Этапы развития элементной базы РЭС
ВВЕДЕНИЕ
СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ РЭС. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ РЭС. УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЭС И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КОНСТРУКЦИЮ РЭС.
Курс “Введение в специальность технология радиоэлектронных средств” является базой для многих специальных дисциплин конструкторско-технологического профиля. Широкое распространение радиоэлектронных средств во всех отраслях народного хозяйства вызывает необходимость получения специалистами всех специальностей основ теоретических и практических знаний по существующей технологии разработки, изготовления и эксплуатации радиоэлектронных средств (РЭС). Под РЭС понимают изделие и его составные части, в основу функционирования которых положены принципы радиотехники и электроники. Термин «радиотехника» широко использовался до 50-х годов ХХ века и определял область науки и техники, связанную c генерацией, излучением, приемом и преобразованием радиоволн. Электроника это область науки, связанная с созданием приборов, принцип работы которых основан на взаимодействии электронов с электромагнитными полями внутри вакуумных приборов и полупроводников (элементная база РЭС). Электроника прошла несколько этапов развития, за время которых сменилось несколько поколений элементной базы: дискретная электроника электровакуумных приборов, дискретная электроника полупроводниковых приборов, интегральная электроника микросхем (микроэлектроника), интегральная электроника функциональных микроэлектронных устройств (функциональная микроэлектроника). Элементная база электроники развивается непрерывно возрастающими темпами. Каждое поколений, появившись в определенный момент времени, продолжает совершенствоваться в наиболее оправданных направлениях. Развитие изделий электроники от поколения к поколению идет в направлении их функционального усложнения, повышения надежности и срока службы, уменьшения габаритных размеров, массы, стоимости и потребляемой энергии, упрощения технологии и улучшения параметров электронной аппаратуры. Становление микроэлектроники как самостоятельной науки стало возможным благодаря использованию богатого опыта и базы промышленности, выпускающей дискретные полупроводниковые приборы. Однако по мере развития полупроводниковой электроники выяснились серьезные ограничения применения электронных явлений и систем на их основе. Поэтому микроэлектроника продолжает продвигаться быстрыми темпами как в направлении совершенствования полупроводниковой интегральной технологии, так и в направлении использования новых физических явлений. Изделия микроэлектроники: интегральные микросхемы различной степеней интеграции, микросборки, микропроцессоры, мини- и микро-ЭВМ – позволили осуществить проектирование и промышленное производство функционально сложной радио- и вычислительной аппаратуры, отличающейся от аппаратуры предыдущих поколений лучшими параметрами, более высокими надежностью и сроком службы, меньшими потребляемой энергией и стоимостью. РЭС на базе изделий микроэлектроники находит широкое применение во всех сферах деятельности человека. Созданию систем автоматического проектирования, промышленных роботов, автоматизированных и автоматических производственных линий, средств связи и многому другому способствует совершенствование РЭС и ее элементной базы. Этапы развития элементной базы РЭС Первый этап Открытие в 1874 году немецким ученым Брауном выпрямительного эффекта в контакте металл–полупроводник. Использование этого эффекта русским изобретателем Поповым для детектирования радиосигнала позволило создать ему первый радиоприемник. Датой изобретения радио принято считать 7 мая 1895 г. когда Попов выступил с докладом и демонстрацией на заседании физического отделения русского физико–химического общества в Петербурге. В разных странах велись разработки и исследования различных типов простых и надежных обнаружителей высокочастотных колебаний – детекторов. Поэтому на первом этапе своего развития одним из основных применений радиоэлектронных средств было развитие средств связи. Их развитие началось практически сразу после разработки основных положений о технических принципах организации связи посредством электрических сигналов. Это закономерно, так как по мере развития общества и вовлечения все большей массы людей в решение задач как промышленного, так и военного назначения, роста специализации выполняемой ими работы требуются все более и более совершенные инструменты оперативного управления трудовыми, материальными и военными ресурсами. Второй этап Второй этап развития электроники начался с 1904 г. когда английский ученый Флеминг сконструировал электровакуумный диод. За ним последовало изобретение первой усилительной лампы – триода в 1907 году. 1913 – 1919 годы – период резкого развития электронной техники. В 1913 г. немецкий инженер Мейснер разработал схему лампового регенеративного приемника и с помощью триода получил незатухающие гармонические колебания. В России первые радиолампы были изготовлены в 1914 году в Санкт–Петербурге консультантом русского общества беспроволочного телеграфирования Николаем Дмитриевичем Папалекси, будущим академиком АН СССР. Третий этап Третий период развития электроники – это период создания и внедрения дискретных полупроводниковых приборов, начавшийся с изобретения точечного транзистора. В 1946 году при лаборатории "Белл Телефон" была создана группа во главе с Уильямом Шокли, проводившая исследования