники, охватывающего исследование и разработку качественно нового типа электронных приборов — интегральных схем — и принципов их применения. Основой элементной базы этого поколения элек­тронных устройств стали интегральные схемы и микросборки.

Интегральная схема представляет собой совокупность несколь­ких взаимосвязанных элементов (транзисторов, резисторов, кон­денсаторов и др,), изготовленных в едином технологическом цикле, т. е. одновременно, на одной и той же несущей конструкции (под­ложке), и выполняющих определенную функцию преобразования информации. Микросборка представляет собой ИС, в состав кото­рой входят однотипные элементы (например, только диоды или только транзисторы).

Широкое развитие нашла блочная конструкция электронных устройств — набор печатных плат, на которые монтируют ИС и микросборки. Плотность монтажа электронных устройств III-го- по­коления составляет γ≤ 50 эл/см³. Этот этап развития электронных устройств характеризуется не только резким уменьшением габаритов, массы и энергопотреб­ления, но и резким повышением их надежности, в том числе и за счет сведения к минимуму ручного труда при изготовлении элек­тронных устройств.

IV поколение (с 1980 г. по настоящие время) характеризуется дальнейшей микроминиатюризацией электронных устройств на базе применения больших интегральных микросхем (БИС) и сверхбольших интегральных микросхем (СБИС), когда уже отдельные функцио­нальные блоки выполняются н одной интегральной схеме, пред­ставляющей собой готовое электронное устройство приема, преоб­разования или передачи информации. Такие электронные устрой­ства, выполненные в виде СБИС, в ряде случаев позволяют полно­стью обеспечить требуемый алгоритм обработки исходной инфор­мации и существенно повысить надежность их функционирования.

Плотность монтажа электронных устройств IV-гo поколения γ =1000 эл/см³ и выше.