Текст книги "Приключения радиолуча"

Автор книги: Валерий Родиков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 23 страниц)

РОЖДЕНИЕ «СУПЕРА»

«Супер» – так жаргонно называли радиолюбители 40—50-х годов супергетеродинный приемник. Сейчас, за редким исключением, все радиоприемники, будь то бытовые, телевизионные, связные, радиолокационные и других назначений, строятся по супергетеродинной схеме. А в период зарождения радиовещания господствовали простые в изготовлении детекторные приемники.

Их основным элементом был кристаллический детектор, который выпрямлял электрические колебания радиочастоты, наведенные в антенне радиоволной и выделенные резонансным контуром. В выпрямленном напряжении содержались колебания звуковых частот, которые в телефонных наушниках превращались в звуковые сообщения.

Кристаллический детектор был первым в современном понимании полупроводниковым прибором. Он пришел на смену капризному и ненадежному когереру. Хотя точная дата рождения кристаллического детектора не установлена (примерно 1906 год), можно с полным основанием сказать, что появился он как нельзя вовремя. С его помощью значительно расширилась аудитория радиослушателей.

Помимо простоты детекторный приемник обладал еще одним немаловажным достоинством: для него не требовалось источника питания. Энергию приносила сама радиоволна.

С совершенствованием радиоламп, естественно, проявилось давнее намерение услышать речь и музыку как говорят, «во весь голос». Пристроили после детектора усилитель низкой частоты (или сокращенно УНЧ) и стали слушать уже не в наушниках, а из громкоговорителей (динамиков). Потекла живая человеческая речь по комнатам, залам, площадям…

Чтобы увеличить дальность приема, стали усиливать радиочастотные колебания и до детектора поставили усилители радиочастоты (УРЧ). Вот вам и знаменитый приемник «прямого усиления», где радиочастотный сигнал усиливается, затем детектируется и опять следует усиление, но только уже на низкой, звуковой частоте. Эти приемники были в ходу у радиолюбителей еще в 50-х годах. Названия их звучали несколько таинственно: 1– V – 2, 1– V– 1, 0 – V – 2. Первая цифра означала число ламп для усиления радиочастоты, последняя – число ламп для усиления низкой частоты, а буква V означала детектирование.

В таком приемнике избирательность, то есть способность отстраиваться от сигналов соседних радиостанций, достигалась настройкой входного колебательного контура прямо на частоту нужной станции, и основное усиление до детектирования тоже производилось па этой частоте. Оттого и назывался такой приемник приемником прямого усиления. Покуда радиостанций было мало и использовались в основном длинные волны, особых проблем не возникало. Но как только началось освоение коротких волн, сразу же проявился недостаток схемы – стало нелегко отстроиться от других радиостанций, поскольку чем выше частота, тем шире становится полоса пропускания резонансного контура. Таково уж его свойство. (С ним мы немного познакомились, когда речь шла об опытах Герца.)

Если уподобить радиоприемник стадиону, а колебательный контур – его воротам, то чем шире полоса пропускания контура, чем шире ворота стадиона, тем больше шансов у безбилетников, то бишь сигналов других, мешающих станций и прочих разных источников помех проникнуть в приемник.

Крутишь ручку настройки приемника: чем короче длина волны, тем труднее избавиться от мешающих «соседей». Мало того, и слышимость падает. Голос в приемнике слабее от того, что усиление каскадов УР^ уменьшается с повышением частоты Дело в том, что на более высоких частотах выводы электродов, сами электроды ламп начинали вести себя как конденсаторы и тем самым уменьшали усиление.

Пробовали увеличить число каскадов УРЧ, чтобы компенсировать потери. Но на высоких частотах любые два близко расположенных проводника образовывали емкость. Через нее сигнал с выхода каскада попадал на вход. Возникала цепь положительной обратной связи, о которой уже упоминалось. Довольно легко усилитель терял устойчивость и начинал «генерить», то есть сам становился генератором.

Надо было сделать так, чтобы, независимо от частоты принимаемого сигнала, и избирательность приемника, и его усиление оставались практически постоянными. Этого удалось достигнуть в супергетеродине. Его проявление, если следовать хронологии, стало вторым важнейшим событием в радиотехнике после изобретения электронной лампы.

