Этапы развития электронной промышленности

Лекция 21

Интегральные микросхемы

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Интегральная микросхема - совокупность нескольких взаимосвязанных элементов (транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов), изготовленных в едином технологическом цикле на одной и той же несущей конструкции - подложке, и выполняющая определенную функцию преобразования информации.

По способу изготовления и получаемой при этом структуре различают три типа схем: полупроводниковые, пленочные и гибридные.

Полупроводниковые ИС - элементы которых выполнены в приповерхностном слое п/п подложки.

Пленочные ИС - элементы которой выполнены в виде разного вида пленок, нанесенных на поверхность диэлектрической подложки. Как правило, пленочные ИС содержат только пассивные элементы (резисторы, конденсаторы).

Гибридные ИС - комбинация пленочных пассивных и дискретных активных элементов, расположенных на общей диэлектрической подложке.

Полупроводниковые ИС в настоящее время разбиты на два класса: биполярные ИС и МОП (металл, окисел, полупроводник) ИС. Иногда встречается сочетание биполярных и МОП элементов.

Полупроводниковые ИС составляют основную номенклатуру выпускаемых изделий. Они изготавливаются на основе планарной технологии - метода группового создания неоднородностей в п/п подложке, изолирующем слое и в слое металлизации, где осуществляется соединение активных и пассивных элементов в одно целое.

Полупроводниковая подложка представляет собой, как правило, круглую пластину монокристаллического кремния диаметром 100, 150, 200, 300, 450 мм и толщиной от 0,5мм до 1 мм

Технология ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИС

Последовательность выполнения отдельных операций на пластине, таких как химическая обработка, окисление, фотолитография, диффузия, нанесение проводящих и диэлектрических покрытий, травление слоёв для формирования микрорисунка, в результате которых получается необходимая структура микросхемы с заданными параметрами электрофизических характеристик элементной базы (толщины покрытий, глубины залегания примесей, размеры элементов, вольтамперные характеристики транзисторов, резисторов и др. элементов), называется маршрутом изготовления. Структура ИСпредставляет собой поперечное сечение всех слоёв, составляющих микросхему и проходящее через типовой элемент (транзистор), входящий в ИС. Наиболее удобно наблюдать структуру, специальным образом подготовленной ИС, с помощью растрового электронного микроскопа. Она может выглядеть так, как показано на рис.21.2. и рис 21.3, если ИС состоит из биполярных либо МОП транзисторов.

 

 

Маршрут изготовления составляется после получения технического задания на изготовление ИС, выработке требований к элементной базе и определения необходимых компромиссов, например, между простотой изготовления, размерами кристалла и стоимостью. Он включает в себя режимы получения необходимых толщин диэлектрика, глубин залегания примеси, толщины и состава проводящих и непроводящих покрытий. В маршрут входят операции контроля процессов и структуры.

Наиболее часто повторяющимся этапом формирования ИС является фотолитография. Она представляет собой перенос изображения микрорисунка с шаблона на пластину, покрытую слоем диэлектрика либо проводника (металла)

Шаблон – это стеклянная (кварцевая) пластина с изготовленным на ней микрорисунком определённого слоя микросхемы в виде металлической плёнки.

Чтобы создать микрорисунок микросхемы на пластине в каком-либо слое (само тело пластины ли диэлектрик на пластине, либо металл на пластине), необходимо кремниевую пластину, покрытую нужным слоем (диэлектрика либо металла) нанести фоточувствительное вещество (фоторезист), затем наложить на пластину шаблон с микрорисунком, затем сделать засветку пластины через фотошаблон ультрафиолетовым светом. В этом случае в фоторезисте пластины сформируется скрытое изображение, являющееся точной копией микрорисунка на шаблоне. После чего это скрытое изображение в фоторезисте можно проявить, поместив пластину в проявитель, в котором произойдет вытравливание засвеченной части. Оставшийся резист будет служить маской для последующего травления нанесённого на пластину слоя. После чего маскирующий резист удаляется с пластины. Остаётся лишь сформированный микрорисунок. Этапы формирования микрорисунка на плстине показазаны ниже.

