Иван Кулибин родился в семье мелкого торговца мукой из Нижнего Новгорода. Произошло это 21 апреля 1735 года. Юношу интересовали различные механизмы и принцип их действия, С этого момента Кулибин стал с особой тщательностью изучать часовые механизмы. Иван Петрович изучал все, что было написано в то время по механике, в том числе штудировал труды М. Ломоносова. Мысль Кулибина не стояла на месте: телескоп, микроскоп, электрическая машина. Этот самоучка разгадал тайну английских мастеров, он сам додумался, как приготовить сплав для зеркал, который больше не знал никто! С 1764 по 1767 год он работал над созданием невиданных часов — с боем, театром с передвижными фигурками и набором мелодий. В 1769 году Кулибина назначают мастером Санкт-Петербургской академии наук. В его обязанности входит смотреть за слесарною, токарною и инструментальною палатами, а также осуществлять контроль над той, «где делаются оптические инструменты, термометры и барометры». Иван Петрович работал и над ремонтом телескопов, и зрительных труб. Зарплата была 350 рублей в год. Необходимо отметить, что осуществлять контроль он должен был в первой половине дня, а во второй мог работать над личными проектами. За 30 лет работы на своем посту Иван Петрович не просто усовершенствовал и без того передовое оборудование мастерских, но и прикупил еще более совершенное, а многое создал сам. Иван Петрович был не просто изобретателем, он являлся настоящим ученым-практиком, технологом. Cозданные им чертежи, в которых самые миниатюрные детали прописаны в натуральную величину, считаются эталоном и в наше время. Кулибин сконструировал даже часы, помещающиеся в перстне, а также «планетарные» карманные часы, предусмотрев показ фаз Луны и времени восхода и захода Солнца в Москве и Санкт-Петербурге! Мысль гения не останавливалась ни на минуту. Oн озадачился проектированием постоянного, а не наплавного моста, который тогда использовали. Он создал однопролетную деревянную арку длиною в 300 метров! В конце концов, понимая недолговечность дерева, Иван Петрович разработал и проекты металлических мостов. Кулибин опередил время, создав также проект оптического телеграфа. К сожалению, как часто у нас бывает, Россия догнала отечественного гения только через сорок лет и нашла деньги на «секрет» иностранца, француза Шато. Широта мысли Кулибина распространялась и на водоходные судна, которые двигались силой речного потока. В итоге он пришел к идее применения паровой машины для судоходства. Поскольку изобретатель не привык стоять на одном месте, то от раза к разу совершенствовал свои конструкции. В 1801 году Кулибин вынужден был выйти в отставку и уехать в родной Нижний Новгород. Но и там он не успокоился. Уже почти в 80-летнем возрасте Иван Петрович изобрел дорожную карету, «приводимую в движение самим ездоком». В ночь на 30 июня 1818 года он заснул и уже больше не проснулся.. Похоронили Ивана Петровича на Петропавловском кладбище в Нижнем Новгороде. Несмотря на то, что умер он без копейки денег, этот изобретатель оставил человечеству великое богатство!
физические величины
То, что все физические величины взаимосвязаны друг с другом и составляют неизвестную все еще нам в целом, глобальную систему природных закономерностей, признается большинством ученых и исследователей Природы.
Рождение новой науки дает новый импульс к постижению всей системы природных взаимосвязей уже не в обозримом будущем, или в далекой исторической перспективе, а сегодня.
И эта возможность обосновывается на данной странице. На страницах сайта приведен уже достаточно большой объем информации, свидетельствующий о том, что любое двойственное отношение, независимо от его природы (физической, духовной, социальной, и т.д.), эволюцирует в соответствии с Единым Законом. Если основу системы составляет самодостаточная монада, то эта система может считаться целостной, и в ней отношения будут строиться в соответствии с Единым Законом. Так, эти принципы проявляются в структуре и функциях алфавита, ДНК, Периодическрй системы химических элементов, и т.д.
Поэтому и система размерностей физических величин, отражающая отношения между ними просто обязана, обречена на соответствие требований Единому Закону. Для этого надо только выбрать соответствующую монаду для базовой размерности. А далее – вопрос техники. Мы вправе ожидать обнаружение системности во взаимосвязях физических величин, по аналогии с системой химических элементов Д.И. Менделеева, по аналогии с геномами мироздания (Геном Вселенной, Геном ДНК, Геном микромира, Геном памяти, Геном Разума, Геномы человека, и др.).
