Полевой транзистор
В 1906 году ГринлифПикард. запатентовал кремниевый кристаллический детектор. В 1910 году Уильям Икклз обнаружил, что кристаллические детекторы в определённых условиях демонстрируют отрицательное дифференциальное сопротивление и потому могут быть использованы для генерации колебаний и усиления сигналов. В 1922 году О. В. Лосев доказал возможность усиления и генерации электромагнитных колебаний на кристаллическом детекторе при подаче на него постоянного напряжения смещения (кристадинный эффект). Цинкитный детектор («кристадин») Лосева сохранял работоспособность на частотах до 10 МГц. К концу 1920-х годов кристаллические детекторы были вытеснены вакуумными лампами, а развитие этого направления физики полупроводников приостановилось.
Нереализованный «полевой транзистор» Лилиенфельда. Патент США 1 745 175 на «метод и устройство управления электрическими токами» с приоритетом от 8 октября 1926 года (выдан 28 января 1930 года)
В 1922—1927 годах Грёндаль и Гейгер изобрели и внедрили в практику медно-закисный выпрямитель, а в 1930-е годы ему на смену пришёл более совершенный селеновый выпрямитель[3]. Как писал УолтерБраттейн, аналогия между выпрямителем на закиси меди и вакуумным диодом была очевидна для всех, изучавших полупроводники, — и многие из них задумывались о том, как внедрить в выпрямитель третий, управляющий электрод («сетку»), сделав из выпрямителя — усилитель. В 1925 году немецкий физик ЮлиусЛилиенфельд подал первую патентную заявку на твердотельный усилитель, состоящий из слоёв металла и полупроводника. Лилиенфельд не смог довести своё предложение даже до стадии макета: его проект не мог быть реализован в 1920-е годы из-за недостаточного развития фундаментальной науки. В 1935 году другой немецкий физик, Оскар Хайл, запатентовал в Великобритании принцип действия полевого транзистора. В 1938 году сотрудники Гёттингенского университета Роберт Поль и Рудольф Хилш создали твердотельный «триод», способный усиливать медленно меняющийся входной сигнал. Усилитель Пола был слишком медленным, работал только при высоких температурах и поэтому не имел практического развития, да и сам Пол не желал заниматься прикладными работами, предпочитая фундаментальную науку. Все эти безуспешные эксперименты в той или иной мере воспроизводили устройство вакуумного триода. Так, в «триоде» Пола управляющий электрод представлял собой мелкоячеистую металлическую сетку, управлявшую полем внутри кристалла бромида калия. Лосев в 1939 году упоминал о работе над полупроводниковой «трёхэлектродной системой, аналогичной триоду», но эти неопубликованные работы были утрачены.
Во время Второй мировой войны исследовательские бюджеты многократно выросли, но, по мнению Питера Морриса, в физике полупроводников было исследованы фундаментальные свойства полупроводников и заложены основы технологии их производства, сделавшие возможным серийный выпуск полупроводниковых приборовсделано слишком мало. Все существенные достижения были связаны с военным заказом в двух направлениях, в которых были бессильны вакуумные лампы, — детектирование инфракрасного излучения и детектирование отражённого сигнала в радиолокации. Излучатели ранних радиолокаторов работали на частотах до 3 ГГц, а частотный диапазон детекторов на вакуумных диодах был ограничен 400 МГц. Контактные полупроводниковые детекторы, напротив, могли эффективно выпрямлять сверхвысокие частоты, поэтому в конце 1930-х годов правительства Великобритании, Германии и США начали масштабные проекты по совершенствованию полупроводников. В ходе этих исследований были исследованы фундаментальные свойства полупроводников и заложены основы технологии их производства, сделавшие возможным серийный выпуск полупроводниковых приборов
Автоматизированный прибор
В большинстве приборов предусмотрен ряд устройств, обеспечивающих исключение возможности дрейфа или существенного изменения выбранных параметров. Основу всех автоматизированных приборов составляет система отсчета времени, с которой связаны все остальные части системы.
Еще одно важное направление деятельности спектроскопистов - ускорение анализа, увеличение его производительности. Это возможно главным образом при использовании автоматизированных приборов с фотоэлектрической регистрацией спектров - кван-тометров, связанных с ЭВМ.
В свою очередь, такая роль лаборатории обусловливает жесткие требования - простыми, быстрыми способами выполнить количественный анализ продукта по первому требованию и в любое время. На повестку дня ставятся вопросы изготовления и применения автоматизированных приборов с простым контролем правильности и стабильности их работы, причем приборов, независимых от вариаций параметров внешних условий, которые на производстве могут колебаться в широких пределах. Хотя в производственных лабораториях сложное и дорогое аналитическое оборудование и может окупаться очень быстро, важно располагать более простым по устройству и надежным в эксплуатации оборудованием, четко знать принципы его устройства и работы, и не только знать, но и не забывать о выполнении правил по его эксплуатации и обслуживанию, не говоря уже о выборе наиболее эффективных частных приемов и способов анализа. С этой точки зрения большое значение приобретает правильный выбор наиболее эффективной аппаратуры из числа наиболее специализированных для решения той или иной конкретной задачи.
