Диод на его основе был создан в 1958 году Л. <...> В НИИ-108 Н.А. Пениным, Г.А. Кубецким, К.В. Якуниной, Е.А. Пантелеймоновой создан германиевый плоскостной сплавной транзистор. <...> В лаборатории профессора С.Г. Калашникова был создан германиевый транзистор, работающий в частотном диапазоне 1,0. <...> Идея академика Б.М. Вула о применении электронно-дырочного перехода в качестве переменной емкости позволила создать варикап типа Д901, а также умножительные диоды. <...> Разработан планарный транзистор 2Т312 и его бескорпусный аналог 2Т319, ставший основным активным элементом гибридных схем. <...> В НИИ «Пульсар» под руководством В.В. Бачурина созданы мощные высокочастотные МДП-транзисторы СВЧ-диапазона. <...> В НИИ МЭ разработаны функциональные приборы на полевых транзисторах с затвором Шоттки и приборами Ганна на одном кристалле. <...> В НИИМЭ организован промышленный выпуск базовых матричных кристаллов БМК И-200 и БМК И-300 для отечественных ЭВМ. <...> В НИИМЭ выпущены первые ИС с программируемыми логическими матрицами серий 556 и 1556. <...> Впервые в мире в ФТИ РАН и АОЗТ «Светлана» разработан лавинно-пролетный диод на основе карбида кремния. <...> Этапы развития элементной базы электроники Весь период развития элементной базы электроники подразделяют на четыре поколения: • дискретная электроника на электровакуумных приборах; • дискретная электроника на полупроводниковых приборах; • интегральная микроэлектроника на интегральных микросхемах; • интегральная микроэлектроника на функциональных приборах. <...> Третье поколение элементной базы электроники — интегральные микросхемы — связано с появлением пленочной технологии, которая в сочетании с планарной технологией дала возможность в микрообъектах твердого тела изготовлять огромное количество активных приборов. <...> . Приборы функциональной микроэлектроники принципиально отличаются от элементов всех предыдущих поколений. <...> Степень интеграции микросхемы является показателем сложности ИМС, характеризуемым <...>
Электроника._Учебное_пособие_для_вузов_(1).pdf
УДК 681.3(075.8)
ББК 32.85я73
С59
Р е ц е н з е н т ы : Заслуженный деятель науки РФ, доктор техн.
наук, профессор
Соколов С. В., Титов Е. В.
С59 Электроника: Учебное пособие для вузов / Под ред.
С. В. Соколова. – М.: Горячая линия – Телеком, 2013. –
204 с.: ил.
ISBN 978-5-9912-0344-9.
В учебном пособии рассмотрены базовые разделы электроники:
полупроводниковая электроника, микроэлектроника и
функциональная электроника. Дано краткое изложение физических
основ построения элементной базы приборов и устройств,
их упрощённого математического анализа. Приведен
список рекомендуемой литературы для углубленного изучения
материала.
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки
210700 – «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
квалификации (степени) «бакалавр» и квалификации (степени)
«магистр», будет полезно для студентов электронных и радиотехнических
направлений вузов, аспирантов и специалистов.
ББК 32.85я73
Учебное издание
Соколов Сергей Викторович, Титов Евгений Вадимович
Электроника
Учебное пособие для вузов
Редактор Ю. Н. Чернышов
Компьютерная верстка Ю. Н. Чернышова
Обложка художника О. Г. Карповой
Подписано в печать 15.08.2013. Формат 60×88/16. Уч. изд. л. 12,75. Тираж 1000 экз. (1-й завод 100 экз.)
ISBN 978-5-9912-0344-9
© С. В. Соколов, Е. В. Титов, 2013
© Издательство «Горячая линия – Телеком», 2013
, доктор техн. наук, доцент
Д
.
