Без имени

«Полупроводники и их роль в развитии электронно-вычислительной техники»

Автор:

МАОУ СОШ № 6, 10 «Б» класс

Руководитель: ,

учитель физики, МАОУ СОШ № 6

Работая в прошлом году над проектом, я освоил работу с электронным конструктором по сборке микросхем и познакомился с интересными приборами, такими как фоторезистор и светодиод. Обратившись к справочнику, я узнал, что фоторезистор и светодиод – это полупроводниковые приборы. Выяснилось, что приборы, основанные на действии полупроводников, получили очень широкое применение и распространение в современной науке и технике. Их можно встретить в большинстве электрических и радиотехнических устройствах.

Заинтересовавшись полупроводниками, я решил выбрать тему для проектной работы: «Полупроводники и их роль в развитии электронно-вычислительной техники».

Цель моего проекта: изучение полупроводников и полупроводниковых приборов.

Гипотеза исследования: я предполагаю, что  появление полупроводниковых приборов оказало существенное влияние на развитие электронно-вычислительной техники.

В первой части проекта я познакомился с полупроводниковыми материалами, рассмотрел их строение, свойства и проводимость. Полупроводники – это вещества, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. Одним из первых начал систематические исследования физических свойств полупроводников выдающийся советский физик Абрам Федорович Иоффе.

В последнее время большое распространение получили приборы, основанные на действии полупроводников. Эти вещества стали изучать сравнительно недавно, однако без них уже не может обойтись ни современная электроника, ни медицина, ни многие другие науки.

Я рассмотрел наиболее важные для техники полупроводниковые приборы – диоды, транзисторы, интегральные схемы. Все приборы основаны на использовании замечательных свойств материалов с электронной или дырочной проводимостью.

Далее я провел лабораторную работу по измерению вольт-амперной характеристики полупроводникового диода с использованием модульной системы. Опытным путем мне удалось установить соотношение между силой тока и напряжением, приложенным к выводам диода, при его прямом и обратном подключении. По результатам опыта была построена ВАХ диода, из которой видно, что ток в прямом подключении намного больше, чем в обратном.

Так же я узнал, что полупроводниковые приборы играют роль логических элементов в интегральных схемах, поэтому я рассмотрел разновидности логических элементов и операций.

Понять работу логических элементов мне помогли простейшие электрические схемы, которые я собрал и продемонстрировал с помощью электронного конструктора. Следует знать, что для таких схем в режиме логики логической единице соответствует замкнутый контакт ключа, а логическому нулю – разомкнутый. Светящийся индикатор (светодиод) соответствует логической единице, а несветящийся – логическому нулю.

Далее я стал исследовать, как полупроводниковые приборы повлияли на развитие ЭВМ, для этого я захотел посетить музей истории вычислительной техники, но оказалось, что в России не существует таких музеев, поэтому я посетил виртуальный музей истории компьютеров, где познакомился с четырьмя поколениями ЭВМ.

Элементной базой машин первого поколения были электронные вакуумные лампы. Элементной базой машин второго поколения были полупроводниковые приборы, а именно транзисторы.  Машины третьего поколения работали на интегральных схемах – целых устройств, состоящих из десятков и сотен транзисторов, выполненных на одном кристалле полупроводника.  И основой четвёртого поколения стали большие интегральные схемы, где в одном кристалле размещалось уже несколько десятков тысяч электрических элементов.

Проследив эволюцию поколений, пришел к выводу, что полупроводниковые приборы со своими уникальными свойствами существенно повлияли на развитие электронно-вычислительных машин. Замена ламповой элементной базы на полупроводниковую позволила в десятки раз уменьшить габариты и массу электронных устройств, снизить потребляемую ими мощность и резко увеличить надежность быстродействие.

В настоящее время полупроводниковым приборам удалось завоевать ведущее положение в электронике, радиотехнике и науке, прежде всего из-за колоссальной экономии в энергопотреблении, удивительной компактности аппаратуры и, конечно же, высокой надежности. Однако, несмотря на большое разнообразие этих приборов, я увидел, что в основе их, лежит работа обычного p-n перехода или системы из нескольких p-n переходов.

Рассмотрев смену поколений ЭВМ, вызванную появлением новых элементных баз, я подтвердил выдвинутую гипотезу о том, что полупроводниковые приборы оказали существенное влияние на развитие электронно-вычислительной техники.

Удивительные перспективы в развитии полупроводниковой техники открыла микроэлектроника. Возможности полупроводников еще далеко не исчерпаны, и они ждут своих новых исследователей.