Главная страница
Навигация по странице:

  • 10.3. Магнетоэлектроника

  • 10.6. Диэлектрическая электроника

  • Чем вызвана необходимость развития функциональной микроэлектро­ники как новой отрасли технической электроники

  • Какие физические явления используются в функциональной микроэлек­тронике

  • Что собой представляет оптоэлектронный прибор

  • Какие функции выполняют оптоэлектронные приборы Как работает линия оптической связи

  • В чем состоит сущность голографии Как используются принципы голографии при создании запоминающих устройств ЭВМ

  • Как работает электроакустический усилитель

  • Как устроена матрица памяти на тонких магнитных пленках Какие температуры считаются криогенными

  • Что изучает хемотроника

  • Чем занимается биоэлектроника как отрасль науки и техники Как устроен нейрон

  • Функциональная электроника. Тных волнах () и вид преобразователя (Пр) сверху () Пп полу


    Скачать 1.31 Mb.
    НазваниеТных волнах () и вид преобразователя (Пр) сверху () Пп полу
    АнкорФункциональная электроника.doc
    Дата25.04.2017
    Размер1.31 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаФункциональная электроника.doc
    ТипДокументы
    #3047

    ная акустическая волна, движущаяся со ско­ростью . Давление в кристалле при этом от точки к точке ме­няется. В тех местах, где кристалл сжимается (> 0), пьезо-э.д.с. (Ев) замедляет движение электронов, а в тех местах, где растягивается, - ускоряет. В результате этого в начале каждого периода волны образуются сгустки электронов. При > сгустки движутся в тормозящих участках волны и передают ей свою энергию, чем и обеспечивается усиление. Подобные акустоэлектронные усилители могут давать выходную мощность сигнала порядка нескольких ватт, имея полосу пропускания до 300 МГц. Их объем (в микроэлектронном исполнении) не превышает 1 см.

    Основным недостатком объемных ЭАУ является сравнительно большая мощность, рассеиваемая в звукопроводе. Более перспек­тивными в этом отношении являются ЭАУ на поверхностных вол­нах. Структура такого усилителя показана на рис. 10.12, . С помощью вход -



    Рис. 10.12. Структура электроакустического усилителя на поверхнос-

    тных волнах () и вид преобразователя (Пр) сверху (): Пп — полу-

    проводник, Пэ — пьезодиэлектрик
    ного решетчатого пьезопреобразователя (рис. 10.12, ), напыляемого на поверхность пьезоэлектрического кристалла Пэ в последнем возбуждается акустическая волна. На некотором уча­стке поверхность пьезокристалла соприкасается с поверхностью полупроводниковой пластины, в которой от источника Е проходит ток. Следовательно, на участке поверхностного контакта пьезо­кристалла и полупроводника произойдет взаимодействие акусти­ческой волны с потоком электронов. Именно на этом участке проис­ходит акустическое усиление сигнала, который затем снимается в виде усиленного переменного напряжения с выходного преобра­зователя, работающего в режиме обратного пьезоэффекта.

    Достоинство ЭАУ поверхностного типа состоит в том, что мате­риалы пьезоэлектрика и полупроводника могут быть разными. Первый из них должен обладать высокими пьезоэлектрическими свойствами, второй - обеспечивать высокую подвижность элек­тронов. В качестве полупроводникового слоя в подобных усилите­лях используют обычно кремниевый монокристалл -типа толщиной около 1 мкм, выращенный на сапфировой подложке эпитаксиальным способом. Этот материал имеет удельное сопротивление поряд­ка 100 Ом · см и подвижность носителей заряда до 500 см/(В · с). Длина рабочей части поверхностного ЭАУ составляет примерно 10 мм, ширина 1,25 мм, потребляемая мощность постоянного тока порядка 0,7 Вт.

