Электрорадиоэлементы и устройства функциональной электроники

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭЛЕКТРОРАДИОЭЛЕМЕНТЫ  И УСТРОЙСТВА

ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ  ЭЛЕКТРОНИКИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Классификация резисторов.

 

 

Резистор представляет собой радиоэлемент, используемый в радиоэлектронных схемах в качестве активного электрического сопротивления и предназначенный для регулирования или ограничения тока в электрических цепях.

Резисторы используются в  радиоэлектронной аппаратуре в качестве анодных и коллекторных нагрузок, делителей напряжения для создания требуемого режима питания транзисторов и микросхем. Принцип их действия основан на свойстве токопроводящих материалов с большим удельным электрическим  сопротивлением оказывать сопротивление проходящему электрическому току.

 

В зависимости от конструкции  и материала токопроводящего  элемента резисторы подразделяются на непроволочные и проволочные. В непроволочных резисторах токопроводящий элемент изготовляют методом нанесения на керамическое основание тонкого слоя углерода или сплава металлов, обладающих высоким удельным сопротивлением, а в проволочных – его выполняют из проволоки высокоомного материала (константан, манганин, нихром).

 

По характеру изменения  сопротивления резисторы подразделяются на постоянные и переменные, в том числе подстроечные.

 

Основными параметрами  резисторов являются: номинальное сопротивление и его допустимое отклонение, номинальная мощность рассеивания, предельное рабочее напряжение, температурный коэффициент сопротивления и шумы.

 

Номинальное сопротивление постоянных и переменных резисторов указывает значение их сопротивления в омах, килоомах или мегаомах и проставляется на резисторах. Установлено шесть рядов номинальных значений сопротивлений: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Цифры после букв указывают число номинальных значений в данном ряду.

 

Допустимое отклонение сопротивления указывает на наибольшее возможное отклонение от номинального значения в сторону увеличения или уменьшения действительного значения активного сопротивления резисторов и выражается в процентах.

 

Номинальная мощность рассеивания указывает максимально допустимую мощность, которую резистор может рассеивать при длительной электрической нагрузке, нормальных атмосферном давлении и температуре. Непроволочные резисторы выпускаются номинальной мощностью 0,05; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5 и 10 Вт, а проволочные – 0,2 – 150 Вт. Номинальная мощность рассеивания резисторов должна быть на 20 – 30 % больше рабочей мощности рассеивания.

 

Предельное рабочее напряжение – это максимально допустимое напряжение, приложенное к выводам резистора, которое не вызывает превышения норм технических условий на электрические параметры. Эта величина задается для нормальных условий эксплуатации и зависит от длины резистора, шага спиральной нарезки, температуры, давления окружающей среды и атмосферного давления.

 

 

 

1

Температурный коэффициент  сопротивления (ТКС) характеризует относительное изменение сопротивление резистора при изменении температуры окружающей среды на 1^оС. У непроволочных резисторов ТКС не превышает 0,04 – 0,2 %,а у проволочных – 0,003 – 0,2 %.

 

Шумы в резисторах обусловлены хаотическим движением носителей зарядов, что вызывает появление дополнительного шумового напряжения на выводах резисторов и создает помехи при прохождении сигнала. Собственные шумы резисторов бывают тепловые и токовые.

 

Тепловые шумы возникают под действием хаотического движения электронов в токопроводящем слое, что вызывает микроизменения сопротивления и переменные пульсации напряжения в нем. С увеличением температуры резистора тепловые шумы возрастают.

 

Токовые шумы проявляются в углеродистых, металлизированных и композиционных резисторах. С увеличением приложенного напряжения они возрастают.

 

 

Непроволочные постоянные резисторы

 

Непроволочные постоянные резисторы широко применяют в радиоэлектронной промышленности. Их существует несколько типов: резисторы ВС (высокостабильные); МЛТ, ОМЛТ (металлопленочные лакированные теплостойкие); УЛМ (углеродистые лакированные малогабаритные). Данные типы резисторов выпускаются с номинальным сопротивлением от 1 Ом до 10 МОм, мощностью рассеивания от 0,125 до 10 Вт и имеют предельное напряжение от 30 до 1700 В, обладают сравнительно малыми габаритами и массой, что позволяет использовать их в малогабаритной аппаратуре.

