Электроника:Полупроводники/Теория твердотельных приборов/Сверхпроводящие устройства

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Сверхпроводящие устройства[1]

Хотя сверхпроводящие устройства и не используются широко, они обладают кое-какими уникальными характеристиками, недоступными для стандартных полупроводниковых устройств. Это такие весьма ценные качества, как и высокая чувствительность относительно усиления электрических сигналов, и детектирование магнитных полей, и обнаружение света. Также сверхпроводимость даёт возможность высокоскоростной коммутации, хотя в современных компьютерах это пока не применяется. Обычные сверхпроводящие устройства должны быть охлаждены в пределах нескольких градусов от 0 Кельвина (-273°С). Однако в настоящее время разрабатываются устройства на основе высокотемпературных сверхпроводников, пригодных для использования при температуре 90°К и ниже. Это важно, поскольку для охлаждения позволяет использовать недорогой жидкий азот.

Сверхпроводящие устройства

Сверхпроводимость

Сверхпроводимость: Хайке Оннес открыл сверхпроводимость в ртути (Hg) в 1911 году, за что получил Нобелевскую премию. В основном, металлы уменьшают электрическое сопротивление при понижении температуры. Однако для большинства из них сопротивление не снижается до нуля при приближении к 0 градусам по Кельвину. Ртуть примечательно тем, что её сопротивление резко падает до нуля Ом при 4,2 К. Сверхпроводники резко теряют всё сопротивление при охлаждении ниже своей критической температуры, TС. Самое ценное свойство сверхпроводимости – отсутствие потерь мощности в проводниках. Ток может течь в сверхпроводящем контуре тысячи лет. К сверхпроводникам относятся свинец (Pb), алюминий (Al), олово (Sn) и ниобий (Nb).

Куперовская пара

Куперовская пара: проводимость без потерь в сверхпроводниках происходит не за счёт обычного электронного потока. Электронный поток в обычных проводниках встречает сопротивление, сталкиваясь с жёсткой ионной кристаллической решёткой металла. Минимизация колебаний кристаллической решётки с понижением температуры приводит к уменьшению сопротивления до определённого предела. Колебания решётки прекращаются при абсолютном нуле, но при этом не происходит рассеивания энергии от столкновений электронов с решёткой. Таким образом, обычные проводники не утрачивают всего сопротивления при абсолютном нуле.

Электроны в сверхпроводниках формируют пары электронов, т.н. куперовские пары, когда температура падает ниже критической температуры, при которой начинается сверхпроводимость. Куперовская пара существует благодаря тому, что она находится на более низком уровне энергии, чем неспаренные электроны. Электроны притягиваются друг к другу за счёт обмена фононами (частицами очень низкой энергии, связанные с вибрациями атомов). Эта куперовская пара, как квантово-механическая сущность (обладающая свойствами как частиц, так и волн) не подчиняется законам классической физики. Этот двойной объект проходит сквозь решётку, не сталкиваясь с ионами металлов, эту фиксированную решётку составляющими. Таким образом, не происходит рассеяния энергии. Квантово-механическая природа куперовской пары позволяет ей обмениваться только дискретными (а не непрерывно изменяющимися) порциями энергии. При обмене в куперовской паре хватает абсолютно минимального кванта энергии. Если колебательная энергия кристаллической решётки меньше (из-за низкой температуры), куперовская пара не может принять её, не происходит рассеяния энергии решёткой. Таким образом, при критической температуре куперовские пары беспрепятственно проходят через решётку.

Джозефсоновские переходы и транзисторы

Джозефсоновские переходы: Брайан Джозефсон получил Нобелевскую премию за то, что в 1962 году предсказал это явление, названное его именем. Джозефсоновский переход – это пара сверхпроводников, соединённых тонким диэлектриком, как показано на рисунке 1.а ниже, через который могут туннелировать электроны. Первые джозефсоновские переходы – это свинцовые сверхпроводники, соединенные диэлектриком. В наши дни используют трёхслойную конфигурацию с алюминием и ниобием. Электроны туннелируют сквозь диэлектрик даже при нулевом напряжении, приложенном к сверхпроводникам.

