Elektronika asoslari
O'quv qo'llanma
Boxodir Xoshimovich Karimov
Muharrir Sa'lim Madraximovich Otajonov
Illustrator Boxodir Xoshimovich Karimov
Illustrator Ibratjon Xatamovich Aliyev
Muqova dizayni Boxodir Xoshimovich Karimov
Muqova dizayni Ibratjon Xatamovich Aliyev
Tuzatuvchi Boxodir Xoshimovich Karimov
Tuzatuvchi Ibratjon Xatamovich Aliyev
Taqrizchi, fiziko-matematika fanlari doktori, Farg'ona Davlat Universiteti fizika-texnika fakulteti professori Salim Madraximovich Otajonov
Taqrizchi, fiziko-matematika fanlari doktori, Farg'ona Politexnika Instituti "Fizika" kafedrasi professori Nomonjon Sultonov
© Boxodir Xoshimovich Karimov, 2023
ISBN 978-5-0059-0721-9
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Kirish
Elektronika fani universitet va texnika oliy oquv yurtlarining «Texnologiky talim», «Fizika» «asbobsozlik», «elektronika va mikroelektronika» yonalishidagi oqiyotgan bakalavr talabalari uchun asosiy kurs xisoblanadi.
«Elektronika asoslari» oquv qollanmasida etarli darajada rasmlar, grafiklar, jadvallar va malumotnomalar berilgan.
PF-60-son 28.01.2022.
20222026 yillarga moljallangan yangi Ozbekistonning taraqqiyot strategiyasi togrisida adolatli ijtimoiy siyosat yuritish, inson kapitalini rivojlantirish masalasiga davlat siyosati darajasiga kotarilgan. Taraqqiyot strategiyasining asosiy masalalaridan biri bolib, hamma soxalarida, jumladan, elektronika, xisoblash texnikasi, radiotexnika, robototexnika va informatikada soxada raqobatbardosh kadrlarni tayorlashdan iborat.
Shu munosabat bilan elektronikaning zamonaviy element bazasini koz oldiga keltiruvchi, elektron asboblarining tugun va sxemalaridagi barcha qismidan otayotgan jarayonlarni oquvchiga tushuntiruvchi, yukori darajali mutaxassis pedagog kadrlar va muxandis kadrlar tayyorlashga talablar ortib bormokda. «Oliy va orta maxsus talim Nizomi» da kelajak okituvchi, tarbiyachilar, muxandislarga eng zamonaviy bilim va yaxshi tayyorgarlik berish kerak deb, takidlab otilgan.
Universitet va texnika oliy yurtlarida «elektronika asoslari kursi», «radioelektronika», «radioelektron qurilmalar ishlab chikarish texnologiyasi», «Radioelektronikadan amaliy mashgulot», «mikroprosessor texnikasi» va boshqa fanlar qatori asosiy talabaga politexnik tayyorgarlikni beradi.
Yakin kelajakda fizik, texnologik, biologik, ximik va kibernetikizlanishlarni kompleks qollab, elektronikada katta muvaffakiyatlarga erishilishni pedagoglari nazarda tutish kerak.
Elektronika ozining rivojlanish jarayoni va REA ning qiyofasiga katta tasir kilib, zamonaviy sanoat va qishloq xojaligi, ilmiy tekshirish va medisinada; maishiy xizmat va transportda, oqitish usulublarni takomillashtirish va aloqa vositasi xamda inson faoliyatining hamma soxalarida printsipial yangi asbobyaratish imkonini beradi. Biz quyida zamonaviy elektronika rivojlanishning ayrim soxalarni keltiramiz.
Mikroelektronika. Qurilmalarning istemol ener giyasini kamaytirish va ishlashda ishonchlilikni orttirishda, minityurizasiya kilish, xozirgi zamon mikroelektronikasini rivojlanishdagi asosiy tendentsiyasi, bolib katta (bis) va ota katta (SBIS) integral mikrosxemalarni yaratilishi elektron tugunlar va diskret radiodetallar blokini almashtirish imkonini beradi. Sxemalarni keyingi miniatyurizasiyasi elektronika, xisoblash kurilmasi va magnit yozuvchi kurilmalarining takomillashishiga, oldindan berilgan funktsiyali yangi asboblar yaratilishiga revolyusion tasir korsatadi. Shuni aytish kerakki, xozirgi texnologiyada bitta yarim otkazgichli kristallda milliontagacha radiodetallar bolgan bis lar yaratish mumkin.
