Дистанційне навчання 2

Розділ 1

Вступ

 Розвиток електроніки після винаходу радіо можна розділити на три етапи:

1) Радіотелеграфний;

2) Радіотехнічний;

3) Етап електроніки.

 Тривали інтенсивні роботи в області фізики твердого тіла і теорії напівпровідників, розроблялися способи одержання монокристалів напівпровідників, методи їх очищення та введення домішок. Велкий внесок у розвиток фізики напівпровідників внесла радянська школа академіка

 А. Ф. Іоффе.

Весь період розвитку елементної бази електроніки в радіоелектронній апаратурі можна поділити на чотири покоління:

1.Дискретна електроніка на електровакуумних приладах;

2.Дискретна електроніка на напівпровідникових приладах;

3.Інтегральна мікроелектроніка на інтегральних мікросхемах;

4.Інтегральна мікроелектроніка на функціональних приладах.

Початок досліджень в області інтегральної мікроелектроніки відноситься до 1959. У 1963 році вже близько 70 фірм почали виробництво різних типів мікросхем. Перша інтегральна схема, випущена в 1960 році, коштувала 450 доларів, а вже в 1962 р було продало 50000 схем за ціною 40 доларів за схему.

Мікроелектроніка переживає процес свого бурхливого розвитку. Особливо швидкими темпами розвивається інтегральна мікроелектроніка. За останні 10- 15 років інтегральні мікросхеми знайшли широке застосування практично у всіх видах радіоелектронної апаратури. Успіхи в розвитку мікроелектроніки пов'язані головним чином з розвитком планарної технології, що лежить в основі створення напівпровідникових інтегральних мікросхем на базі машинних методів проектування, глибокої автоматизації технологічних процесів, нових методів інтеграції, діагностики і випробувань.

Основною тенденцією розвитку інтегральної мікроелектроніки є вдосконалення та застосування нових технологічних процесів з метою зменшення геометричних розмірів структурних елементів ІМС і підвищення ступеня інтеграції. Однак зменшення розмірів елементів має технічні межі і обмеження з економічної точки зору.

                                         Розділ 2

2.1.Призначення, класифікація, конструкція та принцип дії мікросхем.

Мікроелектроніка

Це галузь сучасної промисловості, виробництво кремнієвих кристалів інтегральних мікросхем.

Рис.1 Кремнієві пластини з готовими мікросхемами перед розрізанням на окремі кристали.

 Мікроелектроніка — це непорушний фундамент не тільки всієї сучасної індустрії інформаційних і комп'ютерних технологій, але і дуже багатьох суміжних галузей — побутової електроніки, індустрії розваг (включаючи музику і відео), медицини, військової і автомобільної промисловості тощо.

Сучасна радіоапаратура дедалі більше ускладняються і при звичайних методах конструювання на дискретних елементах не може бути малогабаритною і надійною. У зв‘язку з цим набув розвитку новий напрям електронної техніки, який розв‘язує проблему створення мікро-габаритних схем- мікроелектроніка. У мікроелектроніці існують два напрямки розвитку -дискретна й інтегральна мікроелектроніка .

Рис.2 Мікроелементи на друкованій платі

Цифрові мікроелектронні пристрої

Вони являють собою дискретні цифрові автомати, виконані на ІМС і призначені для обробки інфор­мації, що представлена у вигляді цифрового коду. Вони використову­ються для створення цифрових інформаційних, вимірювальних систем та систем керування.

Основними мікроелектронними цифровими пристроями є:

1) Дешифратор- це логічний пристрій, який перетворює код числа, що поступило на вхід, в сигнал на одному з його виходів.

Рис.3 Зовнішній вигляд дешифратора

2) Мультиплексори - відносяться до пристроїв комутування цифрової інформації. Вони здійснюють комутацію  одного з декількох інформаційних входів x_i до одного виходу y. 

                                                                                                                                                                                                                     

Рис.4 Мультиплексор               Рис.5 Мультиплексор ; а – схема;

1 б — умовне позначення

3) Лічильник імпульсів- пристрій для підрахунку кількості сигналів, які надходять на його вхід.

            

                                                              

Рис.6 Лічильник  імпульсів                   Рис.7 Схема лічильника імпульсів

4)Регістри-  використовуються для збереження цілочисельних данних.

                                                                     Рис.8 Регістр

5)Аналого-цифровий  перетворювач- пристрій, що перетворює вхідний аналоговий сигнал  в дискретний код (цифровий сигнал), який кількісно характеризує амплітуду  вхідного сигналу. Зворотне перетворення здійснюється за допомогою цифро-аналогового перетворювача.

                                             

                                                     Рис.9 Ана́лого-цифрови́й перетворювач.

                                                 

 

Рис.10 Аналоговий (сірий) та  отриманий з нього цифровий (червоний) сигнал.

Конструктивно-технологічні різновиди мікросхем

Технічні параметри та характеристики ІМС сильно залежать від технології формування робочих структур. В даний час відомі чотири основні конструктивно-технологічні різновиди ІМС:

·        Напівпровідникові;

·        Плівкові;

·        Гібридні;

·        Суміщені.

Висновок

Працюючи над темою «Мікроелектроніка», очевидно, наскільки швидко рухається вперед розвиток радіотехніки. Якщо на початку усі радіотехнічні пристрої працювали на основі електровакуумних та газорозрядних ламп, то пізніше їх замінили напівпровідникові прилади. У зв’язку із цим покращилось зображення, звук, якість сигналу, зменшились. На зміну навісним радіоелементам прийшли СМД-радіоелементи. Почалося виготовлення мікросхем. З кожним роком кількість компонентів збільшувалася.  Покращувалася якість радіотехнічних пристроїв, зменшувались їх маса та габарити. Я отримав багато додаткової інформації про мікромініатюризацію, розвиток мікроелектроніки. 

http://www.apator.com.ua/?page_id=12

 

Реле електромагнітне: пристрій, принцип дії 

Електромагнітне реле - це комутаційний пристрій для переключення електричних ланцюгів електромагнітним полем.

Області застосування

Електромагнітна комутація використовується в схемах автоматики, керування електроприводами, електроенергетичними і технологічними установками, в системах контролю і т. п. Реле електромагнітне дозволяє регулювати напруги і струми, виконувати функції запам'ятовуючих та перетворюючих пристроїв, фіксувати відхилення параметрів від заданих значень.

Принцип роботи

Електромагнітне реле, принцип дії якого є загальними для будь-якого типу, складається з наступних елементів:

Основу.

Якір.

Котушка з витків дроту.

Рухливі і закріплені контакти.

Усі деталі кріпляться на підставі. Якір виконаний з можливістю повороту і утримується пружиною. Коли на обмотку котушки подається напруга, за її виткам протікає електричний струм, створюючи електромагнітні сили в сердечнику. Вони притягують якір, який повертається і замикає рухливі контакти з парними нерухомими. При відключенні струму якір повертається пружиною назад. Разом з ним переміщаються рухомі контакти. Від типової конструкції відрізняються тільки герконові реле, де контакти, сердечник, якір і пружина поєднані в єдиній парі електродів. Електромагнітне реле, схема якого зображена нижче, є комутуючим пристроєм.

Вона типова і в цілому показує, як електрична енергія перетворюється в магнітну, яка потім долає зусилля пружини й переміщує контакти. Електричні ланцюга котушки і комутації нічим не пов'язані. За рахунок цього малі струми можуть управляти великими. В результаті реле електромагнітне є підсилювачем струму або напруги. Функціонально воно включає три основних елемента:

сприймаючий;

проміжний;

виконавчий.

Першим з них є обмотка, що створює електромагнітне поле. По ній проходить контрольований струм, при досягненні яких заданого порогового значення відбувається вплив на виконавчий елемент - електричні контакти, замикаючі або тих, що розмикають вихідну ланцюг.

Класифікація

Реле класифікуються наступним чином:

За способом управління контактами - якірні і герконові. У першому випадку замикання-розмикання контактів здійснюється при переміщенні якоря. У герконовий перемикачах сердечник відсутня і магнітне поле впливає безпосередньо на металеві електроди з контактами.

Керуючий струм може бути постійним або змінним. В останньому випадку якір і сердечник виконуються з пластин електротехнічної сталі для зменшення втрат. Для постійного струму пристрої бувають нейтральними і поляризованими.

По швидкодії спрацьовування реле поділяються на 3 групи: до 50 мс, до 150 мс і більше 1 ц.

Захист від зовнішніх впливів передбачає пристрою герметизовані, зачохлені і відкриті.

При всьому різноманітті типів, представлених нижче, дія електромагнітного реле засноване на загальному принцип комутації контактів.

Пристрій електромагнітного реле заховано всередині корпусу, зовні виступають тільки висновки обмотки і контактів. Вони здебільшого пронумеровані, для кожної моделі дається схема підключення.

Параметри

Основними характеристиками реле є:

Чутливість - перехід від подається в обмотку сигналу певної потужності, достатньої, щоб відбувалося включення.

Опір обмотки.

Напруга (струм) спрацьовування - мінімальне граничне значення параметра, при якому контакти перемикаються.

Напруга (струм) відпускання.

Час спрацьовування.

Робочий струм (напруга) - величина, при якій відбувається гарантоване включення в процесі експлуатації (значення вказується в заданих межах).

Час відпускання.

Частота включень з навантаженням на контактах.

Достоїнства і недоліки

Реле електромагнітне має такі переваги над напівпровідниковими конкурентами:

комутація великих навантажень при малих габаритах;

гальванічна розв'язка між ланцюгом управління і групою комутації;

низьке тепловиділення на контактах і котушці;

невелика ціна.

Пристрою притаманні також недоліки:

повільне спрацьовування;

відносно невеликий ресурс;

радіоперешкоди при перемиканні контактів;

складність комутації на постійному струмі високовольтних і індуктивних навантажень.

Робочі напруга і струм котушки не повинні виходити за задані межі. При їх низьких значеннях стає ненадійним контактування, а при високих - перегрівається обмотка, збільшується механічна навантаження на деталі і може статися пробій ізоляції. Довговічність реле залежить від виду навантаження та струму, частоти і кількості комутацій. Найбільше контакти зношуються при розмиканні, образующем дугу. Безконтактні апарати мають перевагу, оскільки в них не з'являється дуга. Але є також маса інших недоліків, що не дає можливості замінити реле.

Електромагнітні реле струму

Реле струму і напруги відрізняються, хоча структура у них схожа. Відмінність полягає у виконанні котушки. Реле струму має малу кількість витків на котушці, опір якого невелика. При цьому намотка провадиться товстим дротом.

Обмотка реле напруги утворюється великою кількістю витків. Її зазвичай включають в діючу мережу. Кожне пристрій контролює свій певний параметр з автоматичним включенням або відключенням споживача. З допомогою реле струму контролюють його силу в навантаженні, до якої підключається обмотка. Інформація передається в іншу ланцюг за допомогою підключення до неї опору комутуючим контактом. Підключення проводиться в силову схему безпосередньо або через вимірювальні трансформатори. Захисні пристрої відрізняються швидкодією і мають час спрацювання в кілька десятків мілісекунд.

Реле часу

В схемах автоматики нерідко виникає необхідність створювати запізнювання при спрацьовуванні апаратів або видавати сигнали для технологічних процесів у певній послідовності. Для цього служать перемикачі з затримкою по часу, до яких пред'являються наступні вимоги:

стабільність витримки незалежно від впливу зовнішніх факторів;

невеликі габарити, маса і споживана енергія;

достатня потужність системи контактів.

Для управління електроприводами високі вимоги до точності не пред'являються. Витримка складає 025-10 с. Надійність повинна бути висока, оскільки робота часто здійснюється в умовах трясіння і вібрації. Захисні пристрої енергосистем повинні працювати точно. Витримка не перевищує 20 сек. Спрацьовування відбувається досить рідко, тому високі вимоги до зносостійкості не пред'являються.

Електромагнітні реле часу працюють на наступних принципах сповільнення:

Пневматична - за рахунок наявності пневматичної демпфера.

Електромагнітне - при постійному струмі існує додаткова короткозамкнутая обмотка, в якій наводиться струм, що перешкоджає наростанню головного магнітного потоку при спрацьовуванні, а також його зниження при відключенні.

З анкерним або годинниковим механізмом, який заводиться від електромагніту, і контакти спрацьовують після відліку часу.

Моторне - подача напруги одночасно на електромагніт і двигун, що обертає кулачки, що приводять у дію систему контактів.

Електронний - з допомогою інтегральних ланцюгів або цифрової логіки.

Висновок

З настанням ери електроніки реле електромагнітне поступово витісняється, але воно все ж розвивається, досягаючи нових можливостей. Йому важко знайти альтернативу в місцях, де мають місце перепади струму і напруги при пуску і відключення пристроїв, що використовують електрику.