Если на переход подаётся напряжение, ток уменьшается и колеблется с высокой частотой, пропорциональной напряжению. Связь между приложенным напряжением и частотой настолько филигранно точна, что стандартный вольт сегодня определяется в терминах частоты колебаний джозефсоновского перехода. Джозефсоновский переход также может служить сверхчувствительным детектором магнитных полей низкого уровня. Он также очень чувствителен к электромагнитному излучению в пределах от микроволн до гамма-лучей.

Рис. 1. (а) джозефсоновский переход; (б) джозефсоновский транзистор.
Рис. 1. (а) джозефсоновский переход; (б) джозефсоновский транзистор.

Транзистор Джозефсона: это электрод, расположенный рядом с оксидом джозефсоновского перехода, который может влиять на переход посредством ёмкостной связи. Такая сборка, как на рисунке 1.б выше, это и есть транзистор Джозефсона. Главной особенностью транзистора Джозефсона является низкое рассеивание мощности, что применимо к схемам с высокой плотностью размещения (компьютерным, например). Этот транзистор обычно является частью более сложного сверхпроводящего устройства, такого как СКВИД или БОКЛ, о которых ниже по тексту.

Сверхпроводящий квантовый интерферометр (СКВИД)

СКВИД: сверхпроводящий квантовый интерферометр или просто калька с английского СКВИД (от SQUID, т.е. Superconducting Quantum Interference Device) – это сборка переходов Джозефсона в сверхпроводящее кольцо. Сейчас мы рассматриваем только СКВИД, работающий на постоянном токе. Это устройство крайне чувствительно к магнитным полям низкого уровня.

Постоянный ток включения подаётся по кольцу параллельно обоим джозефсоновским переходам, показанным на рисунке 2 ниже. Ток равномерно делится между двумя переходами в отсутствие приложенного магнитного поля, и напряжение не возникает поперёк кольца. Хотя к СКВИДу можно применить любое значение магнитного потока (Φ), только квантованное значение (кратное квантам потока) может проходить через отверстие в сверхпроводящем кольце. Если приложенный поток не точно кратен количеству квантов потока, избыточный поток компенсируется циркулирующим током вокруг кольца, который производит дробную часть кванта потока. Циркулирующий ток будет течь в том направлении, которое нейтрализует любой избыточный поток, превышающий количество квантов потока. Он может либо добавлять, либо вычитать из приложенного потока до ±(½) квантов потока. Если циркулирующий ток течёт по часовой стрелке, ток добавляется к верхнему джозефсоновскому переходу и вычитается из нижнего. При линейном изменении приложенного магнитного потока циркулирующий ток изменяется по синусоиде. Это можно измерить как напряжение на СКВИДе. По мере увеличения приложенного магнитного поля импульс напряжения может быть подсчитан для каждого увеличения квантами потока.

Рис. 2. Сверхпроводящее устройство квантовой интерференции (СКВИД): пара джозефсоновских контактов в сверхпроводящем кольце. Изменение магнитного потока вызывает изменение напряжения на паре ПДж/ПДж.
Рис. 2. Сверхпроводящее устройство квантовой интерференции (СКВИД): пара джозефсоновских контактов в сверхпроводящем кольце. Изменение магнитного потока вызывает изменение напряжения на паре ПДж/ПДж.

Считается, что СКВИД чувствителен к магнитному потоку с индукцией всего в 10-14 Тесла. Он может обнаруживать магнитное поле нейронных токов в мозгу человека, имеющих индукцию всего 10-13 Тесла. Сравните это с силой магнитного поля Земли, равного 30×10-6 Тесла.

Быстрая одноквантовая логика (БОКЛ)

Быстрая одноквантовая логика (БОКЛ, или RSFQ от англ. Rapid Single Flux Quantum): вместо имитации кремниевых полупроводниковых схем, схемы БОКЛ опираются на новые концепции: квантование магнитного потока внутри сверхпроводника и движение квантов потока создают пикосекундный квантованный импульс напряжения. Магнитный поток может существовать только внутри секции сверхпроводника, квантованной в дискретных кратных величинах. Используются самые минимально возможные кванты потока. Импульсы коммутируют с помощью джозефсоновских переходов (вместо обычных транзисторов). В основе сверхпроводников лежит тройной слой алюминия и ниобия с критической температурой 9,5 К, охлаждаемый до 5 К.

