рефераты бесплатно
Рефераты бесплатно, курсовые, дипломы, научные работы, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, сочинения,рефераты литература, рефераты биология, рефераты медицина, рефераты право, большая бибилиотека рефератов, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент и многое другое.
ENG
РУС
 
рефераты бесплатно
ВХОДрефераты бесплатно             Регистрация

Курсовая работа: Комп’ютерна електроніка  

Курсовая работа: Комп’ютерна електроніка

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА

Факультет комп’ютерних наук

Кафедра комп’ютерних систем та мереж

Курсова робота

Комп’ютерна електроніка


Вступ. Етапи розвитку електроніки

 

Класифікація електронних пристроїв

Електроніка галузь науки, яка займається дослідженням фізичних процесів, що відбуваються в різних середовищах при протіканні струму, і, як галузь техніки, займається розробкою електронних приладів на основі цих явищ. Розрізняють фізичну технічну електроніку.

На основі застосувань електроніки розвилась галузь: мікроелектроніка – галузь, яка займається технічними проблемами реалізації електронних приладів у вигляд нтегральних мікросхем, - пристроїв, що складаються з окремих дискретних елементів (діодів, транзисторів) виготовлених в одному технологічному цикл розміщуються на спільній несучій конструкції в спільному корпусі.

Електроніку поділяють на аналогову і цифрову.

Під аналоговою розуміють елементи, пристрої і системи, які забезпечують обробку електричних сигналів, що змінюються за законами неперервної функції, тобто в різні моменти часу можуть приймати довільні значення напруги чи струму.

В цифровій елементи займаються обробкою сигналів, що змінюються дискретно. Щоб забезпечити дискретну зміну сигналу використовують методи квантування сигналів за часом, за рівнем або одночасно.

В залежності від елементної бази, яка використовується в електронних пристроях, можна виділити кілька етапів розвитку електроніки:

1.                1904 – 1950 рр.: електронно-вакуумні лампи. Використовуються електровакуумні та газорозрядні пристрої.

2.                1950 – 1960 рр.: застосування дискретних напівпровідникових приладів. 1947р. – транзисторний ефект у напівпровідникових кристалах.

3.                1960 – 1980 рр.: застосування інтегральних схем і мікрозборок. В 60х роках – 2 принципи виготовлення технічних пристроїв:

·                    Груповий метод;

·                    Планарна технологія.

Рівень нтеграції k=lg N визначається кількістю елементів, що розміщені на одному кристалі.

4.                1980 – 2005 рр.: розробка і застосування великих і надвеликих нтегральних схем (ВІС, НВІС, ННВІС). Ці великі схеми, що утримують більше 1000 елементів на 1 кристал відносять до 4 і 5 рівня інтеграції.

5.                сучасний етап розвитку характеризується застосуванням функціональних електронних пристроїв. Функціональними називають пристрої, в яких для перетворення електронних сигналів використовують не електронн пристрої, а певні фізичні явища, що забезпечують обробку фізичних чи нформаційних сигналів. Розрізняють магнітоелектричні, оптоелектричні, акустоелектричні, кріоелектричні, біоелектричні та інші функціональні схеми.

Сучасний розвиток електроніки зумовлений досягненням в технології, таким як молекулярно-променева технологія та дослідження наноструктурованих об’єктів в тому числі спінових ефектів, тому сучасні прилади називаються наноелектричними.

Ц методи дозволяють створювати електронні елементи інтегральних схем за 0.13 0.11 мікронною технологією.

Електронн пристрої для цифрової електроніки повинні працювати з дискретними сигналами, які можна одержати кількома методами квантування: по часу, рівню, по часу рівню. За функціональними ознаками їх поділяють на імпульсні, релейні та цифрові.

Для характеристики імпульсних сигналів використовують наступні параметри: амплітуда мпульсу Um, тривалість імпульсу ti, тривалість паузи tп, тривалість фронту імпульсу tф, тривалість спаду tсп, період імпульсу T= ti + tп, коефіцієнт заповнення імпульсу  , шпаруватість імпульсу .

Сигнали, в яких q = 2, називають меандром.


За реальні значення ti вибирають відстань від значення 0.1Um до меншого значення за величину 0.1Um.