    Акустоэлектронные устройства являются весьма перспектив­ными, особенно для широкополосных схем и схем сверхвысокоча­стотного (СВЧ) диапазона.
    10.3. Магнетоэлектроника

    Одним из наиболее перспективных направлений развития фун­кциональной микроэлектроники является магнетоэлектроника, свя­занная с использованием свойств тонких магнитных пленок. Приме­нение магнитных материалов в качестве носителей информации основано на том, что они обладают двумя устойчивыми состояни­ями, соответствующими двум пороговым участкам цикла перемагничивания - магнитному насыщению и размагничиванию (ос­таточной намагниченности). Длительный период в качестве магнит­ных материалов использовались, главным образом, ферритовые сердечники. Однако энергия, необходимая для перемагничивания ферритовых сердечников, и время, затрачиваемое на этот процесс, были относительно большими. С появлением тонкопленочных магнитных элементов удалось сократить эти показатели в десятки раз и совместить технологию изготовления тонкопленочных магнит­ных элементов с производством других элементов интегральных микросхем. Для магнитных пленок наиболее интересные электри­ческие свойства связаны с гальваномагнитными эффектами, осно­ванными на взаимодействии носителей тока с магнитным полем в пленке. Наиболее распространенным методом получения тонких магнитных пленок является вакуумное испарение.

    Для нужд микроэлектроники и вычислительной техники чаще всего используются тонкие пленки пермаллоя (сплав никеля и желе­за с небольшими добавками меди, хрома н молибдена). Такие пленки обеспечивают необходимое сочетание достаточно высокого быст­родействия, информационной емкости в ограниченном объеме с малыми энергетическими затратами на управление и сохранение информации.

    На рис. 10.13 показана схема построения матрицы памяти на тонких магнитных пленках. На стеклянной подложке 2 вначале

    Рис. 10.13. Схема построения матрицы формируется медная плёнка 3, на которую затем методом испаре-

    памяти на четких магнитных пленках: ния в вакууме наносится пермаллоевая магнитная пленка 1 тол-­

    1 - пленка; 2 - подложка; 3 - подслой ме- щиной порядка 0,01 мкм. Далее на основе полиамидной пленки 7,

    ди; 4 - диэлектрическая пленка; 5 – сигна- фольгированной с двух сторон в процессе стандартной фото­лито-

    льно-разрядные шины: 6 - числовые ши- графии, формируют перпендикулярно расположенные друг к дру-

    ны; 7 - полиамидная пленка гу числовые и сигнально-разрядные шины шириной 0,07 мм и с

    шагом 0,14 мм. Полученная таким образом управляющая мат­рица проводников накладывается на стеклянную пластинку с пермаллоевой пленкой. Если теперь по числовой и сигнально-разрядной шинам пропустить токовые импульсы, то они при своем совпа­дении на перекрестии шин перемагнитят участок пленки. Следова­тельно, под перекрестием шин появится определенным образом сориентированный домен. Это локальное положение намагничен­ности можно принять за «1». Магнитостатические характеристики магнитной пленки обеспечивают стабильное положение сформи­рованного домена и длительное хранение записанной информации. Для того чтобы такая ситуация была обнаружена (воспроизведена), в числовую шину подается переменный ток частотой 10 МГц, кото­рый раскачивает домен с такой же частотой относительно сигнально-разрядной шины на угол менее 90°. В результате составляющая полного магнитного потока домена изменяется по абсолютной ве­личине между максимальным значением и нулем с частотой, вдвое большей, чем частота тока в числовой шине. При этом возникает (наводится) выходной сигнал, который снимается с сигнально-разрядной шины. Поданные в момент воспроизведения в числовую ши­ну импульсы тока частотой 10 МГц вызывают появление выходного сигнала в сигнально-разрядной шине с частотой 20 МГц. Воспро­изведенный сигнал сравнивается с сигналом от так называемой опорной шины, расположенной всегда над ячейками, хранящими «0». При воспроизведении «0» оба сигнала (воспроизведенный и опор­ный) находятся в фазе и выходное разностное напряжение, поступающее на усилитель, практически равно нулю. Если же воспроиз­водится «1», то полезный сигнал оказывается сдвинутым по фазе относительно опорного на 180° и амплитуда, выходного сигнала бу­дет удваиваться. Это позволяет четко различить нулевой уровень сигнала от единичного и надежно представить воспроизведенную информацию в двоичном коде.

