Подборка Информация

З днем народження!!! Транзистору 70 років!!!!

    Вважається, що після тривалих спроб створити прототип точкового транзистора, 16 (15 — 17) грудня 1947 фізик-експериментатор Уолтер Браттейн, який працював з теоретиком Джоном Бардином, зібрав перший працездатний точковий транзистор в лабаратории Bell Labs.

   15 або 16 грудня 1947 року Браттейн сконструював контактний вузол з пластмасовою трикутної призми з наклеєною на неї смужкою золотої фольги. Акуратно розрізавши фольгу бритвою, Браттейн отримав зазор між колектором і емітером шириною близько 50 мікрон. 16 грудня Браттейн притиснув контактний вузол зазором до поверхні германієвої пластини, створивши перший працездатний точковий транзистор. 23 грудня 1947 року Браттейн продемонстрував колегам транзисторний підсилювач звукових частот з п’ятнадцятикратне посиленням по напрузі. На частоті 10 МГц посилення склало 20 дБ при вихідній потужності 25 мВт. А 24 грудня Браттейн продемонстрував перший транзисторний генератор.

   Керівництво Bell Labs, розуміючи важливість події, посилило відділ Шоклі фахівцями і на деякий час засекретило проект. Публіка дізналася про винахід транзистора 30 червня 1948 року на відкритій презентації транзистора в Нью-Йорку, приуроченій до виходу статей в Physical Review. За місяць до цієї події в Bell Labs відбулося таємне голосування з вибору імені нового приладу. Відкинувши занадто довге «напівпровідниковий тріод» (semiconductor triode), фактично невірне «триод на поверхневих станах» (surface states triode) і незрозуміле «йотатрон» (iotatron), Bell Labs затвердила «транзистор» (transistor) — від англ. transconductance (провідність) або transfer (передача) і varistor (варістор, керований опір).

Сучасний макет транзистора Бардіна та Браттейн.

Картинки по запросу транзистор

З цього моменту види корпусів транзисторів змінилися до невпізнання !!!!

Картинки по запросу транзистор

Транзисторы IGBT

   Продолжая публикацию ряда статей, описывающих свойства и параметры современных транзисторов, нельзя не отметить эту разновидность как отдельную группу. Итак-

Особенности применения биполярных

транзисторов с изолированным затвором (IGBT)

    Современные силовые устройства преобразования параметров электроэнергии строятся на силовых полупроводниковых ключах, отличающихся от биполярных транзисторов. Особое место среди них занимают рассматриваемые в статье IGBT технологии, то есть устройства с использованием БТИЗ транзисторов (биполярных транзисторов с изолированным затвором) или в английской аббревиатуре IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors) транзисторов. Применение этих технологий существенно расширяет энергетические возможностями и повышает надежность силовых электротехнических устройств.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором

igbt_1

Tехнологии реализации IGBT транзисторов

     Сочетание двух полупроводниковых приборов в одной структуре позволило объединить преимущества полевых и биполярных транзисторов: высокое входное сопротивление и малое сопротивление между силовыми электродами во включенном состоянии. Обратим внимание на то, что на эквивалентных схемах у силового транзистора в том месте, где обозначен эмиттер, написано «коллектор», а где обозначен коллектор написано «эмиттер». Это общепринятое обозначение по принципу управления, указывающее, что входной сигнал управления подается между затвором и эмиттером.

igbt11

Символическое обозначение IGBT (слева) и его эквивалентная схема

     Кратко охарактеризуем историю создания и развития IGBT транзисторов, являющихся продуктом развития технологии силовых транзисторов. Эта история насчитывает несколько десятилетий. С 80-х годов прошлого века и по сегодняшний день создано четыре поколения этих приборов: первое поколение – с 1985 года, когда были достигнуты максимальные значения напряжения Uмакс=1000В, тока Iмакс≈ 25А и минимальное значение времени переключения tпер.мин≈1мкс второе – с 1990 года, когда были достигнуты максимальные значения Uмакс=1600В, Iмакс≈ 50А и минимальное значение времени переключения tпер.мин≈0.5мкс третье – с 1994 года, когда были достигнуты максимальные значения напряжения Uмакс=3500В тока Iмакс≈ 100А и минимальное значение времени переключения tпер.мин≈0.25мкс и, наконец, четвертое поколение – с 1998 года, для которого характерны следующие достижения:Uмакс=4500В, Iмакс≈ 150А, время переключения tпер.мин≈0.2мкс. Для входного пробивного напряжение Uвх.пр современных IGBT транзисторов в справочных данных практически всех фирм-производителей транзисторов приводится значение, равное Uвх.пр=±20В, и таким образом при работе с этими приборами необходимо следить, чтобы напряжение затвор-эмиттер не превышало указанное значение напряжения. Далее, напряжение на затворе IGBT транзистора, при котором входной МОП и выходной биполярный транзистор начинают отпираться, составляет от 3,5 до 6,0 В, и гарантированное напряжение, при котором транзистор полностью открыт, то есть может пропускать максимально допустимый ток через коллектор-эмиттерный переход, составляет от 8 до предельного значения 20 В.


 IGBT против MOSFET: история противостояния

В первой половине восьмидесятых годов прошлого века, сразу после начала серийного производства IGBT, разгорелись споры: что лучше применять в качестве силовых токовых ключей (СТК)? К началу девяностых IGBT значительно улучшили свои характеристики и были признаны основными кандидатами для применений, требующих высоковольтных СТК и допускающих при этом работу на сравнительно невысоких частотах. Во многих публикациях 90-х годов обосновывалась технико-экономическая эффективность замены MOSFET на IGBT.

igbt_fet

    Однако, за прошедшие полтора десятилетия с момента первой публикации выше указанного рисунка, СТК были очень серьезно усовершенствованы. «Команда» кремниевых MOSFET получила мощнейшее пополнение в виде Superjunction-приборов, при производстве IGBT стала применяться технология обработки очень тонких пластин (толщиной менее 100 мкм), и на этой основе реализована FieldStop-концепция профиля легирования IGBT, сочетающая лучшие качества PT-IGBT и NPT-IGBT. Кроме того, во многих современных IGBT планарная MOSFET-структура заменена на Trench-MOSFET, что обеспечивает дополнительный выигрыш по величине падения напряжения в проводящем состоянии. Все это делает актуальным перепроверку рекомендаций выше указанного рисунка по рациональному распределению областей применения между различными СТК. При этом надо учитывать примерное соотношение относительной себестоимости производства приборов разной конструкции (на единицу площади чипа). Особняком стоят мощные БТ (они намного дешевле других СТК, но их рабочая плотность тока годаздо ниже, чем у полевых приборов, особенно IGBT). Среди высоковольтных СТК с полевым управлением наиболее экономически выгодны в производстве «классические» MOSFET: планарные, в целом, подешевле, чем Trench-MOSFET, но разница невелика; IGBT несколько дороже, чем MOSFET (примерно в 1,5…3 раза), вследствие выполнения дополнительных операций при изготовлении и испытаниях, либо из-за необходимости обрабатывать очень тонкие пластины (это еще более дорогая технология, чем длительная эпитаксия на подложку стандартной толщины). Superjunction-MOSFET обеспечивают выигрыш по удельному сопротивлению открытого прибора в 5…10 раз по сравнению с классическими MOSFET. Они примерно во столько же раз дороже последних в производстве, но имеют значительный потенциал усовершенствования (в том числе — удешевления), отчасти уже реализованный за 12 лет с начала их серийного производства. Высоковольтные кремниевые Superjunction-MOSFET кратно дороже при изготовлении, чем IGBT. За последние годы начато серийное производство высоковольтных карбид-кремниевых полевых СТК. По комплексу важнейших электрофизических характеристик SiC настолько превосходит кремний как материал для изготовления мощных высоковольтных полупроводниковых приборов, что даже первые, во многом еще несовершенные карбид-кремниевые MOSFET на напряжение 1200 В уже имеют лучшие технические характеристики, чем конкурирующие кремниевые СТК. Главной проблемой серийного производства SiC-приборов считается значительная плотность опасных дефектов кристалла полупроводника. Некоторые из этих дефектов могут отрицательно влиять на долговременную стабильность характеристик СТК. Поэтому, SiC-приборы вынужденно имеют небольшие размеры чипов, в пределах которых можно найти достаточное количество подложек с приемлемым качеством. Не случайно наибольших успехов в серийном производстве SiC-приборов добилась компания Cree, массово применяющая карбид-кремниевые подложки при изготовлении светодиодов. Пока сложно прогнозировать динамику цен карбид-кремниевых СТК и возможность их по-настоящему массового выпуска.


     Максимальные токи, которые могут коммутировать современные IGBT транзисторы, находятся в пределах от 7 до 150 А, а их допустимый импульсный ток, как правило, в 2,5 – 3,0 раза превышает максимальный. Для больших мощностей выпускаются составленные из нескольких транзисторов модули с предельными значениями тока до 1000 А. Пробивные напряжения IGBT транзисторов находятся в пределах от 400 до 4500 В.

Основные параметры некоторых IGBT транзисторов приведены в табл.1, а параметры модулей, выпускаемых по технологии Trench или NPT, – в табл. 2

Табл.1
Тип элемента

Uкэ

В

Uкэн
В

Iк при
t=25°С

А

Iк при
t=100°С

А

Р


Вт

IRG4BC30FD

600

1,6

31

17

100

IRGBC30MD2

600

3,9

26

16

100

IRG4PC30FD

600

1,6

31

17

100

IRG4PC40FD

600

1,5

49

27

160

IRG4PC50FD

600

1,5

70

39

200

IRGPC40MD2

600

4,0

40

24

160

IRGPC50MD2

600

3,0

59

35

200

IRGPH30MD2

1200

4,5

15

9

100

IRGPH40FD2

1200

4,3

29

17

160

IRGPH40MD2

1200

4,4

31

18

160

IRGPH50FD2

1200

3,9

45

25

200

IRGPH50MD2

1200

3,9

42

23

200

OM6516SC

1000

4,0

25

125

OM6520SC

1000

4,0

25

125


Табл.2
Тип модуля

Uкэ

В

Uкэн
В

Iк при
t= 25°С

А

Iк при
t= 100°С

А

Р

Вт

IRGDDN300M06

600

3,0

399

159

1563

IRGDDN400M06

600

3,0

599

239

1984

IRGDDN600M06

600

3,7

799

319

2604

IRGRDN300M06

600

3,0

399

159

1563

IRGRDN400M06

600

3,0

599

239

1984

IRGRDN600M06

600

3,7

799

319

2604

IRGTDN200M06

600

3,0

299

119

1000

IRGTDN300M06

600

3,0

399

159

1316

Где:

  • Uкэ — Напряжение коллектор-эмиттер
  • Uкэн- Напряжение коллектор-эмиттер открытого транзистора
  • Iк - Постоянный ток коллектора
  • Р — Максимальная рассеиваемая мощность

    Напряжение коллектор-эмиттерного перехода открытого транзистора находится в пределах от 1,5 до 4,0 В (в зависимости от типа, значений тока и предельного напряжения IGBT транзистора) в одинаковых режимах работы. Для различных типов приборов напряжение на переходе открытого транзистора тем выше, чем выше значение пробивного напряжения и скорость переключения. Вследствие низкого коэффициента усиления выходного биполярного транзистора в целом, IGBT транзистор защищен от вторичного пробоя и имеет (что особо важно для импульсного режима) прямоугольную область безопасной работы. С ростом температуры напряжение на коллектор-эмиттерном переходе транзистора несколько увеличивается, что дает возможность включать приборы параллельно на общую нагрузку и увеличивать суммарный выходной ток. Также как МОП транзисторы, IGBT транзисторы имеют емкости затвор-коллектор, затвор-эмиттер, коллектор-эмиттер. Величины этих емкостей обычно в 2 – 5 раз ниже, чем у МОП транзисторов с аналогичными предельными параметрами. Это связано с тем, что у IGBT транзисторов на входе размещен маломощный МОП транзистор. Для управления им в динамических режимах нужна меньшая мощность. Время нарастания или спада напряжения на силовых электродах IGBT транзисторов при оптимальном управлении составляет около 50 – 200 нс и определяется в основном скоростью заряда или разряда емкости затвор-коллектор от схемы управления. Существенным преимуществом IGBT транзисторов по сравнению с биполярными транзисторами является то, что биполярные транзисторы в структуре IGBT не насыщаются и, следовательно, у них отсутствует время рассасывания. Однако после уменьшения напряжения на затворе ток через силовые электроды еще протекает в течение от 80 – 200 нс до единиц мкс в зависимости от типа прибора. Уменьшить эти временные параметры невозможно, так как база p-n-p транзистора недоступна.