Тем не менее главным образом благодаря своей простоте и детекторные приемники, а схем их было превеликое множество, и приемники прямого усиления, и разные регенераторы еще долгое время применялись даже на коротких волнах. Да и сегодня в некоторых специальных устройствах нет-нет да и можно наткнуться на приемную схему из далеких 20-х годов.

У супергетеродина, этого счастливого ребенка (а родился он в 1917 году), было сразу четыре отца: французский инженер Л. Леви, немцы Г. Арко и В. Шоттки и уже известный нам Э. Армстронг. Но закон остался на стороне Леви, и ему был отдан приоритет.

Армстронг тоже получил патент на супергетеродин, но в США. Он, капитан корпуса связи, находился в ту пору (шла первая мировая война) во Франции; 30 декабря 1918 года послал из Парижа в США заявку на патент и получил его в июне 1920 года. В Америке считают изобретение супергетеродина величайшим достижением Армстронга.

В чем же идея супергетеродина? Она, кстати, блеснула еще в 1902 году. Смысл ее в том, что сигнал радиочастоты переносится с помощью местного генератора – гетеродина – на другую, более низкую частоту, где нет проблем с усилением и где можно сделать фильтры с нужной формой частотной характеристики. И главное, чтобы эта более низкая частота, которую во всех странах Европы назвали «промежуточной», была бы постоянной. Тогда и усилительные элементы, и резонансные контуры будут работать на одной и той же частоте. Так что их контуры не надо будет перестраивать. В таких условиях намного проще получить требуемую форму частотной характеристики приемника, или, как говорят радисты, согласовать ее с частотным спектром принимаемого сигнала.

Слово «гетеродин» произошло от двух греческих слов: «гетерос» – иной, другой и «динамис» – сила. То есть принимаемый сигнал радиочастоты подвергается воздействию другого, местного сигнала иной частоты. Этот процесс переноса сигнала с одной частоты на другую называется гетеродированием. Осуществляется он перемножителем, который в приемнике обычно называют смесителем. Интересно: сигналы перемножаются, а частоты их вычитаются! А чтобы частота на выходе смесителя была бы постоянной, равной промежуточен, надо подстраивать частоту гетеродина. Именно от качества усилителя промежуточной частоты, который сокращенно называют УПЧ, главным образом зависит чувствительность и избирательность приемника. Ведь независимо от длины волны принимаемой станции основная обработка сигнала происходит в УПЧ.

Смесителем же может быть любой нелинейный элемент: и диод, и электронная лампа, и транзистор. Мы уже знаем, что нелинейность обогащает частотный спектр сигналов, которые подаются на нелинейный элемент. Надо только среди рожденных нелинейностью новых частот отфильтровать интересующую нас разностную частоту.

«Суперы» не сразу покорили мир. Мешал французский патент, отчасти монополизировавший их промышленное производство. Правда, для радиолюбителей он не служил помехой, а в профессиональной сфере с ним вынуждены были считаться. Сложны были «суперы» и в настройке – приходилось крутить сразу две ручки: настройки входных контуров и гетеродина. Лишь потом их совместили.

В начале 30-х годов срок действия патента истек и началось победное шествие супергетеродинов, которое продолжается и в наши дни…

ОТ ТРАНЗИСТОРА ДО ЧИПА

1 июля 1948 года, на следующий день после того, как фирма «Белл телефон лабораториз» объявила об изобретении нового прибора – транзистора, только газета «Нью-Йорк тайме» откликнулась на это событие. На предпоследней странице в колонке «Новости радио» самой последней стояла следующая короткая заметка:

«Вчера фирма «Белл телефон лабораториз»… впервые продемонстрировала изобретенный ею прибор под названием «транзистор», который в некоторых случаях можно использовать в области радиотехники вместо электронных ламп.

Прибор был продемонстрирован в схеме радиоприемника, не содержавшей обычных ламп. Было также показано его применение в телефонной системе и в телевизионном устройстве, управляемом с помощью приемника, расположенного на нижнем этаже. В каждом из этих случаев транзистор использовался в качестве усилителя, хотя фирма заявляет, что он может использоваться и в качестве генератора, способного создавать и передавать радиоволны.