    Следует отметить, что на тонких магнитных пленках могут быть выполнены не только элементы памяти ЭВМ, но также логические микросхемы, магнитные усилители и другие устройства.

    10.4. Криоэлектроника

    Криогенная электроника, или криоэлектроника (от греческого «криос» - холод, мороз), - одна из но­вых и весьма перспективных отраслей науки, сформировавшаяся в последние годы. Ее интенсивному развитию способствовали, с одной стороны, широкие исследования явлений, происходящих в твердом теле при низких температурах, и практическое применение получен­ных результатов в различных отраслях радиоэлектроники, а с дру­гой - достижения криогенной техники, позволившие разработать экономичные, малогабаритные и надежные системы охлаждения.

    К криогенным температурам относят температуры в пределах 20...0 К. Известно, что сопротивление любого металла при пони­жении температуры падает. Однако в некоторых металлах и спла­вах, помимо такого нормального уменьшения удельного сопротив­ления, наблюдается и совершенно новое явление: при температуре около 20 К и ниже их сопротивление падает до нуля. Такие мате­риалы называются сверхпроводниками. В настоящее время сверх­проводимость удалось обнаружить примерно у двадцати элемен­тов (в частности, свинца, ртути, алюминия, теллура), многих металлических сплавов (сплава свинца с золотом), а также у дру­гих соединений, содержащих неметаллы (сульфида, мели, карбида, молибдена и др.). Если в кольцо из сверхпроводящего материала ввести ток, то он будет присутствовать в нем очень долго (в течение многих месяцев и даже лет). Это объясняется тем, что электроны проходят через материал, находящийся в сверх проводящем состоя­нии, без потерь энергии.

    Известно также, что сверхпроводник характеризуется нулевой магнитной индукцией. Если материал становится сверх проводя­щим, то он как бы выталкивает любое заключенное в нем магнит­ное поле, а полный магнитный поток, охватывающий сверхпроводящую цель, измениться не может. Использование низких темпера­тур позволяет добиться кинетической упорядоченности (упорядо­ченности движения) носителей заряда, свести к минимуму тепловую хаотичность колебательных движений атомов в кристаллической решетке твердого тела, т. е. в значительной степени уменьшить уровень флуктуационных собственных шумов соответствующих приборов. Тем самым использование криогенных температур позво­лило значительно улучшить технические и экономические параметры электронных устройств, в том числе и в вычислитель­ной технике. На основе явлений сверх­проводимости металлов и сплавов, по­явления у металлов при температуре ни­же 20 К полупроводниковых свойств при аномально высокой подвижности носите­лей заряда и других криогенных явле­ний удалось по-новому подойти к созданию усилительных и пере­ключающих элементов, запоминающих устройств, фильтров, резо­наторов, линий задержки и т. п.

    Рис. 10.14. Криотронный Наиболее распространенным криогенным прибором является криот -

    переключатель рон, представляющий собой переключающий криогенный элемент, осно-

    ванный на свойстве сверхпроводников скачком ме­нять свою проводимость под воздействием магнитного поля.

    На рис. 10.14 показана схема, поясняющая принцип действия криотрона. В своей первоначальной и простейшей форме криотрон представлял собой сверхпроводящий провод, который можно было переключать из состояния с нулевым сопротивлением в нор­мальное состояние при помощи магнитного поля, создаваемого элек­трическим током, протекающим по другому сверхпроводнику. Про­вод, переключаемый из нормального состояния в сверхпроводящее и обратно, называется вентильным. В схеме на рис. 10.14 та­ким проводом служит танталовый провод, критическая температура которого равна 4,4 К. Другой провод, в данном случае сделанный из ниобия (его критическая температура равна 8 К), называется управляющим и наматывается в виде соленоида вокруг вентиль­ного провода.

