Elektronika va elektrotexnika

Maydoniy tranzistor
Maydoniy tranzistor yoki unipolyar tranzistorlarning yaratilishi avstriya-vengriyalik fizik Yuliy Edgar Lilienfild nomi bilan bogʻliq. U tokni boshqarishning yangi yoʻlini taklif qilgan. U taklif qilgan usulga koʻra, tok uzatish yoʻli boʻylab unga koʻndalang elektr maydon qoʻyiladi. Bu elektr maydon zaryad tashuvchilarga taʼsir qilib, oʻtkazuvchanlikning yoʻnalishini oʻzgartiradi. Ushbu kashfiyot uchun Kanada (1925-yil 22-oktabrda) va Germaniyada (1928-yilda) patent olgan.
1934-yilda nemis fizigi Oskar Xayl ham Buyuk Britaniyada ixtiro qilgan „kontaktsiz rele“si uchun patent olgan. Maydoniy tranzistorlar sodda elektrostatik effektga asoslangan va unda kechadigan jarayonlar bipolyar tranzistorlarga qaraganda oddiy boʻlishiga qaramasdan toʻliq ish holatidagi maydoniy tranzistorlarni yasash uchun juda koʻp vaqt ketdi.
1920-yilda patentlangan va hozirda kompyuter sanoatining asosini tashkil etadigan birinchi MDS maydoniy tranzistor birinchi boʻlib 1960-yilda amerikalik olimlar Kang va Atallaning ishidan soʻng yaratilgan boʻlib, ular kremniy sirtini oksidlash orqali uning sirtida dielektrikining kremniy dioksidining juda yupqa qatlamini hosil qilishni taklif qildilar. Bu qatlam oʻtkazgich kanalidan metall zatvorni izolyatsiya qilish vazifasini bajarardi. Bunday bunday tuzilishga MOS strukturasi deyiladi (Metall-oksid-yarim oʻtkazgich, inglizcha metall-oxide-semiconductor). XX asrning 90-yillaridan boshlab esa MOS-struktura bipolyar tranzistorlardan yetakchilikni tortib oldi.
Yaratilish tarixi
Tranzistorning yaratilishi XX asrning eng muhim voqealaridan biri boʻlib, 1833-yilda ingliz olimi Maykl Faradey yarimoʻtkazgich material — kumush sulfidi bilan oʻtkazgan tajribadan boshlangan yarimoʻtkazgichlar elektronikasi sohasining keskin rivojlanishiga sabab boʻldi.
1874-yil nemis fizigi Karl Ferdinand Braun metall-yarimoʻtkazgich kontaktida bir tomonlama oʻtkazuvchanlik hodisasini aniqladi.
1906-yili injener Grinlif Vitter Pikkard nuqtaviy yarimoʻtkazgichli diod-detektorni ixtiro qildi. 1910-yilda ingliz fizigi Uilyam Ikklz baʼzi bir yarimoʻtkazgichlar elektr tebranishlarini hosil qilishi mumkinligini aniqladi. 1922-yilda esa Oleg Losev, maʼlum kuchlanishlarda manfiy differensial qarshilikka ega boʻlgan diodlarni yaratdi. Ushbu diodlar, keyinchalik, detektorli va geterodinli radiopriyomniklarda qoʻllanildi. Bu davrning oʻziga xos tomonlaridan biri shunda ediki, u vaqtda yarimoʻtkazgichlar fizikasi hali yetarlicha keng oʻrganilmagan edi. Barcha yutuqlar, asosan, tajribalar tufayli qoʻlga kiritilgandi. Olimlar, kristall ichida qanday fizik hodisalar roʻy berayotganini tushuntirib berishga qiynalishgan. Baʼzida notoʻgʻri xulosalarga ham kelishgan. Shu bilan birga, 1920-1930-yillarda chet davlatlarda radiotexnika sohasiga elektron lampalar kirib keldi. Bu soha yarimoʻtkazgichlar fizikasiga qaraganda kengroq oʻrganilgan boʻlgani uchun koʻp mutaxassis-radiotexniklar aynan shu sohada ishlagan. Yarimoʻtkazgichli diodlarga esa moʻrt va „injiq“ qurilmalar sifatida baho berilgan. Oʻsha vaqtlarda yarimoʻtkazgichlarning katta imkoniyatlarini hech kim payqamagan. Bipolyar va maydoniy tranzistorlar turlicha yoʻllar bilan kashf qilingan. 1963-1990 yillardagi ko'pgina integral mikrosxemalar singari tijorat TTL qurilmalari ham odatda qadoqlanadi ikki qatorli paketlar (DIP-lar), odatda 14 dan 24 tagacha, uchun teshik yoki rozetkaga o'rnatish. Epoksi plastik (PDIP) paketlar ko'pincha tijorat harorat oralig'idagi komponentlar uchun, seramika paketlar (CDIP) harbiy harorat oralig'idagi qismlar uchun ishlatilgan. Qo'rg'oshin Gibrid integral mikrosxemalar sifatida kattaroq massivlarga yig'ish uchun paketlarsiz chip o'lchovlari ishlab chiqarilgan. Harbiy va aerokosmik dasturlar uchun qismlar qadoqlangan yassi sumkalar, bosma elektron platalarga payvandlash yoki lehimlash uchun mos keladigan simi bilan sirtga o'rnatiladigan paketning bir shakli. Bugun TTL-ga mos keladigan ko'plab qurilmalar teshiklarga o'rnatiladigan paketlarga qaraganda kengroq turdagi mavjud bo'lgan sirtga o'rnatiladigan paketlarda mavjud.
TTL ayniqsa bipolyar integral mikrosxemalarga juda mos keladi, chunki darvoza uchun qo'shimcha kirish faqat kirish tranzistorining umumiy bazasida qo'shimcha emitrlarni talab qiladi. Agar birma-bir qadoqlangan tranzistorlar ishlatilgan bo'lsa, barcha tranzistorlar narxi uni bunday kirish tuzilishini ishlatishdan qaytaradi. Ammo integral mikrosxemada qo'shimcha eshik kirishlari uchun qo'shimcha emitentlar faqat kichik maydonni qo'shadilar. Hech bo'lmaganda bitta kompyuter ishlab chiqaruvchisi IBM o'z ishlab chiqaruvchisini qurdi flip chip TTL bilan integral mikrosxemalar; ushbu chiplar seramika ko'p chipli modullarga o'rnatildi. Boshqa mantiqiy oilalar bilan taqqoslash Asosiy maqola: Mantiqiy oila TTL qurilmalari ekvivalentidan sezilarli darajada ko'proq quvvat sarflaydi CMOS qurilmalar dam olish holatida, lekin quvvat sarfi CMOS qurilmalari kabi soat tezligi bilan ko'paymaydi. Zamonaviy bilan taqqoslaganda EChL davrlari, TTL kam quvvat sarflaydi va dizayn qoidalariga osonroq, lekin ancha sekinroq. Dizaynerlar ECL va TTL moslamalarini bir xil tizimda eng yaxshi ishlash va tejamkorlikka erishish uchun birlashtirishi mumkin, ammo ikkita mantiqiy oila o'rtasida darajani o'zgartiruvchi qurilmalar talab qilinadi. TTL shikastlanishiga nisbatan kam sezgir elektrostatik tushirish erta CMOS qurilmalariga qaraganda. TTL qurilmalarining chiqish tuzilishi tufayli chiqish empedansi yuqori va past holat o'rtasida assimetrik bo'lib, ularni uzatish liniyalarini boshqarishga yaroqsiz holga keltiradi. Ushbu kamchilik, odatda, signallarni kabel orqali yuborish kerak bo'lgan maxsus haydovchi qurilmalari bilan chiqishni buferlash orqali bartaraf etiladi. ECL, simmetrik past empedansli chiqish tuzilishi tufayli, bunday kamchilikka ega emas. TTL "totem-qutb" chiqishi strukturasi ko'pincha yuqori va pastki tranzistorlar o'tkazilganda bir lahzali to'qnashuvga ega bo'ladi, natijada elektr ta'minotidan oqimning sezilarli pulsi olinadi. Ushbu impulslar bir nechta integral mikrosxemalar to'plamlari orasida kutilmagan tarzda juftlashishi mumkin, natijada shovqin chegarasi pasayadi va ishlash past bo'ladi. TTL tizimlarida odatda a mavjud ajratish kondensatori har bir yoki ikkita IC to'plami uchun, shuning uchun bitta TTL chipidan oqim pulsi besleme zo'riqishini boshqasiga kamaytirmaydi.
Hozirda bir nechta ishlab chiqaruvchilar CMT mantiqiy ekvivalentlarini TTL-ga mos keladigan kirish va chiqish darajalari bilan ta'minlaydilar, odatda TTL komponentiga o'xshash qism raqamlariga ega va bir xil uzilishlar. Masalan, 74HCT00 seriyali bipolyar o'rnini bosadigan ko'plab almashtirishlarni ta'minlaydi 7400 seriyali qismlar, lekin foydalanadi CMOS texnologiya.
Kichik turlar
Texnologiyalarning ketma-ket avlodlari yaxshilangan quvvat sarfi yoki almashtirish tezligi yoki ikkalasi bilan mos keladigan qismlarni ishlab chiqarishdi. Garchi sotuvchilar ushbu turli xil mahsulotlarni TTL sifatida bir xil tarzda sotishgan Shotki diodalari, LS oilasida ishlatilgan ba'zi bir asosiy sxemalarni ko'rib chiqish mumkin DTL. Oddiy eshiklar tarqalishining kechikishi 10ns bo'lgan va har bir eshik uchun 10 mVt quvvat sarflanadigan asosiy TTL oilasining o'zgarishi va davomchilari quvvatni kechiktiradigan mahsulot (PDP) yoki energiyani almashtirish 100 ga yaqin pJ, quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• 
  Quvvat sarfini (1 mVt) kamaytirish uchun almashtirish tezligini (33ns) almashtiradigan kam quvvatli TTL (L) (endi asosan almashtiriladi CMOS mantiq)
  
• 
  Yuqori tezlikli TTL (H), standart TTL (6ns) ga qaraganda tezroq o'tish bilan, lekin quvvatning tarqalishi sezilarli darajada yuqori (22 mVt)
  
• 
  1969 yilda kiritilgan Schottky TTL (S) ishlatilgan Shotti diodi zaryadning saqlanishiga yo'l qo'ymaslik va almashtirish vaqtini yaxshilash uchun eshik kirishidagi qisqichlar. Ushbu eshiklar tezroq ishladilar (3ns), lekin ularning tarqalishi yuqori (19 mVt)
  
• 
  Kam quvvatli Schottky TTL (LS) - past quvvatli TTL va Shottki diodalarining yuqori qarshilik qiymatlaridan foydalangan holda tezlikni (9,5 nn) yaxshi pasayishini va quvvat sarfini (2 mVt) va PDP ni taxminan 20 pJ tashkil etdi. Ehtimol, TTLning eng keng tarqalgan turi bo'lib, ular avvalgi H, L va S kichik oilalarini almashtirib, mikrokompyuterlarda elim mantig'i sifatida ishlatilgan.
  
• 
  1985 yilga kelib Fairchild va TI dan LS ning tez (F) va Advanced-Schottky (AS) variantlari "bilan"Miller- pastdan yuqori darajaga o'tishni tezlashtirish uchun qotillar "sxemalari. Ushbu oilalar PDP-larga mos ravishda 10 pJ va 4 pJ ni tashkil etdi, bu TTL oilalari orasida eng past ko'rsatkichdir.
  
• 
  3.3 voltli quvvat manbalari va xotira interfeysi uchun past kuchlanishli TTL (LVTTL).
  

Ko'pgina ishlab chiqaruvchilar tijorat va kengaytirilgan harorat oralig'ini taklif qilishadi: masalan, Texas Instruments 7400 seriyali ehtiyot qismlar 0 dan 70 ° C gacha va 5400 seriyali qurilmalar harbiy xususiyatlar bo'yicha -55 dan +125 ° C gacha.
Harbiy va aerokosmik dasturlar uchun maxsus sifat darajalari va yuqori ishonchlilik qismlari mavjud. Radiatsiya bilan qattiqlashtirilgan qurilmalar (masalan, SNJ54 seriyasidan) kosmik dasturlar uchun taklif etiladi. Ilovalar Kelishidan oldin VLSI qurilmalar, TTL integral mikrosxemalari protsessorlar uchun standart qurilish usuli bo'lgan minikompyuter va asosiy ramka kompyuterlar; kabi DEK VAX va Ma'lumotlarning umumiy tutilishiva dastgohlarning raqamli boshqaruvlari, printerlar va video displey terminallari kabi uskunalar uchun. Sifatida mikroprotsessorlar yanada funktsional bo'lib, TTL qurilmalari VLSI elementlarida amalga oshirilgan funktsiya bloklarini bir-biriga bog'laydigan anakartdagi tez avtobus haydovchilari kabi "yopishqoq mantiq" dasturlari uchun muhim ahamiyat kasb etdi. Analog dasturlar Dastlab mantiqiy darajadagi raqamli signallarni boshqarish uchun mo'ljallangan bo'lsa-da, TTL invertori analog kuchaytirgich sifatida yon bosishi mumkin. Chiqish va kirish o'rtasida qarshilikni ulash TTL elementini a ga tenglashtiradi salbiy teskari aloqa kuchaytirgichi. Bunday kuchaytirgichlar analog signallarni raqamli domenga aylantirish uchun foydali bo'lishi mumkin, ammo odatda analog amplifikatsiya asosiy maqsad bo'lgan joyda foydalanilmaydi. TTL invertorlari ham ishlatilishi mumkin kristalli osilatorlar bu erda ularning analog kuchaytirish qobiliyati muhimdir. TTL shlyuzi bexosdan analog kuchaytirgich sifatida ishlashi mumkin, agar kirish asta-sekin o'zgaruvchan kirish signaliga ulangan bo'lsa, u aniqlanmagan hududni 0,8 V dan 2 V gacha bosib o'tadi, agar kirish shu diapazonda bo'lsa, chiqish tartibsiz bo'lishi mumkin. Bu kabi asta-sekin o'zgaruvchan kirish, shuningdek, chiqish pallasida ortiqcha quvvat sarflanishiga olib kelishi mumkin. Agar bunday analog kirish ishlatilishi kerak bo'lsa, unda maxsus TTL qismlari mavjud Shmitt qo'zg'atuvchisi analog bitni raqamli qiymatga ishonchli o'zgartiradigan, bir bitli A dan D gacha konvertor sifatida samarali ishlaydigan yozuvlar mavjud. Shuningdek qarang 7400 seriyali integral mikrosxemalar ro'yxati