 

 

Непроволочные переменные резисторы

 

Непроволочные переменные резисторы типов СП, СПО, СПЗ, ТК, ВК используются для плавной регулировки громкости, тембра, яркости, контрастности и других параметров радиоэлектронной аппаратуры, а так же как подстроечные.

По характеру изменения сопротивления переменные резисторы подразделяются на три группы: линейный, логарифмический, обратно-логарифмический.

 

 

Проволочные постоянные резисторы

 

Проволочные постоянные резисторы используются в цепях постоянного и переменного тока в качестве делителей напряжения, гасящих и нагрузочных резисторов, а также для установления высокой стабильности параметров электрической цепи и большой мощности рассеивания.

В радиоэлектронной аппаратуре широко применяются постоянные проволочные  резисторы типов ПЭ (проволочные эмалированные), ПЭВ (проволочные эмалированные влагостойкие), ПЭВР (проволочные эмалированные влагостойкие регулируемые) и др. Они выпускаются с номинальным сопротивлением от 1 Ом до 60 кОм, мощностью рассеивания от 2,5 до 150 Вт.

 

 

2

Проволочные переменные резисторы

 

Проволочные переменные резисторы используются в качестве регулировочных и подстроечных радиоэлементов при техническом обслуживании и ремонте радиоэлектронной аппаратуры, а также для регулировки больших токов в цепях питания в виде реостатов накала, делителей напряжения и др. Такие резисторы изготовляют на номинальное сопротивление от долей ома до нескольких десятков килоом с мощностью рассеивания от 0,5 до 5 Вт.

 

 

Полупроводниковые резисторы

 

К группе полупроводниковых резисторов относятся терморезисторы, фоторезисторы и варисторы.

Терморезисторами называют резисторы, сопротивление которых изменяется с изменением температуры. Основным параметром терморезисторов является ТКС. В зависимости от ТКС они подразделяются на термисторы и позисторы.

 

Термисторы – это полупроводниковые объемные резисторы с отрицательным ТКС (активное сопротивление уменьшается при увеличении температуры).

Позисторы – полупроводниковые объемные резисторы с положительным ТКС.

Термисторы и позисторы выпускают с номинальным сопротивлением от 1 Ом до 10 МОм.

 

Фоторезисторы – это полупроводниковые резисторы, изменяющие свое активное сопротивление под воздействием светового потока. Фоторезисторы применяются в фотоэлектрических автоматических устройствах, кино- и фотоаппаратуре.

 

Варисторы – это нелинейные полупроводниковые резисторы, сопротивление которых изменяется с изменением приложенного напряжения. С увеличением напряжения сопротивление варисторов уменьшается. Используются варисторы в маломощных стабилизаторах напряжения, цепях автоматического регулирования.

 

 

 

Резисторы интегральных микросхем

 

В интегральных микросхемах активные и пассивные элементы – транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы – создаются в едином технологическом  процессе на базе          p-n- переходов методами эпитаксии и диффузии.

Резисторы в ИМС получают в базовой области. Их сопротивление находится в пределах от 25 Ом до единиц килоом.

В гибридных ИМС используют постоянные ниточные резисторы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2. Элементы памяти на ПЗС.

 

 

В настоящее время развиваются  такие запоминающие устройства, как ЗУ с последовательной выборкой на приборах с зарядовой связью (ПЗС) и ЗУ на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД). ЗУ на ПЗС заполняют промежуток между магнитными ЗУ большой емкости и оперативными полупроводниковыми ЗУ с произвольной выборкой.

 

ПЗС относятся к изделиям функциональной электроники, то есть их нельзя представить как совокупность транзисторов или же конденсаторов. Представим себе МОП-конденсатор (сокращение от слов металл-окисел- полупроводник). Это то, что остаётся от МОП-транзистора, если убрать из него сток и исток, то есть просто электрод, отделённый от кремния слоем диэлектрика. Для определённости будем считать, что полупроводник – p-типа, т. е. концентрация дырок в равновесных условиях много (на несколько порядков) больше, чем электронов.