 

Финишные операции

Пластины, прошедшую длинную цепь групповых технологических операций, в результате которых в приповерхностных областях сформированы активные и пассивные элементы в виде ИС, соединённые определённым образом, поступают на финишные операции:

* контроль функционирования (отбраковка кристаллов)

* разделение пластины на кристаллы (скрайбирование)

* Далее сборочные операции:

* посадка кристалла в корпус

* разварка кристалла, т.е. выводов микросхемы на вывода корпуса

* герметизация корпуса

* контроль функционирования

* специальные испытания, подтверждающие надёжность и безотказность изделия при его эксплуатации в критических условиях (повышенная температура, влажность, радиационные воздействия, механические удары и т.д.

Далее собранные и проверенные таким образом кристаллы поступают на продажу

Рисунок 21.4а Вид собранной микросхемы

Изготовление КМОП структуры

Последовательность изготовления КМОП структуры с диэлектрической изоляцией (изоляцией окислом на подложке Р- типа показано на рисунках ниже с использованием окисления, фотолитографий, ионной имплантации, нанесение проводящих и диэлектрических покрытий, травления слоёв для формирования микрорисунка показана на рисунках ниже.

 

 

 

 

 

 

 

Межкомпонентная изоляция

Основными способами межкомпонентной изоляции являются: изоляция окислом, изоляция p - n - переходом, изоляция «канавкой» и изоляция с использованием диэлектрической подложки, отличающимися плотностью компоновки и стоимостью изготовления.

 

		Рисунок 21.8 КМОП структура с изоляцией окислом
			Рисунок 21.9 КМОП структура с изоляцией канавкой

 

 

	Рисунок 21.7 ИС на основе npn биполярных транзисторов с изоляцией окислом

 

 

	Рисунок 21.10 – Сравнение плотности упаковки изоляции локальным окислом (слева) и канавкой (справа)

 

Как видно из рисунков 21.5-21.10 плотность упаковки увеличивается с использованием изоляции локальным окислом и ещё больше с изоляцией канавкой по сравнению с изоляцией pn переходом. Так для изоляции pn переходом характерно наличие зазора между высоколегированными областями из-за необходимости обеспечения высокого пробивного напряжения, а изоляция локальным окислом страдает боковым расползанием окисла («птичий клюв»).

 

Лекция 22

Дифференциальные параметры

Сигнал U_вх вызывает изменения потенциалов токов в схеме, т.е. порождает переменные составляющие. Представим малосигнальную эквивалентную схему каскада в виде рисунка 22.7. (Здесь не учитывается ёмкость коллектора и его внутреннее сопротивление).

Рисунок 22.7 - Малосигнальная эквивалентная схема каскада (усилителя) в области малых частот, RH - нагрузка

Здесь величины токов и напряжений написаны без знака D.

Как следует из рис. 22.7 .

Учитывая, что , найдём ток эмиттера:

.                                                                 (22.4)

Обычно величину R_Э  выбирают из условия [4],

 тогда

Коэффициенты, связывающие переменные составляющие между собой называют дифференциальными параметрами усилителя. Главный из этих параметров - коэффициент усиления - К - определяется как отношение выходного и входного сигналов:

                                                                                           (22.5)

Выходным сигналом принято считать переменную составляющую коллекторного напряжения DU_K. Из рис. 22.7 следует, что

, поэтому с учётом значения I_Э (22.4), и деля обе части на U_ВХ запишем:

.                                                               (22.6a)

Пренебрегая последними двумя членами в знаменателе получим:

                                                                                                   (22.6б)

Знак "минус" свидетельствует о различии полярностей выходного и входного сигналов или (при синусоидальном сигнале) о сдвиге фаз выходного и входного сигналов на 180°.

Желательно сопротивление R_K делать большим, а R_Э малым. Однако в реальной схеме сопротивление R_K определяется напряжением питания и рабочей точкой транзистора (см (22.3)), а сопротивление R_Э должно удовлетворять условию стабильности: . Поэтому практически величина К в рассматриваемом каскаде  не превышает значений 4-5.

Подставляя в выражение (22.6а) значения R_K и R_Э из (22.2) и (22.3) и полагая , получим:  или

                                                                                   (22.7)

Для Е_К=12В, Е_Э=3B и U_K⁰=2B K»4.5, т.е. невелико.