    Экспериментальным, путем установлено (эффект Мейснера): если приложить магнитное поле параллельно сверхпроводящей проволоке, то при определенной (критической) величине напря­женности этого поля сопротивление проволоки внезапно восста­навливается. Физический смысл этого явления состоит в том, что изменение внешнего магнитного поля индуцирует токи на поверх­ности металла. Магнитное поле и поверхностный ток проникают в сверхпроводник на глубину 10 - 100 нм. Наличие тока в очень тонком поверхностном слое сверхпроводника приводит к увели­чению его сопротивления. Напряженность внешнего магнитного поля в криотроне изменяется с помощью тока , пропускаемого через управляющий провод. В зависимости от величины этого тока скачкообразно меняется ток вентильного провода от значения , когда провод находится в сверхпроводящем состоянии, до значения при восстановлении его сопротивления.

    Отношение изменений этих токов называют коэффициентом уси­ления по току

    (10.3)

    Время перехода криотрона из одного состояния в другое состав­ляет доли микросекунды, т. е. эти приборы обладают высоким бы­стродействием. Как и любой другой быстродействующий переклю­чатель, криотрон можно применять в логических цепях ЭВМ. При использовании тонкопленочных криотронов они оказываются весь­ма миниатюрными: на 1 см площади может быть размещено до нескольких тысяч криотронов. Однако необходимость работы в условиях глубокого охлаждения и связанные с этим технологи­ческие трудности все еще ограничивают широкое внедрение крио­тронов в вычислительную технику.

    10.5. Хемотроника

    Хемотроника как новое научно-техническое направление воз­никло на стыке электрохимии и электроники. Это наука о постро­ении разнообразных электрохимических приборов на основе явле­ний, связанных с прохождением тока в жидких телах с ионной про­водимостью.

    Исследования показали, что жидкостные системы имеют ряд важных преимуществ перед системами на основе твердых тел. К ос­новным достоинствам жидкостных (электролитических) приборов следует отнести: низкие рабочие напряжения (до 1 В) и малые токи (микроамперы), что позволяет создавать весьма экономичные при­боры; появление нелинейности характеристик при малых прило­женных напряжениях (0,05…0,005 В), что позволяет достичь высо­кой чувствительности нелинейных преобразователей; протекание физико-химических процессов в тонком слое (единицы микрометров), что дает возможность создавать микроминиатюрные элементы схем. Вместе с тем следует учитывать, что небольшая подвижность (по­рядка 5 · 10 см/(В · с)) значительно ограничивает сверху рабо­чий частотный диапазон этих приборов ( кГц).

    В настоящее время предложено большое число различных хемотронных приборов и устройств: управляемые сопротивления, точечные и плоскостные электрохимические диоды и транзисторы, интеграторы, блоки памяти ЭВМ, каскады усиления постоянного тока и др. Общность механизма работы хемотронных приборов и электрохимических механизмов восприятия, преобразования и хранения информации в сложнейших системах живых организмов (в том числе и в нейронах человеческого мозга) позволяет рассчитывать на создание в будущем на жидкостной основе биопреобразователей информации - своеобразных моделей человеческого интеллекта.

    Из разнообразных технических средств хемотроники наиболь­ший интерес представляют управляемые сопротивления и запоми­нающие устройства.

    Конструкция электрохимического управляемого сопротивления (этот прибор иногда называют мимистором) показан на рис. 10.15.

    Принцип работы мимистора основан на изменении сопротивле­ния проводника в результате катодного осаждения на него металла

    или анодного растворения. Мимистор, работающий с использова­нием медного электролита, состоит из стеклянного корпуса 4, заполненного электролитом 1 (обычно этанол).

    На одной из стенок герметично закрытой ванны нанесена электро-

    Рис. 10.15. Устройство хемотронного уп- проводящая подложка 6, имеющая выводы 7 и 5, расположенные

    равляемого со­противления (мимистора) вне гальванической ванны. Электролит омывает электрод 2 с вы –