Транзистор, имеющий форму маленького металлического цилиндра длиной около 13 миллиметров, не содержит полости (из которой откачан воздух), сетки, анода или стеклянного корпуса, предохраняющего от попадания в прибор воздуха. Он начинает работу мгновенно, без задержки на разогрев, так как в отличие от радиолампы в нем нет накала.

Рабочие элементы прибора состоят всего лишь из двух тонких проволочек, подходящих к кусочку твердого полупроводникового материала величиной с булавочную головку, приплавленному к металлическому основанию. Вещество, помещенное на металлическое основание, усиливает ток, подводимый к нему по одной проволочке, а другая проволочка отводит усиленный ток».

Первый транзистор по внешнему виду напоминал радиолампу. Видимо, сказалась приверженность человеческого глаза к привычным формам. Не потому ли и первые автомобили были похожи на кареты и дилижансы?

Авторами изобретения были американские ученые Д. Бардин и У. Браттейн, получившие патент. Они работали под руководством Шокли, и его теоретические разработки сыграли не последнюю роль в открытии. Поэтому всем троим в 1956 году присуждена Нобелевская премия по физике за исследование полупроводников и открытие транзисторного эффекта. Кстати, Бардин в 1972 году получил и вторую Нобелевскую премию за работы в области сверхпроводимости, он также был удостоен высшей награды АН СССР – золотой медали имени М. В. Ломоносова за 1987 год.

Фирма только спустя семь месяцев объявила об открытии своих сотрудников. Во-первых, потому что сами изобретатели еще полностью не уяснили, что же такое транзисторный эффект. Во-вторых, надо было показать изобретение военным и решить с ними – следует ли его секретить. Затем подать заявку на патент и написать научную статью и еще оставалось сделать не менее главное – дать название новому прибору.

Бардин и Браттейн хотели подобрать термин, сходный с «варистором», «термистором» (полупроводниковые  приборы, сопротивление  которых меняется в зависимости, соответственно, от напряжения и температуры), но не могли найти подходящего слова. Изобретателям помог известный специалист по радиоэлектронике и ее популяризатор Дж. Пирс. Он считал, что в названии должен найти отражение основной, как это казалось в то время, параметр прибора – его переходное сопротивление. По-английски оно звучит как «транзистенс». Поэтому Пирс и подсказал назвать новый прибор транзистором.

Если «транзистор» – термин, изобретенный в середине XX века, то слово «полупроводник» было в ходу уже в XIX веке. В учебнике 1826 года «Начальные основания опытной физики», написанном Иваном Двигубским, есть такие слова: «Английский физик Кавендиш опытами доказал, что вода проводит электричество в 400 миллионов раз хуже металла; невзирая на сие, она еще не совсем худой проводник электричества. Тела, кои в рассуждении способности проводить электричество, занимающие как бы среднее место между проводниками и непроводниками, обыкновенно называются полупроводниками».

А теперь откроем последний Советский энциклопедический словарь и прочитаем значение слова «полупроводники»: «Вещества, электропроводность которых при комнатной температуре имеет промежуточное значение между электропроводностью металлов… и диэлектриков…» Как мы видим, несмотря на более чем 150-летнюю временную дистанцию, формулировки весьма схожи.

В 1821 году немецкий физик Томас Зеебек под впечатлением опытов Эрстеда провел следующий эксперимент. Он припаивал друг к другу два разнородных металла и соединял их медным проводником, а внутри петли, образованной проводником, помещал магнитную стрелку. При нагреве места спая магнитная стрелка отклонялась. Значит, нагретый спай служил источником электрического тока. Когда одним из элементов спая были теллур, сульфид свинца и некоторые другие материалы, стрелка реагировала более энергично. Через сто лет такие вещества станут называться полупроводниками. Пожалуй, это был первый сигнал о наличии у полупроводников необычайных свойств.

«Термоэлектрический эффект» – так окрестили впоследствии данное явление. На его основе в 1940 году в Ленинградском физико-техническом институте пол руководством Ю. П. Маслаковца была собрана и испытана первая экспериментальная полупроводниковая термобатарея. Материалом у нее (как и в опыте Зеебека) служил сульфид свинца.

