Современная электроника характеризуется повсеместным вытеснением интегральными схемами таких недавно бывших новыми узлов, как транзисторные модули и микромодули. При этом речь идет не о простой замене одних узлов на аналогичные по свойствам другие, изготовленные по новой технологии. При переходе к интегральным схемам зачастую существенно изменяются принципы построения и -свойства электронных узлов. Так, например, при построении логических цепей на интегральных схемах необходимо знание методов построения потенциальных комбинационных цепей и цепей с памятью, отличных от соответствующих потенциально-импульсных цепей, распространенных ранее. В настоящее время сформировались и широко применяются потенциальные интегральные триггеры, непохожие по схемным реализациям и по свойствам на триггеры, применявшиеся в модулях и микромодулях.

Появление линейных интегральных схем привело в ряде случаев к значительному изменению принципов построения аналоговых электронных узлов. Для них характерно, в частности, широкое использование операционных усилителей, которые раньше вследствие их больших габаритов, стоимости и сложности эксплуатации применялись достаточно ограниченно.

Существующая литература, посвященная интегральным схемам, уже довольно обширна, но рассматривает в основном вопросы схемотехники и технологии изготовления самих интегральных схем. Вместе с тем ясно, что количество специалистов, применяющих интегральные схемы, значительно больше числа тех, которые связаны с их производством.

Настоящая книга представляет собой попытку обобщить материал, посвященный применению интегральных схем в измерительных приборах и рассеянный по журнальным статьям, немногочисленным книгам, руководствам по использованию конкретных серий и типов интегральных схем, а также опыт, приобретенный автором в процессе практической работы по построению узлов измерительных приборов на интегральных схемах.

Материал книги разбит на девять глав и включает, в себя не только описание принципов построения функциональных

узлов измерительных приборов на интегральных схемах, но содержит также основные положения алгебры логики, что, по мнению автора, облегчит использование книги читателем, недостаточно подготовленным в этом разделе математики.

Книга практически не содержит теоретических выкладок, но, тем не менее, автор стремился наряду с описанием различных схем показать читателю принципы их синтеза, с тем чтобы указать пути разработки узлов, не рассмотренных в книге.

Хотя книга посвящена применению интегральных схем в измерительных приборах, она, по всей видимости, может быть полезна также и специалистам, работающим в смежных областях. С другой стороны, в ней нашли отражение далеко не все узлы приборов, которые могут быть построены на интегральных схемах. В частности, недостаточно широко и подробно рассмотрено применение линейных интегральных схем в измерительной технике. Тем не менее, автор надеется, что он в известной степени разумно распорядился тем небольшим объемом, который имеет эта книга.

В работе над рукописью и написании некоторых параграфов совместно с автором принимали участие сотрудники кафедры «Информационно-измерительная техника» Ленинградского политехнического института имени М. И. Калинина: В. В. Лопатин (§ 25, 27), А. И. Недашковский (§ 17, 24), В. А. Русских (§ 23, 27), С. Г. Шипулин (§ 18, 24).

Автор выражает свою глубокую признательность профессору А. С. Консону, своевременно обратившему внимание автора на перспективность интегральной электроники, и профессорам П. В. Новицкому и Е. Г. Шрамкову, всемерно способствовавшим работам автора в этой области.

Особую благодарность автор приносит товарищам, представившим материалы, использованные при написании книги.

Замечания и пожелания по улучшению книги просьба направлять по адресу: 192041, Ленинград, Марсово поле, д, 1, Ленинградское отделение издательства «Энергия».

: Автор

Глава первая

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ

1. История появления и особенности интегральных схем

Возникновение микроэлектроники. Развитие электроники характеризуется постоянным увеличением сложности электронных устройств - в среднем на порядок за десятилетие. Так, если в 1920 г. телеграфный передатчик имел 10-20 деталей, радиоприемник в 1930 г.- 100-200 деталей, осциллограф в 1940 г.- 1000-2000 деталей, то для послевоенных лет в качестве примеров можно привести аппаратуру телевизионной передачи (1950 г.)-10000-20000 деталей и сложные электронные вычислительные машины (1960 г.) - 100000-200000.деталей [43]. В настоящее время проектируются и находят применение большие многомашинные вычислительные комплексы, содержащие соответственно еще на порядок больше элементов.

Для упрощения сборки и ремонта, а также для увеличения надежности уже при проектировании небольших вычислительных машин нашли применение модули, представляющие собой отдельные конструктивные узлы и содержащие типовые электронные цепи (функциональные узлы).

С ростом числа элементов в устройстве снижается его надежность, возрастают габариты и масса, что значительно усложняет его изготовление и эксплуатацию. Особенно нежелательно увеличение объема и массы аппаратуры, устанавливаемой на движущихся объектах. Для того чтобы приостановить так называемую тиранию количества [7], были разработаны микромодули. Микромодули, так же как и модули, вьшолняются в" виде отдельных конструктивных узлов, содержащих типовые электронные цепи, но в отличие от модулей они собраны из специальных миниатюрных деталей. Широко известны, например, эта-жерочные микромодули, составленные из отдельных диэлектрических пластинок с укрепленными на них деталями.

Со временем возникло целое научно-техническое направление в электронике, названное микроэлектроникой. Микроэлектроника ставит своей целью с помощью применения новейших достижений науки и техники проектировать и создавать надежные миниатюрные электронные детали, узлы и устройства. Основным достижением микроэлектроники явилось создание интегральных схем.

Интегральная схема (ИС)-это помещенная в единый герметизирующий корпус электронная цепь, в которой функции отдельных электронных элементов или их совокупностей выполняют области из проводящих, полупроводниковых и диэлектрических материалов. По-английски «интегрейшен» - это объединение в одно целое. Соответственно целостность, неделимость - это основное отличие ИС от модулей и микромодулей. Если при производстве модулей и микромодулей используется набор деталей, из которых можно строить различные электронные цепи, то для ИС существенным является как раз отсутствие набора таких отдельных, самостоятельных деталей. Транзисторы и резисторы, диоды и соединительные проводники в ИС формируются, как правило, в течение одной