БОКЛ работают на частоте более 100 ГГц с очень малым рассеиванием мощности. Производство условно простое с использованием существующих фотолитографических технологий. Хотя для работы требуется охлаждение до 5 К. Есть и реальные коммерческие приложения: аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, триггеры, регистры сдвига, память, сумматоры и мультипликаторы.

Высокотемпературные сверхпроводники

Высокотемпературные сверхпроводники: Это соединения, демонстрирующие сверхпроводимость выше точки кипения жидкого азота 77 К. Это важно, поскольку жидкий азот легко доступен и бюджетен. Большинство обычных сверхпроводников – металлы; из высокотемпературных сверхпроводников широко применяются купраты (сложные соединения с оксидами меди), например YBa2Cu3O7-x, критическая температура TС = 90 K (впрочем, есть и другие). Большинство устройств, описанных в этом разделе, разрабатываются в версиях для высокотемпературных сверхпроводников для не столь критических приложений. Хотя они не обладают всеми свойствами традиционных металлических сверхпроводниковых устройств, для них доступно охлаждение недорогим жидким азотом.

Итог

  • Большинство металлов понижают внутреннее сопротивление по мере приближения к абсолютному нулю; однако сопротивление не падает до 0. Сверхпроводники быстро падают до нуля при их критической температуре охлаждения. Обычно TС находится в пределах 10 К вблизи абсолютного нуля.
  • Куперовская пара, пара электронов – квантово-механическое сущность, беспрепятственно движущаяся сквозь металлическую кристаллическую решётку.
  • Электроны туннелируют через джозефсоновский переход, являющийся изолирующей щелью между парой сверхпроводников.
  • Добавление третьего электрода или затвора рядом с переходом даёт транзистор Джозефсона.
  • СКВИД, сверхпроводящее устройство квантовой интерференции, является высокочувствительным детектором магнитных полей. Он считывает кванты магнитного поля внутри сверхпроводящего кольца.
  • БОКЛ – это высокоскоростное коммутирующее устройство, основанное на переключении магнитных квантов, существующих в сверхпроводящем контуре.
  • Высокотемпературные сверхпроводники, чьи TС выше точки кипения жидкого азота, также могут быть использованы для создания сверхпроводящих устройств.