Если на выходе усилителя включена внешняя нагрузка R_H (штриховая линия на рис.22.7), то в формулах (22.6) нужно заменить R_K на R_K ║R_H, где ║- символ параллельного соединения.

Входное сопротивление R_ВХ определяется выражением:

,                                                                                         (22.8)

где I_ВХ - переменная составляющая базового тока, а напряжение U_ВХ считается приложенным непосредственно к базе. Значит, при расчёте входного сопротивления нужно полагать R_r=0.

По отношению к источнику сигнала входное сопротивление играет роль источника нагрузки. Поэтому чем оно больше, тем меньше нагружен источник сигнала и тем лучше передаётся его напряжение на вход каскада.

Из рисунка 22.7, полагая R_r = 0, получаем:

,                                                                       (22.9)

Подставляя  и деля обе части на , находим входное сопротивление в общем виде:

,                                                                      (22.10)

Практически сопротивлениями r_Б и r_Э можно пренебречь. Тогда

.                                                                                   (22.11)

Например, если b=100 и R_Э=2кОм, то R_ВХ»200 кОм

Выходное сопротивление определяется выражением:

,                                                                                          (22.12)

где (U_ВЫХ)_ХХ – выходное напряжение при холостом ходе каскада (т.е. в отсутствии внешней нагрузки R_Н), а (I_ВЫХ)_КЗ – выходной ток при коротких замыкании выходных зажимов (имеется в виду короткое замыкание для переменных составляющих).

Выходное сопротивление характеризует нагрузочную способность каскада: чем оно меньше, тем больший ток можно отбирать во внешнюю нагрузку и тем меньше может быть внешнее сопротивление.

По физическому смыслу выходное сопротивление схемы – это дифференциальное сопротивление, которое можно измерить со стороны выходных зажимов отсутствии входного сигнала (U_ВХ=0) и при отключённой внешней нагрузке (R_Н=¥). В таких же условиях осуществляют и теоретический расчёт величины R_ВЫХ.

Для схемы, изображённой на рис 22.7 можно записать

R_ВЫХ=R_К

 

 

Лекция 23

Лекция 24

Электровакуумные приборы

Электронные лампы

Электровакуумный прибор — устройство, предназначенное для генерации, усиления и преобразования электромагнитной энергии, в котором рабочее пространство освобождено от воздуха и защищено от окружающей атмосферы непроницаемой оболочкой.

К таким приборам относят как вакуумные электронные приборы (см. рис 24.1), в которых поток электронов проходит в вакууме (см., напр., клистрон), так и газоразрядные электронные приборы, в которых поток электронов проходит в газе. Так же к электровакуумным приборам относятся и лампы накаливания.

Рисунок 24.1 - Вид электровакуумного прибора

Виды электронной эмиссии

Термоэлектро́нная эми́ссия (эффект Ричардсона, эффект Эдисона) — явление испускания электронов нагретыми телами. Концентрация свободных электронов в металлах достаточно высока, поэтому даже при средних температурах вследствие распределения электронов по скоростям (по энергии) некоторые электроны обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границе металла. С повышением температуры число электронов, кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растет, и явление термоэлектронной эмиссии становится заметным.

Исследование закономерностей термоэлектронной эмиссии можно провести с помощью простейшей двухэлектродной лампы — вакуумного диода, представляющего собой откачанный баллон, содержащий два электрода: катод К и анод А. В простейшем случае катодом служит нить из тугоплавкого металла (например, вольфрама), накаливаемая электрическим током. Анод чаще всего имеет форму металлического цилиндра, окружающего катод. Если диод включить в цепь, то при накаливании катода и подаче на анод положительного напряжения (относительно катода) в анодной цепи диода возникает ток. Если поменять полярность батареи, то ток прекращается, как бы сильно катод ни накаливали. Следовательно, катод испускает отрицательные частицы — электроны.