В 1833 году Майкл Фарадей столкнулся с необычной ситуацией: он заметил, что электропроводность сульфида серебра растет с повышением температуры (у металлов все происходит наоборот). «…Если поискать, то можно будет найти немало таких веществ», – прозорливо заметил Фарадей. И действительно, впоследствии он обнаружил еще ряд образцов с необычной зависимостью сопротивления от температуры – одной из характерных особенностей полупроводников.

В 1873 году было открыто еще одно их свойство. Инженер-электрик из Лондона У. Смит объявил, что при освещении селен, химический элемент, открытый еще в начале века, изменяет свою электропроводность. Сам инженер занимался испытанием подводного телеграфного кабеля, для изоляции которого применялся селен. В расплавленном состоянии он застывал, образуя стекловидную массу с очень большим сопротивлением. Наблюдательный помощник Смита заметил, что на свету сопротивление селена становится меньше, чем в темноте. Сообщение вызвало живейший интерес. Физики бросились воспроизводить опыт и обнаружили, что селен, названный так в честь Луны, чувствителен даже к ее свету.

Свойству селена изменять свое сопротивление в зависимости от падающего света нашел интересное применение Грэхем Белл. Тот самый Белл, в честь которого названа логарифмическая единица отношений двух одноименных физических величин – бел. Правда, на практике мы сталкиваемся с более мелкой величиной: одной десятой бела – децибелом.

Так вот, Белл придумал прибор, передававший звук на большое расстояние при помощи светового луча, и назвал его фотофоном. Принцип действия прибора состоял в следующем. Гибкое плоское зеркало освещалось сильным источником света так, что отраженный луч попадал на приемном конце на линзу, фокусировавшую свет на селеновую пластинку, соединенную с батареей и телефоном. При передаче звук, направленный на заднюю поверхность зеркала, заставлял его колебаться. В такт с колебаниями «дрожал» и световой луч, а от этого менялась и освещенность селеновой пластины.

В цепи телефона возникали колебания электрического тока звуковой частоты, и речь отлично воспроизводилась в наушниках. Но фотофон быстро сошел со сцены: не выдержал соперничества с другим, более удачливым детищем Белла – телефоном.

Как говорят, все повторяется. Через сто лет на более высоком уровне – в лазерном исполнении – этот принцип возродился. В частности, в подслушивающих лазерных устройствах. Оконное стекло комнаты, где происходят переговоры, освещают снаружи лазерным лучом. Роль зеркала выполняет стекло, а вместо селеновой пластинки – лазерный приемник.

В 1874 году уже упоминавшийся К. Ф. Браун обнаружил выпрямляющую способность контакта металла и сернистого свинца: при одном направлении тока сопротивление контакта мало, при противоположном – очень велико. Позже, используя эту особенность, Браун создал детектор – полупроводниковый диод.

В последнее 20-летие XIX века полупроводники не были обделены вниманием ученых, и число опубликованных работ, им посвященных, исчислялось сотнями, так что уже в начале XX века сформировались правильные представления о природе электропроводимости полупроводников. Потом с началом эры радиоэлектронной лампы интерес к полупроводникам упал. Это продолжалось вплоть до конца первой мировой войны.

В 20-х и особенно в 30-х годах полупроводники вновь стали объектами научного любопытства. На вооружении ученых появилась квантовая теория и уравнение Эрвина Шредингера, которые могли объяснить поведение электронов в твердых телах. Большой вклад в экспериментальные и теоретические исследования полупроводниковых приборов внесли и советские ученые О. В. Лосев, Б. И. Давыдов, Я. И. Френкель, А. Ф. Иоффе. А в 1931 году вышла первая в нашей стране книга под названием «Полупроводники» известного ученого Д. Н. Наследова.

Многие изобретатели бились над созданием полупроводникового усилителя. В 1925 году в США, а в 1935 году в Англии были выданы патенты на прибор, который впоследствии назовут полевым транзистором. Но экспериментально его воспроизвести не удалось.

И вот в 1947 году к тройке американских ученых пришел заслуженный успех. Их настойчивость была вознаграждена появлением транзистора.