    Технологические методы уменьшения времени спада ведут к увеличению напряжения насыщения коллектор-эмиттерного перехода. Поэтому чем более быстродействующим является транзистор, тем выше напряжение насыщения. IGBT транзисторы по сравнению с МОП транзисторами обладают следующими преимуществами:

  • Экономичностью управления, связанной с меньшим значением емкости затвора и, соответственно, меньшими динамическими потерями на управление.
  • Высокой плотностью тока в переходе эмиттер-коллектор – такой же, как и у биполярных транзисторов.
  • Меньшими потери в режимах импульсных токов.
  • Практически прямоугольной областью безопасной работы.
  • Возможностью параллельного соединения транзисторов для работы на общую нагрузку.
  • Динамическими характеристиками у транзисторов, выпущенных за последние годы, приближающимися к характеристикам МОП транзисторов.

Основным недостатком IGBT транзисторов является сравнительно большое время выключения, что ограничивает частоты переключения до 20 – 100 кГц даже у самых быстродействующих транзисторов. Кроме того, с ростом частоты необходимо уменьшать ток коллектора. Например, из зависимости тока коллектора IGBT транзистора от частоты для транзистора IRGPC50UD2, приведенной на рис. 2, следует, что при частотах работы транзисторов, превышающих 10 кГц, приходится уменьшать ток коллектора более чем в два раза. Но все же для силовых инверторов с увеличением мощности преобразования рабочую частоту необходимо уменьшать также из соображений уменьшения влияния паразитных индуктивностей монтажа.

Картинки по запросу зависимости тока коллектора IGBT транзистора от частоты для транзистора IRGPC50UD2

     Процесс включения IGBT транзистора разделяется на два этапа. При подаче положительного напряжения между затвором и истоком открывается полевой транзистор, и далее движение зарядов из области n в область p приводит к открыванию биполярного транзистора, то есть к появлению тока между эмиттером и коллектором. Таким образом, полевой транзистор управляет биполярным. У IGBT транзисторов с максимальным значением напряжения в пределах 500 – 1200 В падение напряжения в насыщенном состоянии находится в диапазоне 1,2 – 3,5 В, то есть оно приблизительно такое же, как и у биполярных транзисторов. Однако эти значения падения напряжения намного меньшие по сравнению со значениями падения напряжения на силовых MOП транзисторах в проводящем состоянии с аналогичными параметрами. С другой стороны, MOП транзисторы с максимальными значениями напряжения, не превышающими 200 В, имеют меньшие значения падения напряжения между силовыми электродами во включенном состоянии, чем IGBT транзисторы. В связи с этим применение МОП транзисторов является более предпочтительным в области низких рабочих напряжений и коммутируемых токов до 70 А. По быстродействию IGBT транзисторы превосходят биполярные транзисторы, однако уступают MOП транзисторам. Значения времен рассасывания накопленного заряда и спада тока при выключении IGBT транзисторов находятся в пределах 0,2 – 0,4 мкс. Область безопасной работы IGBT транзисторов позволяет обеспечить надежную работу этих устройств без усложнений дополнительными цепями ускорения переключения при частотах от 10 до 20 кГц. Этого не могут обеспечить биполярные транзисторы. IBGT транзисторы относятся к приборам силовой электроники, и выпускаемые промышленностью на сегодняшний день реальные приборы имеют предпочтение в их использовании в диапазоне мощностей от единиц киловатт до единиц мегаватт. Дальнейшее совершенствование IGBT транзисторов проводится по пути повышения быстродействия, предельных коммутируемых токов и напряжений.

IGBT седьмого поколения производства IR

International Rectifier имеет, пожалуй, наибольший опыт разработки и производства высококачественных IGBT, который воплотился в создание приборов 7-го поколения. Наибольший интерес среди них представляют две серии IGBT 12-го класса. Они изготовлены по наиболее прогрессивной на сегодняшний день технологии обработки особо тонких пластин кремния, имеют Trench-MOSFET-структуру и оптимизированный профиль легирования кристалла FieldStop. Это обеспечивает хороший баланс характеристик приборов как в режиме проводимости тока, так и при переключениях. Все важнейшие характеристики СТК подвергаются 100% контролю на ПСИ, причем установлены достаточно жесткие нормы годности. В завершении испытаний все приборы проверяются на отключение тока коллектора, вчетверо превышающего Iк ном при напряжении ограничения Uкэ огр = 960 В. Такой жесткий тест способны пройти только качественные приборы, не имеющие каких-либо слабых мест в своей конструкции. В отличие от большинства конкурентов, компания International Rectifier выделила IGBT, имеющие нормированную стойкость к КЗ в цепи нагрузки, в самостоятельную линейку приборов. Если по смыслу применения IGBT «близкое» короткое замыкание маловероятно (последовательно с СТК включен дроссель, ограничивающий скорость изменения тока до безопасных значений, которые без проблем отрабатываются штатным контуром регулирования тока), рекомендуется применять серию U. По сравнению с приборами серии K10, выдерживающими КЗ в течение, по крайней мере, 10 мкс при Uкэ = 600 В и Tп = 150°C, IGBT из линейки U имеют на 300 мВ меньшее прямое падение напряжения при паритете по коммутационным свойствам. Выигрыш на 15% — серьезный бонус для пользователя! Серия K10 предназначена, преимущественно, для применения в электроприводах. Uкэ пров IGBT 7-го поколения на 1200 В имеет, при токах порядка Iк ном, небольшой положительный температурный коэффициент. Он не сильно увеличивает потери режима проводимости при нагреве, совершенно безопасен в отношении электротеплового разгона, но эффективно обеспечивает симметрирование режимов работы при параллельном включении нескольких приборов. Старшие модели серий отличаются весьма большими значениями рабочих токов. Например, IRG7PSH73K10 в корпусе Super247 имеет номинальный ток 75 А и может конкурировать со значительно более дорогими модульными IGBT или заменять несколько параллельно включенных дискретных приборов. Повышение предельно допустимой температуры кристалла IGBT 7-го поколения — до 175°C (у большинства конкурентов только 150°C) очень эффективно (на 20…30%) увеличивает допустимую рассеиваемую мощность приборов, их токонесущую способность и частотный потенциал. Использование тонких чипов уменьшило тепловое сопротивление между наиболее горячей областью кристалла и медным основанием прибора, а также снизило термомеханические напряжения в конструкции, что улучшает стойкость этих IGBT при циклических режимах нагружения. Новинкой является модификация исполнения чипов IGBT 7-го поколения с двухсторонним отводом тепла и электрическим присоединением медными «шинками» (вместо обычно применяемых проволочек). Циклостойкость таких приборов исключительно высока. Большинство СТК предлагается как в виде одиночных IGBT, так и Co-PACK, совместно с быстровосстанавливающимися диодами. Основные характеристики IGBT седьмого поколения производства International Rectifier представлены в таблице 2.

 

Таблица 2. IGBT седьмого поколения производства International Rectifier

Наименование Uкэк,В Корпус Схема прибора Рекомен-дуемый час-тотный диа-пазон приме-нения, кГц Iк макс доп, А при Ткорп=100°С Uкэ откр, В при Тп=25°С (макс.)
IRG7I313U 330 TO220FP IGBT 8…30 10 1,45
IRG7P313U 330 TO247AC IGBT 8…30 20 1,45
IRG7R313U 330 DPAK IGBT 8…30 20 1,45
IRG7S313U 330 D2PAK IGBT 8…30 20 1,45
IRG7I319U 330 TO220FP IGBT 8…30 15 1,45
IRG7S319U 330 D2PAK IGBT 8…30 20 1,43
IRG7IA13U 360 TO220FP IGBT 8…30 10 1,52
IRG7RA13U 360 DPAK IGBT 8…30 20 1,52
IRG7IA19U 360 TO220FP IGBT 8…30 15 1,52
IRG7PA19U 360 TO247FP IGBT 8…30 26 1,52
IRG7IC18FD 600 TO220FP IGBT+диод 1…8 7,5 1,85
IRG7IC20FD 600 TO220FP IGBT+диод 1…8 8 1,85
IRG7IC23FD 600 TO220FP IGBT+диод 1…8 9 1,85
IRG7IC28U 600 TO220FP IGBT 8…30 12 1,95
IRG7PC28U 600 TO247FP IGBT 8…30 33 1,95
IRG7IC30FD 600 TO220FP IGBT+диод 1…8 12 1,85
IRG7RC07SD 600 DPAK IGBT+диод 0…1 8,5 1,5
IRG7RC10FD 600 DPAK IGBT+диод 1…8 9 1,85
IRGP4266 650 TO247AC IGBT 0…1 90 2,1
IRGP4266-E 650 TO247AD IGBT 0…1 90 2,1
IRGP4263 650 TO247AC IGBT 8…30 60 2,1
IRGP4263-E 650 TO247AD IGBT 8…30 60 2,1
IRG7PH28UD1 1200* TO247AC IGBT+диод 8…30 15 2,3
IRG7PH28UD1M 1200* TO247AD IGBT+диод 8…30 15 2,3
IRG7PH30K10 1200 TO247AC IGBT 4…20 23 2,35
IRG7PH30K10D 1200 TO247AC IGBT+диод 4…20 16 2,35
IRG7PH35U 1200 TO247AC IGBT 8…30 35 2,2
IRG7PH35U-E 1200 IGBT 8…30 35 2,2
IRG7PH35UD 1200 TO247AC IGBT+диод 8…30 25 2,2
IRG7PH35UD-E 1200 TO247AD IGBT+диод 8…30 25 2,2
IRG7PH35UD1 1200* TO247AC IGBT+диод 8…30 25 2,2
IRG7PH35UD1-E 1200* TO247AD IGBT+диод 8…30 25 2,2
IRG7PH35UD1M 1200* TO247AD IGBT+диод 8…30 25 2,2
IRGPH42U 1200 TO247AC IGBT 8…30 60 2,0
IRGPH42U-E 1200 TO247AD IGBT 8…30 60 2,0
IRGPH42UD 1200 TO247AC IGBT+диод 8…30 45 2,0
IRGPH42UD-E 1200 TO247AD IGBT+диод 8…30 45 2,0
IRGPH42UD1 1200* TO247AC IGBT+диод 8…30 45 2,0
IRGPH42UD1-E 1200* TO247AD IGBT+диод 8…30 45 2,0
IRGPH42UD1M 1200* TO247AD IGBT+диод 8…30 45 2,0
IRG7PH46U 1200 TO247AC IGBT 8…30 75 2,0
IRG7PH46U-E 1200 TO247AD IGBT 8…30 75 2,0
IRG7PH46UD 1200 TO247AC IGBT+диод 8…30 57 2,0
IRG7PH46UD-E 1200 TO247AD IGBT+диод 8…30 57 2,0
IRG7PH50U 1200 TO247AC IGBT 8…30 90 2,0
IRG7PH50U-E 1200 TO247AD IGBT 8…30 90 2,0
IRG7PH50K10D 1200 TO247AC IGBT+диод 4…20 50 2,4
IRG7PH50K10D-E 1200 TO247AD IGBT+диод 4…20 50 2,4
IRG7PSH50UD 1200 TO247AA IGBT+диод 8…30 70 2,0
IRG7PSH73K10 1200 TO247AA IGBT 4…20 130 2,3
* — допускает повторяющиеся импульсные перенапряжения до 1300 В.