Если поддерживать температуру накаленного катода постоянной и снять зависимость анодного тока от анодного напряжения — вольт-амперную характеристику, то оказывается, что она не является линейной, то есть для вакуумного диода закон Ома не выполняется. Зависимость термоэлектронного тока от анодного напряжения в области малых положительных значений описывается законом трех вторых (установлен русским физиком С. А. Богуславским (1883— 1923) и американским физиком И. Ленгмюром (1881 — 1957)):  , где В — коэффициент, зависящий от формы и размеров электродов, а также их взаимного расположения.

При увеличении анодного напряжения ток возрастает до некоторого максимального значения, называемого током насыщения. Это означает, что почти все электроны, покидающие катод, достигают анода, поэтому дальнейшее увеличение напряженности поля не может привести к увеличению термоэлектронного тока. Следовательно, плотность тока насыщения характеризует эмиссионную способность материала катода. Плотность тока насыщения определяется формулой Ричардсона — Дешмана, выведенной теоретически на основе квантовой статистики: , где j — работа выхода электронов из катода, Т — термодинамическая температура, А — постоянная, теоретически одинаковая для всех металлов (это не подтверждается экспериментом, что, по-видимому, объясняется поверхностными эффектами). Уменьшение работы выхода приводит к резкому увеличению плотности тока насыщения. Поэтому применяются оксидные катоды (например, никель, покрытый оксидом щелочноземельного металла), работа выхода которых равна 1 −1,5 эВ.

На явлении термоэлектронной эмиссии основана работа многих вакуумных электронных приборов.

 

 

Электростатическая или Автоэлектронная эмиссия

Электростатической (автоэлектронной эмиссией) называют эмиссию электронов, обусловленную наличием у поверхности тела сильного электрического поля. Дополнительная энергия электронам твёрдого тела при этом не сообщается, но за счёт изменения формы потенциального барьера они приобретают способность выходить в вакуум.

Фотоэлектронная эмиссия

Фотоэлектронная эмиссия (ФЭ) или внешний фотоэффект — эмиссия электронов из вещества под действием падающего на его поверхность излучения. ФЭ объясняется на основе квантовой теории твёрдого тела и зонной теории твёрдого тела.

Электровакуумный диод

Электровакуумный диод — вакуумная двухэлектродная электронная лампа. Катод диода нагревается до температур, при которых возникает термоэлектронная эмиссия. При подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения все эмитированные катодом электроны возвращаются на катод, при подаче на анод положительного напряжения часть эмитированных электронов устремляется к аноду, формируя его ток. Таким образом, диод выпрямляет приложенное к нему напряжение. Это свойство диода используется для выпрямления переменного тока и детектирования сигналов высокой частоты. Практический частотный диапазон традиционного вакуумного диода ограничен частотами до 500 МГц. Дисковые диоды, интегрированные в волноводы, способны детектировать частоты до 10 ГГц.

Основные параметры

К основным параметрам электровакуумного диода относятся:

Крутизна ВАХ:  — изменение анодного тока в мА на 1В изменения напряжения.

Дифференциальное сопротивление:

Максимально допустимое обратное напряжение. При некотором напряжении, приложенном в обратном направлении (то есть изменена полярность катода и анода), происходит пробой диода — проскакивает искра между катодом и анодом, что сопровождается резким возрастанием силы тока.

Запирающее напряжение — напряжение, необходимое для прекращения тока в диоде.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Крутизна и внутреннее сопротивление являются функциями от анодного напряжения и температуры катода.

Если температура катода постоянна, то в пределах участка «трех вторых» крутизна равна первой производной от функции «трех-вторых».

24.5 Эле́ктрова́куумный трио́д, или просто трио́д, — электронная лампа, имеющая три электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), анод и одну управляющую сетку. Изобретён и запатентован в 1906 году американцем Ли де Форестом.

Наименование триод в 1950-70 годах, во времена становления полупроводниковой электроники, также употреблялось и для транзисторов — по числу выводов, часто с уточнением: полупроводниковый триод, или с указанием материала: (германиевый триод, кремниевый триод).

Триоды были первыми устройствами, которые использовались для усиления электрических сигналов в начале XX века.

Сущность триода заключается в том, что относительно небольшим потенциалом на сетке можно управлять мощным анодным током.

Вольт-амперная характеристика триода имеет высокую линейность. Благодаря этому вакуумные триоды вносят минимальные нелинейные искажения в усиливаемый сигнал.