свойств полупроводников на Кремнии и Германии. Группа проводила как теоретические, так и экспериментальные исследования физических процессов на границе раздела двух полупроводников с различными типами электрической проводимости. В итоге были изобретены: трехэлектродные полупроводниковые приборы – транзисторы. В зависимости от количества носителей заряда транзисторы были разделены на: – униполярные (полевые), где использовались однополярные носители. – биполярные, где использовались разнополярные носители (электроны и дырки). Изобретение транзисторов явилось знаменательной вехой в истории развития электроники и поэтому его авторы Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли были удостоины нобелевской премии по физике за 1956 г. Появление микроэлектроники С появлением биполярных полевых транзисторов начали воплощаться идеи разработки малогабаритных ЭВМ. На их основе стали создавать бортовые электронные системы для авиационной и космической техники. Так как эти устройства содержали тысячи отдельных электрорадиоэлементов и постоянно требовалось все большее и большее их увеличение, появились и технические трудности. С увеличением числа элементов электронных систем практически не удавалось обеспечить их работоспособность сразу же после сборки, и обеспечить, в дальнейшем, надежность функционирования систем. Проблема качества монтажно-сборочных работ стало основной проблемой изготовителей при обеспечении работоспособности и надежности радиоэлектронных устройств. Решение проблемы межсоединений путем применения печатных плат в качестве несущей и коммутационной структуры явилось предпосылкой к появлению микроэлектроники. Прообразом будущих микросхем послужила печатная плата, в которой все одиночные проводники объединены в единое целое и изготавливаются одновременно групповым методом путем стравливания медной фольги с плоскостью фольгированного диэлектрика. Единственным видом интеграции в этом случае являются проводники. Применение печатных плат хотя и не решает проблемы миниатюризации, однако решает проблему повышения надежности межсоединений. Технология изготовления печатных плат не дает возможности изготовить одновременно другие пассивные элементы кроме проводников. Именно поэтому печатные платы не превратились в интегральные микросхемы в современном понимании. Первыми были разработаны в конце 40-х годов толстопленочные гибридные схемы, в основу их изготовления была положена уже отработанная технология изготовления керамических конденсаторов, использующая метод нанесения на керамическую подложку через трафареты паст, содержащих порошок серебра и стекла. Тонкопленочная технология производства интегральных микросхем включает в себя нанесение в вакууме на гладкую поверхность диэлектрических подложек тонких пленок различных материалов (проводящих, диэлектрических, резистивных). Четвертый этап В 1960 году Роберт Нойс из фирмы Fairchild предложил и запатентовал идею монолитной интегральной схемы и, применив планарную технологию изготовил первые кремниевые монолитные интегральные схемы. Семейство монолитных транзисторно-транзисторных логических элементов с четырьмя и более биполярными транзисторами на одном кристалле кремния было выпущено фирмой Fairchild уже в феврале 1960 года и получило название "микрологика". Планарная технология Хорни и монолитная технология Нойса заложили в 1960 году фундамент развития интегральных микросхем, сначала на биполярных транзисторах, а затем 1965–85 гг. на полевых транзисторах и комбинациях тех и других. Два директивных решения фирм IBM и Fairchild принятых в 1961–1962 гг. повлияли на развитие производства кремниевых транзисторов и ИС. 1) Решение фирмы IBM (Нью-Йорк) по разработке для перспективной ЭВМ не ферромагнитных запоминающих устройств, а электронных ЗУ (запоминающих устройств) на базе n-канальных полевых транзисторов (металл-окисел-полупроводник – МОП). Результатом успешного выполнения этого плана был выпуск в 1973 г. универсальной ЭВМ с МОП ЗУ – IBM- 370/158. 2) Директивные решения фирмы Fairchild предусматривающие расширение работ в полупроводниковой научно-исследовательской лаборатории по исследованию кремниевых приборов и материалов для них. Тем временем в июле 1968 г. Гордон Мур и Роберт Нойс уходят из отделения полупроводников фирмы Fairchild и 28 июня 1968 года организуют крохотную фирму Intel из двенадцати человек, которые арендуют комнатку в Калифорнийском городе Маунтин Вью. Задача, которую поставили перед собой Мур, Нойс и примкнувший к ним специалист по химической технологии – Эндрю Гроув, использовать огромный потенциал интеграции большого числа электронных компонентов на одном полупроводниковом кристалле для создания новых видов электронных приборов. В 1997 году Эндрю Гроув стал "человеком года", а возглавляемая им компания Intel, ставшая одной из ведущих в силиконовой долине в Калифорнии, стала производить микропроцессоры для 90% всех персональных компьютеров планеты. Появление интегральных микросхем сыграла решающую роль в развитие электроники положив начало новому этапу микроэлектроники. Микроэлектронику четвертого периода называют схематической, потому что каждой интегральной микросхеме соответствует определенная принципиальная электрическая схема, как и для электронных узлов аппаратуры предыдущих поколений. Настоящее электроники В настоящее время микроэлектроника переходит на качественно новый уровень – наноэлектронику. Наноэлектроника в первую очередь базируется на результатах фундаментальных исследований атомных процессов