International Rectifier – 65 лет инноваций

Рейнгольд Тойрер (International Rectifier)

     Р.Т.: Уже 65 лет IR находится на переднем крае инноваций в области управления электропитанием. Независимо от макроэкономической обстановки, IR продолжает инвестировать разработки и исследования, применяя агрессивные стратегии для увеличения доли рынка и фокусируя усилия на росте прибыли. В последнее время мы представили на рынок 600 В и 1200 В Trench IGBT; силовые MOSFETs серии StrongIRFETTM со сверхнизким значением RDS(on) для широкого круга промышленных приложений, включающих аккумуляторные сборки, инверторы, источники бесперебойного питания, инверторы солнечных батарей, вилочные погрузчики и силовые приборы; семейство интегральных силовых модулей PowIRaudioTM для высококачественных систем домашнего кинотеатра и автомобильных аудиоусилителей; а также — большую линейку микросхем для систем освещения.

IOR-Factory

   Р.Т.: Поскольку физические пределы возможностей кремния уже достигнуты, становится все сложнее и требует все больших затрат дальнейшее повышение производительности. В некоторых случаях для повышения плотности мощности системы при минимуме затраченной энергии с одновременным ограничением размера системы, ее сложности и цены, необходимы новые технологии, в то время как в других случаях нужны новые материалы. Хороший пример этого — революционная технологическая платформа компании IR для силовых компонентов на основе нитрида галлия GaNpowIR®, которая знаменует собой новую эру в разработке высокоэффективных силовых изделий.

    Недавно компания IR объявила, что завершила испытания и отгрузила изделия, выпущенные на базе GaN-платформы для систем домашнего кинотеатра, которые выпускает один из ведущих производителей потребительской электроники. Это достижение подчеркивает стратегическое преимущество International Rectifier на рынке управления электропитанием, поскольку представляет собой эффективную, с точки зрения капитализации, модель производства, которая означает для покупателя рост значения показателя качества примерно в десять раз по сравнению с самой современной технологией на базе кремния. Это новейшее достижение демонстрирует неизменное стремление IR предоставить своим клиентам наиболее современные технологические достижения в области управления электропитанием.

НОВАЯ СЕРИЯ МОП-ТРАНЗИСТОРОВ IRFP4XXX

Новая серия мощных МОП-транзисторов IRFP4xxx компании International Rectifier (IR) с ультранизким сопротивлением канала позволяет существенно повысить КПД преобразования электрической энергии и значительно сократить потери проводимости в конверторах.

Отличительная особенность новой серии IRFP4xxx, производимой по новейшей технологии Trench HEXFET Power MOSFETs, — уменьшенное сопротивление Rds(on) до 2,5 раз по сравнению с транзисторами предыдущего поколения. Все они выпускаются в стандартном популярном корпусе TO-247AC, что позволяет существенно снизить стоимость готового устройства. Производитель рекомендует следующие области применения новых МОП-транзисторов:

 — синхронные выпрямители телекоммуникационных и промышленных преобразователей энергии с напряжением шин питания до 80 В;

— мощные инверторы постоянного и переменного тока;

— источники бесперебойного питания (UPS);

— силовые O’Ring узлы (замена диодов Шоттки в мощных схемах ИЛИ для суммирования выходных токов);

— привод электроинструмента;

— промышленный привод постоянного тока с батарейным питанием от 12 до 80 В (электрокары, вилочные подъемники);

— силовая автоэлектроника — мощные DC/DC-преобразователи для сетей 14 В/42 В, инверторы стартер-генераторов и электромеханических усилителей руля;

— инверторы солнечных батарей.

Преимущества по отношению к предыдущим поколениям MOSFET

На рисунке 1 представлено сравнение Rds(on) новых транзисторов (выделены желтым цветом) и лучших приборов предыдущего поколения IR (выделены синим цветом).

 Сравнение Rds(on) транзисторов новой серии IRFP4xxx и приборов предыдущих

Рис. 1. Сравнение Rds(on) транзисторов новой серии IRFP4xxx и приборов предыдущих поколений

В таблицу 1 сведены для сопоставления основные параметры транзисторов, производимых по новейшей технологии, и некоторых предыдущих серий MOSFET в корпусе ТО-247АС.

Таблица 1. Параметры новых полевых транзисторов IRFP4xxx и транзисторов IR предыдущих поколений в корпусе TO-247AC

Наименование Vси, макс,
В
Rds(on)
макс.,
мОм,
Vзи=10 В
Iстока,
A,
t° = 25°C
Iстока,
A,
t° = 100°C
Qg.*,
тип.,
нКл
Qgd**,
тип.,
нКл
Rth(JC)***,
К/Вт
Мощ-
ность,
Вт, макс.
(при t°=25°C)
IRFP4004PBF(New) 40 1,7 350**** 250**** 220 75 0,40 380
IRFP044N 55 20,0 53 37 40,7 16,0 1,5 100
IRFP1405 55 5,3 160 110 120,0 53,3 0,49 310
IRFP064N 55 8,0 98 69 113,3 50,0 1,0 150
IRFP054N 55 12,0 72 51 86,7 35,3 1,2 130
IRFP048N 55 16,0 62 44 59,3 26,0 1,2 130
IRFP064V 60 5,5 130 95 173,3 62,7 0,60 250
IRFP054V 60 9,0 93 66 113,3 39,3 0,85 180
IRFP3206PBF 60 3,0 200 140 120,0 35,0 0,54 280
IRFP3306PBF 60 4,2 160 110 85,0 26,0 0,67 220
IRFP2907Z 75 4,5 170 120 180,0 65,0 0,49 310
IRFP4368PBF(New) 75 1,8 350**** 250**** 380,0 105,0 0,29 520
IRFP3077PBF 75 3,3 200 140 160,0 42,0 0,44 340
IRFP2907 75 4,5 177 125 410,0 140,0 0,45 330
IRFP4710 100 14,0 72 51 110,0 40,0 0,81 190
IRFP4410ZPBF 100 9,0 97 69 83,0 27,0 0,65 230
IRFP150V 100 24,0 46 32 86,7 28,7 1,1 140
IRFP150N 100 36,0 39 28 73,3 38,7 1,1 140
IRFP140N 100 52,0 27 19 62,7 28,7 1,6 94
IRFP3710 100 25,0 51 36 66,7 17,3 0,83 180
IRFP4310ZPBF 100 6,0 134 95 120,0 35,0 0,54 280
IRFP4468PBF(New) 100 2,6 290**** 200**** 360,0 89,0 0,29 520
IRFP4110PBF 100 4,5 180 130 150,0 43,0 0,40 370
IRFP3415 150 42,0 43 30 133,3 65,3 0,75 200
IRFP4321PBF 150 15,5 78 55 71,0 21,0 0,49 310
IRFP4568PBF(New) 150 5,9 171**** 121**** 151,0 55,0 0,29 517
IRFP4227PBF 200 25,0 65 46 70,0 23,0 0,45 330
IRFP260N 200 40,0 49 35 156,0 73,3 0,50 300
IRFP4668PBF(New) 200 9,7 130 92 161,0 52,0 0,29 520
IRFP90N20D 200 23,0 94 66 180,0 87,0 0,26 580
IRFP250N 200 75,0 30 21 82,0 38,0 0,70 214
IRFP4332PBF 250 33,0 57 40 99,0 35,0 0,42 360
IRFP4229PBF 250 46,0 44 31 72,0 26,0 0,49 310
IRFP4232 250 35,7 60 42 160,0 60,0 0,35 430
IRFP4242PBF 300 59,0 46 33 165,0 61,0 0,35 430
*     Qg — Total Gate Charge — суммарный (полный) заряд затвора
**    Qgd — Gate-to-Drain («Miller») Charge — заряд затвора, обусловленный эффектом Миллера
***  Rth(JC) — тепловое сопротивление «переход-корпус» (Junction-to-Case), измеренное
ри температуре около 90°С
**** Максимальный ток, ограниченный кристаллом
ток, ограниченный выводами корпуса, см. в документации производителя).

      Необходимо обратить внимание на то, что новые транзисторы IRFP4004PBF, IRFP4368PBF, IRFP4468PBF, IRFP4568PBF имеют ограничение тока из-за сопротивления выводов корпуса ТО-247АС, а не из-за кристалла (кристалл способен на гораздо большее). При расчетах схем с этими транзисторами и сравнении с аналогичными приборами целесообразнее ориентироваться на сопротивление канала в открытом состоянии, не забывая об ограничении тока выводами корпуса ТО-247АС. В новой серии появился транзистор IRFP4004PBF с максимальным напряжением сток-исток 40 В (см. рисунок 1), обладающий рекордно низким сопротивлением Rds(on) 1,7 мОм (это максимальное значение, типовое значение обычно еще меньше). Однако за это приходится расплачиваться увеличением заряда затвора, что влечет за собой выбор драйверов MOSFET с большими выходными токами, короткими фронтами и малыми задержками, хотя выбор таких драйверов достаточно велик и обычно не вызывает никаких затруднений. Все новые транзисторы обладают очень низкими значениями теплового сопротивления переход-корпус, что позволяет более эффективно отводить тепло от кристалла. Нужно отметить, что пять новых транзисторов заменяют большое количество транзисторов предыдущего поколения International Rectifier (см. таблицу 1) и некоторые MOSFET известных фирмFairchild, ST, IXYS (см. таблицы 2 и 3).

