Вводная лекция № 1

задачи и структура курса.
Основные понятия и терминология.
Классификация ЭП
Этапы развития электронной

техники. Современный уровень развития электроники, перспективы и тенденции развития.
Основные виды электронных и микроэлектронных устройств и их условные обозначения.

электронов с электромагнитными полями в различных средах, создающая методы

и средства создания электронных приборов и устройств, в которых это взаимодействие используется для преобразования электромагнитной энергии, передачи, обработки и хранения информации.

конструкторско-технологическими методами и средствами микроминиатюризации с целью создания высоконадежных и

экономичных микроэлектронных схем и устройств, называемых интегральными микросхемами (ИМС) малой (МИС), средней (СИС), большой (БИС) и сверхбольшой (СБИС) степени интеграции

методами и средствами наноминиатюризации с размерами интегральных электронных приборов с

топологическими размерами 1-100 нм, работающих на квантовых эффектах.
Задачи:
разработка физических основ работы активных приборов с нанометровыми размерами, в первую очередь квантовых;
разработка физических основ технологических процессов;
разработка самих приборов и технологий их изготовления;
разработка интегральных схем с нанометровыми технологическими размерами и изделий электроники на основе наноэлектронной элементной базы.

аппаратуры цифровых коммуникаций основано на использовании достижений микроэлектроники в разработке

и выпуске интегральных микросхем (ИМС), а также широком применении микропроцессоров и микрокомпьютеров, создаваемых на базе больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС).
Целью курса является обучение будущего учителя информатики продуктивному восприятию технических аспектов информатики настолько, чтобы он представлял суть современных электронных систем и творчески применял полученные знания на практике, например, в школьной кружковой работе.
.

для производства разнообразных операций: преобразование физических воздействий в электрические сигналы

, преобразование энергии или информации, измерение, регулирование, контроль параметров и характеристик объектов и процессов и т.п.
Электронный прибор (ЭП) – это устройство, принцип работы которого основан на использовании явлений, возникающих в процессе получения потоков электронов и других носителей заряда, управления движением этих потоков и преобразования их энергии. Следовательно, понятие «электронный» связано с использованием электронов и их взаимодействий с электрическими и магнитными полями

рабочем объеме, управлении их потоками и преобразовании энергии посредством воздействия

:
электрических полей;
магнитных полей;
электромагнитных полей;
вещественных преград на пути движения зарядов.

направления движения;
изменение плотности потока носителей заряда;
изменение площади поперечного сечения потока

носителей заряда;
преобразование кинетической или потенциальной энергии зарядов.
Диффузия – движение НЗ рабочей среды, приводящее к переносу и выравниванию концентрации НЗ в среде. Диффузия определяется тепловым движением.
Дрейф – направленное движение заряженных частиц в среде под влиянием внешних воздействий (например, электрических полей).
НЗ могут в результате диффузии или дрейфа двигаться от эмиттера к другому электроду, создавая во внешней цепи электрический ток.

плоскости которых параллельны.
Корпус представляет собой герметичный элемент из конструкционного материала

(металл, керамика, пластмасса, металлокерамика) с электродами и выводами , обеспечивающий защиту и надежную работу активной части ЭП в условиях внешних климатических (влага, теплота, радиация и др.) и механических воздействий
Электрод (от «электричество» и греческого hodos – дорога, путь) – конструктивный элемент внутри корпуса электронного прибора, служащий для электрической связи активной (рабочей) части прибора, находящейся в среде корпуса (вакуум, газ, полупроводник, жидкость) с внешней электрической цепью.
Выводы – металлические проводники, служащие для соединения электродов с внешней цепью.
Эмиттер (катод) – электрод, который является источником электронов (или других носителей заряда) при воздействии внешних причин (нагревание, облучение, электромагнитное поле и т.д.).
Коллектор (анод) – электрод, главным назначением которого обычно является прием основного потока НЗ

две основные задачи: преобразование энергии и преобразование сигналов.
В зависимости от

вида энергии входного воздействия на ЭП и энергии на его выходе или способа обработки информации различают четыре основных класса ЭП:
электропреобразовательные (и на входе и на выходе электрические сигналы);
излучательные (электрические сигналы преобразуются в световые);
фотоэлектрические (световые сигналы преобразуются в электрические);
термоэлектрические (тепловые сигналы преобразуются в электрические).