Фронт мпульсу – час, за який досягається значення від 0.1Um до 0.9Um, спад імпульсу час від 0.9Um до 0.1Um.

Крім мпульсного виділяють також функції релейного типу та цифрового. Крім того процес перетворення аналогового сигналу в дискретний називають ще модуляцією можна його описати з допомогою сигналів амплітудно-, широтно- та фазо-імпульсної модуляції.

При амплітудно-імпульсній модуляції дискретизацію сигналу проводять по часу. Реальній величині ставлять у відповідність певне значення амплітуди сигналу, яке він приймає в моменти квантування.

При широтно-імпульсному сигналі амплітуда залишається сталою, а змінюється тільки тривалість відповідного квантуючого імпульсу.

ФІМ модуляція релейного типу. Частота появи сигналів змінюється і залежить від амплітуди.

Ц методи перетворення аналогових сигналів у дискретні використовуються для цифрової обробки та аналізу інформаційних повідомлень і забезпечуються з допомогою пристроїв, що називаються аналого-цифровими перетворювачами.

Перевагою аналогового представлення сигналу є вища швидкодія і вища точність відтворення нформації. Разом з тим цифрові пристрої, володіючи меншою швидкодією, дозволяють підвищити точність обробки сигналів за рахунок тактової частоти та збільшення об'ємів запам'ятовуючих пристроїв, що дозволяють організовувати паралельну обробку інформації.

Обидв системи базуються на однаковій елементній базі, тобто напівпровідникових приладах та інтегральних схемах. Відрізняються режимами ввімкнення і роботи цих пристроїв.


1. Елементна база аналогової та цифрової електроніки 1.1 Фізичні основи будови напівпровідникових приладів

Напівпровідников прилади виготовляються на основі напівпровідників різного типу провідності. Основою всіх приладів є контакти матеріалів n- та p-типу провідност або контакти метал-напівпровідник, що володіють односторонніми провідностями.

Принцип формування активних структур можна пояснити з допомогою зонних діаграм. Як відомо зонна структура утворюється внаслідок розщеплення валентних рівнів та рівнів провідності при конденсації атомів і утворенні конденсованих середовищ або твердих тіл.

На шкалі енергій за рівень валентної зони приймають найвище значення енергії, якою володіє електрон, що взаємодіє зі своїм ядром атома і приймає участь в утворенні зв'язку.

Зона провідності знизу обмежена рівнем енергії, мінімальне значення якої необхідне носію заряду, щоб подолати сили потенціальної взаємодії з ядром атома. Процес набування носієм заряду енергії, достатньої для переходу з валентного на рівень провідності, називається генерацією електронно-діркової пари. При цьому умовно вважають, що на найвищих валентних рівнях утворюється вакансія в хімічному зв'язку, що може забезпечити протікання струму додатно заряджених носіїв, а на рівні провідності – вільних електронів.

Середн значення енергії, що відповідає цьому процесу генерації, називається рівнем Фермі, який розміщується посередині забороненої зони Eg у власному напівпровіднику. Наявність в основному матеріалі (Si, Ge) домішок називають процесом легування, а напівпровідник – домішковим. Внесення атомів з V групи супроводжується збільшенням носіїв у зоні провідності і зсувом рівня Фермі вище середини забороненої зони. Такі напівпровідники називають матеріалами n-типу. При наявності акцепторів одержуємо матеріали р-типу і зсув рівня Фермі до валентно зони. Сильно леговані матеріали, в яких рівень Фермі зміщений, називаються виродженими.

1.2 Напівпровідникові діоди

Основою напівпровідникових діодів є р-n переходи та контакти метал-напівпровідник. В світлочутливих приладах – гетеропереходи, складаються з матеріалів одного типу провідності, але різного рівня легування.

Електронним р-n переходом називають границю розділу двох напівпровідників різного типу провідност збіднену основними носіями заряду.

При формуванні електронного переходу внаслідок наявності незаповнених хімічних зв'язків в матеріалах р-типу і надлишку носіїв, незв'язаних у хімічних зв'язках в n-типі, електрони з n-област дифундують в р-область, заповнюючи ковалентні зв'язки. В приконтактних областях утворюються нескомпенсовані об'ємні заряди, має місце внутрішнє електричне поле. Це поле протидіятиме протіканню носіїв через границю розділу в наступний момент часу, і воно формує контактну різницю потенціалів.