Так же как и лампа, транзистор может быть и электронным переключателем, и усилителем. Только в отличие от лампы он управляется током, а не напряжением. В лампе через ее вход (участок сетка-катод) в большинстве режимов работы ток пренебрежимо мал, так что с ним можно было не считаться. А в транзисторе входной ток приходилось учитывать. Хоть небольшой, но есть. Он течет через определенную часть транзистора, и его изменения вызывают соответствующие изменения большего тока, текущего через весь транзистор. Поэтому транзистор иногда называли усилителем тока. И названия электродам в транзисторе придумали другие. Если провести аналогию с радиолампой, то роль катода в нем выполняет эмиттер (выпускает носители электрического тока), анода – коллектор (собирает их), а сетки – база.

В современной электронике получили распространение два типа транзисторов – биполярные и полевые. Кстати, прибор, созданный Бардиным и Браттейном, относится к биполярным транзисторам, а запатентованные в 1925 и 1935 годах – к полевым. Хотя запатентованы полевые транзисторы много раньше – применять их стали много позже: в конце 50-х – начале 60-х годов. Несмотря на различия между ними, принципы работы биполярного и полевого транзистора похожи. Правда, соответствующие электроды у последнего носят иные названия: эмиттер – это исток, коллектор – сток, а база – затвор. Проходящий через полевой транзистор ток между истоком и стоком управляется электрическим полем, возникающим в области, прилегающей к затвору, за счет поданного на него напряжения (поэтому и название – полевой транзистор), а затвор находится как раз на пути между истоком и стоком.

Электрическое поле может как бы сужать диаметр канала в полупроводнике, по которому бегут электроны от истока к стоку, или вообще перекрывать его.

Похожая картина наблюдается в поливочном шланге, если наступить на него ногой. Можно уменьшить напор воды, а можно и совсем перекрыть воду. Роль ноги в полевом транзисторе и выполняет электрическое поле у затвора. Входной ток у полевого транзистора, протекающий в нем между истоком и затвором, может быть очень малым. В этом отношении полевые транзисторы приближаются к вакуумным лампам.

Поначалу американская и западноевропейская промышленность не проявили интереса к новому прибору. Трудно было в одночасье сбросить со счетов почти три десятилетия разработки и совершенствования радиоламп разных конструкций. А ведь транзисторы требовали абсолютно новых методов производства. Лампы же применялись не только в радиоприемниках и телевизорах, но и в передатчиках радаров, систем связи, телевизионных и радиопередающих станциях, словом, и там, где требуются большие мощности излучения. (Кстати, в этих областях лампы еще и по сей день не сошли со сцены.)

Да и хрупки из-за точечных контактов были первые транзисторы. Они так и назывались точечными. Область контакта между двумя веществами  (или, иначе, область электронно-дырочного перехода) была очень мала: только в местах соприкосновения с полупроводником двух заточенных металлических проволочек (почти так же, как в кристаллических диодах). Такие контакты были нестабильны. Эра плоскостных транзисторов, которая продолжается и сегодня, наступила позднее – с начала 1950-х годов, когда научились выращивать монокристаллы полупроводников промышленным способом. Несовершенны и дороги были первые транзисторы. Их параметры сильно разнились от экземпляра к экземпляру.

Была еще одна причина, по которой американская промышленность встретила новый электронный прибор с прохладцей. Многие инженеры выросли в век радиоламп и потому отрицательно отнеслись к только что появившемуся транзистору. Было ясно, что речь идет не о простой замене радиоламп транзисторами. У новых приборов были другие напряжения питания, мощностные характеристики и даже принцип работы. (Его мы уже знаем – усиление по току.) Все это заставляло переучиваться, по-иному подходить к разработке схем. Но инженеры старой школы не хотели перестраиваться.

Чтобы привлечь внимание к транзистору, фирма «Белл» стала его усиленно рекламировать, устраивать семинары, предоставлять лицензии на него всем желающим. Она отказалась от всех лицензионных пошлин с транзисторов, используемых в слуховых аппаратах. Это была дань памяти Грэхему Беллу, который заботился о глухих.