Мы вправе ожидать, что эволюция физических величин мироздания также, по образу и подобию, соответствует свойствам геномов мироздания.
Конечно, на первых этапах формирования Периодической таблицы размерностей, мы можем получить и «белые пятна», которые позволяют целенаправленно искать новые недостающие взаимоотношения между в мире физических величин.
Знание Единого Закона дает нам в исследовании громадное преимущество, ибо мы уже на самом первом этапе знаем, что мы должны искать. И даже представляем характер искомых взаимосвязей.
И это чрезвычайно важно. Всем известно высказывание:
"В науке нет широкой столбовой дороги. И только тот может достичь ее сияющих вершин, кто не страшась усталости карабкается по ее каменистым склонам".
Замечательная истина, но это уже вчерашний день науки. Сегодня на смену этой парадигмы должна придти иная, характеризующая иной тип мышления.
В науке нет широкой столбовой дороги для тех, кто в качестве первопроходца карабкается по ее каменистым склонам, во мраке "бессознательного" или "коллективно-бессознательного", и маркирует путь для тех, кто идет следом. Новое мышление не предусматривает хождение во мраке "бессознательного". Новое мышление является маяком, освещающим широкую столбовую дорогу на пути к сияющим вершинам науки, на пути к ЕДИНЫМ ЗНАНИЯМ.
Периодичность эволюции любого двойственного отношения характеризуется,
во-первых, его самодостаточностью (принцип золотой пропорции),
а во-вторых, в каждом цикле эволюции монады происходит ее самонормировка. Монада с внешней двойственностью трансформируется в монаду с внутренней двойственностью и становится неотличимой от безразмерной величины –единицы.
В-третьих, исходя из общих свойств любой периодической системы двойственных отношений, порождаемых Единым Законом, становятся заранее известны некоторые характерные свойства и признаки этих, еще не обнаруженных, отношений, которые определяются отношений в системе.
Вот как пишет об этом А.С.Чуев в своей книге «Физическая картина мира в размерности «длина-время» (М., СИНТЕГ, 1999).
«Период времени с конца 19 века и весь 20 век ознаменован не столько открытием новых природных взаимосвязей, сколько открытием фундаментальных физических постоянных. К таким постоянным относятся скорость света, заряд электрона, постоянная Планка, постоянная тонкой структуры и некоторые другие фундаментальные величины. Оказалось, что все фундаментальные постоянные тесно взаимосвязаны друг с другом по величинам и размерностям. Эти качества указывают нам на единую природу фундаментальных физических постоянных, на единство Природы вообще.»
Он пишет и показывает, что все квантуемые физические величины, а также диэлектрическая и магнитная проницаемости вакуума, занимают вполне определенное место в общей системе физических величин. Числовые значения этих фундаментальных физических постоянных, а также соотношения между ними, определяются, при соответствующем выборе системы размерностей и единичных значений основных величин, всего лишь одной величиной - постоянной тонкой структуры.
Вместе с тем нельзя без душевной боли читать следующие слова автора.
« К сожалению, данное исследование, .., не находит надлежащего понимания и поддержки в кругах научной общественности. Например, попытки опубликовать часть работы, посвященную размерностям и системности электромагнитных величин, в журнале «Электричество», были отклонены редколлегией с мотивировкой, что исследование носит общефизический характер, и было рекомендовано обратиться в один из физических журналов РАН. Однако в редколлегии академического журнала ЖЭТФ аналогичного содержания статья была отклонена уже с иной мотивировкой (подписанной зав. редакцией Янкелевичем Н.И.) - дескать, ее содержание не соответствует современному состоянию науки.
С таким заключением Янкелевича и редакции можно согласиться. В данной работе, как и в предшествующих попытках публикации своих работ, автор претендует именно на изменение современного состояния науки. Изменение хотя бы частичное, иначе без этого смысл научной публикации вообще отсутствует».
Действительно, остается только сожалеть, что самые перспективные научные направления остаются за чертой официальной науки. Ведь все эти «янкелевичи» хорошо знают историю науки и, возможно, даже искренне негодуют по поводу того, что в нашей стране долгое время генетика и кибернетика считались лженауками. Но сегодня они ведут себя в точном соответствии со старым типом мышления. Этот тип мышления, по образу и подобию, в точности соответствует древнему китайскому изречению «Дракон умер, да здравствует, дракон!!», и продолжают считать все новое, передовое лженаукой.
