Электроника асослари
Ўқув қўлланма
Боходир Хошимович Каримов
Тожибой Мирзамахмудович Мирзамахмудов
Редактор Салим Мадрахимович Отажонов
Иллюстратор Боходир Хошимович Каримов
Дизайнер обложки Ибратжон Хатамович Алиев
Корректор Ибратжон Хатамович Алиев
Рецензент, физико-математика фанлари доктори, Фарғона Давлат Университети физика-техника факультети профессора Салим Мадрахимович Отажонов
© Боходир Хошимович Каримов, 2023
© Тожибой Мирзамахмудович Мирзамахмудов, 2023
© Боходир Хошимович Каримов, иллюстрации, 2023
© Ибратжон Хатамович Алиев, дизайн обложки, 2023
ISBN 978-5-0056-3165-7
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Кириш
Электроника фани университет ва техника олий ўқув юртларининг «Технологикй таълим», «Физика» «Асбобсозлик», «Электроника ва микроэлектроника» йўналишидаги ўқиётган бакалавр талабалари учун асосий курс хисобланади.
«Электроника асослари» ўқув қўлланмасида етарли даражада расмлар, графиклар, жадваллар ва маълумотномалар берилган.
ПФ-60-сон 28.01.2022.
20222026 йилларга мўлжалланган янги Ўзбекистоннинг тараққиёт стратегияси тўғрисида адолатли ижтимоий сиёсат юритиш, инсон капиталини ривожлантириш масаласига давлат сиёсати даражасига кўтарилган. Тараққиёт стратегиясининг асосий масалаларидан бири бўлиб, ҳамма сохаларида, жумладан, электроника, хисоблаш техникаси, радиотехника, робототехника ва информатикада сохада рақобатбардош кадрларни таёрлашдан иборат.
Шу муносабат билан электрониканинг замонавий элемент базасини кўз олдига келтирувчи, электрон асбобларининг тугун ва схемаларидаги барча қисмидан ўтаётган жараёнларни ўқувчига тушунтирувчи, юкори даражали мутахассис педагог кадрлар ва мухандис кадрлар тайёрлашга талаблар ортиб бормокда. «Олий ва ўрта махсус таълим Низоми» да келажак ўкитувчи, тарбиячилар, мухандисларга энг замонавий билим ва яхши тайёргарлик бериш керак деб, таъкидлаб ўтилган.
Университет ва техника олий юртларида «Электроника асослари курси», «Радиоэлектроника», «Радиоэлектрон қурилмалар ишлаб чикариш технологияси», «Радиоэлектроникадан амалий машғулот», «Микропроцессор техникаси» ва бошқа фанлар қатори асосий талабага политехник тайёргарликни беради.
Якин келажакда физик, технологик, биологик, химик ва кибернетикизланишларни комплекс қўллаб, электроникада катта муваффакиятларга эришилишни педагоглари назарда тутиш керак.
Электроника ўзининг ривожланиш жараёни ва РЭА нинг қиёфасига катта таъсир килиб, замонавий саноат ва қишлоқ хўжалиги, илмий текшириш ва медицинада; маиший хизмат ва транспортда, ўқитиш усулубларни такомиллаштириш ва алоқа воситаси хамда инсон фаолиятининг ҳамма сохаларида принципиал янги асбобяратиш имконини беради. Биз қуйида замонавий электроника ривожланишнинг айрим сохаларни келтирамиз.
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА. Қурилмаларнинг истемол энер гиясини камайтириш ва ишлашда ишончлиликни орттиришда, минитюризация килиш, хозирги замон микроэлектроникасини ривожланишдаги асосий тенденцияси, бўлиб катта (БИС) ва ўта катта (СБИС) интеграл микросхемаларни яратилиши электрон тугунлар ва дискрет радиодеталлар блокини алмаштириш имконини беради. Схемаларни кейинги миниатюризацияси электроника, хисоблаш курилмаси ва магнит ёзувчи курилмаларининг такомиллашишига, олдиндан берилган функцияли янги асбоблар яратилишига революцион таъсир кўрсатади. Шуни айтиш керакки, хозирги технологияда битта ярим ўтказгичли кристаллда миллионтагача радиодеталлар бўлган БИС лар яратиш мумкин.