Катод и анод у триодов такие же, как у диодов. Сетка в большинстве ламп выполняется из проволоки. Катод, сетка и анод электровакуумного триода аналогичны соответственно эмиттеру, базе и коллектору биполярного транзистора или истоку, затвору и стоку полевого транзистора.

Все, что относится к сетке, обозначается символами с индексом g (от буржуйского слова grid - сетка).

Триод имеет цепи накала и анода, подобные таким же цепям диода, и цепь сетки (рис. 24.4), состоящую из промежутка катод-сетка внутри лампы и источника сеточного напряжения Еg. В практических схемах в цепь сетки включают еще и другие элементы.

Рисунок 24.4 - Токи в цепях триода

 

Разность потенциалов между сеткой и катодом называется сеточным напряжением (напряжением сетки) и обозначается U_g или u_g. При положительном напряжении сетки часть электронов попадает на сетку и в ее цепи возникает сеточный ток (ток сетки), обозначаемый I_g или i_g. Часть триода, состоящая из катода, сетки и пространства между ними, подобна диоду.

Основной и полезный ток в триоде - анодный. Он аналогичен коллекторному току биполярного транзистора или току стока полевого транзистора. Сеточный ток, аналогичный току базы транзистора, бесполезен и даже вреден. Во многих случаях сеточный ток уничтожают. Для этого напряжение сетки должно быть отрицательным. Тогда сетка отталкивает электроны. Возможность уничтожения вредного сеточного тока существенно отличает триод от биполярного транзистора, который всегда работает с током базы.

В проводе катода протекает суммарный ток, который называется катодным током:

i_k=i_a+i_g

Катодный ток аналогичен эмиттерному току биполярного транзистора или току истока полевого транзистора. В триоде катодный и анодный токи равны только при u_g < 0, так как в этом случае i_g = 0.

В ходе дальнейшего совершенствования триода (рис. 24.5) были разработаны многосеточные лампы: тетрод, лучевой тетрод, пентод и другие.

	Рисунок 24.5 конструкционная схема триода (слева) и его схемное обозначение (справа)

 

В настоящее время вакуумные триоды практически полностью вытеснены полупроводниковыми транзисторами. Исключение составляют области, где требуется преобразование сигналов с частотой порядка сотен МГц — ГГц большой мощности при небольшом числе активных компонентов, а габариты и масса не столь критичны, — например, в выходных каскадах радиопередатчиков. Мощные радиолампы имеют сравнимый с мощными транзисторами КПД; надёжность их также сравнима, но срок службы значительно меньше. Маломощные триоды имеют невысокий КПД, так как на накал тратится значительная часть потребляемой каскадом мощности, порой более половины от общего потребления лампы.

Также, на базе ламп все еще делается некоторая часть высококачественной акустической усилительной аппаратуры классов Hi-Fi[5] и Hi-End[6], несмотря на то, что фиксируемый приборами коэффициент нелинейных искажений у почти любых современных транзисторных приборов во много раз меньше, чем у ламповых. Несмотря на высокую стоимость, такая аппаратура весьма популярна у музыкантов и аудиофилов. Триод — простая по конструкции лампа, имеющая при этом высокий коэффициент усиления, поэтому она хорошо вписывается в один из принципов построения альтернативной звукотехники — принцип минимализма, то есть, предельной простоты аппаратуры

Недостатки триода — большая проходная ёмкость анод-сетка (единицы пикофарад), препятствующая устойчивому усилению на коротких волнах (прибор предназначен для низкочастотного применения), а также низкий коэффициент усиления (до нескольких десятков).

Для снижения проходной ёмкости первоначально, конструкторы планировали поместить между сеткой и анодом заземлённый экран. В этом случае ёмкость между анодом и сеткой как бы разбивалась на две отдельные, последовательно соединённые ёмкости: анод-экран и экран-сетка. Из-за изменения напряжения на аноде через ёмкость анод-экран течёт ток, но далее он стекает большей частью на землю, а не в ёмкость экран-сетка, имеющую больший импеданс чем соединение экрана с землёй.