История пока повторяется, господа «янкелевичи»! Вы никогда не поймете, что в большинстве случаев самые перспективные научные направления, способные вывести науку на качественно новые рубежи, рядятся в одежду лженауки, ибо в них содержится иное мышление.
Прежде, чем перейти к дальнейшему рассмотрению, необходимо дать некоторые основные сведения о системе физических величин и их размерностях, которые используются А.С.Чуевым.
При этом целью данной страницы не является воспроизведение работы А.С. Чуева. Наша цель заключается в том, чтобы показать, что размерности физических величин несут в себе отпечаток эволюционных взаимоотношений между физическими величинами подобно тому, как в структуре периодичнскрой таблице химических элементов содержится отпечаток молекулы ДНК, так и в размерностях физических единиц также должен содержаться не только отпечаток Периодической таблицы химических элементов, но и отпечаток двойной спирали ДНК А уже потом, на этой основе выстроить Периодическую систему эволюции физических величин мироздания, которая отражает взаимосвязи всех физических величин во всех Вселенных и Мирах Вселенных. Ну скажите, разве может придти такое на ум здравомыслящему ученому? Ведь что такое Вселенная? В самом простом случае, она отражает в себе свойства Куба Закона. Это значит, что Вселенная имеет 9 Планов (физический, эфирный. астральный, и т.д.). И в лучшем случае предметом научной деятельности материалистов является только физический План. Но это физический План, в свою очередь, имеет 9 Подпланов. И вот среди этих подпланов "истинные материалисты" рассматривают только физический Подплан. И все, что находится за пределами этого физического Подплана, является для таких "физиков" -физическим вакуумом, эфиром, НИЧТО и т.д.
Автор понимает, что Периодическая система физических величин будет воспринята не всеми учеными, что излагаемые ниже положения, будут восприняты людьми как одна из самых великих теорий, когда-либо данная людям, и для людей, но... это может произойти не так скоро.
А между тем, новая наука динамически развивается... А рассматриваемые на данной странице свойства размерностей физических величин выходят далеко за пределы осознанного людьми физического мира. ибо милогия изучает не свойства тех или иных объектов мироздания. Она изучает отношения между объектами мироздания, по образу и подобию, в соответствии с природными операционными механизмами Единого закона. В физике изучаются эволюция двойственных отношений между физическими объектами, в химии-между химическими элементами, в социологии между человеком и обществом и т.д.
Поэтому и на данной странице не рассматриваются смыслы физических размерностей и их свойства, с точки зрения физики (запах, цвет, и т.д.), а рассматриваются свойства из взаимоотношений.
1. ЭВОЛЮЦИЯ РАЗМЕРНОСТЕЙ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН 1.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ О ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИНАХ И ИХ ВЗАИМОСВЯЗИ
Под понятием физической величины подразумевают качественную характеристику того или иного из множества физических объектов или явлений материального мира, существующую само по себе (время или пространство) или встречающуюся во множестве объектов и явлений, обладающую способностью к количественной определенности.
Качественная определенность физической величины выражается посредством ее закономерной связи с другими физическими величинами. Количественная определенность физической величины устанавливается путем соотнесения ее с однородной величиной, принимаемой за единицу измерения данной величины.
Единицы измерения физических величин принимаются произвольно лишь для ограниченного числа физических величин, которые устанавливаются в разных системах разными, но называются основными для каждой конкретной системы.
Для остальных физических величин (в каждой конкретной системе называемых производными) единицы измерения устанавливаются строго определенным образом -исходя из выявленных природных закономерностей. Поэтому любая производная физическая величина имеет строго определенную единицу измерения (и размерность), определяемые закономерной связью с единицами измерения и размером физических величин, выбранных основными.
Отмечая произвольный выбор исходных единиц измерения для основных величин во всех системах, мы не проявляем особого беспокойства, так как значения физических величин остаются неизменными из-за соответствующих изменений их числовых значений. Однако то, что в разных системах измерений определяющие уравнения и уравнения связи для ряда производных физических величин формулируются по-своему, вызывает беспокойство и недоумение. Возникает вопрос - что же такое физическая величина?