ОПТОЭЛЕКТРОНИКА. Хозирги замон оптоэлектриникада катта сиғимли, тез ишловчи, юқори халақитлардан мухофаза қилинган толалар оптикаси линияларини яратишда фундаментал изланишлар олиб борилмоқда. Бундай линия орқали бир вактнинг ўзида 10000 гача телефон алоқалар, 10 каналгача булган юқори аниқликда рангли телевидения сигналларини жўнатиш мумкин. Оптоэлектроникада ёруғлик нурларининг фазо бўйича модуляция принципи қўлланилади. Бу асосда қуйидаги вакуумсиз электрон «қурилмалар» яратилади: оптоэлектрон кучайтиргичлар, мантиқий элементлар, ясси экранли рангли телевидение, жуда катта информацион табло ва х. з. Хозирда оптоэлектрон хотираловчи (оптик хотираловчи) дисклар яратилди хамда такомиллаштириш бўйича янгидан-янги изланишлар олиб борилмоқда.
КРИОГЕН ЭЛЕКТРОНИКА. Паст (криоген) температурадаги ходисалардан фойдаланилади, яхни бунда металл ва қотишмаларнинг ўта ўтказувчанлиги, изоляторларнинг диэлектрик киритувчанлигини электр майдон ва бошқаларга боғлиқлиги тушунилади. Бундай ходисалардан криоген триггерлар, ўта кенг полосали квант кучайтиргичлари, электр сигналларининг линия тутқичлари ва х.з асбоблар яратишда фойдаланилади. Шуни айтиб ўтиш керакки, криоген асосида мантиқий ва хотираловчи функцияларни бажарувчи БИС ларни хам яратиш мумкин. Электрон асбоб ўрнатилган бўлиб, унинг ёрдамида миллиард ёруғлик йили масофасидаги космик фазосини ўрганиш имконини беради.
МАГНИТ ЭЛЕКТРОНИКА. Бу жуда кичик тўйинган магнитланувчан материалларни вужудга келиши, унинг асосида юпқа плёнкали магнит қурилмалар ишлаб чиқарилишига, магнит плёнкалар, коммутацион қурилма, магнит ярим ўтказгичлар ва х.з ни яратилишига олиб келди. Унча катта бўлмаган магнит ярим ўтказгичли кристаллда мантиқий элементлар, коммутацияловчи қурилмалар ва хотираловчи элементларни хар-хил кўринишларини хосил қилувчи бир неча минг схемалар жойлаштириш мумкин. Бу кристалларда ҳосил қилинган қурилмалар 3*10
6
5
БИОЭЛЕКТРОНИКА. Электрониканинг ривожланишидаги яна бир йўналиш бўлиб, тирик организмнинг таркиби ва хаёт фаолиятини, (шу жумладан инсонни) тахлил қилишда, асаб системасини ўрганиш, хар-хил жинсли буғланиш (химиявий майдон), магнит майдони, инсон танаси ва х.з.ни радионурланиш каби муаммоларини ўз ичига олади. Электро радиокардиограмма (ЭКГ) дан фарқли ўлароқ юрак ишлаши сигналини аниқроқ ўлчовчи магнитокардиограмма асбобини яратиш мумкин. Инфарқизил (миокард) дан кейин юрак пайларидаги ўлган қисмларни магнит майдонли квант ўлчовчи асбоби қайд қилади. Кам халакитли радиопрёмниклар ёрдамида инсон танаси ичидаги температурани радионурланиш ёрдамида аниклаш мумкин. Бундай асбоб ёрдамида хроник апендицит, ўпкаларни шабадалаши ва х.з. ни диагноз қилиш мумкин. Инсон иссиқлик нурини ўлчаб жуда қизиқ информацияларни олиши мумкин. Бу био информацияларёрдамида томирлар холати, организмдаги шабадалаш жараёни ва х.з. лар хақида фикр юритиш мумкин. Бу айникса болалар педиатриясида катта ахамиятга чунки, сабаби улар ўзининг касалликлари хакида махлумот бера олмайдилар.
АКУСТОЭЛЕКТРОНИКА. Электрониканинг бу йўналиши акустик ва пхезоэлектрик эффектларни электр майдони билан таъсирлашишига асосланган. Пхезоэлектрик ўзгартиргичлар, масалан, улpтратовуш линияларда электр сигналлари таъсирида акустик сигналлар хосил қилади ва аксинча. Барчамизки Маълумки, электромагнит ва акустик тўлқинларининг тарқалиш тезлиги ўзаро бир-биридан кескин фарқ қилади, шунга асосланиб эса вақт бўйича сигналларни силжиши ва ушланиб қолишини хосил қилиш мумкин. Пъезооэлектрик ярим ўтказгичлар электр майдони акустик тулқинларга хам таъсир килади. Бу эса телерадио қурилмаларнинг сигналларини ўлчаш имконини беради. Хозирги вақтда мусиқани юқори сифатда қайта эшиттирувчи қурилмалар яратилган.