элементы и компоненты:
полупроводниковые (диоды, транзисторы, тиристоры и т.д.);
электровакуумные (электронные лампы,

электронно-лучевые приборы , ФЭУ, ТВ трубки , СВЧ –приборы: клистроны, магнетроны, ЛБВ, ЛОВ и т.д.);
газоразрядные приборы;
микроэлектронные и наноэлектронные ИМС : ЛИС и ЦИС (МИС,СИС, БИС, СБИС)
Пассивные элементы: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы

быть выделена как самостоятельное изделие. Под электрорадиоэлементом понимают транзистор, диод,

резистор, конденсатор и др. Элементы могут выполнять и более сложные функции, например логические ( логические элементы) или запоминание информации ( элементы памяти).

Интегральная микросхема (ИС)– это микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования, обработки сигнала и(или) накапливания информации и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов), которое с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматривается как единое целое.
Компонент – это часть микросхемы, реализующая функцию какого – либо электрорадиоэлемента, которая не может быть выделена как самостоятельное изделие.

микросхема предназначена для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону

дискретной функции.
аналоговые микросхемы предназначены для усиления и преобразования сигналов, которые описываются непрерывными функциями времени.

в том числе содержащихся в составе сложных компонентов, к объему

микросхемы без учета объема выводов.
Критерием оценки сложности микросхемы, т.е. числа содержащихся в ней элементов и простых компонентов, является степень интеграции.
В полупроводниковых ИМС (ПП ИМС) все элементы и межэлементные соединения выполняются в объеме и на поверхности полупроводниковой пластины.
В гибридных ИМС (ГИМС) пассивные элементы (резисторы, конденсаторы и др.) выполняются в виде пленок на поверхности диэлектрической подложки, а активные элементы реализуются в виде навесных компонентов.

и тенденции развития
Использование электронных приборов в радиотехнике началось с

того, что в 1904 году Д. Флеминг изобрел двухэлектродную лампу (диод) с накаленным катодом.
В 1907 году Л. Форест ввел в лампу управляющую сетку, лампа стала трехэлектродной
. В 1913 году А. Мейснер применил трехэлектродную лампу (триод) для генерирования высокочастотных электрических колебаний.
В 1915 году под руководством М. А. Бонч-Бруевича были созданы первые отечественные триоды.
В 1918 году родилась Нижегородская радиолаборатория, в которой впервые в мировой практике были разработаны мощные триоды с водяным охлаждением.
В 30-е годы развивалось такое направление в электронике, как создание передающих телевизионных трубок, позволивших создать электронное телевидение.

специальных электронных приборов для сверхвысоких частот (СВЧ).
В 1939 году

построены первые приборы для усиления и генерирования колебаний СВЧ, названные пролетными клистронами.
В 1940 году изобретен более простой отражательный клистрон.
В 1938-40 годах сконструированы вакуумные триоды с плоскими дисковыми электродами, нашедшие применение в СВЧ-диапазоне.
В эти же годы для генерирования мощных СВЧ-колебаний разрабатываются магнетроны.

В 1940 г. Д. Бардин, У. Браттайн и У. Шокли

элементарным способом открыли принцип действия транзистора.
Вскоре после этого Пфанн разработал процесс зонной очистки для выращивания монокристаллов кремния и германия заданной чистоты.
Была экспериментально подтверждена теория полупроводников, созданная школой советского академика А. Ф. Иоффе 1 июля 1948 года в газете «Нью-Йорк тайме»

(ИС)
В начале 70-х годов появились большие интегральные схемы (БИС)

В конце 70-х годов созданы сверхбольшие интегральные схемы (СБИС)
Дальнейшее развитие микроэлектроники привело к освоению субмикронных размеров элементов микросхем (топологический размер 90-100 нм).
Параллельно с интегральной микроэлектроникой в 80-е годы развивалась функциональная электроника. В функциональной электронике используются такие механизмы, как оптические явления (оптоэлектроника), взаимодействие потока электронов с акустическими волнами в твердом теле (акустоэлектроника) и ряд других.
Вступление в третье тысячелетие электроника отмечает зарождением нового направления — наноэлектроники (квантовый характер наноструктур и нанопроцессов, топологический размер нанообъектов менее 100 нм).