Большинство безосновательно уверено в том, что размерность физической величины и определяет ее понятие, однако существуют различные системы измерения (СИ, СГС и др.), в которых одни и те же физические величины оделяются в размерностях по-разному. Особенно это касается электромагнитных величин. Указанное означает, что размерность физической величины и ее понятие - вещи различные. Что же тогда определяет понятие любой физической величины? Интуитивно мы чувствуем, что понятие физической величины должно определяться ее взаимосвязью с другими физическими величинами и никак не должно зависеть от конкретно выбранной системы измерений. Действительно, существуют определяющие уравнения и уравнения связи, но, к сожалению, и они в разных системах измерений могут формулироваться по-разному. Указанное, в основном, касается электромагнитных величин, но то, что принятая система измерений как бы определяет взаимосвязь (т.е. закон связи) физических величин -парадоксально! Такого, в принципе, не должно быть.
В работе А.С. Чуева утверждается, что понятие физической величины определяется не ее размерностью, не уравнением связи в той или иной системе измерений, которое может быть сформулировано и ошибочно, а ее местонахождением в системе физических величин; местонахождением, не зависящим от принятой системы размерностей.
Причем определяющие уравнения и уравнения связи должны быть едиными для любых систем измерения, поскольку они взаимообусловлены с системой, вытекают из системы.
При этом размерность физической величины, как выражение ее понятия, в истинной системе измерений должно выражать физическую сущность данной качественной особенности объекта или явления.
Замечательные выводы. Жаль, что их многие ученые не понимают и не воспринимают и по сей день.
Для выявления и описания физических величин применяются различные системы ( СИ, СГС и другие). Каждая система содержит небольшое количество независимых величин, называемых основными, через которые выражаются все остальные физические величины. Таким образом, физические величины, выбранные основными, служат связью между всеми остальными физическими величинами и являются как бы мерой каждой из них по отдельности
Измерительная техника - один из важнейших факторов ускорения научно-технического прогресса практически во всех отраслях народного хозяйства. При описании явлений и процессов, а также свойств материальных тел используются различные физические величины, число которых достигает нескольких тысяч: электрические, магнитные и др. При этом указанные величины отличаются не только качественно, но и количественно и оцениваются различными числовыми значениями. Установление числового значения физической величины осуществляется путем измерения. Результатом измерения является количественная характеристика в виде именованного числа с одновременной оценкой степени приближения полученного значения измеряемой величины к истинному значению физической величины. Укажем, что нахождение числового значения измеряемой величины возможно лишь опытным путем, т. е. в процессе физического эксперимента.При реализации любого процесса измерения необходимы технические средства, осуществляющие восприятие, преобразование и представление числового значения физических величин. На практике при измерении физических величин применяются электрические методы и неэлектрические (например, пневматические, механические, химические и др.).Электрические методы измерений получили наиболее широкое распространение, так как с их помощью достаточно просто осуществлять преобразование, передачу, обработку, хранение, представление и ввод измерительной информации в ЭВМ.Технические средства и различные методы измерений составляют основу измерительной техники. Любой производственный процесс характеризуется большим числом параметров, изменяющихся в широких пределах. Для поддержания требуемого режима технологической установки необходимо измерение указанных параметров. При этом, чем достовернее осуществляется измерение технологических параметров, тем лучше качество целевого выходного продукта. Современные предприятия, например нефтехимического профиля с непрерывным характером производства, для поддержания качества выпускаемой продукции используют измерение различных физических параметров, таких, как температура, объемный и массовый расход веществ, давление, уровень и количество вещества, время, состав вещества (плотность, влажность, содержание механических примесей и др.), напряжение, сила тока, скорость и др. При этом число требуемых для измерения параметров достигает нескольких тысяч. Например, в атомной энергетике число требуемых для измерения параметров процессов достигает десятков тысяч.