КВАНТ ЭЛЕКТРОНИКАСИ. Кристалл атомида когерент нурларнинг тарқалиши, яъни мажбурий (индуцирланган) ходисадан фойдаланиб ўта юқори частотали электромагнит тебранишларни хосил қилиш ва кучайтириш усулларини ўрганади. Хозирги вақтда юқори қувватли, бир томонга юқори даража йўналтирилган, кўриш диапозони спекторида тўлқинлар тарқатувчи микро тўлқинли квант генераторлари (лазерлар) яратилган. Бизнинг мамлакатда квант электроникасига асосланган ўта юқори сиғимли, тола оптик линияли алоқалар, хар-хил технологик қурилмалар, табобат асбоблари, аниқ геодезик механизмлар, атмосферани экологик холатини билувчи асбоблар, ўрганувчи автоматлар ва бошқалар яратилган.
ХЕМОТРОНИКА. Электрониканинг электрохимия билан ривожланишидаги бир йўналиши. Хемотроника паст частотали электрохимиявий ўзгартиргичлар яратади. Хозирги вақтда бир қатор хемотрон асбоблари яратилган: ион тўғрилагич, ўта паст частотали кучайтиргич, электро-химиявий ўзгартиргич. Келажакда суюқлик асосида бошқарилувчи система биоинформацион ўзгартиргич яратилади.
Электрониканинг эришилган ютуқлари унинг чексиз имконидан фойдаланишнинг бошланғич қадами холос. Келажакда ташқи таъсир шароитини ўзгаришга адектив реакция берувчи, сунoий интелектга эга бўлган ва сенсор система асосида жихозланган роботлар билан таoминлаш масаласи қўйилган.
Инсон фаолиятининг хар-хил сохасида электрониканинг қўлланиши узлуксиз кенгаймоқда, чуқурлашмоқда ва дифференциаллашиб бормоқда.
Хозирги замон электроникаси фан ва техникада олдинги ўринни эгаллаб, илмий-техниканинг ривожлантиришда катта ахамиятга эга.
1-БОБ. МАЙДОНДА ЭЛЕКТРОНЛАР ХАРАКАТИ
1 боб электронларнинг бир жинсли, бир жинсли бўлмаган электр майдондаги харакати ва бир жинсли бўлмаган магнит майдоннидаги харакатлари кўриб ўтилган.
1.1. ЭЛЕКТРОНЛАРНИНГ БИР ЖИНСЛИ ЭЛЕКТР МАЙДОНДАГИ ХАРАКАТИ
Электрон асбобларда электронларни электр майдони таъсирида харакатланиши асосий жараёнлардан хисобланади. Электронларни вакуумда харакатланиши оддий ҳамда ярим ўтказгич ёки газ разрядли асбобларида харакатланиши эса мураккаб жараён бўлади.
Бир жинсли электр майдонида электрон харакатини бошқа электронлар билан таъсири йўқ деб караш керак. Хақиқатда эса электронлар орасида ўзаро итаришиш кучи ҳам мавжуд. Электр майдони кўп холларда бир жинсли бўлмасдан мураккаб характерга эга ва у электрониканинг асосларидан бирини ташкил этади.
Маълумки, электрон заряди е=1,6*10
19
31
Оддий электровакуум асбобларида электроннинг тезлиги 0,1 м/с ни ташкил этади, массасини эса доимий деб хисоблаш мумкин.
Электроннинг тезланувчи электр майдонидаги харакат
Икки электрод анод ва катод орасидаги электр майдон куч чизиқларини (кучланганлик чизиқлари) 1.1-расмда кўрсатилганидек тасвирлайлик.
Агар электродлар орасидаги потенциаллар айирмаси U, улар орасидаги масофани d десак, майдон кучланганлигини, деб ёзиш мумкин:
Бир жинсли майдон учун Е ўзгармас катталик. Катоддан чиққан электрон кинетик энергия W
0
0
1.1-расм. Электроннинг тезлатувчи электр майдонидаги харакати
Майдон кучланганлиги мусбат бирлик зарядга таъсир этувчи кучга тенг бўлади. Шунинг учун битта электронга таъсир этувчи куч бўлади:
F куч E вектор катталигига қарама-қарши йўналгани учун минус ишораси қўйилган.
F куч таъсирида электрон тезланиш олади ва унинг ифодаси куйидагича бўлади:
Электрод томон харакатланаётган электрон харакат охирида энг катта v тезлик ва W кинетик энергияга эришади. Шундай қилиб, тезлатувчи майдонда электроннинг кинетик энергияси ортади. Бу энергия ортишини WW
0
Агар электронни бошланғич тезлиги нолга тенг бўлса, бўлади:
Элекроннинг бошланғич тезлиги v
0
Агар U=1 Вольт десак электрон энергияси бир бирлик энергияга тенг булиб, у электрон Вольт (эВ) деб аталади. Юқоридаги ифода (1.4) дан
e ва m ларни ўрнига қўйиб
дан электороннинг тезлигини топиш мумкин.