обозначения
Система условных обозначений современных типов интегральных микросхем установлена ГОСТ

11073915-80.
В основу системы обозначений положен буквенно-цифровой код.
Первый элемент - цифра, обозначающая группу интегральной микросхемы по конструктивно-технологическому исполнению:
1,5,6,7 - полупроводниковые ИМС;
2,4,8 - гибридные;
3 - прочие (пленочные, вакуумные, керамические).
Второй элемент - две или три цифры (от 01 до 99 или от 001 до 999), указывающие на порядковый номер разработки данной серии ИМС. Первый и второй элемент образуют серию микросхем.
Третий элемент - две буквы, обозначающие функциональную подгруппу и вид микросхемы.

серии.
В обозначение также могут быть введены дополнительные символы (от А

до Я), определяющие допуски на разброс параметров микросхем и т. п.
Перед первым элементом обозначения могут стоять следующие буквы:
К - для аппаратуры широкого применения;
Э - на экспорт (шаг выводов 2,54 и 1,27 мм);
Р - пластмассовый корпус второго типа;
М - керамический, метало - или стеклокерамический корпус второго типа;
Е - металлополимерный корпус второго типа;
А - пластмассовый корпус четвертого типа;
И - стеклокерамический корпус четвертого типа;
Н - кристаллоноситель.

Б, а после нее, или после дополнительного буквенного обозначения через

дефис указывается цифра, характеризующая модификацию конструктивного исполнения:
1 - с гибкими выводами;
2 - с ленточными выводами;
3 - с жесткими выводами;
4 - на общей пластине (неразделенные);
5 - разделенные без потери ориентировки (например, наклеенные на пленку);
6 - с контактными площадками без выводов (кристалл).

- комбинированные;
НФ - функциональные;
НП - прочие.

частоты;
УР - промежуточной частоты;
УН - низкой частоты;
УК - широкополосные;
УЛ -

считывания и воспроизведения;
УМ - индикации;
УД - операционные;
УС - дифференциальные;
УП - прочие.

изменяющихся;
ГМ - шума;
ГФ - специальной формы;
ГП - прочие.

прочие.

прочие.

- фазовые;
CП - прочие

режекторные;
ФП - прочие.

адресных токов;
АР - разрядных токов;
АП - прочие.

матричные;
ЦЛ - линейные;
ЦП - прочие.

напряжения непрерывные;
ЕТ - стабилизаторы тока;
ЕК - стабилизаторы напряжения импульсные;
ЕУ -

устройства управления импульсными стабилизаторами напряжения;
ЕС - источники вторичного питания;
ЕП - прочие;

- мощности;
ПУ - уровня (согласователи);
ПЛ - синтезаторы частоты;
ПЕ - делители

частоты аналоговые;
ПЦ - делители частоты цифровые;
ПА - цифро - аналоговые;
ПВ - аналого - цифровые;
ПР - код - код;
ПП - прочие.

матрицы;
ХИ - аналоговые матрицы
ХТ - комбинированные матрицы;
ХИ - прочие

- И-НЕ;
ЛЕ - ИЛИ-НЕ;
ЛР - И-ИЛИ-НЕ;
ЛК - И-ИЛИ-НЕ (И-ИЛИ);
ЛМ -

ИЛИ-НЕ (ИЛИ);
ЛБ - И-НЕ / ИЛИ-НЕ;
ЛД - расширители;
ЛП - прочие.

RS - триггер;
ТМ - D - триггер;
ТВ - JK -

триггер;
ТК - комбинированные;
ТП - прочие.

счетчики;
ИД - дешифраторы;
ИК - комбинированные;
ИВ - шифраторы;
ИА - арифметико -

логические устройства;
ИП - прочие.