Получение и обработка измерительной информации предназначены не только для достижения требуемого качества продукции, но и организации производства, учета и составления баланса количества вещества и энергии. В настоящее время важной областью применения измерительной техники является автоматизация научно-технических экспериментов. Для повышения экономичности проектируемых объектов, механизмов и машин большое значение имеют экспериментальные исследования, проводимые на их физических моделях. При этом задача получения и обработки измерительной информации усложняется настолько, что ее эффективное решение становится возможным лишь на основе применения специализированных измерительно-вычислительных средств.Роль измерительной техники подчеркнул великий русский ученый Д.И. Менделеев: \"Наука начинается с тех пор, как начинают измерять...\".Измерительная техника начала свое развитие с 40-х годов XVIII в. и характеризуется последовательным переходом от показывающих (середина и вторая половина XIX в.), аналоговых самопишущих (конец XIX - начало XX в.), автоматических и цифровых приборов (середина XX в. - 50-е годы) к информационно-измерительным системам.Конец XIX в. характеризовался первыми успехами радиосвязи и радиоэлектроники. Ее развитие привело к необходимости создания средств измерительной техники нового типа, рассчитанных на малые входные сигналы, высокие частоты и высокоомные входы. В этих новых средствах измерительной техники использовались радиоэлектронные компоненты -выпрямители, усилители, модуляторы и генераторы (ламповые, транзисторные, на микросхемах), электронно-лучевые трубки (при построении осциллографов) и др.Таким образом, расширение номенклатуры и качественных показателей средств измерительной техники неразрывно связано с достижениями радиоэлектроники. Одним из современных направлений развития измерительной техники, базирующейся на достижениях радиоэлектроники, являются цифровые приборы с дискретной формой представления информации. Такая форма представления результатов оказалась удобной для преобразования, передачи, обработки и хранения информации. Развитие дискретных средств измерительной техники в настоящее время привело к созданию цифровых вольтметров постоянного тока, погрешность показаний которых ниже 0,0001 %, а быстродействие преобразователей напряжение - код достигает нескольких миллиардов измерений в секунду; верхний предел измерения современных цифровых частотомеров достиг гигагерца; цифровые измерители временного интервала имеют нижний предел измерения до долей пикосекунды; электрические токи измеряются в диапазоне от 10~16 до 105 А, а длины - в диапазоне от 10~12 (размер атомов) до 3,086 1016 мШирокие возможности открылись перед измерительной, с для. Цель создания таких систем заключается в получении максимального количества достоверной измерительной информации об объекте для составления алгоритмического описания его поведения.Обратная связь системы с объектом отсутствует или носит вспомогательный характер. Как отмечалось, информация, полученная на выходе ИИС, может использоваться для принятия каких-либо решений, создания возмущающих воздействий, но не для управления объектом. ИИС предназначена для создания дополнительных условий проведения эксперимента, для изучения реакции объекта на эти воздействия. Следовательно, использование информации не входит в функции ИИС. Эта информация предоставляется человеку-оператору или поступает в средства автоматической обработки информации.Для измерительных систем характерны:· более высокие по отношению к системам другого вида требования к метрологическим характеристикам;· более широкий спектр измеряемых физических величин и в особенности их количество (число измерительных каналов);· необходимость в средствах представления информации; это связано с тем, что основной массив информации с выхода систем передается человеку для принятия им решения об изменении условий проведения эксперимента, его продолжении или прекращении. Поэтому определяющим требованием является неискаженное, наглядное и оперативное представление текущей информации с учетом динамики ее обновления и быстродействия системы, обеспечивающее удобство восприятия и анализа человеком;· большой объем внешней памяти для систем, в которых обработка и анализ результатов осуществляется после завершения эксперимента с помощью набора различных средств обработки и предоставления информации.
Разновидности ИС · ИС для прямых измерений, т. е. независимых измерений дискретных значений непрерывных величин;· статистические ИС, предназначенные для измерения статистических характеристик измеряемых величин;· системы, предназначенные для раздельного измерения зависимых величин.Входными в ИС для прямых измерений являются величины, воспринимаемые датчиками или другими входными устройствами системы. Задача таких ИС заключается в выполнении аналого-цифровых преобразований множества величин и выдаче полученных результатов измерения.В рассматриваемых ИС основные типы измеряемых входных величин могут быть сведены либо к множеству изменяющихся во времени величин, либо к изменяющейся во времени t и распределенной по пространству Л непрерывной функции х (t, Л). При измерении непрерывная функция х (t, Л) представляется множеством дискрет.