Шундай қилиб тезлатувчи майдонда электроннинг харакати потенциаллар фарқига боғлик экан. Электроннинг бошлангич энергиясини элеткрон Вольтда қуйидагича
ёзиш мумкин. Потенцаиллар айирмаси U=1 Вольтда, тезлиги v=6*10
5
м/с ва U=100 Вольт бўлганда эса v=6*106
м/с бўлади.Электроннинг электродлар орасида масофа d=3*10
3
м ва кучланиши 100 Вольт бўлганда учиш вақти 108
с ни ташкил қилади.Электр майдони бир жинсли бўлмагани учун электроннинг харакати мураккаб бўлиб амалда бу вақт t=10
8
1010 C
га тенг.Электорни секинлаштирувчи майдондаги харакати
Айтайлик электороннинг v
0
бошлангич тезлиги F кучга тескари йўналишда бўлсин (1.2-расм). F куч электоронни v0
тезлигига тескари йўналишда бўлгани учун унинг харакати текис секинланувчан бўлади. Бундай майдонга секинлаштирувчи майдон дейилади. Ишни электрон бажаргани учун секинлаштирувчи майдонда электроннинг энергияси камаяди. Шундай килиб, секинлаштирувчи майдонда электрон ўз энергиясини майдонга беради.Бошлангич энергияси еU0 бўлган электрон потенциал айирмаси U
0
бўлган секинлаштирувчи майдонда харакатланганда энергияси еU0
га камаяди. Агар eU0>
eU бўлса, электрон электродлар орасида харакатланиб кичик потенциал билан электродга урилади. Агар eU0
1.2-расм. Электроннинг секинлаштирувчи майдондаги харакати
Электроннинг бир жинсли кўндаланг майдондаги харакати
Агар электрон v
0
бошланғич тезлик билан майдон куч чизиқларига нисбатан тўғри бурчак остида харакатланса, майдон электронга F куч билан юқори потенциал йўналиш бўйича тахсир этади (1.3-расм).1,3-расм. Электронни бир жинсли кўндаланг электр майдондаги харакати.
1.3-расм Электронни бир жинсли кўндаланг электр майдондаги харакати.
F куч бўлмаганда электрон тўғри чизиқли текис v
0
тезлик билан харакат қилар эди. F куч таъсирида электрон v0
тезликка перпендикуляр бўлган йўналишда харакат қилсин. Бунда электроннинг траекторияси парабола кўринишида бўлиб, мусбат потенциал томон оғади. Электрон майдондан чиққандан сўнг хам инерция бўйича тўғри чизиқ бўйлаб текис харакат қилади.Шундай қилиб, электрон ва майдон орасида ўзаро энергетик муносабат мавжуд.
1.2. ЭЛЕКТРОНЛАРНИ БИР ЖИНСЛИ БЎЛМАГАН ЭЛЕКТР МАЙДОНИДАГИ ХАРАКАТИ
Бир жинсли бўлмаган майдонда электронлар харакати мураккаб қонуниятлар билан боғланган холда ўзгаради.
Цилиндирсимон электродлар орасидаги радиал йўналишларда бир жинсли бўлмаган электр майдонни олайлик (1.4-расм).
Агар электрон ички электроддан куч чизиқлари бўйлаб харакатланса, у радиус бўйича тўғри чизиқли текис тезланувчан харакат қилади. Харакатланувчи электрон масса ва инерцияга эга бўлганлиги сабабли майдон остида F куч тахсир этади ва унинг траекторияси эгилади.
1.4-расм. Электронларнинг бир жинсли бўлмаган радиал электр майдонидаги харакати.
Агар майдон тезлатувчи характерда бўлса, электрон бошланғич v
0
1.5-расмда электронларнинг бир жинсли бўлмаган майдондаги харакат кўрсатилган, бунда уларнинг ўзаро таъсири хисобга олинмаган.
1.5-расм. Электронларнинг бир жинсли бўлмаган тезлатувчи майдондаги харакати.
Куч чизиқлари бир жойда тўпланишга харакат килиб куч чизиқлари орасига харакатланувчи электронлар оқими кирганда, уларнниг траекторияси электр майдон куч чизиқлари томон яқинлашади, яъни электронларнинг фокусланишига олиб келади.
Агар электр майдон куч чизиқлари ёйилувчан бўлса, электронлар бир-биридан узоқлашади ва сочилади.