    выво­дом 3. Входные сигналы подаются на электропроводящую подложку 6 и электрод 2. В зависимости от полярности входных сигналов на подложке 6 медь будет или гальванически осаждаться, или анодно растворяться. Тем самым будет изменяться электрическое сопротивление медной пленки, находящейся на подложке 6. Воспро­изведение величины изменяющегося сопротивления обычно произ­водят с помощью мостовых измерительных схем. Приборы подоб­ного типа имеют диапазон изменения сопротивления 0 - 1000 Ом, диапазон токов управления 0,05...1 мА, потребляемую мощность управления 10…10 Вт, объем 0,2...0,4 см, массу - несколько граммов. Они могут работать при температурах –15 ... +100º С, устойчивы к ударным нагрузкам и вибрации. Все эти качества мимисторов делают ах весьма перспективными приборами для использования в автоматике, вычислительной .и .измерительной тех­нике. Они находят применение для создания реле времени, счетчи­ков импульсов, интегрирующих устройств, самонастраивающихся систем автоматики и т. п.

    Принцип действия хемотронной ячейки памяти иллюстрирует рис. 10.16. В герметичном пластмассовом корпусе расположены два пластинчатых электрода 1 из золота или платины. Электроды с внутренней стороны изолированы эпоксидным покрытием 2, за исключением узкого зазора 3, ширина которого не должна превы­шать 0,1 мм. На противоположной стенке ячейки напротив зазора расположен медный электрод 4. Расстояние между этим электродом и пластинами

    Рис. 10.16. Хемотронная ячейка памяти: 1 – пластинчатые электроды из золота или платины; 2 – эпоксидное изолирующее покрытие; 3 – междуэлектродный зазор; 4 – медный электрод

    электродами 1 составляет примерно 0,5 мм. Сопро­тивление между электродами 1 зависит от наличия раствора элект­ролита в зазоре 3. Если зазор заполнен раствором, то это сопротив­ление велико. При подаче на электроды 1 напряжения, - отрицательного относительно электрода 4, последний начинает растворяться, и в зазоре 3 происходит отложение меди. Через некоторое время (время записи) зазор между электродами 1 будет замкнут осажден­ной медью и сопротивление между ними резко снизится из-за высо­кой проводимости меди. Если же на электроды 1 подать напряже­ние, положительное относительно электрода 4, то осажденная в за­зоре медь растворяется и ячейка возвращается в прежнее состояние, характеризуемое высоким сопротивлением между электродами 1. Таким образом, ячейка имеет два устойчивых состояния, позволя­ющих записывать информацию в двоичном коде.

    С помощью несложной схемы коммутации на трехпозиционном переключателе SА можно осуществлять три вида операций - запи­си, воспроизведения и стирания. При положении І переключателя на электроды 1 от источника через резистор подается отрица­тельное относительно электрода 4 напряжение. При этом происхо­дит запись - в зазоре 3 осаждается медь. При положении ІІІ пере­ключателя полярность напряжения, поступающего от источника , изменяется. Медь в зазоре растворяется - происходит стира­ние. Положение ІІ переключателя соответствует воспроизведению когда к электродам 1 подключается измерительная схема, состоя­щая из источника и резистора . Выходным сигналом служит падение напряжения на резисторе . При замкнутом зазоре , при разомкнутом .

    10.6. Диэлектрическая электроника

    При изучении свойств тонких пленок, различных металлических и неметаллических материалов, используемых в микроэлектро­нике, были обнаружены новые интересные физические явления. Так, в двухслойной пленочной структуре, состоящей из тонких (порядка 1-10 мкм) пленок металла и диэлектрика (рис. 10.17), приконтактная область диэлектрика обогащается электронами, эмитированными из металла. В массивных образцах диэлектрика эти узкие приконтактные области повышенной электропроводно­сти практически не влияют на токовый режим. В тонких же плен­ках эмиттированные из металла в диэлектрик носители заряда су­щественно изменяют электропроводность диэлектрического слоя. Если те-

    Рис. 10.17. Эмиссия элек- перь приложить к диэлектрику, обогащенному носителями заряда, разность

    тронов из металлической потенциалов, то через него пройдет ток, величина которого будет зависеть от

    пленки в тонкий слой ди- числа эмитированных в диэлектрик из металла электронов. Это явление поз-

    электрика волило создать новый класс микроэлектронных приборов, составляющих технические средства диэлектрической электроники. В качестве примера рассмотрим принцип действия простейших диэлектрических приборов — дио­да и транзистора.