Метод уравновешивания применяется, например, в компенсаторах и измерительных мостах. Модификация этого метода под названием метод следящего уравновешивания применяется в автоматизированных приборах.
В учебном пособии рассматриваются основы теории автоматических измерительных систем: элементы и системы автоматики, преобразователи, исполнительные, показывающие и регистрирующие устройства, метрологические характеристики средств автоматизации, автоматизация поверки. Освещаются вопросы создания автоматизированных систем управления качеством, применения измерительных роботов, автоматизированных приборов на базе ЭВМ. Большое внимание уделено автоматизации линейных, угловых, механических, электротеплотехнических, температурных, радиотехнических измерений и контроля давления и расхода жидкостей и газов.
Универсальные средства измерения могут быть рекомендованы при мелкосерийном или единичном выпуске продукции. При серийном выпуске наиболее выгодны механизированные приборы, при крупносерийном и массовом - высокопроизводительные автоматизированные приборы и в некоторых случаях автоматы.
Трудоемкость процессов выполнения - конструкторской документации направляет техническую мысль на путь совершенствования чертежных приборов и инструментов, а также создание их новых видов. Многие советские ученые и инженеры занимаются изучением процессов выполнения конструкторско-чертежных работ с целью создания новых механизированных и автоматизированных приборов, облегчающих работу чертежников и конструкторов. Некоторые из созданных инструментов, приспособлений и устройств описаны ниже.
Наиболее приемлемыми для практической работы являются простые и доступные в изготовлении приборы, обеспечивающие требуемую чистоту разделения газов. К числу таких приборов могут быть отнесены: ректификационные колонки со спиральной и сетчатой насадкой, частично автоматизированный прибор Циа-тим - 51, медная колонка ВНИИ Химгаз, колонка с насыпной насадкой. Все эти приборы имеют много общего как в конструкции, так и в методике работы. Ниже дано описание прибора для низкотемпературной ректификации газа с колонкой, заполненной спиральной или сетчатой насадкой.
Затем выбирается и устанавливается частота гетеродина, которой соответствует максимальная амплитуда входного сигнала, с помощью системы ФАПЧ осуществляется окончательная точная настройка прибора на частоту сигнала. Главным параметром системы автоматической настройки является время настройки, обычно оно лежит в пределах одной секунды и составляет существенную часть общего времени измерения автоматизированных приборов.
Автоматизированные зубоизмери-тельные приборы, как и обычные универсальные зубоизмерительные, предназначены для контроля ряда показателей точности: отклонения и накопленной погрешности шага по колесу (Fpr и fptr), шага зацепления (fpbr), толщины зуба (Асе и Тсе), радиального биения зубчатого венца (Frr), средней длины Wm и колебания (VWr) общей нормали. Приборы обладают большой производительностью, в частности измерение по всем перечисленным показателям точности зубчатого колеса модулем 3 мм с числом зубьев 100, занимает на автоматизированных приборах не более 15 мин.
На современном этапе экономического и социального развития СССР огромное значение партия придает техническому перевооружению отраслей народного хозяйства на основе внедрения новейших достижений науки и передового опыта. В техническом перевооружении отраслей народного хозяйства важнейшая роль принадлежит автоматизации технологических процессов на базе применения вычислительной техники, робототехнических систем, автоматизированных машин и аппаратов различного назначения, в том числе автоматическим и автоматизированным приборам и системам аналитического контроля, номенклатура которых постоянно расширяется.
В большинстве случаев автоматизация измерений различных физических величин базируется на применении методов цифровой обработки информации о параметрах измеряемых сигналов с помощью малых ЭВМ или встроенных микропроцессоров. Чаще всего внедрение автоматизированных методов начинается с применением малых ЭВМ. Автоматизированные приборы являются более дорогими, чем аналоговые, но возможность получить большую точность, быстродействие и хорошая воспроизводимость результатов обеспечивают им широкий круг потребителей. Особенно хорошо эти преимущества проявляются при разработке образцовых приборов и рабочих эталонов.
При автоматической сортировке детали проводятся с определенной скоростью через испытательную катушку с помощью транспортерной ленты. Автоматизированные приборы снабжаются счетчиками, определяющими количество деталей в каждой из двух или трех групп, на которые осуществляется сортировка.