См.также

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

Внешние ссылки

  1. ↑ www.allaboutcircuits.com - Superconducting Devices
Теория по электронике
Постоянный ток
Основные концепты электричества • Статическое электричество • Проводники, диэлектрики и поток электронов • Что такое электрические цепи? • Напряжение и электроток • Сопротивление • Напряжение и электроток в реальной цепи • Условный ток и поток электронов
Закон Ома • Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом • Аналогия для закона Ома • Мощность в электрических цепях • Расчёт электрической мощности • Резисторы • Нелинейная проводимость • Построение цепи • Полярность перепада напряжения • Компьютерная симуляция электрических цепей
Правила электробезопасности • Важность правил электробезопасности • Воздействие электричества на психологическое состояние • Путь, который ток проходит перед ударом • Закон Ома (снова!) • Техника безопасности • Первая медицинская помощь при ударе током • Распространённые источники опасности • Проектирование электроцепей с учётом требований безопасности • Безопасное использование приборов для измерения электрических показателей • Данные о влиянии удара током на тело человека
Экспоненциальная запись и метрические приставки • Экспоненциальная запись • Арифметические операции для экспоненциальной записи • Метрические обозначения • Преобразование метрических приставок • Используем ручной калькулятор • Экспоненциальная форма в программе SPICE
Последовательные и параллельные электрические цепи • Что такое «последовательные» и «параллельные» электрические цепи • Простая последовательная цепь • Простая параллельная цепь • Электропроводность • Рассчитываем мощность • Правильно используем закон Ома • Анализ отказов компонентов цепи • Строим простые резистивные цепи
Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа • Схемы с делителем напряжения • Правило напряжений Кирхгофа (ПНК) • Цепи – делители тока и формула делителя тока • Правило Кирхгофа для силы тока (ПКТ)
Комбинированные последовательно-параллельные схемы • Что такое последовательно-параллельная цепь • Методы анализа последовательно-параллельных резисторных цепей • Перерисовываем избыточно усложнённые схемы • Анализ отказов компонентов (продолжение) • Построение простых резисторных цепей
Измерения в электрических цепях постоянного тока • Что такое измеритель? • Как устроен вольтметр • Как вольтметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен амперметр • Как амперметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен омметр • Высоковольтный омметр • Мультиметры • Кельвиновское 4-проводное измерение сопротивления • Мостовые схемы • Как устроен ваттметр • Как самостоятельно сделать ручной калибратор
Сигналы электрического оборудования • Аналоговые и цифровые сигналы • Системы сигналов напряжения • Системы сигналов силы тока • Тахогенераторы • Теромопары • Измерения pH • Тензодатчики
Анализ сети постоянного тока • Что такое сетевой анализ? • Метод токов ветвей • Аналитический метод контурных токов • Метод узловых потенциалов • Введение в сетевые теоремы • Теорема Миллмана • Теорема о суперпозиции • Теорема Тевенена • Теорема Нортона • Эквивалентность схем Тевенена и Нортона • И вновь о теореме Миллмана • Теорема о передаче максимальной мощности • Δ-Y и Y-Δ преобразования
Батареи и системы питания • Поведение электронов при химических реакциях • Батарейные конструкции • Рейтинг батарей • Батареи специального назначения • Практические рекомендации при использовании батарей
Физика проводников и диэлектриков • Введение в физику проводников и диэлектриков • Размеры проводов• Допустимые токовые нагрузки на провода • Предохранители • Удельное сопротивление • Температурный коэффициент сопротивления • Сверхпроводимость • Пробивное напряжение диэлектрика
Конденсаторы • Электрическое поле и ёмкость • Конденсаторы и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора • Последовательное и параллельное соединение конденсаторов • Практические соображения - Конденсаторы
Магнетизм и электромагнетизм • Постоянные магниты • Электромангетизм • Единицы измерения магнитных величин • Магнитная проницаемость и насыщение • Электромагнитная индукция • Взаимная индукция
Катушки индуктивности • Магнитные поля и индуктивность • Катушки индуктивности и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на индуктивность • Катушки индуктивности в последовательных и параллельных соединениях • Практические соображения – Катушки индуктивности
Постоянные времени в RC и L/R цепях • Переходные процессы в электрических цепях • Переходные процессы в цепях с конденсатором • Переходные процессы в цепях с катушкой индуктивности • Расчёт напряжения и силы тока • Почему L/R, а не LR? • Комплексные расчёты напряжения и тока • Сложные схемы • Расчёт неизвестного времени
Переменный ток
Основы теории переменного тока • Что такое переменный ток? • Формы волн переменного тока • Измерение величин переменного тока • Расчёт простейшей цепи переменного тока • Фаза переменного тока • Принципы радио
Комплексные числа • Введение в комплексные числа • Векторы и волны переменного тока • Сложение простых векторов • Сложение сложных векторов • Полярная и алгебраическая запись комплексных чисел • Арифметика комплексных чисел • И ещё по поводу полярности переменного тока • Несколько примеров с цепями переменного тока
Реактанс и импеданс – Индуктивность • Резистор в цепи переменного тока (Индуктивность) • Катушка индуктивности в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-индуктивные цепи • Параллельные резистивно-индуктивные цепи • Особенности катушек индуктивности • Что такое «скин-эффект»?
Реактанс и импеданс – Ёмкость • Резистор в цепи переменного тока (Ёмкость) • Конденсатор в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-ёмкостные цепи • Параллельные резистивно-ёмкостные цепи • Особенности конденсаторов
Реактанс и импеданс – R/L/C-цепи • Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс) • Последовательные R/L/C-цепи • Параллельные R/L/C-цепи • Последовательно-параллельные R/L/C-цепи • Реактивная проводимость и адмиттанс • R/L/C-цепи – что в итоге?
Резонанс • Электрический маятник • Простой параллельный резонанс (колебательный контур) • Простой последовательный резонанс • Применение резонанса • Резонанс в последовательно-параллельных цепях • Добротность и полоса пропускания резонансной цепи
Сигналы переменного тока смешанной частоты • Сигналы переменного тока смешанной частоты - Введение • Прямоугольные волновые сигналы • Другие волновые формы • Подробнее о спектральном анализе • Эффекты в электрических цепях
Фильтры • Что такое фильтр? • Низкочастотные фильтры • Высокочастотные фильтры • Полосовые фильтры • Полосно-заграждающие фильтры • Резонансные фильтры • Подводя итоги по фильтрам
Трансформаторы • Взаимная индуктивность и основные операции • Повышающие и понижающие трансформаторы • Электрическая изоляция • Фазировка • Конфигурации обмотки • Регулировка напряжения • Специальные трансформаторы и приложения • Практические соображения – Трансформаторы
Многофазные цепи переменного тока • Однофазные системы питания • Трёхфазные системы питания • Чередование фаз • Устройство многофазного двигателя • Трёхфазные Y- и дельта-конфигурации • Трёхфазные цепи с трансформатором • Гармоники в многофазных энергосистемах • Гармонические фазовые последовательности
Коэффициент мощности • Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока • Истинная, реактивная и полная мощность • Расчёт коэффициента мощности • Практическая коррекция коэффициента мощности
Измерение цепей переменного тока • Вольтметры и амперметры переменного тока • Измерение частоты и фазы • Измерение мощности • Измерение качества электроэнергии • Мостовые схемы переменного тока • Измерительные преобразователи переменного тока
Двигатели переменного тока • Введение в двигатели переменного тока • Синхронные двигатели • Синхронный конденсатор • Двигатель с магнитным сопротивлением • Шаговые двигатели • Бесщёточный двигатель постоянного тока • Многофазные асинхронные двигатели Теслы • Асинхронные двигатели с фазным ротором • Однофазные асинхронные двигатели • Прочие специализированные двигатели • Сельсин-двигатели (синхронизированные двигатели) • Коллекторные двигатели переменного тока
Линии передачи • Кабель на 50 Ом? • Электрические цепи и скорость света • Характеристический импеданс • Линии передачи конечной длины • «Длинные» и «короткие» линии передачи • Стоячие волны и резонанс • Преобразование импеданса • Волноводы
Полупроводники
Усилители и активные устройства • От электрики к электронике • Активные и пассивные устройства • Усилители • Коэффициент усиления • Децибелы • Абсолютные дБ-шкалы • Аттенюаторы
Теория твердотельных приборов • Введение в теорию твердотельных устройств • Квантовая физика • Валентность и кристаллическая структура • Зонная теория твёрдых тел • Электроны и «дырки» • P-N-переход • Полупроводниковые диоды • Транзисторы с биполярным переходом • Полевые транзисторы • Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) • Тиристоры • Методы производства полупроводников • Сверхпроводящие устройства • Квантовые устройства • Полупроводниковые приборы в SPICE
Диоды и выпрямители • Диоды и выпрямители – Введение • Проверка диодов мультиметром • Номинальные характеристики диодов • Схемы выпрямителей • Пиковый детектор • Схемы ограничителей напряжения • Схемы фиксаторов уровня • Умножители напряжения (удвоители, утроители, учетверители и т.д.) • Схемы коммутации индуктивных нагрузок • Диодные схемы коммутации • Что такое диод Зенера (стабилитрон)? • Диоды специального назначения • Прочие диодные технологии • Модели диодов в SPICE
Биполярные транзисторы • Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение • Транзистор с биполярным переходом (ТБП) как переключатель • Проверка транзистора с биполярным переходом (ТБП) с помощью мультиметра • Активный режим работы транзистора с биполярным переходом (ТБП) • Усилительный каскад с общим эмиттером • Усилительный каскад с общим коллектором • Усилительный каскад с общей базой • Каскодный усилитель • Методы смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Взаимодействие входа и выхода в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Обратная связь в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Импеданс усилителя • Токовые зеркала в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Параметры и корпуса транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Особенности транзисторов с биполярным переходом (ТБП)
Полевые транзисторы • Полевые транзисторы (JFET) – Введение • Полевой транзистор (JFET) как переключатель • Проверка полевого транзистора (JFET) с помощью мультиметра • Активный режим работы полевого транзистора (JFET)
Полевые транзисторы с изолированным затвором • Полевые транзисторы с изолированным затвором – Введение • Обедняющие полевые транзисторы с изолированным затвором • Биполярные транзисторы с изолированным затвором
Тиристоры • Гистерезис • Газоразрядные лампы • Диод Шокли (динистор) • DIAC (симметричный динистор) • Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR-тиристор) • TRIAC (симметричный тринистор, триак) • Оптотиристоры • Однопереходной транзистор • Управляемый кремниевый коммутатор (SCS-тиристор) • Тиристоры с полевым управлением
Операционные усилители • Операционные усилители (ОУ) – Введение • Несимметричные и дифференциальные усилители • «Операционный» усилитель • Отрицательная обратная связь • Делитель напряжения в цепи обратной связи • Аналогия для делителя напряжения в цепи обратной связи • Преобразование сигнала напряжения в сигнал тока • Схемы усреднителя и сумматора • Построение дифференциальных усилителей • Инструментальный (измерительный) усилитель • Схемы дифференциатора и интегратора • Положительная обратная связь • Практические аспекты ОУ • Модели операционных усилителей
Практические аналоговые полупроводниковые схемы • Электростатический разряд • Схемы источников питания • Схемы усилителей • Осцилляторные схемы • Радиосхемы • Вычислительные схемы • Измерительные схемы
Приводы двигателей постоянного тока • Широтно-импульсная модуляция
Электронные лампы • Электронные лампы – Введение • История электронных ламп – с чего всё началось • Триод • Тетрод • Силовой лучевой тетрод • Пентод • Комбинированные электронные лампы • Характеристики электронных ламп • Ионизированные (газовые) электронные лампы • Индикаторные электронные лампы • Микроволновые электронные лампы • Сравниваем электронные лампы и полупроводники
Цифровая электроника
Системы счисления • Числа и способы их выражения • Системы счисления • Сравниваем десятеричные и двоичные числа • Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления • Восьмеричные и шестнадцатеричные числа преобразовываем в десятеричные • Преобразование из десятеричной системы счисления
Двоичная арифметика • Числа и системы счисления • Двоичное сложение • Отрицательные двоичные числа • Двоичное вычитание • Двоичное переполнение • Наборы битов
Логические вентили • Цифровые сигналы и вентили • Вентили «НЕ» • «Буферные» вентили • Вентили с более чем одним входом • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И» • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «ИЛИ-НЕ» и «ИЛИ» • Схемы КМОП-вентилей • Специальные выходы в вентилях • Универсальность вентилей «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» • Уровни напряжения для «высоких» и «низких» логических сигналов • Вентильные DIP корпусы
Переключатели • Типы переключателей • Как устроены контакты переключателей • «Нормальное» состояние контакта и последовательное замыкание/размыкание • «Дребезжание» контактов
Электромеханические реле • Устройство реле • Контакторы • Реле с задержкой времени • Защитные реле • Твердотельные реле
Релейная логика • «Лестничные» диаграммы • Функции цифровой логики • Разрешающие и блокирующие схемы • Схемы управления двигателем • Отказоустойчивость • Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
Булева алгебра • Булева алгебра – Введение • Логическая арифметика • Булевы алгебраические тождества • Булевы алгебраические свойства • Логические правила для упрощения • Примеры упрощения схем • Функция «Исключающее ИЛИ»: вентиль XOR • Законы де Моргана • Преобразование таблиц истинности в логические выражения
Карты Карно • Карты Карно – Введение • Диаграммы Венна и множества • Булевы соотношения на диаграммах Венна • Преобразование диаграмм Венна в карты Карно • Карты Карно, таблицы истинности и логические выражения • Упрощение логики с помощью карт Карно • Бо́льшие карты Карно с 4-мя переменными • Минтермы и макстермы в реализациях • Обозначения сумм и произведений • Поля «безразличия» на картах Карно • Бо́льшие карты Карно с 5-ю и 6-ю переменными
Функции комбинационной логики • Функции комбинационной логики – Введение • Неполный сумматор • Полный сумматор • Декодер • Кодер • Демультиплексоры • Мультиплексоры • Совместное использование множественных комбинационных схем
Мультивибраторы • Цифровая логика с обратной связью • SR-защёлка • Вентильная SR-защёлка • D-защёлка • Защёлки с запуском по фронту сигнала: триггеры • JK-триггер • Триггеры с асинхронными входами • Моностабильные мультивибраторы
Схемы последовательностей • Двоичная счётная последовательность • Асинхронные счётчики • Синхронные счётчики • Конечные автоматы
Сдвиговые регистры • Сдвиговые регистры – Введение • Сдвиговые регистры: последовательный вход, последовательный выход (SISO) • Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO) • Сдвиговые регистры: последовательный вход, параллельный выход (SIPO) • Универсальные сдвиговые регистры: параллельный вход, параллельный выход (PIPO) • Кольцевые счётчики
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования • Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразования – Введение • ЦАП R/2nR: цифро-аналоговый преобразователь с двоично-взвешенным входом • ЦАП R/2R: (цифро-аналоговый преобразователь) • Параллельные АЦП • Цифровые ступенчатые АЦП • АЦП с последовательным приближением • Отслеживающий АЦП • Скатные (интегрирующие) АЦП • Дельта-сигма АЦП • Практические аспекты схем АЦП
Цифровая связь • Цифровая связь – Введение • Сети и шины • Потоки данных • Типы электрических сигналов • Оптическая передача данных • Топология сети • Сетевые протоколы • Практические аспекты цифровой связи
Цифровое хранилище (память) • Почему «цифровое»? • Понятия и концепции цифровой памяти • Современная немеханическая память • Устаревшие немеханические технологии памяти • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) • Память с движущимися частями: «Приводы»
Принципы цифровых вычислений • Двоичный сумматор • Таблицы поиска • Конечные автоматы • Микропроцессоры • Микропроцессорное программирование
Справочные материалы
Полезные уравнения и коэффициенты пересчёта • Уравнения и законы для цепей постоянного тока • Правила последовательных цепей • Правила параллельных цепей • Эквивалентные значения компонентов в последовательных и параллельных цепях • Уравнение ёмкости конденсатора • Уравнение катушки индуктивности • Уравнения постоянной времени • Уравнения цепей переменного тока • Уравнения для децибел • Метрические приставки и преобразования единиц измерения
Цветовая маркировка • Цветовая маркировка резисторов • Цветовая маркировка проводки • Инфографика цветовой маркировки проводки
Таблицы проводников и диэлектриков • Таблица калибров медной проволоки • Таблица допустимых нагрузок для медного провода • Коэффициенты удельного сопротивления • Таблица температурных коэффициентов сопротивления • Критические температуры для сверхпроводников • Диэлектрическая прочность изоляторов
Справочник по алгебре • Основные алгебраические тождества • Основные свойства арифметики • Свойства степеней • Извлечение корней • Важные константы • Логарифмы • Формулы сокращённого умножения • Квадратное уравнение • Прогрессии • Факториалы • Решение систем уравнений: метод подстановки и метод сложения
Справочник по тригонометрии • Тригонометрия прямоугольного треугольника • Тригонометрия произвольного треугольника • Тригонометрические формулы • Гиперболические функции
Справочник по исчислению • Формулы вычисления пределов • Производная числа • Общие производные • Производные показательных функций с основанием e • Производные простых тригонометрических функций • Правила вычисления производных • Первообразная (неопределённый интеграл) • Общие первообразные • Первообразные показательных функций от числа e • Правила вычисления первообразных • Определённые интегралы и основная теорема исчисления • Дифференциальные уравнения
Использование программы SPICE для моделирования электрических схем • Программа моделирования электрических цепей SPICE — Введение • История программы SPICE • Основы программирования в SPICE • Интерфейс командной строки • Компоненты электрических схем • Опции для проведения анализа • Странные особенности программы SPICE • Примеры электрических цепей и списков связей
Устранение неполадок – теория и практика • Вопросы, которые следует задать, прежде чем продолжить • Общие советы по устранению неполадок • Конкретные методы устранения неполадок • Вероятные сбои в проверенных системах • Вероятные сбои в непроверенных системах • Возможные ментальные ловушки
Схематические обозначения элементов цепи • Провода и соединения • Источники питания • Типы резисторов • Типы конденсаторов • Катушки индуктивности • Взаимные катушки индуктивности • Переключатели с ручным управлением • Управляемые процессом переключатели • Переключатели с электрическим приводом (реле) • Соединители • Диоды • Биполярные транзисторы • Переходные транзисторы с полевым эффектом (JFET) • Транзисторы с полевым эффектом с изолированным затвором (IGFET или MOSFET) • Гибридные транзисторы • Тиристоры • Интегральные схемы • Электронные лампы
Периодическая таблица химических элементов • Таблица Менделеева
Эксперименты
Введение • Электроника как точная наука • Обустраиваем домашнюю лабораторию
Основные концепции и испытательное оборудование • Использование вольтметра • Использование омметра • Очень простая схема • Использование амперметра при измерении силы тока • Закон Ома • Нелинейное сопротивление • Рассеяние мощности • Цепь с переключателем • Эксперимент по электромагнетизму • Эксперимент с электромагнитной индукцией
Электрические цепи постоянного тока • Электрические цепи постоянного тока – Введение • Последовательные источники питания • Параллельные источники питания • Делитель напряжения • Делитель тока • Потенциометр как делитель напряжения • Потенциометр как реостат • Прецизионный потенциометр • Ограничение диапазона реостата • Термоэлектричество • Мультиметр своими руками • Чувствительный детектор напряжения • Потенциометрический вольтметр • 4-проводное измерение сопротивления • Простейший компьютер • Картошка-батарейка • Зарядка и разрядка конденсатора • Индикатор скорости изменения
Электрические цепи переменного тока • Электрические цепи переменного тока – Введение • Трансформатор – блок питания • Сборка трансформатора • Переменный индуктор • Чувствительный аудиодетектор • Обнаружение магнитных полей переменного тока • Обнаружение электрических полей переменного тока • Альтернатор – автомобильный генератор • Асинхронный двигатель • Асинхронный двигатель побольше • Фазовый сдвиг • Погашение звука • Музыкальный синтезатор как генератор сигналов • ПК-осциллограф • Анализ волновых сигналов • Колебательный контур • Сигнальная связь
Дискретные полупроводниковые схемы • Дискретные полупроводниковые схемы – Введение • Коммутирующий диод • Полупериодный выпрямитель • Двухполупериодный мостовой выпрямитель • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом • Цепь «выпрямитель/фильтр» • Регулятор напряжения • Транзистор как переключатель • Датчик статического электричества • Датчик импульсного света • Повторитель напряжения • Усилитель с общим эмиттером • Многокаскадный усилитель • Как построить схему токового зеркала • JFET – регулятор тока • Дифференциальный усилитель • Простой операционный усилитель • Аудио осциллограф • Ламповый аудио усилитель
Аналоговые интегральные схемы • Аналоговые интегральные схемы – Введение • Компаратор напряжения • Прецизионный повторитель напряжения • Неинвертирующий усилитель • Высокоимпедансный вольтметр • Интегратор • Аудио осциллограф на таймерной схеме 555 • Наклонный генератор на таймерной схеме 555 • ШИМ-контроллер мощности • Аудиоусилитель класса B
Цифровые интегральные схемы • Цифровые интегральные схемы – Введение • Основная функция вентилей • SR-защёлка на основе вентилей «ИЛИ-НЕ» • SR-защёлка на основе вентиля «И-НЕ» с входом разрешения • SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ» • Светодиодный секвенсор • Простейший кодовый замок • 3-битный двоичный счётчик • 7-сегментный дисплей
Таймерные схемы 555 • Интегральный таймер 555 • Триггер Шмитта на интегральном таймере 555 • Гистерезисный осциллограф на интегральном таймере 555 • Моностабильный мультивибратор на интегральном таймере 555 • Минимальное количество комплектующих для КМОП-схемы 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на синих светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на светодиодах обратного хода • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах

Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Электроника:Полупроводники/Теория_твердотельных_приборов/Сверхпроводящие_устройства&oldid=2295080