Таблица 2. Сравнение параметров новых транзисторов IR серии IRFP4xxx с аналогичными от других производителей

Произво-
дитель
Наименова-
ние
Vси,
макс.,
В
Rds(on)
макс.,
мОм,
Vзи=
10 В
Iстока,
A,
t°=
25°C
Qg.*,
тип.,
нКл
Qgd**,
тип.,
нКл
Rth(JC)
***
К/Вт
Мощ-
ность,
Вт,
макс.
(при
t°=
25°C)
Корпус
IR IRFP4004PBF 40 1,7 350**** 220,0 75,0 0,40 380 TO-247AC
Fairchild FDA8440 40 2,1 100 345 74 0,49 306 TO-247AC
IR IRFP4368PBF 75 1,8 350**** 380,0 105,0 0,29 520 TO-247AC
Fairchild FD038AN08A1 75 3,5 80 125 0,33 450 TO-247AC
STM STW220NF75 75 4,4 120 500 135 0,3 460 TO-247AC
IR IRFP4468PBF 100 2,6 290**** 360,0 89,0 0,29 520 TO-247AC
Fairchild HUF75652G3 100 8 75 475 74 0,29 515 TO-247AC
IXYS IXTR200N10P 100 8 120 235 0,5 300 Super247
IXYS IXFX250N10P 100 6,5 250 205 0,12 1250 Super247
IR IRFP4568PBF 150 5,9 171**** 151,0 55,0 0,29 517 TO-247AC
Fairchild HUF7588G3 150 16 75 480 66 0,3 500 TO-247AC
IXYS IXTQ120N15P 150 16 120 150 0,25 600 TO-3P
IXYS IXTQ150N15P 150 13 150 190 0,21 714 TO-3P
IR IRFP4668PBF 200 9,7 130 161,0 52,0 0,29 520 TO-247AC
Fairchild FQA65N20 200 32 65 200 75 0,4 310 TO-3P
IXYS IXTH96N20 200 24 96 145 0,25 600 TO-247AC
IXYS IXTQ120N20 200 22 120 152 0,21 713 TO-3P
*, **, ***, **** — расшифровка приведена в таблице 1.

Таблица 3. Рекомендуемые замены от IR для транзисторов с близкими параметрами других производителей

Произво-
дитель
Наименова-
ние
Прямая
замена
от IR
Замена
от IR с
улучшением
параметров
Возмож-
ная
замена
от IR
Корпус
других
произво-
дителей
Корпус
IR
  FDA8440 - IRFP4004PBF - TO-3P TO-247
FDH038AN08A1 - IRFP4368PBF - TO-247 TO-247
HUF75653G3 - IRFP4468PBF - TO-247 TO-247
HUF75882G3 - IRFP4568PBF - TO-247 TO-247
FQA65N20 - IRFP4668PBF - TO-247 TO-247
  STW200NF75 IRFP4368PBF - - TO-247 TO-247
  IXTR200N10P - - IRFP4468PBF ISO247 TO-247
IXFX250N10P - - IRFP4468PBF PLUS247 TO-247
IXTQ120N15P - IRFP4568PBF - TO-3P TO-247
IXTQ150N15P - - - TO-3P TO-247
IXTH96N20 IRFP4668PBF - - TO-247 TO-247
IXTQ120N20 - IRFP4668PBF - TO-3P TO-247

Сравнение новых Trench HEXFET Power MOSFETs с аналогами других производителей

Среди транзисторов с напряжением сток-исток 40 В прибор IRFP4004PBF не имеет аналогов. По сопротивлению канала с ним может конкурировать только транзистор IR в дорогом 7-выводном корпусе для поверхностного монтажа IRF2804S-7P. Самый близкий прибор от другого производителя — этоFDA8440 с сопротивлением канала 2,1 мОм от компании Fairchild (параметры для сравнения приведены в таблице 2). В крайнем правом столбце таблицы 2 для всех транзисторов других производителей указано отношение сопротивлений Rds(on) близкого по параметрам транзистора IR к Rds(on) конкретного транзистора другого производителя. Все эти соотношения меньше 1, что говорит о том, что сопротивление канала транзисторов IR меньше или гораздо меньше аналогичного параметра приборов фирм Fairchild, ST и IXYS.

В диапазоне напряжений сток-исток 55…75 В бесспорным лидером является IRFP4368PBF.Сопротивление канала 1,8 мОм в сочетании с остальными параметрами обеспечивают ему большой отрыв от популярных IRFP044N, IRFP048N и IRFP064N (диапазон 55 В). 75-вольтовый новый транзистор IRFP4368PBF с успехом заменяет 60-вольтовые IRFP064V, IRFP054V, IRFP3206PBF, IRFP3306PBF и очень популярный 75-вольтовый IRFP2907Z. У нового транзистора IRFP4368PBF сопротивление канала снижено в 2,5 раза по сравнению с лучшим прибором IR предыдущего поколенияIRFP2907Z. Ближайшие конкуренты для напряжения 75 В от компаний Fairchild — FD038AN08A1 и от компании ST — STW220NF75 имеют сопротивление канала 3,5 и 4,4 мОм соответственно (см. таблицу 2).

В диапазоне 100 В тон задает IRFP4468PBF c сопротивлением канала 2,6 мОм. 100-вольтовый транзистор IR предыдущего поколения IRFP4110PBF имеет Rds(on) 4,5 мОм, а ближайшие по параметрам 100-вольтовые HUF75652G3 (Fairchild) и IXTR200N100P (IXYS) - 8 мОм, аIXFX250N10P (IXYS) - 6,5 мОм. Однако последние два транзистора фирмы IXYS выпускаются в более дорогих корпусах Super247.

Диапазон 150 В. Здесь в большом отрыве IRFP4568PBF с сопротивлением канала 5,9 мОм. Среди догоняющих — 150-вольтовые HUF75882G3 компании Fairchild с Rds(on) 16 мОм, а также IXTQ120N15P и IXTQ150N15P компании IXYS с сопротивлениями канала 16 и 13 мОм соответственно. Справедливости ради нужно отметить, что транзисторы IXYS производятся в более дорогих корпусах ТО-3Р.

Наконец, мы подошли к диапазону 200 В. Здесь самый сильный игрок — новый транзистор IRFP4668PBF с сопротивлением канала 9,7 мОм, что для 200-вольтовых приборов является эталонным показателем при таком напряжении. Ближайшие транзисторы этого класса FQA65N20 (Fairchild) имеют Rds(on) 32 мОм, а IXTH96N20 и IXTQ120N20 компании IXYS - 24 и 22 мОм соответственно. Однако кристаллы FQA65N20 и IXTQ120N20 упакованы в более дорогие корпуса ТО-3Р, что дает дополнительное преимущество транзистору IRFP4668PBF. 200-вольтовые транзисторы предназначены для работы в телекоммуникационных источниках питания с шиной с постоянным напряжением до 80 В.

В таблице 3 приведены рекомендуемые замены от International Rectifier для МОП-транзисторов компаний Fairchild, ST, IXYS.

В некоторых случаях один новый МОП-транзистор IR может заменить до трех параллельно включенных транзисторов IR предыдущих поколений в диапазоне 100…200 В. Кроме того, при параллельном соединении транзисторов добавляются сопротивления соединительных проводников, которые при токах десятки и сотни Ампер могут существенно ухудшать статические и динамические параметры эквивалентного транзистора. Цена одного нового транзистора меньше стоимости трех параллельно включенных приборов предшествующих поколений. При этом можно уменьшить размер радиатора и снизить температуру в блоке. Следует учесть, что при снижении температуры в блоке на 10 процентов срок службы электролитических конденсаторов удваивается. Как известно, именно электролитические конденсаторы в большинстве случаев определяют время безотказной работы силового преобразователя.

Графические зависимости основных параметров 40-вольтового IRFP4004PBF

На рисунке 2 приведены зависимости сопротивления канала в открытом состоянии (максимальное значение при Uзи = 10 В) от температуры перехода и полного заряда затвора Qg от напряжения Uзи для транзистора IRFP4004PBF.

Зависимости Rds(on) от температуры перехода, заряда затвора от напряжения затвор-исток для транзистора IRFP4004PBF

Рис. 2. Зависимости Rds(on) от температуры перехода, заряда затвора от напряжения затвор-исток для транзистора IRFP4004PBF

    Новейшая технология Trench HEXFET обеспечивает низкий рост сопротивления открытого канала от температуры перехода. Новые транзисторы серии IRFPxxx обеспечивают высокие динамические характеристики при низкой мощности управления, устойчивость к лавинному пробою и надежную работу в режимах жесткого переключения в широком диапазоне частот.На рисунке 3 приведены выходные характеристики IRFP4004PBF (графики снимались при длительности импульсов менее 60 мкс и температурах перехода 25°С и 175°С).

Выходные характеристики IRFP4004PBF при длительности импульса менее 60 мкс

Рис. 3. Выходные характеристики IRFP4004PBF при длительности импульса менее 60 мкс

Нижние кривые иллюстрируют работу транзистора при управляющем напряжении 4,5 В, что близко к логическим уровням цифровых микросхем с питанием от 5 В.

На рисунке 4 иллюстрируется зависимость максимально допустимых токов транзистора IRFP4004PBF от температуры корпуса, ограниченных кристаллом и выводами корпуса транзистора.

Максимальные токи IRFP4004PBF, ограниченные кристаллом и выводами

Рис. 4. Максимальные токи IRFP4004PBF, ограниченные кристаллом и выводами корпуса TO-247AC

    К сожалению, полностью реализовать потенциал кристалла транзистора IRFP4004PBF в корпусе ТО-247АС невозможно (для этого нужен более мощный корпус), однако и корпус ТО-247АС ограничивает ток для IRFP4004PBF на уровне 195 А (режимы измерения см. в документации производителя), что является очень высоким показателем для приборов такого класса.

Заключение

     Главные преимущества новых МОП-транзисторов IR — ультранизкое сопротивление открытого канала и недорогой стандартный корпус ТО-247АС. При модернизации серийно выпускаемых преобразователей энергии в большинстве случаев достаточно без изменения схемы и печатной платы заменить используемые ранее транзисторы на новые из серии IRFP4xxx. При замене нескольких параллельно включенных транзисторов на один новый получается ощутимый выигрыш в цене и надежности за счет снижения выделяемого тепла и увеличения срока службы электролитических конденсаторов. Всего пять новых транзисторов могут заменить большое количество транзисторов IR предыдущих поколений и довольно большое количество аналогичных приборов других производителей (см. таблицы 1, 2 и 3 данной статьи). В статье рассмотрены транзисторы только наиболее популярных мировых производителей MOSFET, хорошо известных нашим разработчикам, но, конечно, читатель может попробовать заменить и транзисторы от производителей, не рассмотренных выше.

Евгений Звонарев

Астрономы увидели, как черная дыра поглощает звезду

Британские ученые из Белфаста, совместно с астрономами из Института Вейцмана в Израиле и Центра изучения темной материи и темной энергии в Дании, обнаружили редчайшее космическое явление: черная дыра поглощает чересчур близко приблизившуюся к ней звезду.

640px-CSIRO_ASKAP_2010

Радиоинтерферометр АСКАП — австралийский следопыт квадратнокилометрового массива. АСКАП будет представлять собой систему апертурного синтеза, состоящую из 36 одинаковых антенн с диаметром главных зеркал по 12 м, полем зрения в 30 кв. град. в диапазоне частот 1.4 ГГц. Комплекс работает с 2013 года.

    Исследователи из университета Квинс в Белфасте приняли участи в европейском проекте, целью которого было объяснить причину чрезвычайно яркого излучения света в одной из отдаленных галактик. В 2015 году американские астрономы решили, что речь идет о взрыве умирающей массивной звезды. Однако после 10 месяцев непрерывного наблюдения за феноменом ученые из Белфаста пришли к выводу, что звезду разрывает на куски вращающаяся черная дыра.

«Сверхмассивная дыра»

     Черная дыра — это область пространства-времени, где гравитация столь велика, что ее не могут покинуть даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе и сам свет. Самые крупные черные дыры называются сверхмассивными. По словам белфастских астрономов, масса обнаруженной ими дыры превышает массу нашего Солнца по меньшей мере в 100 миллионов раз. Команда ученых из Исследовательского центра астрофизики изучила данные, полученные за несколько месяцев от целого ряда телескопов — как на Земле, так и в космосе. Изначально источник чрезвычайного яркого света, названный ASASSN-15lh, был классифицирован американскими учеными как самая яркая из когда-либо обнаруженных сверхновых. Однако белфастский профессор Стивен Смартт говорит, что, изучив этот источник света, он и его коллеги решили, что он не похож на сверхновую звезду. «У нас в университете Квинс большая команда. Мы специализируемся на движущихся объектах — например, астроидах, которые могут угрожать Земле, или объектах, излучающих переменный свет, которые могут быть сверхновыми звездами или вот такой черной дырой», — говорит он.

Поглощение звезды глазами художника

Интерпретация художника: сверхмассивная черная дыра поглотила и разорвала на куски приблизившуюся к ней звезду.

   По его словам, чрезвычайно яркий свет ASASSN-15lh в течение месяцев вызывал у него и его коллег множество вопросов, но, изучив данные телескопов, они наконец нашли объяснение происходящему в далекой-далекой галактике. Ученые полагают, что похожая на Солнце звезда слишком близко приблизилась к черной дыре и в результате была разрушена под действием приливных сил. Звезда была «разорвана на лапшеобразные куски, а часть ее массы преобразовалась в излученный свет», говорится в заявлении астрономов. «В результате это явление выглядело как взрыв чрезвычайно яркой сверхновой звезды, хотя сама по себе эта звезда не могла стать сверхновой из-за недостатка массы».

Поглощение звезды глазами художника

    Профессор Смартт напоминает, что плотность черной дыры больше, чем у любой другой известной людям материи. «Если вы возьмете всех живущих на Земле людей и сдавите их вместе настолько, что они все поместятся на одну чайную ложку, то плотность этой массы будет примерно соответствовать плотности нейтронной звезды, а плотность черной дыры будет, пожалуй, еще в 10 раз больше», — объясняет он. Наука пока не знает, как и почему формируются черные дыры. Скорее всего, они образовались в самом начале развития Вселенной, когда только начинали формироваться галактики. Результаты международного исследования ASASSN-15lh были опубликованы в журнале Nature Astronomy лидером группы ученых, доктором Гиоргосом Лелудасом из института Вейцмана в Израиле. Однако он добавляет, что, «даже изучив все имеющиеся данные, мы не можем быть на 100% уверены, что произошедшее с ASASSN-15lh было именно разрушением небесного тела под действием приливообразующих сил, хотя это остается наиболее вероятным объяснением».

Конец одиссеи «Розетты»

"Розетта"

«Розетта» в 2014 году спустила аппарат на поверхность кометы для сборы проб почвы

     Когда на Земле был конец сентября, закончилась миссия космического зонда «Розетта», которая длилась 12 лет. «Розетта» управляемо врезалась в поверхность кометы Чурюмова-Герасименко, за которой следовала два года и шесть млрд километров. Зонд «Розетта» Европейского космического агентства стал первым космическим аппаратом, который смог выйти на орбиту кометы. Аппарат собирал редкие данные о небесном теле, которые в ближайшие годы будут исследовать ученые. Эти данные помогут понять, как формируются кометы, а также как они выпускают пыль и газ по мере нагревания Солнцем. Одним из сложнейших решений для данной программы исследований стала синхронная радиотелеметрия для постоянно удаляющегося от Земли объекта

Китайский супер-суперкомпьютер

20 июня в Национальном суперкомпьютерном центре в китайском городе Уси был представлен суперкомпьютер Шеньвэй Тайху (английский вариант названия — Sunway TaihuLight) мощностью 93 квадриллиона вычислений в секунду. Он занял первое место в мировом списке суперкомпьютеров, обойдя в 2,5 раза по мощности прежнего лидера списка, китайский же Тяньхе-2.

При этом если в предыдущих китайских суперкомпьютерах использовались американские процессоры «Интел», то в Шеньвэй Тайху работают китайские процессоры.

суперкомпьютер ASCI White

16 лет назад самым мощным суперкомпьютером в мире был вот этот, американский ASCI White.

Его производительность была на три порядка меньше, чем у нового китайского лидера рейтинга.

Знімок нічного Києва з космосу.

Американський астронавт Рендольф Брезник, який зараз перебуває на борту МКС як бортінженер NASA, опублікував знімок нічного Києва з космосу.

200

Запрацював сайт ВП ГО ЛРУ в Черкаській області

Згідно з рішенням загальних зборів від 9 вересня 2017 року, був сформований інтернет — сайт, що відображає роботу окремого підрозділу ГО ЛРУ в Черкаській області та новини штаб квартири.

 Відвідати сайт можна перейти за цим посиланням  http://uarl_ck.aphantom.org

Микроконтроллеры. Достоинства и недостатки

Картинки по запросу Обзорная статья про микроконтроллеры     В 1971 придумали разместить всю обвязку процессора (ОЗУ, контроллеры портов, ПЗУ и т.д.) на одном чипе. В 1980 intel уже выпускает первый микроконтроллер.Микроконтроллеры (старое красивое название — однокристалльные микро-ЭВМ) в настоящее время имеют невероятно много областей применения. От промышленной автоматики до бытовых приборов, от управления ядерными установками до детских игрушек, от секретных военных систем до переключения каналов в вашем радиоприемнике. Одним словом, проще перечислить, где они не применяются. Около 55% проданных в мире процессоров приходится на 8ми битные микроконтроллеры. Изобретение и дальнейшее развитие микроконтроллеров произвело настоящую революцию в цифровой электронике. Изменились не только схемотехника и элементная база, но и сами принципы построения систем. Значительные изменения претерпел и цикл разработки. Появились целые классы устройств, существование которых было бы невозможно без контроллеров.  Но у всякой технологии, как бы хороша она не была, всегда есть обратная сторона. Достоинства и недостатки, особенности  и ньюансы в разработке схем и софта — этому посвящен собирательный цикл данных статей собранных на просторах интернета и по следам печатных изданий. Материал, размещенный в данном разделе как всегда ориентирован на НАЧИНАЮЩИХ радиолюбителей.

 

Читать далее

Изобретение транзисторов

    Изобретение транзистора, ставшее важнейшим достижением ХХ века, связано с именами многих замечательных ученых. О тех, кто создавал и развивал полупроводниковую электронику, и пойдет речь в этой статье.  Ровно 70 лет назад американцам Джону Бардину, Уолтеру Браттейну и Уильяму Шокли была присуждена Нобелевская премия по физике за исследования в области полупроводников и открытие транзистора. Тем не менее, анализ истории науки однозначно свидетельствует, что открытие транзистора — это не только заслуженный успех Бардина, Браттейна и Шокли.

   Рождение твердотельной электроники можно отнести к 1833 году. Именно тогда Майкл Фарадей, экспериментируя с сульфидом серебра, обнаружил, что проводимость данного вещества (а это был, как мы теперь называем, полупроводник) растет с повышением температуры, в противоположность проводимости металлов, которая в данном случае уменьшается. Почему так происходит? С чем это связано? На эти вопросы Фарадей ответить не смог.

   Следующей вехой в развитии твердотельной электроники стал 1874 год. Немецкий физик Фердинанд Браун, будущий нобелевский лауреат (в 1909 году он получит премию За выдающийся вклад в создание беспроволочной телеграфии) публикует статью в журнале Analen der Physik und Chemie, в которой на примере естественных и искусственных серных металлов описывает важнейшее свойство полупроводников — проводить электрический ток только в одном направлении. Выпрямляющее свойство контакта полупроводника с металлом противоречило закону Ома. Браун пытается объяснить наблюдаемое явление и проводит дальнейшие исследования, но безрезультатно. Явление есть, объяснения нет. По этой причине современники Брауна не заинтересовались его открытием, и только пять десятилетий спустя выпрямляющие свойства полупроводников были использованы в детекторных приемниках.

   Год 1906. Американский инженер Гринлиф Виттер Пикард  получает патент на кристаллический детектор. В своей заявке на получение патента он пишет: Контакт между тонким металлическим проводником и поверхностью некоторых кристаллических материалов (кремний, галенит, пирит и др.) выпрямляет и демодулирует высокочастотный переменный ток, возникающий в антенне при приеме радиоволн.

Картинки по запросу Принципиальная схема кристаллического детектора Пикарда

Патент на кристаллический детектор Пикарда.

     Тонкий металлический проводник, с помощью которого осуществлялся контакт с поверхностью кристалла, внешне очень напоминал кошачий ус. Кристаллический детектор Пикарда так и стали называть — кошачий ус (cat’s whisker). Чтобы вдохнуть жизнь в детектор Пикарда и заставить его устойчиво работать, требовалось найти наиболее чувствительную точку на поверхности кристалла. Сделать это было непросто. На свет появляется множество хитроумных конструкций кошачего уса, облегчающих поиск заветной точки, но стремительный выход на авансцену радиотехники электронных ламп надолго отправляет детектор Пикарда за кулисы.

   1918 год. По личному распоряжению Ленина в Нижнем Новгороде создается радиотехническая лаборатория. Новая власть остро нуждается в беспроволочной телеграфной связи. К работе в лаборатории привлекаются лучшие радиоинженеры того времени — М. А. Бонч-Бруевич, В. П. Вологдин, В. К. Лебединский, В. В. Татаринов и многие другие. Приезжает в Нижний Новгород и Олег Лосев. После окончания Тверского реального училища в 1920 году и неудачного поступления в Московский институт связи Лосев согласен на любую работу, только бы приняли в лабораторию. Его берут посыльным. Общежития посыльным не полагается. 17-летний Лосев готов жить в помещении лаборатории, на лестничной площадке перед чердаком, только бы заниматься любимым делом. С раннего возраста он страстно увлекался радиосвязью. В годы Первой мировой войны в Твери была построена радиоприемная станция. В ее задачи входило принимать сообщения от союзников России по Антанте и далее по телеграфу передавать их в Петроград. Лосев часто бывал на радиостанции, знал многих сотрудников, помогал им и не мыслил свою дальнейшую жизнь без радиотехники. В Нижнем Новгороде у него не было ни семьи, ни нормального быта, но было главное — возможность общаться со специалистами в области радиосвязи, перенимать их опыт и знания. После выполнения необходимых работ в лаборатории ему разрешали заниматься самостоятельным экспериментированием.

   В то время интерес к кристаллическим детекторам практически отсутствовал. В лаборатории никто особо не занимался этой темой. Приоритет в исследованиях был отдан радиолампам. Лосеву очень хотелось работать самостоятельно. Перспектива получить ограниченный участок работы по лампам его никак не вдохновляет. Может быть, именно по этой причине он выбирает для своих исследований кристаллический детектор. Его цель — усовершенствовать детектор, сделать его более чувствительным и стабильным в работе. Приступая к экспериментам, Лосев ошибочно предполагал, что в связи с тем, что некоторые контакты между металлом и кристаллом не подчиняются закону Ома, то вполне вероятно, что в колебательном контуре, подключенном к такому контакту, могут возникнуть незатухающие колебания. В то время уже было известно, что для самовозбуждения одной лишь нелинейности вольтамперной характеристики недостаточно, должен обязательно присутствовать падающий участок. Любой грамотный специалист не стал бы ожидать усиления от детектора. Но вчерашний школьник ничего этого не знает. Он меняет кристаллы, материал иглы, аккуратно фиксирует получаемые результаты и в один прекрасный день обнаруживает искомые активные точки у кристаллов, которые обеспечивают генерацию высокочастотных сигналов. Все с детства знают, что то-то и то-то невозможно, но всегда находится невежда, который этого не знает, он-то и делает открытие, — шутил Эйнштейн. Свои первые исследования генераторных кристаллов Лосев производил на простейшей схеме.

Схема первых опытов Лосева

   Испытав большое количество кристаллических детекторов, Лосев выяснил, что лучше всего генерируют колебания кристаллы цинкита, подвергнутые специальной обработке. Для получения качественных материалов он разрабатывает технологию приготовления цинкита методом сплавливания в электрической дуге естественных кристаллов. При паре цинкит — угольное острие, при подаче напряжения в10 В получался радиосигнал с длиной волны 68 м. При снижении генерации реализуется усилительный режим детектора. Оригинально то, что генерирующий детектор (в современном варианте генераторный диод) был впервые продемонстрирован еще в 1910 году английским физиком Уильямом Икклзом. Новое физическое явление, ввиду малой мощности и сложности не привлекает внимания специалистов, и о нем на какое-то время забывают. Икклз тоже ошибочно объяснял механизм отрицательного сопротивления исходя из того, что сопротивление полупроводника падает с увеличением температуры вследствие тепловых эффектов, возникающих на границе металл–полупроводник. В 1922 году на страницах научного журнала «Телеграфия и телефония без проводов» появляется первая статья Лосева, посвященная усиливающему и генерирующему детектору. В ней он очень подробно описывает результаты своих экспериментов, причем особое внимание уделяет обязательному присутствию падающего участка вольтамперной характеристики контакта.

   В те годы Лосев активно занимается самообразованием. Его непосредственный руководитель профессор В. К. Лебединский помогает ему в изучении радиофизики. Лебединский понимает, что его молодой сотрудник сделал настоящее открытие и тоже пытается дать объяснение наблюдаемому эффекту, но тщетно. Фундаментальная наука того времени еще не знает квантовой механики. Лосев, в свою очередь, выдвигает гипотезу, что при большом токе в зоне контакта возникает некий электрический разряд наподобие вольтовой дуги, но только без разогрева. Этот разряд закорачивает высокое сопротивление контакта, обеспечивая генерацию. Лишь через тридцать лет сумели понять, что собственно было открыто. Сегодня мы бы сказали, что прибор Лосева — это двухполюсник с N-образной вольтамперной характеристикой, или туннельный диод, за который в 1973 году японский физик Лео Исаки  получил Нобелевскую премию.

   Руководство нижегородской лаборатории понимало, что серийно воспроизвести эффект не удастся. Немного поработав, детекторы практически теряли свойства усиления и генерации. Об отказе от ламп не могло быть и речи. Тем не менее практическая значимость открытия Лосева была огромной. В 1920-е годы во всем мире, в том числе и в Советском Союзе, радиолюбительство принимает характер эпидемии. Советские радиолюбители пользуются простейшими детекторными приемниками, собранными по схеме Шапошникова.

Картинки по запросу Детекторный приемник Шапошникова

Детекторный приемник Шапошникова.

   Для повышения громкости и дальности приема применяются высокие антенны. В городах применять такие антенны было затруднительно из-за промышленных помех. На открытой местности, где практически нет помех, хороший прием радиосигналов не всегда удавался из-за низкого качества детекторов. Введение в антенный контур приемника отрицательного сопротивления детектора с цинкитом, поставленного в режим, близкий к самовозбуждению, значительно усиливало принимаемые сигналы. Радиолюбителям удавалось услышать самые отдаленные станции. Заметно повышалась избирательность приема. И это без использования электронных ламп! Лампы были не дешевы, причем к ним требовался специальный источник питания, а детектор Лосева мог работать от обычных батареек для карманного фонарика.
В итоге оказалось, что простые приемники конструкции Шапошникова с генерирующими кристаллами предоставляют возможность осуществлять гетеродинный прием, являвшийся в то время последним словом радиоприемной техники. В последующих статьях Лосев описывает методику быстрого поиска активных точек на поверхности цинкита и заменяет угольное острие металлическим. Он дает рекомендации, как следует обрабатывать кристаллы и приводит несколько практических схем для самостоятельной сборки радиоприемников.

Картинки по запросу Детекторный приемник Лосева

Принципиальная схема кристадина О. В. Лосева

   Схемотехническое решение Лосева позволяет не только принимать сигналы на больших расстояниях, но и передавать их. Радиолюбители в массовом порядке, на основе детекторов-генераторов, изготавливают радиопередатчики, поддерживающие связь в радиусе нескольких километров. Вскоре издается брошюра Лосева. Она расходится миллионными тиражами. Восторженные радиолюбители писали в различные научно-популярные журналы, что при помощи цинкитного детектора в Томске, например, можно услышать Москву, Нижний и даже заграничные станции.

Картинки по запросу Кристадин лосева

   Брошюра Лосева, издание 1924 года.

   На все свои технические решения Лосев получает патенты, начиная с Детекторного приемника-гетеродина, заявленного в декабре 1923 года. Статьи Лосева печатаются в таких журналах, как «ЖЭТФ», «Доклады АН СССР», Radio Revue, Philosophical Magazine, Physikalische Zeitschrift. Лосев становится знаменитостью, а ведь ему еще не исполнилось и двадцати лет! Например, в редакторском предисловии к статье Лосева «Осциллирующие кристаллы» в американском журнале The Wireless World and Radio Review за октябрь 1924 года говорится: «Автор этой статьи, господин Олег Лосев из России, за сравнительно короткий промежуток времени приобрел мировую известность в связи с его открытием осциллирующих свойств у некоторых кристаллов». Другой американский журнал — Radio News — примерно в то же время публикует статью под заголовком «Сенсационное изобретение», в которой отмечается:»Нет необходимости доказывать, что это — революционное радиоизобретение. В скором времени мы будем говорить о схеме с тремя или шестью кристаллами, как мы говорим сейчас о схеме с тремя или шестью усилительными лампами. Потребуется несколько лет, чтобы генерирующий кристалл усовершенствовался настолько, чтобы стать лучше вакуумной лампы, но мы предсказываем, что такое время наступит».

Картинки по запросу Кристадин лосева 1924 года

   Автор этой статьи Хьюго Гернсбек называет твердотельный приемник Лосева — кристадином (кристалл + гетеродин). Причем не только называет, но и предусмотрительно регистрирует название, как торговую марку. Спрос на кристадины огромен. Любопытный факт, что когда в нижегородскую лабораторию приезжают немецкие радиотехники, чтобы лично познакомиться с Лосевым, они не верят своим глазам. Они поражаются таланту и юному возрасту изобретателя. В письмах из-за границы Лосева величали не иначе как профессором. Никто и представить не мог, что профессор еще только постигает азы науки. Впрочем, очень скоро Лосев станет блестящим физиком-экспериментатором и еще раз заставит мир заговорить о себе.

   В 1928 году, по решению правительства, тематика нижегородской радиолаборатории вместе с сотрудниками передается в Центральную радиолабораторию в Ленинграде, которая, в свою очередь, тоже постоянно реорганизуется. На новом месте Лосев продолжает заниматься полупроводниками, но вскоре Центральную радиолабораторию преобразовывают в Институт радиовещательного приема и акустики. В новом институте своя программа исследований, тематика работ сужается. Лаборанту Лосеву удается устроиться по совместительству в Ленинградский физико-технический институт (ЛФТИ), где у него появляется возможность продолжить исследования новых физических эффектов в полупроводниках. В конце 1920-х годов у Лосева появилась идея создать твердотельный аналог трехэлектродной вакуумной радиолампы.

   В 1929–1933 гг., по предложению А. Ф. Иоффе, Лосев проводит исследования полупроводникового устройства, полностью повторяющего конструкцию точечного транзистора. Как известно, принцип действия этого прибора заключается в управлении током, текущим между двумя электродами, с помощью дополнительного электрода. Лосев действительно наблюдал данный эффект, но, к сожалению, общий коэффициент такого управления не позволял получить усиление сигнала. Для этой цели Лосев использовал только кристалл карборунда (SiC), а не кристалл цинкита (ZnO), имевшего значительно лучшие характеристики в кристаллическом усилителе. В одном из документов написанных Лосевым имеется пометка: «Установлено, что с полупроводниками может быть построена трехэлектродная система, аналогичная триоду, как и триод, дающая характеристики, показывающие отрицательное сопротивление. Эти работы в настоящее время подготавливаются мною к печати…» Оригинально и то, что практически спустя 80 лет техническая заметка Лосева превратилась в реальность, как некогда фантастические описания Жюля Верна — «Масштаб этого открытия нам еще только предстоит понять. Пройдет не так много времени, и в каждом доме вместо привычной лампы накаливания будут гореть «электронные генераторы света», так впервые назвал светодиоды Лосев.

   Из архивной информации:» Еще в 1923 году, экспериментируя с кристадинами, Лосев обратил внимание на свечение кристаллов при пропускании через них электрического тока. Особенно ярко светились карборундовые детекторы. В 1920-е годы на Западе явление электролюминесценции одно время даже называли «свет Лосева» (Losev light, Lossew Licht). Лосев занялся изучением и объяснением полученной электролюминесценции. Он первым оценил огромные перспективы таких источников света, особо подчеркивая их высокую яркость и быстродействие. Лосев стал обладателем первого патента на изобретение светового релеприбора с электролюминесцентным источником света. В 70-х годах ХХ века, когда светодиоды стали широко применяться, в журнале Electronic World за 1907 год была обнаружена статья англичанина Генри Роунда, в которой автор, будучи сотрудником лаборатории Маркони, сообщал, что видел свечение в контакте карборундового детектора при подаче на него внешнего электрического поля. Никаких соображений, объясняющих физику этого явления, не приводилось. Данная заметка не оказала никакого влияния на последующие исследования в области электролюминесценции, тем не менее, автор статьи сегодня официально считается первооткрывателем светодиода.»