Измерительные - System, предназначенную для объединения в ИИС до 15 приборов. С помощью стандартного кабеля приборы последовательно соединяются друг с другом (в произвольном порядке) и с ЭВМ. Для этого в каждом приборе имеются два разъема, соединенные между собой одноименными контактами. Каждый прибор содержит специальное устройство согласования измерительного оборудования с интерфейсом.Построение интерфейса осуществляется по магистральному принципу для передачи цифровых сигналов. Информация передается по шести шинам: адресной (4 линии), измерительной (5 линий), управления (4 линии), а также по шинам синхронизации, диагностики операций и передачи команд печати (все по одной линии). Стандартный кабель содержит шесть соединительных линий. Каждому прибору (измерительному блоку) присваивается свой адрес, представленный четырьмя разрядами двоичного кода. Передача данных производится в параллельно-последовательном виде (в двоичном коде). Под действием управляющих сигналов выходная информация последовательно передается с декад на линии интерфейса (измерительную шину). По этим же линиям передается кодированная информация, а также полярность измеряемых величин, режим работы и др.Принцип работы приборного интерфейса следующий. При появлении информации от источника к приемнику работа обоих приборов координируется сигналами по линиям шины синхронизации. При этом цикл передачи информации состоит из четырех фаз:· источник выставляет информационный байт;· источник выставляет сигналы на шине синхронизации;· приемник принимает информацию,· приемник подготавливается к приему нового байта информации.Приборный интерфейс имеет следующие ограничения: число приборов не более 15, максимальная допустимая длина кабеля связи 20 м, максимальная скорость передачи по магистрали - 1 Мбайт/с.Логические уровни сигналов выбраны из расчета применения интегральных схем ТТЛ (высокий уровень не менее 2,4 В, низкий не более 0,8 В). Нагрузкой каждой сигнальной линии является внутреннее сопротивление каждого прибора не более 3 кОм, подключенное к шине + 5 В, и резистор 6,2 кОм, подключенный к шине \"земля\" схемы. Кодирование информации, как следует из конструкции магистрали, ведется по байтам. Схемы интерфейса программно-управляемых приборов выполняются в двух вариантах:в виде схем, реализованных и конструктивно оформленных внутри прибора как его составная часть, с установкой стандартного разъема на задней панели прибора; этот вариант применяется преимущественно в новых приборах, выпускаемых по стандарту МЭК;в виде отдельно выполненных интерфейсных модулей, подключаемых к серийно выпускаемым или находящимся в обращении цифровым приборам и устройствам; эти модули по существу являются адаптерами, т. е. переходными устройствами между выходом прибора и стандартным входом в магистраль приборного интерфейса.Приборный интерфейс широко применяется как в отечественной промышленности, так и зарубежными фирмами при построении ИИС для автоматизации эксперимента. Из имеющихся непрограммируемых приборов, не подготовленных для совместной работы, приборный интерфейс позволяет создавать ИС путем использования относительно несложных устройств сопряжения интерфейсных плат и микроЭВМ в качестве контроллера системы.
ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА (ИС), микроэлектронная схема, сформированная на крошечной пластинке (кристаллике, или «чипе») полупроводникового материала, обычно кремния, которая используется для управления электрическим током и его усиления. Типичная ИС состоит из множества соединенных между собой микроэлектронных компонентов, таких, как транзисторы, резисторы, конденсаторы и диоды, изготовленные в поверхностном слое кристалла. Размеры кремниевых кристаллов лежат в пределах от примерно 1,3Є1,3 мм до 13Є13 мм. Прогресс в области интегральных схем привел к разработке технологий больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС). Эти технологии позволяют получать ИС, каждая из которых содержит многие тысячи схем: в одном чипе может насчитываться более 1 млн. компонентов.См. также ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ. Интегральные схемы обладают целым рядом преимуществ перед своими предшественниками — схемами, которые собирались из отдельных компонентов, монтируемых на шасси. ИС имеют меньшие размеры, более высокие быстродействие и надежность; они, кроме того, дешевле и в меньшей степени подвержены отказам, вызываемым воздействиями вибраций, влаги и старения. Миниатюризация электронных схем оказалась возможной благодаря особым свойствам полупроводников. Полупроводник — это материал, обладающий гораздо большей электропроводностью (проводимостью), чем такой диэлектрик, как стекло, но существенно меньшей, чем проводники, например, медь. В кристаллической решетке такого полупроводникового материала, как кремний, при комнатной температуре имеется слишком мало свободных электронов, чтобы обеспечить значительную проводимость. Поэтому чистые полупроводники обладают низкой проводимостью. Однако введение в кремний соответствующей примеси увеличивает его электрическую проводимость.См. также ТРАНЗИСТОР. Легирующие примеси вводят в кремний двумя методами. Для сильного легирования или в тех случаях, когда точное регулирование количества вводимой примеси необязательно, обычно пользуются методом диффузии. Диффузию фосфора или бора выполняют, как правило, в атмосфере легирующей примеси при температурах между 1000 ? 1150° С в течение от получаса до нескольких часов. При ионной имплантации кремний бомбардируют высокоскоростными ионами легирующей примеси. Количество имплантируемой примеси можно регулировать с точностью до нескольких процентов; точность в ряде случаев важна, поскольку коэффициент усиления транзистора зависит от числа примесных атомов, имплантированных на 1 см2 базы (см. ниже). Производство. Изготовление интегральной схемы может занимать до двух месяцев, поскольку некоторые области полупроводника нужно легировать с высокой точностью. В ходе процесса, называемого выращиванием, или вытягиванием, кристалла, сначала получают цилиндрическую заготовку кремния высокой чистоты. Из этого цилиндра нарезают пластины толщиной, например, 0,5 мм. Пластину в конечном счете режут на сотни маленьких кусочков, называемых чипами, каждый из которых в результате проведения описываемого ниже технологического процесса превращается в интегральную схему. Процесс обработки чипов начинается с изготовления масок каждого слоя ИС. Выполняется крупномасштабный трафарет, имеющий форму квадрата площадью ок. 0,1 м2. На комплекте таких масок содержатся все составляющие части ИС: уровни диффузии, уровни межсоединений и т.п. Вся полученная структура фотографически уменьшается до размера кристаллика и воспроизводится послойно на стеклянной пластине. На поверхности кремниевой пластины выращивается тонкий слой двуокиси кремния. Каждая пластина покрывается светочувствительным материалом (фоторезистом) и экспонируется светом, пропускаемым через маски. Неэкспонированные участки светочувствительного покрытия удаляют растворителем, а с помощью другого химического реагента, растворяющего двуокись кремния, последний вытравливается с тех участков, где он теперь не защищен светочувствительным покрытием. Варианты этого базового технологического процесса используются в изготовлении двух основных типов транзисторных структур: биполярных и полевых (МОП). Биполярный транзистор. Такой транзистор имеет структуру типа n-p-n или, намного реже, типа p-n-p. Обычно технологический процесс начинается с пластины (подложки) сильно легированного материала p-типа. На поверхности этой пластины эпитаксиально выращивается тонкий слой слабо легированного кремния n-типа; таким образом, выращенный слой имеет ту же самую кристаллическую структуру, что и подложка. Этот слой должен содержать активную часть транзистора — в нем будут сформированы индивидуальные коллекторы. Пластина сначала помещается в печь с парами бора. Диффузия бора в кремниевую пластину происходит только там, где ее поверхность подверглась обработке травлением. В результате формируются области и окна из материала n-типа. Второй высокотемпературный процесс, в котором используются пары фосфора и другая маска, служит для формирования контакта с коллекторным слоем. Проведением последовательных диффузий бора и фосфора формируются соответственно база и эмиттер. Толщина базы обычно составляет несколько микрон. Эти крошечные островки проводимостей n- и p-типа соединяются в общую схему посредством межсоединений, выполненных из алюминия, осаждаемого из паровой фазы или наносимого напылением в вакууме. Иногда для этих целей используются такие благородные металлы, как платина и золото. Транзисторы и другие схемные элементы, например резисторы, конденсаторы и индуктивности, вместе с соответствующими межсоединениями могут формироваться в пластине методами диффузии в ходе последовательности операций, создавая в итоге законченную электронную схему.См. также ТРАНЗИСТОР. МОП-транзистор. Наибольшее распространение получила МОП (металл-окисел-полупроводник) — структура, состоящая из двух близко расположенных областей кремния n-типа, реализованных на подложке p-типа. На поверхности кремния наращивается слой его двуокиси, а поверх этого слоя (между областями n-типа и слегка захватывая их) формируется локализованный слой металла, выполняющий роль затвора. Две упомянутые выше области n-типа, называемые истоком и стоком, служат соединительными элементами для входа и выхода соответственно. Через окна, предусмотренные в двуокиси кремния, выполняются металлические соединения с истоком и стоком. Узкий поверхностный канал из материала n-типа соединяет исток и сток; в других случаях канал может быть индуцированным - создаваемым под действием напряжения, приложенного к затвору. Когда на затвор транзистора с индуцированным каналом подается