Именно разработчики слуховых аппаратов оказались наиболее восприимчивыми к новому. Они сразу же ухватились за транзистор, несмотря на его дороговизну. (В начале 50-х годов транзистор стоил 15 долларов.) Еще задолго до появления транзистора производители слуховых аппаратов добились успеха в миниатюризации электронной аппаратуры. В общем, «новичок» пришелся им как нельзя кстати.

Первый транзисторный слуховой аппарат вышел в 1953 году. В нем было использовано пять транзисторов. Правда, потребовалась помощь двух миниатюрных ламп для входного и оконечного каскадов, поскольку сами полупроводники еще служили источником добавочного шума и их усиления было недостаточно.

Без «раскачки» отреагировали на новый прибор и военные. Они были заинтересованы в снижении веса и габаритов радиоэлектронной аппаратуры, а дороговизна их не смущала (деньги ведь не свои, а налогоплательщиков.)

Вот один из многочисленных примеров, какую выгоду дало бы использование транзисторов в военное деле. В конце войны США имели самолет-бомбардировщик В-29, прозванный «летающей сверхкрепостью». Он развивал скорость 600 километров в час и имел полетную массу около 54 тонн. Электронное оборудование самолета весило одну тонну. Применение транзисторов позволило бы уменьшить его вес в 10 раз, в результате чего полетная масса убыла на 4,5 тонны. То есть каждый лишний килограмм оборудования увеличивает полетную массу самолета примерно на пять килограммов. Такая «плата» в пятикратном размере объясняется необходимостью дополнительного запаса, горючего, усилением конструкции. А полетная масса – это и скорость, и маневренность, и потолок самолета.

Для ракет выигрыш еще ощутимее. Для них каждый лишний килограмм оборудования повышает массу ракеты на 40—50 килограммов. А если учесть, что стоимость электроники для современных ракет составляет около 70 процентов от стоимости ракеты, то нетрудно догадаться, что значат полупроводниковые приборы для ракетного дела.

Помимо военных новый прибор ждали и разработчики электронных вычислительных машин. Вспомним первые ЭВМ. Они покажутся сейчас мастодонтами.

В феврале 1945 года вступила в строй американская ЭВМ «Эниак-15». Ее первым практическим применением были расчеты для сверхсекретного проекта атомной бомбы. Задачи подготовил известный математик фон Нейман. Компьютер содержал 18 тысяч радиоламп. Занимала машина помещение в 135 квадратных метров, весила 30 тонн и потребляла 135 киловатт. Операция сложения длилась 0,2 миллисекунды, а умножения – 2,8 миллисекунды. (У современных быстродействующих машин – миллионные и даже миллиардные доли секунды.)

По существу, такую ЭВМ можно было уподобить огромному нагревательному прибору. Представьте себе помещение, где на каждом квадратном метре стоит по электрокамину мощностью чуть более одного киловатта. Охлаждать ЭВМ было весьма непросто. Но главная проблема заключалась в малой надежности. Электронные лампы имели срок службы около 500—1000 часов. За это время выходило из строя не менее двух процентов ламп. Через несколько часов работы надо было искать вышедшую из строя лампу, заменять ее и проверять работу машины с помощью тестов. А ведь для решения сложных задач требовалось ЭВМ с числом ламп, измеряемых не десятками, а сотнями тысяч.

Наиболее уязвимое место у ламп – нить накала и катод. Как и у осветительной лампы, нить накала с течением времени перегорает, а катод, подогреваемый теплом нити, теряет способность испускать электроны, или, как говорят, теряет эмиссию. У транзистора нет ни нити накала, ни подогревного катода, и потому нет и этих трудностей. Срок службы современного транзистора сравним с долговечностью обычного сопротивления. Сегодня же ЭВМ такого класса, как «Эниак-15», можно спокойно уместить в чемоданчике.

Первым полупроводниковым материалом для транзисторов был германий. Но как оказалось, германиевые транзисторы имели много недостатков, главный из которых – нестабильность. Никакие защитные покрытия не могли уберечь их на долгое время от контакта с внешней средой – пылью, влагой… По истечении некоторого времени параметры транзистора начинали «дрейфовать», работа электронных схем зачастую нарушалась. Плохо «вели» себя германиевые транзисторы и при повышенной температуре – тоже «дрейфовали».

