Основные результаты 2 главы

Анализ цепей, содержащих нелинейные и инерционные электронные элементы, наиболее эффективен на основе численных методов с использованием мощных моделирующих программ, например, MicroSim DesignLab 8.0.

Для статического расчета простейших нелинейных цепей возможно применение графо-аналитического метода с использованием графического представления нелинейных зависимостей - вольт-амперных характеристик.

Во многих практических случаях, когда нелинейность электронной цепи не является принципиально необходимым свойством, возможно путем линеаризации перейти к линейной зависимости “вход-выход” для приращений относительно некоторого исходного режима цепи, который называется режимом покоя.

Поскольку численное значение параметров линеаризованной модели цепи зависит от режима покоя, то правильный выбор последнего является важной инженерной задачей при проектировании электронных устройств.

Для анализа линеаризованных цепей широко используются частотный метод (при гармоническом воздействии), и временной метод (при произвольном воздействии).

Важнейшим свойством этих видов анализа является переход от дифференциальных уравнений “вход-выход” к алгебраическим в символической форме при частотном методе и в операторной форме при временном методе:

y (jw) =x (jw) ·K (jw),

y (p) =x (p) ·K (p).

Использование передаточных операторов K (jw) - амплитудной фазовой частотной характеристики и K (p) - передаточной функции системы делает анализ сложных линеаризованных цепей более простым и наглядным.

Зная реакцию цепи на простейшие стандартные воздействия - гармоническое, ступенчатое, дельта-функцию - можно методом наложения определить реакцию цепи на сложный периодический (частотным методом) или непериодический (временным методом) сигнал.

3. ПОЛУПРОВОДНИКИ – ОСНОВА СОВРЕМЕННОЙ
ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

3.1. Преимущества полупроводниковых элементов перед
электровакуумными

На заре развития электроники основой элементной базы были электровакуумные приборы (радиолампы), использующие явление протекания тока через вакуумный промежуток между двумя электродами: катодом и анодом. Электропроводность обеспечивалась за счет движения в этом промежутке электронов, испускаемых раскаленным катодом при наличии положительной разности потенциалов анод-катод.

Основными недостатками радиоламп являются: во-первых, большие размеры, которые становятся все более ощутимыми при построении сложных электронных устройств (таких, например, как компьютер), содержащих десятки- сотни тысяч таких элементов; во-вторых, низкий срок службы (выгорание катода, нарушение вакуума); в-третьих, низкая экономичность (анодное напряжение в несколько десятков-сотен вольт): необходимость постоянно поддерживать катод в раскаленном состоянии; в-четвертых, низкая технологичность изготовления: обеспечение высокого вакуума, сварка миниатюрных деталей и т.д.

Ситуация революционным образом изменилась, когда была выявлена возможность управления электропроводностью полупроводников, в которых все физические процессы проходят внутри твердого тела. Твердотельная технология дает возможность изготовлять электронные элементы микроскопических размеров, позволяющие выполнять сложные электронные схемы, содержащие десятки тысяч компонентов на тонкой пластинке площадью в несколько квадратных миллиметров. Полупроводниковые компоненты не имеют ограничений на срок годности, способны функционировать при ничтожно малом потреблении энергии. Именно твердотельная технология обеспечила внедрение электронных устройств во все сферы современной жизни.