   Лосев независимо открыл явление электролюминесценции и провел ряд исследований на примере кристалла карборунда. Он выделил два физически различных явления, которые наблюдаются при разной полярности напряжения на контактах. Его несомненной заслугой является обнаружение эффекта предпробойной электролюминесценции, названной им свечение номер один, и инжекционной электролюминесценции — свечение номер два. В наши дни эффект предпробойной люминесценции широко применяется при создании электролюминесцентных дисплеев, а инжекционная электролюминесценция является основой светодиодов и полупроводниковых лазеров. Лосеву удалось существенно продвинуться в понимании физики этих явлений задолго до создания зонной теории полупроводников. Впоследствии, в 1936 году, свечение номер один было заново обнаружено французским физиком Жоржем Дестрио. В научной литературе оно известно под названием «эффект Дестрио», хотя сам Дестрио приоритет в открытии этого явления отдавал Олегу Лосеву. Наверное, было бы несправедливо оспаривать приоритет Роунда в открытии светодиода. И все же нельзя забывать, что изобретателями радио по праву считаются Маркони и Попов, хотя всем известно, что радиоволны первым наблюдал Герц. И таких примеров в истории науки множество. В своей статье Subhistory of Light Emitting Diode известный американский ученый в области электролюминесценции Игон Лобнер пишет о Лосеве: «Своими пионерскими исследованиями в области светодиодов и фотодетекторов он внес вклад в будущий прогресс оптической связи. Его исследования были так точны и его публикации так ясны, что без труда можно представить сейчас, что тогда происходило в его лаборатории. Его интуитивный выбор и искусство эксперимента просто изумляют». Сегодня мы понимаем, что без квантовой теории строения полупроводников представить развитие твердотельной электроники невозможно. Поэтому талант Лосева поражает воображение. Он с самого начала видел единую физическую природу кристадина и явления инжекционной люминесценции и в этом значительно опередил свое время. После него исследования детекторов и электролюминесценции проводились отдельно друг от друга, как самостоятельные направления. Анализ результатов показывает, что на протяжении почти двадцати лет после появления работ Лосева не было сделано ничего нового с точки зрения понимания физики этого явления. Только в 1951 году американский физик Курт Леховец  установил, что детектирование и электролюминесценция имеют единую природу, связанную с поведением носителей тока в p-n-переходах.

     В 1925 году корпорация American Telephone and Telegraph (AT&T) открывает научный и опытно-конструкторский центр Bell Telephone Laboratories. В 1936 году директор Bell Telephone Laboratories Мервин Келли решает сформировать группу ученых, которая провела бы серию исследований, направленных на замену ламповых усилителей полупроводниковыми. Группу возглавил Джозеф Бекер, привлекший к работе физика-теоретика Уильяма Шокли и блестящего экспериментатора Уолтера Браттейна.
Окончив докторантуру в Массачусетском технологическом институте, знаменитом МТИ, и поступив на работу в Bell Telephone Laboratories, Шокли, будучи исключительно амбициозным и честолюбивым человеком, энергично берется за дело. В 1938 году, в рабочей тетради 26-летнего Шокли появляется первый набросок полупроводникового триода. Идея проста и не отличается оригинальностью: сделать устройство, максимально похожее на электронную лампу, с тем лишь отличием, что электроны в нем будут протекать по тонкому нитевидному полупроводнику, а не пролетать в вакууме между катодом и анодом. Для управления током полупроводника предполагалось ввести дополнительный электрод (аналог сетки) — прикладывая к нему напряжение разной полярности. Таким образом, можно будет либо уменьшать, либо увеличивать количество электронов в нити и, соответственно, изменять ее сопротивление и протекающий ток. Все как в радиолампе, только без вакуума, без громоздкого стеклянного баллона и без подогрева катода. Вытеснение электронов из нити или их приток должен был происходить под влиянием электрического поля, создаваемого между управляющим электродом и нитью, то есть благодаря полевому эффекту. Для этого нить должна быть именно полупроводниковой. В металле слишком много электронов и никакими полями их не вытеснишь, а в диэлектрике свободных электронов практически нет. Шокли приступает к теоретическим расчетам, однако все попытки построить твердотельный усилитель ни к чему не приводят.

   В то же время в Европе немецкие физики Роберт Поль и Рудольф Хилш создали на основе бромида калия работающий контактный трехэлектродный кристаллический усилитель. Тем не менее, никакой практической ценности немецкий прибор не представлял. У него была очень низкая рабочая частота. Есть сведения, что в первой половине 1930-х годов трехэлектродные полупроводниковые усилители «собрали» и два радиолюбителяканадец Ларри Кайзер и новозеландский школьник Роберт Адамс. Адамс, в дальнейшем ставший радиоинженером, замечал, что ему никогда не приходило в голову оформить патент на изобретение, так как всю информацию для своего усилителя он почерпнул из радиолюбительских журналов и других открытых источников. К 1926–1930 гг. относятся работы Юлиуса Лилиенфельда, профессора Лейпцигского университета, который запатентовал конструкцию полупроводникового усилителя, в наше время известного под названием полевой транзистор.

   Лилиенфельд предполагал, что при подаче напряжения на слабо проводящий материал будет меняться его проводимость и в связи с этим возникнет усиление электрических колебаний. Несмотря на получение патента, создать работающий прибор Лилиенфельд не сумел. Причина была самая прозаическая — в 30-х годах ХХ века еще не нашлось необходимого материала, на основе которого можно было бы изготовить работающий транзистор. Именно поэтому усилия большинства ученых того времени были направлены на изобретение более сложного биполярного транзистора. Таким образом, пытались обойти трудности, возникшие при реализации полевого транзистора. Работы по твердотельному усилителю в Bell Telephone Laboratories прерываются с началом Второй мировой войны. Уильям Шокли и многие его коллеги откомандированы в распоряжение министерства обороны, где работают до конца 1945 года. Твердотельная электроника не представляла интереса для военных — достижения им представлялись сомнительными. За одним исключением. Детекторы. Они-то как раз и оказались в центре исторических событий. Англии были нужны радары, радарам — кристаллические детекторы, детекторам — чистые германий и кремний. Первым, и в значительных количествах, на заводах и в лабораториях появился германий. С кремнием, из-за высокой температуры его обработки, сначала возникли некоторые трудности, но вскоре проблему решили. После этого предпочтение было отдано кремнию. Кремний был дешев по сравнению с германием. Итак, трамплин для прыжка к транзистору был практически готов.

   В послевоенные годы в Bell Telephone Laboratories начинают форсировать работы в области глобальной связи. Аппаратура 1940-х годов использовала для усиления, преобразования и коммутации сигналов в абонентских цепях два основных элемента: электронную лампу и электромеханическое реле. Эти элементы были громоздки, срабатывали медленно, потребляли много энергии и не отличались высокой надежностью. Усовершенствовать их значило вернуться к идее использования полупроводников. В Bell Telephone Laboratories вновь создается исследовательская группа, научным руководителем которой становится Уильям Шокли. В команду входят Уолтер Браттейн, Джон Бардин, Джон Пирсон, Берт Мур и Роберт Гибни.

   В самом начале команда принимает важнейшее решение: направить усилия на изучение свойств только двух материалов — кремния и германия, как наиболее перспективных для реализации поставленной задачи. Естественно, группа начала разрабатывать предвоенную идею Шокли — усилителя с эффектом поля. Но электроны внутри полупроводника упрямо игнорировали любые изменения потенциала на управляющем электроде. От высоких напряжений и токов кристаллы взрывались, но не желали изменять свое сопротивление. Над этим задумался теоретик Джон Бардин. Шокли, не получив быстрого результата, охладел к теме и не принимал активного участия в работе. Бардин предположил, что значительная часть электронов на самом деле не разгуливает свободно по кристаллу, а застревает в каких-то ловушках у самой поверхности полупроводника. Заряд этих застрявших электронов экранирует прикладываемое извне поле, которое не проникает в объем кристалла. Вот так в 1947 году в физику твердого тела вошла теория поверхностных состояний. Теперь, когда, казалось, причина неудач найдена, группа начала более осмысленно реализовывать идею эффекта поля. Других идей просто не было. Стали различными способами обрабатывать поверхность германия, надеясь устранить ловушки электронов. Перепробовали все — химическое травление, механическую полировку, нанесение на поверхность различных пассиваторов. Кристаллы погружали в различные жидкости, но результата не было. Тогда решили максимально локализовать зону управления, для чего один из токопроводов и управляющий электрод изготовили в виде близко расположенных подпружиненных иголочек. Экспериментатор Браттейн, за плечами которого был 15-летний опыт работы с различными полупроводниками, мог по 25 часов в сутки крутить ручки осциллографа.

   Однажды Браттейн, издерганный от неудач, сдвинул иголки почти вплотную, более того — случайно перепутал полярности прикладываемых к ним потенциалов. Ученый не поверил своим глазам. Он был поражен, но на экране осциллографа было явно видно усиление сигнала. Теоретик Бардин отреагировал молниеносно и безошибочно: эффекта поля никакого нет, и дело не в нем. Усиление сигнала возникает по другой причине. Во всех предыдущих оценках рассматривались только электроны, как основные носители тока в германиевом кристалле, а дырки, которых было в миллионы раз меньше, естественно игнорировались. Бардин понял, что дело именно в дырках. Введение дырок через один электрод (этот процесс назвали инжекцией) вызывает неизмеримо больший ток в другом электроде. И все это на фоне неизменности состояния огромного количества электронов.
Вот так, непредсказуемым образом, 19 декабря 1947 года на свет появился точечный транзистор.

   Сначала новое устройство назвали германиевым триодом. Бардину и Браттейну название не понравилось. Не звучало. Они хотели, чтобы название заканчивалось бы на тор, по аналогии с резистором или термистором. Здесь им на помощь приходит инженер-электронщик Джон Пирс, который прекрасно владел словом (в дальнейшем он станет известным популяризатором науки и писателем-фантастом под псевдонимом J. J. Coupling). Пирс вспомнил, что одним из параметров вакуумного триода служит крутизна характеристики, по-английски — transconductance. Он предложил назвать аналогичный параметр твердотельного усилителя transresistance, а сам усилитель, а это слово просто вертелось на языке, — транзистором. Название всем понравилось.

23 декабря 1947 года состоялась презентация транзистора руководству Bell Telephone Laboratories. Точечный транзистор Бардина-Браттейна.

   Уильям Шокли, который проводил отпуск в Европе, срочно возвратился в Америку. Неожиданный успех Бардина и Браттейна глубоко задевает его самолюбие. Он раньше других задумался о полупроводниковом усилителе, возглавил группу, выбрал направление исследований, но на соавторство в звездном патенте претендовать не мог. И тут происходит нечто, что всегда будет скрыто от нас пеленой времени. За одну неделю, которую впоследствии Шокли назовет своей»страстной неделей», он создает теорию транзистора с p-n-переходами, заменившими экзотические иголочки, и в новогоднюю ночь изобретает плоскостной биполярный транзистор. (Однако, работающий биполярный транзистор был изготовлен только в 1950 году.)

