Владимир Поляков - Посвящение в радиоэлектронику

Радиоастрономия за немногие годы своего существования сделала поразительные открытия. Оказалось, что многие мощные источники радиоизлучения лежат не в нашей Галактике, а далеко за ее пределами. Эти источники так и назвали — радиогалактики . Одна из радиогалактик, например, представляет собой не одну, а две галактики, столкнувшиеся и как бы пронизавшие одна другую. Плотность звезд в галактиках очень мала, поэтому для звезд никаких особо вредных последствий от столкновения галактик нет. Но столкновения хотя и очень разреженных облаков межзвездного газа как раз и вызывают сильное радиоизлучение.

В очередной раз умы исследователей были взбудоражены в 60-х годах, когда на одном из английских радиотелескопов зарегистрировали правильно повторяющийся радиосигнал с периодичностью в несколько секунд. Эта запись совсем уже напоминала телеграфный сигнал, и первой мыслью была мысль о внеземной цивилизации. Но периодичность сигнала оставалась строго постоянной, а как мы теперь знаем, правильный периодический сигнал никакой информации не несет. Источник сигнала назвали пульсаром . Были открыты и другие подобные источники. Пульсары удалены от нас на миллиарды световых лет — сейчас радиотелескопы «видят» гораздо дальше, чем самые совершенные оптические телескопы. Пульсары являются как бы «хронометрами» Вселенной, и сейчас идет речь о том, чтобы использовать их излучение как эталон точного времени.

В заключение главы о радиоволнах хотелось бы сказать еще несколько слов о грядущей космической электромагнитной астрономии. Атмосфера Земли имеет два главных «окна прозрачности». Одно лежит в диапазоне световых волн с длинами 0,4…0,7 мкм. И благодаря ему мы наслаждаемся теплом солнечных лучей днем, светом Луны и звезд ночью, благодаря ему возможна самая древняя наука — оптическая астрономия. Другое окно прозрачности атмосферы — радиоокно. С одной стороны его ограничивает критическая частота ионосферы, соответствующая длинам волн 20…50 м, а с другой — частоты поглощения молекул водяного пара и атмосферных газов, соответствующие миллиметровым волнам. Как видим, радиоокно в тысячи раз «шире» оптического. Оно позволило появиться одной из самых молодых наук — радиоастрономии. Но ведь космос интересно исследовать и в других диапазонах волн инфракрасном, субмиллиметровом, рентгеновском. Такие исследования становятся возможными с созданием в космосе астрономических обсерваторий. Уже выведен на околоземную орбиту спутник с рентгеновским телескопом, широко используется в космических исследованиях инфракрасная техника. Особо следует подчеркнуть, что появление новых научных и технических направлений очень тесно связано с успехами радиоэлектроники — ведь все приемники изучения, системы регистрации, наведения и управления построены на основе электронной техники.

Ну а теперь, имея минимальные сведения о распространении радиоволн в условиях Земли, имеет смысл рассказать о конкретных радиоэлектронных устройствах, и прежде всего о том, из чего они сделаны.

Поговорим о строительстве соборов и вычислительных машин, о «дырках» в веществе, выпрямлении гвоздей и переменного тока, о транзисторах и интегральных схемах, объединяющих тысячи транзисторов, о том, как сделать усилитель и счетчик импульсов, и о многом другом, что лежит в основе радиоэлектроники.

Давным-давно во французском городе Шартре, когда однажды строителей спросили, что они делают, один ответил: «Ношу кирпичи». Другой сказал: «Готовлю раствор». Третий, не отрываясь от работы, буркнул: «Наращиваю леса». И лишь один, выпрямившись и гордо оглядев уже сделанное, произнес: «Я строю Шартрский собор!»

Я строю…

Как часто за мелочами не видно главного! В современной высокоразвитой электронной промышленности заняты десятки тысяч человек. Одни выращивают высокочистые полупроводниковые кристаллы, другие изготавливают на высокоточном оборудовании интегральные микросхемы, третьи разрабатывают их топологию, четвертые заняты программным обеспечением ЭВМ, есть масса занятий для пятых, шестых и т. д… Но все они вместе возводят одно величественное здание современной электроники — техники, без которой уже не может обойтись ни одна отрасль народного хозяйства.

Любое современное здание, например жилой дом, строится из весьма ограниченного набора блоков — панелей, балок, перекрытий. Расположив эти блоки в различных сочетаниях, можно построить и низкое длинное здание, и возвышающийся как башня над всем городом небоскреб. Даже при ограниченном наборе основных блоков архитекторам предоставлена широкая свобода для творчества. Так и в современной электронике из сравнительно небольшого числа основных «базовых» блоков: транзисторов, конденсаторов, резисторов и т. д. можно создать бесчисленное множество электронных устройств: радиоприемники, телевизоры, аппараты записи и воспроизведения звука, передачи данных, ЭВМ и многие-многие другие.

Этим занимаются помимо промышленности и радиолюбители. Из весьма скромного набора основных «блочков-кирпичиков», имеющихся в их распоряжении, они конструируют все, что угодно, — от электронного дверного звонка, исполняющего веселую мелодию, до сложных синтезаторов современных вокально-инструментальных ансамблей, от детской игры «Первоклассница», умеющей складывать 1 + 1 = …, до персональной ЭВМ. способной сыграть с вами партию в шахматы или рассчитать, на какой день недели придется первое апреля в 3995 году (хотя эту задачу может решить и микрокалькулятор, собранный из меньшего числа тех же блочков).

Так что же это за «блочки-кирпичики»? Чаще всего — серийные интегральные микросхемы. Некоторые из них и по форме напоминают маленький пластмассовый кирпичик с двумя гребенками выводов. Все микросхемы делят на два больших класса — аналоговые и цифровые. Названия соответствуют аналоговым и цифровым сигналам, для обработки которых предназначены эти микросхемы.

К аналоговым относятся усилители, генераторы, преобразователи сигналов, к цифровым — логические элементы, триггеры, счетчики, шифраторы и дешифраторы, регистры сдвига, устройства памяти, микропроцессоры.

Стандартный корпус интегральной микросхемы.

Сырьем для электронных «кирпичиков» может служить обычный песок. Не верите? Песок представляет собой окись кремния SiО 2. А кремний является основой для производства подавляющего большинства полупроводниковых элементов электроники. Разумеется, нужны и другие материалы: пластмасса, керамика, алюминий, серебро и даже золото. Разрезать аккуратно и точно кремниевую пластинку лучше всего алмазной пилой.