Optoelektronika. Xozirgi zamon optoelektrinikada katta sigimli, tez ishlovchi, yuqori xalaqitlardan muxofaza qilingan tolalar optikasi liniyalarini yaratishda fundamental izlanishlar olib borilmoqda. Bunday liniya orqali bir vaktning ozida 10000 gacha telefon aloqalar, 10 kanalgacha bulgan yuqori aniqlikda rangli televideniya signallarini jonatish mumkin. Optoelektronikada yoruglik nurlarining fazo boyicha modulyasiya printsipi qollaniladi. Bu asosda quyidagi vakuumsiz elektron «qurilmalar» yaratiladi: optoelektron kuchaytirgichlar, mantiqiy elementlar, yassi ekranli rangli televidenie, juda katta informasion tablo va x. z. Xozirda optoelektron xotiralovchi (optik xotiralovchi) disklar yaratildi xamda takomillashtirish boyicha yangidan-yangi izlanishlar olib borilmoqda.
KRIOGEN ELEKTRONIKA. Past (kriogen) temperaturadagi xodisalardan foydalaniladi, yaxni bunda metall va qotishmalarning ota otkazuvchanligi, izolyatorlarning dielektrik kirituvchanligini elektr maydon va boshqalarga bogliqligi tushuniladi. Bunday xodisalardan kriogen Triggerlar, ota keng polosali kvant kuchaytirgichlari, elektr signallarining liniya tutqichlari va x.z asboblar yaratishda foydalaniladi. Shuni aytib otish kerakki, kriogen asosida mantiqiy va xotiralovchi funktsiyalarni bajaruvchi bis larni xam yaratish mumkin. Elektron asbob ornatilgan bolib, uning yordamida milliard yoruglik yili masofasidagi kosmik fazosini organish imkonini beradi.
MAGNIT ELEKTRONIKA. Bu juda kichik toyingan magnitlanuvchan materiallarni vujudga kelishi, uning asosida yupqa plyonkali magnit qurilmalar ishlab chiqarilishiga, magnit plyonkalar, kommutasion qurilma, magnit yarim otkazgichlar va x.z ni yaratilishiga olib keldi. Uncha katta bolmagan magnit yarim otkazgichli kristallda mantiqiy elementlar, kommutasiyalovchi qurilmalar va xotiralovchi elementlarni xar-xil korinishlarini xosil qiluvchi bir necha ming sxemalar joylashtirish mumkin. Bu kristallarda hosil qilingan qurilmalar 3*106 bit/s tezlikda informasiyaga ishlov bera oladi, xotirasi esa bir santimetr kvadratga 105 li yozuv zichligi togri keladi.
Bioelektronika. Elektronikaning rivojlanishidagi yana bir yonalish bolib, tirik organizmning tarkibi va xayot faoliyatini, (shu jumladan insonni) taxlil qilishda, asab sistemasini organish, xar-xil jinsli buglanish (ximiyaviy maydon), magnit maydoni, inson tanasi va x.z.ni radionurlanish kabi muammolarini oz ichiga oladi. Elektro radiokardiogramma (EKG) dan farqli olaroq yurak ishlashi signalini aniqroq olchovchi magnitokardiogramma asbobini yaratish mumkin. Infarqizil (miokard) dan keyin yurak paylaridagi olgan qismlarni magnit maydonli kvant olchovchi asbobi qayd qiladi. Kam xalakitli radiopryomniklar yordamida inson tanasi ichidagi temperaturani radionurlanish yordamida aniklash mumkin. Bunday asbob yordamida xronik apendisit, opkalarni shabadalashi va x.z. ni diagnoz qilish mumkin. Inson issiqlik nurini olchab juda qiziq informasiyalarni olishi mumkin. Bu bio informasiyalaryordamida tomirlar xolati, organizmdagi shabadalash jarayoni va x.z. lar xaqida fikr yuritish mumkin. Bu ayniksa bolalar pediatriyasida katta axamiyatga chunki, sababi ular ozining kasalliklari xakida maxlumot bera olmaydilar.
Akustoelektronika. Elektronikaning bu yonalishi akustik va pxezoelektrik effektlarni elektr maydoni bilan tasirlashishiga asoslangan. Pxezoelektrik ozgartirgichlar, masalan, ulrtratovush liniyalarda elektr signallari tasirida akustik signallar xosil qiladi va aksincha. Barchamizki malumki, elektromagnit va akustik tolqinlarining tarqalish tezligi ozaro bir-biridan keskin farq qiladi, shunga asoslanib esa vaqt boyicha signallarni siljishi va ushlanib qolishini xosil qilish mumkin. Pezooelektrik yarim otkazgichlar elektr maydoni akustik tulqinlarga xam tasir kiladi. Bu esa teleradio qurilmalarning signallarini olchash imkonini beradi. Xozirgi vaqtda musiqani yuqori sifatda qayta eshittiruvchi qurilmalar yaratilgan.