  Предложение принципиальной схемы более эффективного твердотельного усилителя со слоеной структурой уравняло Шокли в правах на открытие транзисторного эффекта с Бардиным и Браттейном. Через полгода, 30 июня 1948-го, в Нью-Йорке, в штаб-квартире Bell Telephone Laboratories, после улаживания всех необходимых патентных формальностей, прошла открытая презентация транзистора. Не смотря на передовую технологию, на это открытие в первый момент никто, похоже не обратил серьезного внимания. Журналисты отреагировали на изобретение тоже без особых эмоций. На сорок шестой странице в разделе «Новости радио» в газете «Нью-Йорк Таймс» была напечатана краткая заметка об изобретении нового радиотехнического устройства. И только!!!! В Bell Telephone Laboratories не ожидали такого развития событий. Военных заказов с их щедрым финансированием не предвиделось даже в отдаленной перспективе. Срочно принимается решение о продаже всем желающим лицензий на транзистор. Сумма сделки — $25 тыс. Организовывается учебный центр, проводятся семинары для специалистов. Результаты не заставляют себя ждать. Транзистор быстро находит применение в самых различных устройствах — от военного и компьютерного оборудования до потребительской электроники. Интересно, что первый портативный радиоприемник долгое время так и называли — транзистор.

Европейский аналог

    Работы по созданию трехэлектродного полупроводникового усилителя велись и по другую сторону океана, но о них известно намного меньше. Совсем недавно бельгийский историк Арманд Ван Дормел и профессор Стэнфордского университета Майкл Риордан обнаружили, что в конце 1940-х годов в Европе был изобретен и даже запущен в серию «родной брат транзистора» Бардина-Браттейна. Европейских изобретателей точечного транзистора звали Герберт Франц Матаре и Генрих Иоганн Велкер. Матаре был физиком-экспериментатором, работал в немецкой фирме Telefunken и занимался микроволновой электроникой и радиолокацией. Велкер больше был теоретиком, долгое время преподавал в Мюнхенском университете, а в военные годы трудился на люфтваффе.

Изобретатели транзитрона Герберт Матаре и Генрих Велкер

   Встретились они в Париже. После разгрома фашистской Германии оба физика были приглашены в европейский филиал американской корпорации Westinghouse. Еще в 1944 году Матаре, занимаясь полупроводниковыми выпрямителями для радаров, сконструировал прибор, который назвал дуодиодом (двухдиодом). Это была пара работающих параллельно точечных выпрямителей, использующих одну и ту же пластинку германия. При правильном подборе параметров устройство подавляло шумы в приемном блоке радара. Тогда Матаре обнаружил, что колебания напряжения на одном электроде могут обернуться изменением силы тока, проходящего через второй электрод. Заметим, что описание подобного эффекта содержалось еще в патенте Лилиенфельда, и не исключено, что Матаре знал об этом. Но как бы там ни было, он заинтересовался наблюдаемым явлением и продолжал исследования. Велкер пришел к идее транзистора с другой стороны, занимаясь квантовой физикой и зонной теорией твердого тела. В самом начале 1945 года он создает схему твердотельного усилителя, очень похожего на устройство Шокли. В марте Велкер успевает его собрать и испытать, но ему повезло не больше, чем американцам. Устройство не работает. В Париже Матаре и Велкеру поручают организовать промышленное производство полупроводниковых выпрямителей для французской телефонной сети. В конце 1947 года выпрямители запускаются в серию, и у Матаре с Велкером появляется время для возобновления исследований. Они приступают к дальнейшим экспериментам с дуодиодом. Вдвоем они изготавливают пластинки из гораздо более чистого германия и получают стабильный эффект усиления. Уже в начале июня 1948 года Матаре и Велкер создают стабильно работающий точечный транзистор. Европейский транзистор появляется на полгода позже, чем устройство Бардина и Браттейна, но абсолютно независимо от него. О работе американцев Матаре и Велкер не могли ничего знать. Первое упоминание в прессе о «новом радиотехническом устройстве», вышедшем из Bell Laboratories, появилось только 1 июля.
Дальнейшая судьба европейского изобретения сложилась печально. Матаре и Велкер в августе подготовили патентную заявку на изобретение, но французское бюро патентов очень долго изучало документы. Только в марте 1952 года они получают патент на изобретение транзитрона — такое название выбрали немецкие физики своему полупроводниковому усилителю. К тому времени парижский филиал Westinghouse уже начал серийное производство транзитронов. Основным заказчиком выступало Почтовое министерство. Во Франции строилось много новых телефонных линий. Тем не менее, век транзитронов был недолог. Несмотря на то, что они работали лучше и дольше своего американского собрата (за счет более тщательной сборки), завоевать мировой рынок транзитроны не смогли. Впоследствии французские власти вообще отказались субсидировать исследования в области полупроводниковой электроники, переключившись на более масштабные ядерные проекты. Лаборатория Матаре и Велкера приходит в упадок. Ученые принимают решение вернуться на родину. К тому времени в Германии начинается возрождение науки и высокотехнологичной промышленности. Велкер устраивается на работу в лабораторию концерна Siemens, которую впоследствии возглавит, а Матаре переезжает в Дюссельдорф и становится президентом небольшой компании Intermetall, выпускающей полупроводниковые приборы.

Вместо эпилога

    Если проследить судьбы американцев, то Джон Бардин ушел из Bell Telephone Laboratories в 1951 году, занялся теорией сверхпроводимости и в 1972 году вместе с двумя своими учениками был удостоен Нобелевской премии «За разработку теории сверхпроводимости», став, таким образом, единственным в истории ученым, дважды нобелевским лауреатом. Уолтер Браттейн проработал в Bell Telephone Laboratories до выхода на пенсию в 1967 году, а затем вернулся в свой родной город и занялся преподаванием физики в местном университете. Судьба Уильяма Шокли сложилась следующим образом. Он покидает Bell Telephone Laboratories в 1955 году и, при финансовой помощи Арнольда Бекмана, основывает фирму по производству транзисторов — Shockly Transistor Corporation. На работу в новую компанию переходят многое талантливые ученые и инженеры, но через два года большинство из них уходят от Шокли. Заносчивость, высокомерие, нежелание прислушиваться к мнению коллег и навязчивая идея не повторить ошибку, которую он допустил в работе с Бардиным и Браттейном, делают свое дело. Компания разваливается.

   Его бывшие сотрудники Гордон Мур и Роберт Нойс при поддержке того же Бекмана основывают фирму Fairchild Semiconductor (американская компания, которая в 1959 году впервые в мире создала интегральную схему, пригодную для массового производства, и была одной из ключевых фирм Силиконовой долины в 1960-х годах), а затем, в 1968 году создают собственную компанию — Intel (на сегодня — один из крупнейших производителей электронных устройств и компьютерных компонентов, включая микропроцессоры, наборы системной логики. Штаб-квартира расположена в Санта-Кларе, штат Калифорния.).

   Мечта Шокли построить полупроводниковую бизнес-империю была претворена в жизнь другими, а ему опять досталась роль стороннего наблюдателя. Ирония судьбы заключается в том, что еще в 1952 году именно Шокли предложил конструкцию полевого транзистора на основе кремния. Тем не менее, компания Shockly Transistor Corporation не выпустила ни одного полевого транзистора. Сегодня это устройство является основой всей компьютерной индустрии.

   После неудачи в бизнесе Шокли становится преподавателем в Стэндфордском университете. Он читает блестящие лекции по физике, лично занимается с аспирантами, но ему не хватает былой славы — всего того, что американцы называют емким словом publicity. Шокли включается в общественную жизнь и начинает выступать с докладами по многим социальным и демографическим вопросам. Предлагая решения острых проблем, связанных с перенаселением азиатских стран и национальными различиями, он скатывается к евгенике и расовой нетерпимости. Пресса, телевидение, научные журналы обвиняют его в экстремизме и расизме. Шокли снова «знаменит» и, похоже, испытывает удовлетворение от всего происходящего. Его репутации и карьере ученого приходит конец. Он выходит на пенсию, перестает со всеми общаться, даже с собственными детьми, и доживает жизнь затворником.

Дату 19 декабря 1947 года можно по праву считать днем рождения новой эпохи. Начался отсчет нового времени. Мир шагнул в эру цифровых технологий.

Информация представлена по материалам интернета….

Выбор трансивера.

      Для многих радиолюбителей при выборе модели трансивера определяющим фактором является его цена, для других, менее стесненных в средствах, — высокие параметры и удобство пользования. Есть любители «поиграть» с новой моделью, а затем продать ее, есть «профессиональные» контестмены, которым требуются трансиверы с «супердинамикой», есть фанаты определенных фирм, на дух не переносящие аппаратуру других производителей.

Змагання в цьому місяці

Оновлений календар спортивних змагань на листопад місяць 2017 року від SM3CER знаходится в розділі  ЗМАГАННЯ В ЦЬОМУ МІСЯЦІ

«Винницкий вагон — 104 года Винницкому трамваю»

28 октября 2017 года исполняется 104 года со дня пуска трамвая в городе Винница. В честь этого события радиолюбительским клубом WW учреждён электронный диплом «Винницкий вагон — 104 года Винницкому трамваю». Новый диплом – это обновленная и дополненная версия диплома 2013 года основанного в честь 100-летия винницкого трамвая с исторической справкой.

В период с 28.10 по 3.11.2017 года у радиолюбителей есть возможность выполнить условия бесплатного электронного диплома. Заявки принимаются в электронном виде в адрес клубной радиостанции UR4NWW.

Подробности на сайте: http://ur4nww.qrz.ru/vintram/

Винницкий трамвай MAN №1

Положение диплома
«Винницкий вагон — 104 года Винницкому трамваю»

Выдаётся за проведение QSO на КВ и УКВ с радиолюбителями г.Винница и Винницкой области. Для получения диплома необходимо набрать 104 очка в период с 28.10 по 3.11.2017 года.

Начисление очков за 1 QSO/SWL с радиолюбителями Винницкой области:
— с индивидуальными радиостанциями – 20 очков;
— с коллективными радиостанциями – 40 очков;
— члены радиолюбительского клуба WW дают добавочно 4 очка.

Для радиолюбителей Винницкой области необходимо провести не менее 104 QSO.

Диплом выдаётся бесплатно и ТОЛЬКО в электронном виде.

Для получения необходимо выслать заявку с выпиской из аппаратного журнала по адресу: ur4nww@gmail.com в течении недели после окончания дней активности.

Вниманию любителей УКВ.

Для проведения связей на УКВ диапазоне 2м в Черкасской области работают 3 репитора:

г. Золотоноша 145,250 МГц — эхо-репитор

г. Каменка 145,275 МГц — эхо-репитер

г. Шпола 145,775 МГц Р-7

Похожее изображение

Общий сбор клуба !!!!!!

Шановні колеги !!! У вересні клубний день буде проводиться в другу суботу місяця — 9 вересня!!!!

 

Рада клубу

« Предыдущие