 

На зонній діаграмі спостерігається перепад потенціалу n та р областей. Прикладання зовнішньої напруги приводить до порушення рівноважного стану зменшення контактної різниці потенціалів, якщо зовнішнє поле протид внутрішньому (до р++, до n--), і збільшення контактної різниці потенціалів, якщо зовнішнє поле спів напрямлене з внутрішнім.

Струм через р-n перехід описується співвідношенням:

,

де IS – струм теплової генерац носіїв. Це незначний фоновий струм високоенергетичних носіїв, який має місце при додатній та при від'ємній напрузі прикладеній до переходу.

Його називають струмом насичення зворотної вітки ВАХ. Це видно з ВАХ, коли U<0, то е<<1, тобто I = IS.

При U>0, e>>1, струм зростає за логарифмічним законом.

При значних зворотних напругах можливе тонелювання носіїв із зони провідності у валентну зону р-кристалу. Це явище називають пробоєм. Воно супроводжується значним зростанням зворотного струму.

Якщо зворотні струми є достатньо великими і призводять до виділення енергії, що супроводжується зміною кристалічної структури ОПЗ, то пробій називається тепловим і є незворотнім.

У випадку значно концентрації легованих домішок та наявності дефектів можливий пробій, що супроводжується лавинним помноженням носіїв в ОПЗ. Він є зворотнім використовується в роботі стабілітронів – пристроїв для стабілізації напруги.

При наявності дефектів можливий польовий або зінеровський пробій, ВАХ якого ма вигляд ламаної лінії.

Тунельн діоди – пристрої, створені на основі вироджених або тунельних напівпровідників.

ВАХ тунельного діоду має N- подібний вигляд при накладанні тунельно складової і надбар'єрної складової. Це явище називають тунельним ефектом, воно має місце при прямих напругах. Аналогічний ефект тунелювання при зворотних напругах називається тунельним пробоєм.

Розділений заряд в ОПЗ переходу можна розглядати як конденсаторну систему. При прикладанн зовнішньої зворотної напруги до р-n переходу змінюється глибина проникання поля ОПЗ, тобто товщина ОПЗ. Це приводить до зміни бар'єрної ємності Сб. так прилади, де використовується зміна Сб, називаються варікапами. Вони використовуються в колах резонансного типу для коректування резонансно частоти.

1.3 Біполярний транзистор

Біполярними транзисторами називаються електронні прилади, що складаються з двох взаємодіючих р-n переходів.

Конструктивно х виготовляють в дискретному вигляді на основі кристалу n або р типу провідності, до якого з однієї сторони вплавляють емітерну область з підвищеним рівнем легування, а з іншої – колекторну, більшу за площею за кристал і з меншим рівнем легування. В планарному варіанті всі області виготовляють шляхом дифузійного легування з послідовною перекомпенсацією типу провідності.


Обов'язковою умовою працездатності транзистора є мала ширина базової області порівняно з довжиною вільного пробігу носіїв заряду, який інжектується з емітера в базу.

Умовне позначення транзистора на схемі відображає його структуру:

Принцип д біполярного транзистора

Основою роботи біполярного транзистора є взаємодія областей просторового заряду емітера та колектора при протіканні струму. Емітер ний перехід вмикається в прямому напрямку, колекторний – у зворотному. При накладанні прямої напруги між емітером і базою зростає кількість основних носіїв, що інжектуються в базову область і рекомбінують там з основними носіями бази. Вони створюють струм базового електроду і бази.

Оскільки концентрація носіїв в області емітера більша, то струм бази виходить на насичення. Надлишок інжектованих носіїв, маючи довжину вільного пробігу більшу за ширину бази, попадають в ОПЗ зворотно зміщеного колектора і екстрагуються в колекторну область. Тут вони взаємодіють з просторовим зарядом колекторного переходу, що приводить до зменшення потенціального бар'єру між колектором та базою, а відповідно до зростання колекторного струму.

Зменшення напруги емітер-база приводить до зворотних процесів.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9


© 2010.