Конструкция экрана должна была быть такой, чтобы он не препятствовал свободному пролёту электронов от катода к аноду. Таким образом, между управляющей сеткой и анодом появилась вторая — экранирующая. При соединении её с катодом низкий отрицательный потенциал тормозит электронный поток, снижая и без того небольшой коэффициент усиления лампы. А при подаче на экранирующую сетку положительного напряжения электронный поток не только не тормозился, но и получал дополнительный разгон, увеличивая анодный ток. Заземление экранирующей сетки по переменному току устраняло частотные ограничения, связанные с проходной ёмкостью.

Экранированные лампы

Тетро́д — электронная лампа, имеющая 4 электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), 2 сетки (управляющую и экранирующую) и анод. Изобретён Вальтером Шоттки в 1919. Приёмо-усилительные тетроды применялись в радиоприёмных трактах до массового распространения пентодов. Генераторные и модуляторные тетроды применяются по сей день в силовых каскадах радиопередатчиков. Лучевые тетроды нашли применение в выходных каскадах УНЧ и до сих пор широко используются в гитарных усилителях (реже — в высококачественных УНЧ). Особый класс приборов — электрометрические тетроды также имеют две сетки, но принципиально отличаются от обычных тетродов и конструктивно, и в практическом применении.

Один из самых первых тетродов отечественного производства СБ-154 (или 2Э1 по новой классификации) имел фантастические по тем временам параметры. Проходная ёмкость уменьшилась с 5 до 0,005(!) пФ, внутреннее сопротивление возросло с 30 кОм до 1,3 МОм, а коэффициент усиления превысил 1000. Экранированная лампа сразу же и бесповоротно вытеснила триоды из радиочастотного тракта и сделала возможным массовое производство радиоприёмников прямого усиления на диапазоны длинных и средних волн (ЭКЛ, ЭЧС-2, ЭЧС-3, СИ-235), ставшие относительно массовыми в СССР середины 1930-х годов. Буква «Э» в названиях этих приёмников означала именно «экранированный», а полностью название расшифровывалось так: экранированный, четырёхламповый, сетевой.

 

	Рисунок 24.5 Схемное обозначение тетрода (слева) и распределение потенциала в нём (справа)

 

Отрицательное внутреннее сопротивление (рис. 24.5 справа) наблюдается в тетродах тогда, когда с ростом анодного напряжения отток вторичных электронов с анода на экранирующую сетку растёт быстрее, чем ток первичных электронов, падающих на анод. На анодной вольт-амперной характеристике наблюдается нисходящий участок. С дальнейшим ростом анодного напряжения динатронный эффект ослабляется, и ток начинает вновь возрастать. Как правило, отрицательное внутреннее сопротивление крайне нежелательно, так как может порождать самовозбуждение усилителя.

Пенто́д (от др.-греч. πέντε пять, по числу электродов) — вакуумная электронная лампа с экранирующей сеткой, в которой между экранирующей сеткой и анодом размещена третья (защитная или антидинатронная) сетка, подавляющая динатронный эффект7. Как правило, в лампах прямого накала третья сетка соединяется со средней точкой катода, в лампах косвенного накала — с любой точкой катода. В большинстве пентодов третья сетка и катод соединены внутри баллона, поэтому у них всего четыре сигнальных вывода. В исторической литературе пентодами в строгом смысле именовались именно такие, четырёхвыводные лампы, а пентоды с отдельным выводом третьей сетки именовались «трёхсеточными лампами». По конструкции и назначению пентоды делятся на четыре основные типа: маломощные усилители высоких частот, выходные пентоды для видеоусилителей, выходные пентоды усилителей низких частот, и мощные генераторные пентоды.

 

Рисунок 24.6 - Условное графическое обозначение пентода косвенного накала. Сверху вниз: • анод, • антидинатронная сетка, • экранирующая сетка, • управляющая сетка, • катод и • подогреватель (два вывода).

 

 

Рисунок 24.7 - Миниатюризация пентодов. Слева направо:  * KF4 (Германия, 1935)[11]  * R207 (США, 1935)[12]  * 1T4 (США, 1939)[13]  * 1Ж18Б (СССР, 1950-е — стержневая лампа, не имеющая аналогов на Западе)  * Справа, для наглядности — транзистор в корпусе TO92.