в полупроводниковых структурах пониженной размерности. Квантовые точки, или нульмерные системы, представляют собой предельный случай систем с пониженной размерностью, которые состоят из массива атомных кластеров или островков нанометровых размеров в полупроводниковой матрице, проявляющих самоорганизацию в эпитаксиальных гетероструктурах. Одним из возможных работ связанных с наноэлеткроникой является работы по созданию материалов и элементов ИК-техники. Они востребованы предприятиями отрасли и являются основой для создания в ближайшем будущем систем «искусственного» (технического) зрения с расширенным, по сравнению с биологическим зрением, спектральным диапазоном в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Системы технического зрения и фотонные компоненты на наноструктурах, способные получать и обрабатывать огромные массивы информации, станут основой принципиально новых телекоммуникационных устройств, систем экологического и космического мониторинга, тепловидения, нанодиагностики, робототехники, высокоточного оружия, средств борьбы с терроризмом и т.д. Применение полупроводниковых наноструктур значительно уменьшит габариты устройств наблюдения и регистрации, уменьшит энергопотребление, улучшит стоимостные характеристики и позволит использовать преимущества массового производства в микро- и наноэлектронике ближайшего будущего. Применение РЭС. В настоящее время РЭС используется для связи, управления, навигации, различных научных исследований, производстве и быту. Основные сферы приложения РЭС следующие. Радио, оптическая и проводная связь —передача радиосигналов от одного абонента к другому по радио, оптическим или проводным линиям связи. УКВ радиостанция Радий-М
Сотовый телефон
Радиовещание и телевидение — передача речевых, музыкальных и визуальных ознакомительных или развлекательных сообщений большим группам людей. Могут использоваться для специальных целей в условиях работы промышленных, зрелищных, медицинских и других организаций (диспетчерские устройства связи, промышленное и медицинское телевидение, специальные звуковые эффекты и т. п.). Телевизор Радио mp3 плеер
Радиоуправление — управление по радио, с помощью инфракрасного излучения или проводам с помощью радиосигналов промышленными, научными или военными объектами.
Эти устройства по внешнему виду напоминают миниатюрные танки — их высота 1,2 метра, а вес — 50 килограммов. Гусеничные машины оснащены инфракрасными камерами и специальными датчиками и способны обнаруживать ядерное, биологическое и химическое оружие.
Радиотелеметрия — получение информации о работе и состоянии объектов и людей с помощью специальных сервисных устройств и линий связи.
Радиолокация — определение координат и характеристик объекта активными (источники импульсного или непрерывного излучения в составе РЛС) или пассивными (источник радио- или теплового излучения сам объект) методами. Аэродромная РЛС Лира А-10
Радиолокационная станция - всевысотный обнаружитель (ВВО) 96Л6Е предназначена для обнаружения и измерения координат целей
Радионавигация — особо точное определение координат объекта с помощью специальных источников радиоизлучения с точно известными координатами (например, от системы геостационарных искусственных спутников Земли, береговых радиовещательных или специальных станций). Обеспечивает большую точность (особенно на больших расстояниях) по сравнению с радиолокацией. GPS - навигатор
Радиоастрономия — получение информации о космических объектах с помощью приема и анализа их радиоизлучения. Так как ширина «радиоокна» в атмосфере намного больше оптического, то и количество информации тоже намного больше. Радиотелескоп - РТ-22
Медицинская радиоэлектроника — использование методов и средств радиоэлектроники в биомедицинских исследованиях, в. качестве электронных стимуляторов деятельности отдельных органов человека, в создании протезов и диагностических систем. Автоматический измеритель артериального давления на запястье
Радиоизмерения — создание и использование специальных устройств для измерения или имитации различных сигналов, преимущественно электромагнитной природы. Например, различные электронные измерительные приборы, электронные часы, средства комплексного контроля и другие подобные устройства.
Измеритель уровней электромагнитных излучений П3-41
Устройства обработки данных — в первую очередь это ЭВМ, а также устройства вычислительной техники в составе систем автоматизированного управления (АСУ).
Промышленный компьютер для систем автоматического управления производственными процессами.
Устройства записи и воспроизведения сигналов — приспособления для записи и воспроизведения акустических, визуальных и специальных сигналов на проволочных, ленточных, дисковых, плоских ферромагнитных (магнитная запись), оптических (в том числе голографическая запись) и других по форме и физической природе носителях.
DVD проигрыватель
Устройства энергетического характера — приспособления для непосредственного воздействия на свойства материалов или объект управления (некоторые устройства квантовой электроники, используемые в технологии микросхем, высокочастотная закалка, электроэрозионная обработка, аппаратура физиотерапии, специальные выходные устройства управления и т. п.). Их часто (как и некоторые электромеханические и фотооптические устройства) не включают в радиоэлектронику.
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... ![]() ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2107)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |