Этапы развития электроники.

Содержание

Введение

       Электроника - динамично развивающая область науки и техники, исполняющая особую роль в современном мире. Исключительно важное значение электроника имеет для развития торгового, пассажирского и других видов судоходства. Современные суда являются практически полностью автоматизированными на основе электронных систем автоматики.

       Дисциплина "Электроника и электронные средства управления" предназначена для подготовки специалистов просветительно-квалификационного уровня "Бакалавр" по специальности "Эксплуатация судовых энергетических установок" на базе полного общего среднего образования.

Дисциплина "Электроника и электронные средства управления" является одной из профилирующих, которая обеспечивает подготовку судомеханика. Знание предмета на необходимом уровне позволяет выпускнику учебного заведения выдержать квалификационные испытания на право получения соответствующего сертификата на занятие командной должности на судне и исполнять служебные обязанности судового водителя.

Цель преподавания дисциплины "Электроника и электронные средства управления" - это обретение теоретических знаний и практических навыков, необходимых для эксплуатации судовых радиоэлектронных устройств, предназначенных для управления судовыми исполнительными механизмами в ходе профессиональной деятельности по указанной специальности.

Вопросы, изучаемые в данном курсе:

Ø виды электронных компонент, их параметры, подбор замен;

Ø порядок расчёта отдельных узлов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА);

Ø электронные датчики систем автоматики и простейшие способы определения их исправности;

Ø интерфейсы связи датчиков с микроконтроллерными устройствами;

Ø использование ПК ЭВМ в проектировании, отладке и диагностировании РЭА.

Студент должен знать:

-   физические основы курса электронных и полупроводниковых приборов, принцип действия и параметры линейных и нелинейных компонентов электроники;

-   элементную базу аналоговых и цифровых микроэлектронных средств;

-   основные схемы и принципы построения приборов автоматики;

-   основы расчета электронных схем на дискретных элементах;

-   устройство и принципы работы аналоговых и цифровых микросхем;

-   основы проектирования и расчета основных схем автоматики,

-   классификацию элементов аналоговой и цифровой техники;

-   основные параметры и характеристики ИС;

-   практические схемы устройств;

Лекция №1.

Тема лекции:Этапы развития электроники. Основные виды пассивных электронных компонентов

Цель лекции: Знакомство с этапами развития электроники, преимуществами и недостатками аналоговых и цифровых электронных устройств. Изучение пассивных электронных компонентов их характеристик и маркировки.

Этапы развития электроники.

В основе развития электроники лежит непрерывное усложнение функций, выполняемых электронными устройствами. На определенных этапах становится невозможным решать новые задачи старыми электронными средствами, или как говорят, средствами на основе существующей элементной базы, например с помощью электронных ламп или дискретных транзисторов. Таким образом появляются предпосылки для дальнейшего совершенствования элементной базы. Основными факторами, вызывающими необходимость разработки электронных устройств на новой элементной базе, являются повышение надежности, уменьшение габаритов, массы, стоимости и потребляемой мощности.

В зависимости от применяемой элементной базы можно выделить четыре основных поколения развития промышленной электроники, а вместе с ней, соответственно, и электронных устройств.

I поколение (1904—1950 гг.) характеризуется тем, что основу элементной базы электронных устройств составляли электровакуумные приборы, в которых пространство, изолированное газонепроницаемой оболочкой, имеет высокую степень разрежения или заполнено специальной рабочей средой (парами или газами) и действие которых основано на использовании электрических явлений в вакууме или газе. В соответствии с характером рабочей среды электровакуумные приборы подразделяют на электронные и ионные.

Электронный электровакуумный прибор — прибор, в котором электрический ток создается только свободными электронами.

Ионный электровакуумный прибор — прибор с электрическим разрядом в газе или парах. Этот прибор называют также газоразрядным.

Семейство электронных электровакуумных приборов весьма обширно и объединяет такие группы приборов, как электронные лампы, электронно-лучевые приборы, электровакуумные фотоэлектрические приборы и др. Наиболее широко в элементной базе электронных устройств 1-го поколения применялись электронные лампы — электровакуумные приборы, предназначенные для различного рода преобразований электрического тока. Электронные устройства, выполненные на лампах, имели сравнительно большие габариты и массу. Число элементов в единице объема (плотность монтажа) электронных устройств 1-го поколения составляло у≤0.001 ...0,003 эл/см³. Сборка таких электронных устройств осуществлялась, как правило, вручную, путем соединения электровакуумных приборов между собой и с соответствующими пассивными элементами (резисторами, катушками индуктивности и конденсаторами) с помощью проводов.

II поколение (1950 —начало 60-х годов) характеризовалось применением в качестве основной элементной базы дискретных полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов и тиристоров). Сборка электронных устройств l-гo поколения осуществлялась обычно автоматически с применением печатного монтажа, при котором полупроводниковые приборы и пассивные элементы располагались на печатной плате—диэлектрической пластине с металлизированными отверстиями (для подсоединения полупроводниковых приборов и пассивных элементов), соединенными
между собой проводниками. Проводники выполнялись путем осаждения медного слоя на плату по заранее заданному печатному рисунку, соответствующему определенной электронной схеме. Плотность монтажа электронных устройств II-го поколения за счет применения малогабаритных элементов составляла 0,5 эл/см³.

III поколение электронных устройств (1960—1980 гг.) связано с бурным развитием микроэлектроники - раздела электроники, охватывающего исследование и разработку качественно нового типа электронных приборов — интегральных схем — и принципов их применения. Основой элементной базы этого поколения электронных устройств стали интегральные схемы и микросборки.

Интегральная схема представляет собой совокупность нескольких взаимосвязанных элементов (транзисторов, резисторов, конденсаторов и др.). изготовленных в едином технологическом цикле, т. е. одновременно, на одной и той же несущей конструкции (подложке), и выполняющих определенную функцию преобразования информации. Микросборка представляет собой ИС, в состав которой входят однотипные элементы (например, только диоды или только транзисторы).

Широкое развитие находит блочная конструкция электронных устройств — набор печатных плат, на которые монтируют ИС и микросборки. Плотность монтажа электронных устройств III -го поколения составляет до 50 эл/см³. Этот этап развития электронных устройств характеризуется не только резким уменьшением габаритов, массы и энергопотребления, но и резким повышением их надежности, в том числе и за счет сведения к минимуму ручного труда при изготовлении электронных устройств.

IV поколение (с 1980 г. По настоящее время) характеризуется дальнейшей микроминиатюризацией электронных устройств на базе применения БИС и СБИС, когда уже отдельные функциональные блоки выполняются в одной интегральной схеме, представляющей собой готовое электронное устройство приема, преобразования или передачи информации. Такие электронные устройства, выполненные в виде СБИС, в ряде случаев позволяют полностью обеспечить требуемый алгоритм обработки исходной информации и существенно повысить надежность их функционирования.

Плотность монтажа электронных устройств IV -го поколения от 1000 эл/см³ и выше.