ВВЕДЕНИЕ

Значительные изменения во многих областях науки и техники обусловлены развитием электроники. В настоящее время невозможно найти какую-либо отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные приборы или электронные устройства измерительной техники, автоматики и вычислительной техники. Причем тенденция развития такова, что доля электронных информационных устройств и устройств автоматики непрерывно увеличивается. Это является результатом развития интегральной технологии, внедрение которой позволило наладить массовый выпуск дешевых, высококачественных, не требующих специальной настройки и наладки микроэлектронных функциональных узлов различного назначения. Они представляют собой полупроводниковые пластины малой толщины, на которой на площадях в доли — несколько квадратных миллиметров выполнены десятки тысяч электрически соединенных между собой в соответствии с требуемыми схемами элементов электроники (полевых и биполярных транзисторов, конденсаторов и др.). Причем эти элементы, как правило, получают одновременно (по групповой технологии) в едином технологическом цикле, который почти полностью автоматизирован. Поэтому стоимость интегральных схем при массовом производстве мало зависит от количества в них элементов и разброс параметров от образца к образцу сравнительно невелик.

Промышленность выпускает почти все электронные функциональные узлы, необходимые для создания устройств измерительной и вычислительной техники, а также систем автоматики: интегральные электронные усилители электрических сигналов; коммутаторы; логические элементы; перемножители электрических напряжений; триггеры; счетчики импульсов; регистры; сумматоры и т. д. На основе больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем созданы и выпускают микропроцессоры и микропроцессорные комплекты, представляющие собой вычислительную машину или ее основные узлы, изготовленные в одном корпусе или в нескольких малогабаритных корпусах.

Функции, выполняемые интегральными схемами микропроцессоров, могут быть заданы подачей на их входы внешних электрических сигналов, осуществляемой по определенной программе. Тем самым данные микросхемы позволяют реализовать большое количество разнообразных операций по обработке цифровых сигналов без каких-либо изменений в технологии их изготовления.

Использование базовых матричных кристаллов и программируемых логических матриц является другим способом расширения функциональных возможностей интегральных схем. В массовом количестве изготовляются единые матрицы нескоммутированных (не соединенных между собой) элементов. Электрические связи между ними выполняют индивидуально на этапе формирования разводки, исходя из требований заказчика. Изготовив базовую матрицу или программируемую логическую матрицу одного типа, на ее основе можно создать сотни разнообразных функциональных узлов различного назначения. Причем различие между базовыми матричными кристаллами и логическими программируемыми матрицами заключается в том, что в последних соединениях можно не только создавать, но и разрушать.

Созданы также более простые полузаказные интегральные схемы, содержащие наборы элементов. Из них могут быть получены и аналоговые устройства, например усилители электрических сигналов. Это позволяет снизить затраты на проектирование и производство электронных устройств различного назначения и уменьшить сроки их внедрения в серийное производство.

В развитии электроники на протяжении многих лет остается стабильным только одно — это непрерывное изменение элементной и схемотехнической баз.

В связи с широким выбором интегральных схем, параметры которых известны из технических условий, изменились задачи, стоящие перед разработчиками электронной аппаратуры. Если раньше значительная часть времени уходила на расчеты режимов отдельных каскадов, определение их параметров, решение вопросов термостабилизации и т. п., то в настоящее время главное внимание уделяется вопросам выбора схем соединений и взаимного согласования микросхем.

Типовые микроузлы позволяют собрать нужный электронный блок без детального расчета отдельных каскадов. Разработчик электронной аппаратуры, определив, какие преобразования должен претерпеть электрический сигнал, подбирает необходимые интегральные микросхемы, разрабатывает схему их соединений и вводит обратные связи требуемого вида. И только в том случае, когда выпускаемые интегральные микросхемы не позволяют решить какой-то конкретный вопрос, к ним добавляют отдельные узлы на дискретных компонентах, требующие проведения соответствующих расчетов, или разрабатывают микросхемы частного применения.

Эффективное применение интегральных микросхем, особенно аналогового типа, невозможно без знания принципов их действия и основных параметров, а также теории электронных цепей. Поэтому изучению данной дисциплины обычно уделяется повышенное внимание.

У различных специальностей электротехнического профиля на изучение электроники выделяется разное количество часов. Соответственно в рабочих программах кафедрами устанавливается приоритет тех или иных разделов. Настоящая книга в первую очередь сориентирована на использование в учебном процессе специальностей информационного профиля. Вопросы создания силовых электронных цепей в ней практически не рассмотрены. В то же время достаточно подробно изложены сведения о функциональных узлах и компонентах, применяемых в измерительной технике, приборостроении, автоматике, вычислительной технике.

Книга будет полезна для студентов, углубленно изучающих основы электроники, а также для инженерно-технических работников при их переподготовке или изменении профиля работы.