ПЗУ;
РЕ - ПЗУ (масочные);
РТ - ПЗУ с возможностью однократного программирования

;
РР - ПЗУ с возможностью многократного электрического перепрограммирования
РФ ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием и электрической записью информации;
РА - ассоциативные запоминающие устройства;
РЦ - запоминающие устройства на ЦМД;
РП - прочие.

- устройства микропрограммного управления;
ВР - функциональные расширители;
ВБ - устройства синхронизации;
ВН

- устройства управления прерыванием;
ВВ - устройства управления вводом - выводом;
ВТ - устройства управления памятью;
ВФ - функциональные преобразователи информации;
ВА - устройства сопряжения с магистралью;
ВИ - времязадающие устройства;
ВХ - микрокалькуляторы;
ВГ - контроллеры;
ВК - комбинированные устройства;
ВЖ - специализированные устройства;
ВП - прочие.

методах их генерации, усиления, излучения, приёма и об их использовании;

отрасль техники, осуществляющая применение электромагнитных колебаний и волн радиодиапазона для передачи информации — в радиосвязи, радиовещании и телевидении, в радиолокации и радионавигации, при контроле и управлении машинами, механизмами и технологическими процессами, в разнообразных научных исследованиях и т.д. Радиодиапазон охватывает спектр электромагнитных волн (ЭВ) длиной от нескольких десятков тыс. км до десятых долей мм (подробнее см. в ст. Радиоволны).
развитие Р. тесно связано с достижениями в области радиофизики (См. Радиофизика), электроники (См. Электроника), физики полупроводников (См. Полупроводники), электроакустики (См. Электроакустика), теории колебаний (См. Колебания), теории информации (см. Информации теория), и различных разделах математики (См. Математика), а также с прогрессом в технике высокочастотных измерений (см. Измерительная техника, Радиоизмерения), вакуумной и полупроводниковой технике (см. Полупроводниковая электроника), в производстве источников электропитания и др. В Р. входит ряд областей, главные из которых — Генерирование электрических колебаний, Усиление электрических колебаний, их преобразование, управление ими (см. Модуляция колебаний), антенная техника (см. Антенна, Излучение и приём радиоволн), Распространение радиоволн в свободном пространстве, в различных средах (ионосфере, почве) и в направляющих системах (кабелях, волноводах), фильтрация электромагнитных колебаний, демодуляция, воспроизведение переданных сигналов (речи, музыки, изображений, телеграфных и иных знаков), контроль, управление и регулирование при помощи ЭВ и колебаний (посредством радиоэлектронных систем).

поиск новых физических явлений и эффектов при распространении ЭМВ в

различных средах и их взаимодействии с веществом. На шкале электромагнитных волн радиодиапазон занимает интервал частот от 104 до 1010 Гц), и первоначально радиофиз. исследования придерживались этих границ. Co временем, однако, методы Р. проникли и в др. диапазоны частот от очень низких частот (ОНЧ) до гамма-излучения, а также в область исследований волновых процессов не эл.-магн. природы (напр., в акустику).
Р. сформировалась в 30—40-е гг. благодаря бурному развитию радиотехники, радиосвязи, радио- и телевещания и др. Появление радиолокации и радионавигации потребовало освоения новых диапазонов частот и разработки общих физ. принципов генерации, излучения, распространения и приёма радиоволн, модуляции и кодирования радиосигналов и т. д. В СССР развитие Р. связано с именами Л. И. Мандельштама, Н. Д. Папалекси и созданной ими школы.
На первом этапе развитие Р. опиралось на общую теорию колебаний и волн, физ. электронику и электродинамику. Теория колебаний создала матем. аппарат, позволяющий исследовать и управлять процессами в колебат. системах (Важную роль сыграли исследования нелинейных колебаний и особенно автоколебаний, лежащие в основе работы большинства генераторов эл.-магн. колебаний радиодиапазона.
Быстродействие, простота управления, высокие кпд, перекрытие всех диапазонов частот и мощностей, высокая чувствительность, избирательность и низкий уровень шумов и др. требования, предъявляемые к разл. радиотехнич. устройствам, могут быть удовлетворены только с привлечением разнообразных физ. явлений в газах и конденсированных средах.