KVANT ELEKTRONIKASI. Kristall atomida kogerent nurlarning tarqalishi, yani majburiy (indusirlangan) xodisadan foydalanib ota yuqori chastotali elektromagnit tebranishlarni xosil qilish va kuchaytirish usullarini organadi. Xozirgi vaqtda yuqori quvvatli, bir tomonga yuqori daraja yonaltirilgan, korish diapozoni spektorida tolqinlar tarqatuvchi mikro tolqinli kvant generatorlari (lazerlar) yaratilgan. Bizning mamlakatda kvant elektronikasiga asoslangan ota yuqori sigimli, tola optik liniyali aloqalar, xar-xil texnologik qurilmalar, tabobat asboblari, aniq geodezik mexanizmlar, atmosferani ekologik xolatini biluvchi asboblar, organuvchi avtomatlar va boshqalar yaratilgan.
Xemotronika. Elektronikaning elektroximiya bilan rivojlanishidagi bir yonalishi. Xemotronika past chastotali elektroximiyaviy ozgartirgichlar yaratadi. Xozirgi vaqtda bir qator xemotron asboblari yaratilgan: ion togrilagich, ota past chastotali kuchaytirgich, elektro-ximiyaviy ozgartirgich. Kelajakda suyuqlik asosida boshqariluvchi sistema bioinformasion ozgartirgich yaratiladi.
Elektronikaning erishilgan yutuqlari uning cheksiz imkonidan foydalanishning boshlangich qadami xolos. Kelajakda tashqi tasir sharoitini ozgarishga adektiv reaktsiya beruvchi, sunoiy intelektga ega bolgan va sensor sistema asosida jixozlangan robotlar bilan taominlash masalasi qoyilgan.
Inson faoliyatining xar-xil soxasida elektronikaning qollanishi uzluksiz kengaymoqda, chuqurlashmoqda va differentsiallashib bormoqda.
Xozirgi zamon elektronikasi fan va texnikada oldingi orinni egallab, ilmiy-texnikaning rivojlantirishda katta axamiyatga ega.
1-bob. MAYDONDA ELEKTRONLAR XARAKATI
1 bob elektronlarning bir jinsli, bir jinsli bolmagan elektr maydondagi xarakati va bir jinsli bolmagan magnit maydonnidagi xarakatlari korib otilgan.
1.1. ELEKTRONLARNING BIR JINSLI ELEKTR MAYDONDAGI XARAKATI
Elektron asboblarda elektronlarni elektr maydoni tasirida xarakatlanishi asosiy jarayonlardan xisoblanadi. Elektronlarni vakuumda xarakatlanishi oddiy hamda yarim otkazgich yoki gaz razryadli asboblarida xarakatlanishi esa murakkab jarayon boladi.
Bir jinsli elektr maydonida elektron xarakatini boshqa elektronlar bilan tasiri yoq deb karash kerak. Xaqiqatda esa elektronlar orasida ozaro itarishish kuchi ham mavjud. Elektr maydoni kop xollarda bir jinsli bolmasdan murakkab xarakterga ega va u elektronikaning asoslaridan birini tashkil etadi.
Malumki, elektron zaryadi e=1,6*1019 KLga teng bolib, massasi m=9,1*1031 kg. Nazariy xisoblashlardan elektron tezligi s=299 792 458 m/s bolganda, massasi cheksiz ortadi.
Oddiy elektrovakuum asboblarida elektronning tezligi 0,1 m/s ni tashkil etadi, massasini esa doimiy deb xisoblash mumkin.
Elektronning tezlanuvchi elektr maydonidagi xarakat
Ikki elektrod anod va katod orasidagi elektr maydon kuch chiziqlarini (kuchlanganlik chiziqlari) 1.1-rasmda korsatilganidek tasvirlaylik.
Agar elektrodlar orasidagi potentsiallar ayirmasi U, ular orasidagi masofani d desak, maydon kuchlanganligini, deb yozish mumkin:
Bir jinsli maydon uchun E ozgarmas kattalik. Katoddan chiqqan elektron kinetik energiya W0 va boshlangich tezlik v0 bolgan tezlanuvchan elektr maydoniga kirsin.
1.1-rasm. Elektronning tezlatuvchi elektr maydonidagi xarakati
Maydon kuchlanganligi musbat birlik zaryadga tasir etuvchi kuchga teng boladi. Shuning uchun bitta elektronga tasir etuvchi kuch boladi:
F kuch E vektor kattaligiga qarama-qarshi yonalgani uchun minus ishorasi qoyilgan.