В. А. П
о
го
рело
в
А
д
р
ес и
з
д
а
тел
ь
с
т
ва
в И
н
тер
н
ет
W
W
W
.T
EC
H
B
O
O
K
.R
U
А. Б
езугл
о
в
Стр.2
Оглавление
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Введение в электронику . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
4
1.1. Краткая историческая справка о развитии электроники 4
1.2. Этапы развития элементной базы электроники . . . . . . . . . . 20
1.3. Классификация элементной базы микроэлектроники . . . . 23
1.4. Место микроэлектроники в сфере высоких технологий . . 24
2. Физические основы работы полупроводниковых приборов
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.1. Общие сведения о полупроводниках . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2. Основные физические явления в полупроводниках . . . . . . 31
2.3. Электронно-дырочный переход и основные физические
явления в нем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3. Электронно-дырочный переход при прямом и обратном
включении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1. Прямое смещение p-n-перехода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2. Обратное смещение p-n-перехода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.3. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) p-n-перехода . . . 41
3.4. Явления пробоя p-n-перехода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4. Полупроводниковые диоды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.1. Основные характеристики и параметры полупроводниковых
диодов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.2. Основные типы диодов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.3. Использование вольт-амперной характеристики диода
для определения его режима работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4. Математические модели диодов и их использование для
анализа электронных схем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5. Униполярные транзисторы. Полевые транзисторы . 61
5.1. Общие сведения о работе униполярных транзисторов . . . 61
5.2. Структура и принцип действия полевых транзисторов . . 63
5.3. Статические характеристики полевых транзисторов . . . . 65
5.4. Малосигнальные параметры и эквивалентная схема полевого
транзистора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6. МДП-транзисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.1. Структура и принцип действия МДП-транзисторов . . . . . 86
Стр.202
Оглавление
203
6.2. Статические характеристики МДП-транзисторов . . . . . . . 70
6.3. Малосигнальные параметры и эквивалентная схема МДПтранзистора
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
7. Биполярные транзисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
7.1. Устройство и основные физические процессы . . . . . . . . . . . 86
7.2. Характеристики и параметры схемы с общей базой . . . . . 89
7.3. Характеристики и параметры схемы с общим эмиттером 95
7.4. Три схемы включения транзистора с ненулевым сопротивлением
нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
7.5. h-параметры транзисторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
8. Математические модели биполярного транзистора . . 100
8.1. Модель Эберса–Молла с двумя источниками тока, управляемыми
токами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
8.2. Модель Эберса–Молла с одним источником тока, управляемым
током . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
8.3. Эквивалентная схема транзистора для расчета схем с общим
эмиттером . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
8.4. Анализ схем с транзисторами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
9. Усилители постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
9.1. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
9.2. Компенсационные УПТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
9.3. Дрейф в УПТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
9.4. Балансные УПТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
9.5. УПТ с преобразованием усиливаемого напряжения . . . . . 123
10. Операционные усилители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
10.1. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
10.2. Структурная схема операционного усилителя . . . . . . . . . . . 120
10.3. Основные параметры операционного усилителя . . . . . . . . . 122
10.4. Передаточная характеристика операционного усилителя 124
10.5. Частотные свойства операционного усилителя . . . . . . . . . . 125
10.6. Влияние различных факторов на выходное напряжение
операционного усилителя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
10.7. Классификация операционных усилителей . . . . . . . . . . . . . . 131
11. Интегральные микросхемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
11.1. Общие понятия и определения микроэлектроники . . . . . . 133
11.2. Большие интегральные микросхемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
11.3. Сравнение различных типов ИМС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
12. Физико-технологические принципы изготовления
ИМС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
12.1. Изоляция элементов ИМС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
Стр.203
204
Оглавление
12.2. Особенности и классификация процессов изготовления
полупроводниковых биполярных ИМС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
12.2.1. Стандартная технология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
12.2.2. КИД-технология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
12.2.3. БИД-технология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
12.3. Особенности, этапы и классификация процессов изготовления
гибридных ИМС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
12.3.1. Особенности и классификация процессов изготовления
гибридных ИМС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
12.3.2. Основные этапы изготовления плат . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
13. Программируемые логические матрицы. Программируемая
матричная логика. Базовые матричные
кристаллы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
13.1. Основные сведения, классификация, области применения 161
13.2. Программируемые логические матрицы . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
13.3. Программируемая матричная логика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
13.3.1. Схемы с программируемым выходным буфером . . . . . 169
13.3.2. Схемы с двунаправленными выводами . . . . . . . . . . . . . . 170
13.3.3. Схемы с памятью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
13.3.4. ПМЛ с разделяемыми конъюнкторами . . . . . . . . . . . . . . 172
13.4. Базовые матричные кристаллы (вентильные матрицы с
масочным программированием) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
13.4.1. Классификация БМК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
13.4.2. Параметры БМК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
13.5. Программируемые вентильные матрицы . . . . . . . . . . . . . . . . 181
13.6. Программируемые коммутируемые матричные блоки . . . 196
14. Перспективные направления развития микроэлектроники
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
14.1. Основные направления развития функциональной микроэлектроники
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
14.2. Оптоэлектроника и фотоника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
14.2.1. Оптроны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
14.2.2. Фотоизлучатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
14.2.3. Фотоприемники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
14.2.4. Световоды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
14.2.5. Интегральная оптика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
14.2.5. Оптоэлектроннные ИМС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Стр.204