Если на такой электрод (его называют затвором) подать положительный потенциал, электрическое поле, создаваемое  затвором, проникая в кремний сквозь диэлектрик, отталкивает подвижные дырки; возникает обеднённая область – некоторый объём кремния, свободный от основных носителей. При параметрах полупроводниковых подложек, типичных для ПЗС, глубина этой области составляет около 5 мкм. Напротив, электроны, если они каким-либо образом (например, в результате фотогенерации) окажутся вблизи, притянутся к затвору и будут накапливаться на границе раздела окисел-кремний непосредственно под затвором, т. е. как бы сваливаются в яму, которая совершенно официально называется потенциальной ямой. При этом электроны по мере накопления в яме частично нейтрализуют электрическое поле, создаваемое в полупроводнике затвором, и в конце концов могут полностью его скомпенсировать, так что всё электрическое поле будет падать только на диэлектрике, на границе раздела образуется тонкий слой электронов.

Пусть теперь рядом с затвором расположен ещё один, и на него тоже подан  положительный потенциал, причём больший, чем на первый. Если затворы расположены  достаточно близко, их потенциальны ямы объединяются, и электроны, находящиеся в одной потенциальной яме, перемещаются в соседнюю, если её потенциал выше (т. е. если она глубже). Теперь, если мы имеем цепочку затворов, то можно, подавая на них соответствующие управляющие напряжения, передавать локализованный зарядовый пакет вдоль такой структуры.

Замечательное свойство ПЗС – свойство самосканирования – состоит в том, что для управления цепочкой затворов любой длины достаточно всего трёх тактовых шин. Для передачи зарядовых пакетов необходимо и достаточно трёх электродов: одного передающего, одного принимающего и одного изолирующего, разделяющего пары принимающих и передающих друг от друга, причём одноимённые электроды таких троек могут быть соединены друг с другом в единую тактовую шину, требующую лишь одного внешнего вывода. Это и есть простейший трёхфазный регистр сдвига на ПЗС.

 

4

ПЗС-память состоит из цепочек близко расположенных МОП-емкостей. Бит информации в ПЗС-памяти хранится в виде уровня заряда в элементах. Для сохранения разделенных зарядовых пакетов и передачи их в соседние элементы отдельно подается сигнал многофазной синхронизации.

 

 

 

Организация ПЗС ЗУ с  произвольно выбираемыми параллельными регистрами

 

В каждом элементе напряжение на одном  электроде отличается от других и  поэтому образуется “потенциальная яма”, которая захватывает заряд  в элементе. Используя многофазную  синхронизацию, можно перемещать “потенциальную яму” от одного электрода к следующему, а следовательно, смещать соответствующий захваченный заряд, что приводит к сдвигу информации на один бит при выполнении полного цикла сдвигов.

ПЗС-память можно считать длинным  регистром. Частота сдвига таких  регистров лежит в пределах от 50 кГц до 5 МГц. ПЗС-регистр аналогичен динамическому ЗУ, так как хранимые заряды в элементе памяти уменьшаются из-за токов утечки и потерь при передаче. Для компенсации этих потерь ПЗС-память организуется в виде нескольких кольцевых регистров сдвига, выход которых для рециркуляции через усилители регенерации подается на вход.

ПЗС-память предназначена для замены дисков с фиксированной головкой, а также используется в качестве быстрой вспомогательной массовой памяти. Здесь центральный процессор выдает в систему ПЗС-памяти начальный адрес и число передаваемых слов. К достоинствам ПЗС-памяти относятся простота элемента ЗУ, малый размер ячейки, небольшая потребляемая мощность. Память на ПЗС-элементах относится к элементам функциональной электроники.

ПЗС-память организуется как система  сдвиговых регистров с соответствующими схемами управления. Наиболее быстродействующая  ПЗС-память при малой потребляемой мощности и организацией в виде произвольно  выбираемых параллельных регистров имеет емкость 64 Кбит и организована как 16 произвольно выбираемых регистров по 4 Кбит каждый. Дешифратор выбирает один из 16 регистров. Сдвиг осуществляется сразу во всех 16 регистрах. При обращении к одному из регистров во всех остальных рециркулируется и регенерируется информация. Время выборки произвольного бита (время ожидания) на частоте 5 МГц равно 400 мкс. Потребляемая мощность 3,5 мкВт/бит на частоте 5 МГц и 0,6 мкВт/бит в режиме хранения.

 

 

 

5

3. Практическое задание.

 

А) расшифровать марку  элемента;

Б) привести условно-графическое  изображение;

В) перечислить основные параметры;