F kuch tasirida elektron tezlanish oladi va uning ifodasi kuyidagicha boladi:
Elektrod tomon xarakatlanayotgan elektron xarakat oxirida eng katta v tezlik va W kinetik energiyaga erishadi. Shunday qilib, tezlatuvchi maydonda elektronning kinetik energiyasi ortadi. Bu energiya ortishini WW0 sifatida korsatish mumkin. Energiyaning saqlanish qonuniga asosan quyidagini yozish mumkin.
Agar elektronni boshlangich tezligi nolga teng bolsa, boladi:
Elekronning boshlangich tezligi v0 <
Agar U=1 Volt desak elektron energiyasi bir birlik energiyaga teng bulib, u elektron Volt (ev) deb ataladi. Yuqoridagi ifoda (1.4) dan
e va m larni orniga qoyib
dan elektoronning tezligini topish mumkin.
Shunday qilib tezlatuvchi maydonda elektronning xarakati potentsiallar farqiga boglik ekan. Elektronning boshlangich energiyasini eletkron voltda quyidagicha
yozish mumkin. Potentsaillar ayirmasi U=1 voltda, tezligi v=6*105 m/s va U=100 Volt bolganda esa v=6*106 m/s boladi.
Elektronning elektrodlar orasida masofa d=3*103 m va kuchlanishi 100 Volt bolganda uchish vaqti 108 s ni tashkil qiladi.
Elektr maydoni bir jinsli bolmagani uchun elektronning xarakati murakkab bolib amalda bu vaqt t=108 1010 C ga teng.
Elektorni sekinlashtiruvchi maydondagi xarakati
Aytaylik elektoronning v0 boshlangich tezligi F kuchga teskari yonalishda bolsin (1.2-rasm). F kuch elektoronni v0 tezligiga teskari yonalishda bolgani uchun uning xarakati tekis sekinlanuvchan boladi. Bunday maydonga sekinlashtiruvchi maydon deyiladi. Ishni elektron bajargani uchun sekinlashtiruvchi maydonda elektronning energiyasi kamayadi. Shunday kilib, sekinlashtiruvchi maydonda elektron oz energiyasini maydonga beradi.
Boshlangich energiyasi eU0 bolgan elektron potentsial ayirmasi U0 bolgan sekinlashtiruvchi maydonda xarakatlanganda energiyasi eU0 ga kamayadi. Agar eU0> eU bolsa, elektron elektrodlar orasida xarakatlanib kichik potentsial bilan elektrodga uriladi. Agar eU0
1.2-rasm. Elektronning sekinlashtiruvchi maydondagi xarakati.
Elektronning bir jinsli kondalang maydondagi xarakati
Agar elektron v0 boshlangich tezlik bilan maydon kuch chiziqlariga nisbatan togri burchak ostida xarakatlansa, maydon elektronga F kuch bilan yuqori potentsial yonalish boyicha taxsir etadi. (1.3-rasm)
1.3-rasm elektronni bir jinsli kondalang elektr maydondagi xarakati.
F kuch bolmaganda elektron togri chiziqli tekis v0 tezlik bilan xarakat qilar edi. F kuch tasirida elektron v0 tezlikka perpendikulyar bolgan yonalishda xarakat qilsin. Bunda elektronning traektoriyasi parabola korinishida bolib, musbat potentsial tomon ogadi. Elektron maydondan chiqqandan song xam inersiya boyicha togri chiziq boylab tekis xarakat qiladi.
Shunday qilib, elektron va maydon orasida ozaro energetik munosabat mavjud.
1.2. ELEKTRONLARNI BIR JINSLI BOLMAGAN ELEKTR MAYDONIDAGI XARAKATI
Bir jinsli bolmagan maydonda elektronlar xarakati murakkab qonuniyatlar bilan boglangan xolda ozgaradi.
Tsilindirsimon elektrodlar orasidagi radial yonalishlarda bir jinsli bolmagan elektr maydonni olaylik (1.4-rasm).
Agar elektron ichki elektroddan kuch chiziqlari boylab xarakatlansa, u radius boyicha togri chiziqli tekis tezlanuvchan xarakat qiladi. Xarakatlanuvchi elektron massa va inersiyaga ega bolganligi sababli maydon ostida F kuch taxsir etadi va uning traektoriyasi egiladi.
1.4.1-rasm. Elektronlarning bir jinsli bolmagan radial elektr maydonidagi xarakati.
1.4.2-rasm. Elektronlarning bir jinsli bolmagan radial elektr maydonidagi xarakati.
1.4.3-rasm. Elektronlarning bir jinsli bolmagan radial elektr maydonidagi xarakati.