В 1954 году появился первый транзистор из кремния – самого распространенного на Земле твердого вещества. Кремний – термостабилен, и что еще немаловажно – образует на поверхности пленку окисла, которая помогает надежно защитить электронно-дырочные переходы от внешних воздействий. Начался период кремниевых полупроводников, продолжающийся и в наши дни.

Еще в 1952 году на ежегодной конференции по электронным компонентам, проходившей в Вашингтоне, сотрудник Британского королевского радиолокационного управления Даммер в своем докладе произнес такие пророческие слова: «С появлением транзистора и работ в области полупроводниковой техники вообще можно себе представить электронное оборудование в виде твердого блока, не содержащего соединительных проводов. Блок может состоять из слоев изолирующих, проводящих, выпрямляющих и усиливающих материалов, в которых определенные участки вырезаны таким образом, что они могли непосредственно выполнять электрические функции».

Предсказание начало сбываться уже в конце 50-х – начале 60-х годов: появились интегральные микросхемы, которым стало суждено произвести переворот в радиоэлектронике, подобно тому, как это раньше сделал транзистор.

Главную роль в перевороте сыграла планарная технология (термин «планарный» образован от английского слова «планар» – плоский). Она дала возможность перейти от изготовления каждого прибора в отдельности к изготовлению на едином полупроводниковом образце, или, как говорят, кристалле, одновременно многих тысяч транзисторов.

Что же такое интегральная схема? Это какая-либо, чаще всего типовая, электронная схема, выполненная на едином кристалле. Например, берут кристалл кремния. В поверхностном его слое с помощью методов полупроводниковой технологии (очень изощренные по точности исполнения методы) формируют элементы электрической схемы, как то: диоды, транзисторы, сопротивления (или, иначе, резисторы), емкости, индуктивности и соединения между ними. Вот вам и полупроводниковая интегральная микросхема, или, как ее иногда называют за рубежом, «чип». (В переводе с английского «чип» – не то «ломтик», не то «дешевка».)

Интересно, что интегральные микросхемы так же, как и в свое время транзисторы, встретили скептически. Критические замечания в основном были по делу. Например, нужный прибор можно было составлять только из имеющихся в наличии готовых «кирпичиков», то бишь микросхем. А это зачастую лишало возможности оптимально построить электрическую схему прибора. Здесь напрашивается аналогия с индивидуальным пошивом в ателье. Можно костюм подогнать по фигуре, не то что в магазине – бери, что предложат.

Кроме того был при производстве микросхем большой процент брака. И еще – однажды созданную схему почти невозможно изменить. Многие недостатки потом устранили, а на другие на фоне огромных возможностей, которые сулила интегральная технология, можно было не обращать внимания.

Буму в области интегральных микросхем в США во многом способствовали военные. Как всегда, они напугали налогоплательщиков «советской угрозой». Поводом послужили успехи СССР в области освоения космического пространства. Под эту шумиху они затеяли в 60-х годах модернизацию своих баллистических ракет «Минитмен». Наметили снизить с помощью микросхем массу электронного оборудования на ракете и тем самым компенсировать отставание в области ракетных двигателей. Программа потребовала организовать производство невиданными ранее темпами – по 4000 интегральных микросхем в месяц.

Мы часто слышим слово «микроэлектроника». Данному понятию есть вполне определенная количественная мера. Принято считать, что микроэлектроника начинается тогда, когда плотность монтажа превышает пять элементов (диод, транзистор, резистор и др.) на кубический сантиметр. На этом рубеже кончается миниатюризация электронной аппаратуры и начинается ее микроминиатюризация.

Но не только «плотность упаковки», то есть количество элементов на единицу площади или объема, характеризует микроминиатюрность чипа, но и такой показатель, как степень интеграции – количество элементов в одной микросхеме.

В так называемых больших интегральных схемах (БИС) содержится от 100—1000 до 10—100 тысяч элементов, а в СБИС (сверхбольших интегральных схемах) – свыше 10—100 тысяч. Есть уже название для чипов следующей степени интеграции – УБИС (ультрабольшие интегральные схемы), но число схемных элементов для них пока не определено…