положительное напряжение, расположенный под затвором слой p-типа превращается в слой n-типа, и ток, управляемый и модулируемый сигналом, поступающим на затвор, течет от истока к стоку. МОП-транзистор потребляет очень небольшую мощность; он имеет высокое входное сопротивление, отличается низким током цепи стока и очень низким уровнем шумов. Поскольку затвор, оксид и кремний образуют конденсатор, такое устройство широко используется в системах компьютерной памяти (см. ниже). В комплементарных, или КМОП-схемах, МОП-структуры применяются в качестве нагрузок и не потребляют мощности, когда основной МОП-транзистор находится в неактивном состоянии. После завершения обработки пластины разрезают на части. Операция резки выполняется дисковой пилой с алмазными кромками. Каждый кристаллик (чип, или ИС) заключается затем в корпус одного из нескольких типов. Для подсоединения компонентов ИС к рамке выводов корпуса используется золотая проволока толщиной 25 мкм. Более толстые выводы рамки позволяют подсоединить ИС к электронному устройству, в котором она будет работать. Надежность. Надежность интегральной схемы примерно такая же, как у отдельного кремниевого транзистора, эквивалентного по форме и размеру. Теоретически транзисторы могут безотказно служить тысячи лет — один из важнейших факторов для таких областей применения, как ракетная и космическая техника, где единственный отказ может означать полный провал осуществляемого проекта. Микропроцессоры и миникомпьютеры. Впервые представленные публично в 1971 микропроцессоры выполняли большинство основных функций компьютера на единственной кремниевой ИС, реализованной на кристалле размером 5Є5 мм. Благодаря интегральным схемам стало возможным создание миникомпьютеров — малых ЭВМ, где все функции выполняются на одной или нескольких больших интегральных схемах. Такая впечатляющая миниатюризация привела к резкому снижению стоимости вычислений. Выпускаемые в настоящее время мини-ЭВМ ценой менее 1000 долл. по своей производительности не уступают первым очень большим вычислительным машинам, стоимость которых в начале 1960-х годов доходила до 20 млн. долл. Микропроцессоры находят применение в оборудовании для связи, карманных калькуляторах, наручных часах, селекторах телевизионных каналов, электронных играх, автоматизированном кухонном и банковском оборудовании, средствах автоматического регулирования подачи топлива и нейтрализации отработавших газов в легковых автомобилях, а также во многих других устройствах. Большая часть мировой электронной индустрии, оборот которой превышает 15 млрд. долл., так или иначе зависит от интегральных схем. В масштабах всего мира интегральные схемы находят применение в оборудовании, суммарная стоимость которого составляет многие десятки миллиардов долларов. Компьютерные запоминающие устройства. В электронике термин «память» обычно относится к какому-либо устройству, предназначенному для хранения информации в цифровой форме. Среди множества типов запоминающих устройств (ЗУ) рассмотрим ЗУ с произвольной выборкой (ЗУПВ), приборы с зарядовой связью (ПЗС) и постоянные ЗУ (ПЗУ). У ЗУПВ время доступа к любой ячейке памяти, находящейся на кристалле, одинаково. Такие устройства могут запоминать 65 536 бит (двоичных единиц, обычно 0 ? 1), по одному биту на ячейку, и представляют собой широко используемый тип электронной памяти; на каждом чипе у них насчитывается ок. 150 тыс. компонентов. Выпускаются ЗУПВ емкостью 256 Кбит (К = 210 = 1024; 256 К = 262 144). В устройствах памяти с последовательной выборкой циркуляция запомненных битов происходит как бы по замкнутому конвейеру (в ПЗС используется именно такой тип выборки). В ПЗС, представляющем собой ИС специальной конфигурации, пакеты электрических зарядов могут размещаться под расположенными на малых расстояниях друг от друга крошечными металлическими пластинками, электрически изолированными от чипа. Заряд (или его отсутствие) может, таким образом, перемещаться по полупроводниковому устройству от одной ячейки к другой. В результате появляется возможность запоминания информации в виде последовательности единиц и нулей (двоичного кода), а также доступа к ней, когда это требуется. Хотя ПЗС не могут конкурировать с ЗУПВ по быстродействию, они способны обрабатывать большие объемы информации при меньших затратах, и их используют там, где память с произвольной выборкой не требуется. ЗУПВ, выполненное на такой ИС, является энергозависимым, и записанная в нем информация теряется при отключении питания. В ПЗУ информация заносится в ходе производственного процесса и хранится постоянно. Разработки и выпуск ИС новых типов не прекращаются. В стираемых программируемых ПЗУ (СППЗУ) имеются два затвора, расположенные один над другим. При подаче напряжения на верхний затвор нижний может приобрести заряд, что соответствует 1 двоичного кода, а при переключении (реверсе) напряжения затвор может потерять свой заряд, что соответствует 0 двоичного кода