 

Так же как и в тетроде, бомбардировка анода электронами c энергией более 10…15 эВ порождает вторичную эмиссию с анода. В тетроде в режиме возврата вторичные электроны беспрепятственно движутся к экранирующей сетке, уменьшая ток анода. В ранних тетродах ток анода мог даже менять направление (обратный ток вторичных электронов превосходил прямой ток). В пентоде на пути от анода к экрану поставлено препятствие — третья сетка. Она не способна задержать быстрые первичные электроны, но эффективно препятствует обратному току медленных вторичных электронов. Свойственный тетродам динатронный эффект в пентодах подавлен: с ростом Ua вольт-амперные характеристики пентодов возрастают монотонно.

 

 

Экранированные лампы, — тетрод и пентод, — превосходят триод на высоких частотах. Верхняя рабочая частота пентодного усилителя может достигать 1 ГГц. Пентод выгодно отличается от тетрода отсутствием ниспадающего участка вольт-амперной характеристики, устойчивостью к самовозбуждению и меньшими нелинейными искажениями. Пентодам свойственно высокое выходное сопротивление — в бо́льшей части рабочих анодных напряжений пентоды эквивалентны управляемым источникам тока. Коэффициент полезного действия усилителя мощности на пентодах (около 35 % существенно выше, чем у усилителя на триодах (15 %-25 % но несколько ниже, чем у усилителя на лучевых тетродах.

Недостатки пентодов (и вообще всех экранированных ламп) — более высокие, чем у триода, нелинейные искажения, в которых преобладают нечетные гармоники, острая зависимость коэффициента усиления от сопротивления нагрузки, бо́льший уровень собственных шумов.

 

Лекция 25

Лекция 21

Интегральные микросхемы

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Для осуществления логических вычислений до 1906 г. применяются только электромеханические приборы (реле). Разработка вакуумной лампы в 1906 г. и транзистора в 1947 г1 послужила основой для начала работ по созданию электронных приборов. Начало изготовления ИС в 1959 г. привело к появлению первых поколений логических схем. Первые большие интегральные схемы (БИС) были выпущены в1967г.[1] Начиная с 1975 г. ведутся работы по системному применению ИС и соответствующего программного обеспечения.

Многие виды кристаллов СБИС, предназначенные для системного применения, например анализаторы речи и запоминающие устройства, смогут удовлетворить требованиям по обработке больших объемов данных, свойственных эре информации. Она характеризуется тем, что большая часть людских ресурсов может быть отнесена к «информационным работникам», занимающимся сбором, накоплением, обработкой, распределением и использованием и использованием информации. На примере изменения структуры работающего населения США в двадцатом веке можно убедиться, что эра информации уже наступила (табл.1).

Таблица 1 .Динамика изменения структуры работающего населения США [2]

Год	Сельское хозяйство %	Промышленность %	Сфера обслуживания %	Сфера информации %
1900	33	33	22		12
1950	9	36	19		36
1980	3	10	30		48
1990	2	13	35		50

 

Доля людей, производящих материальную продукцию в США составляет всего ~ 15%. Столь небольшое количество работников не в состоянии удовлетворить материальные потребности общества (потребности промышленности, сельского хозяйства, города и т.п., и, наконец, непосредственно человека), а эти потребности в США очень велики (например, США потребляет до 40% всех энергоресурсов и полезных ископаемых, добываемых человечеством). Очевидно, что на США работает пол мира. Однако человек потребляет не только материальный продукты, но и информационные (например, кино или программное обеспечение), которые производятся в США в огромном объёме. Очевидно, что перераспределение ресурсов человечества в пользу США связано с большой долей «информационных работников», доля которых в США составляет 50% (в Европе - несколько меньше).

Некоторые социологи Запада считают, что настала эра информации, за которой может последовать некий "глобализационный" проект общежития, касающийся всего человечества. Некоторые черты этого проекта уже сейчас стали заметны, например присвоение человеку индивидуального идентификационного номера налогоплательщика (ИНН). Или повышение приоритета «права человека» по отношению, например, к «праву государства». Ведущие социологи мира предполагают, что именно в XXI веке мировое сообщество перейдёт к новому проекту общежития.