    Диэлектрический диод (рис. 10.18, ) представляет собой пле­ночную структуру типа МДМ (металл-диэлектрик-металл). Металлические пленки изготавливают из разнородных металлов с различной работой выхода (из золота и индия), диэлектрическая пленка образована путем осаждения на металл тонкого слоя сер­нистого кадмия (CdS). Выпрямительный эффект в диэлектрическом диоде определяется различием работ выхода из истока и стока. По- Рис.10.18. Диэлектрический диод () и

    ­этому в одном направлении возникают большие токи, а в обратном транзистор ()

    - очень малые. Коэффициент выпрямления такого диода (отношение прямого тока к обратному) достигает значений 10 и выше. В ди­электрическом транзисторе (рис. 10.18, ) три электрода - исток, сток и затвор. Пленочные исток и сток могут быть выполнены из металла или, как показано на рисунке из обогащенного электро­нами кремния -типа. Слой затвора высокоомный. Им может слу­жить диэлектрик или полупроводник -типа с низкой дырочной электропроводностью. Конфигурация затворного слоя и уровень электропроводности отдельных участков выбираются так, чтобы имитировать функции управляющей сетки в вакуумном триоде. Подаваемое на затвор внешнее напряжение управляет величиной тока между истоком и стоком.

    Приборы и устройства диэлектрической электроники микро­миниатюрны, малоинерционны, обладают низким уровнем соб­ственных шумов, мало чувствительны к изменениям температуры и радиации. Создание эмиссионных токов в диэлектриках не требует затрат энергии. Поэтому диэлектрические приборы весьма эко­номичны.
    10.7. Функциональные устройства, основанные на эффекте Ганна

    Примером реализации эффекта Ганна (параграф 2.6) для постро­ения схемы с регулируемой формой выходного сигнала может слу­жить устройство, показанное на рис. 10.19, . Его основу состав­ляет кристалл арсенида галлия длиной 1 мм, шириной 0,5 мм и толщиной 0,5 мм. К концам пластины приправлены омические контакты из чистого индия. На внешние клеммы 1 (катод) и 4 (анод) подается напряжение смещения, достаточное для возникнове­ния доменов. Образовавшийся у катода домен движется к аноду. На одну из сторон кристалла через высокоомный слой 3 помещен управляющий электрод 2. Если контакт Рис. 10.19. Функциональное ус- SА замкнут, то, как только домен попадает в зону управляющего электро-

    тройство с регулируемой фор- да ток через прибор возрастает. При разомкнутом контакте SА ток на вы-

    мой выходного сигнала:- схе- ходе прибора не меняется.

    ма (1 - катод; 2 - управляющий Временная диаграмма выходного тока показана на рис. 10.19,. Дли-

    электрод; 3-высокоомный слой; тельность выходных импульсов зависит от времени прохождения домена

    4-анод); -временная диаграм- под управляющим электродом.

    ма выходного тока Если вместо управляющего электрода на поверхность образца помес- тить светочувствительное сопротивление, то получится при­бор, преобразующий световую информацию в электрическую. Такой прибор может служить для высокоскоростного считывания световых изображений и преобразования их в последовательность электрических импульсов. Если на образец поместить несколько управляющих электродов, то такой прибор обеспечит последовательное считывание информации с управляющих электродов и преобразование ее в цифровой код (рис. 10.20, (схема: 1-катод; 2-управляющий электрод; 3-анод)). На рис. 10.20, показаны временные диаграммы управляющих сигналов на электродах и тока в выходной цепи прибора. Экспериментальные исследо­вания такого многоканального импульсного модулятора показали, что кристалл арсенида галлия длиной 300 мкм с десятью управ­ляющими электродами (каждый длиной 20 мкм) производит считы­вание Рис.10.20. Многоканальный им- и временное уплотнение десяти входных импульсов (длительностью 2 нс)

    пульсный модулятор со скоростью, в десятки раз превышающей скорость, достигнутую в транзисторных устройствах.

    10.8. Биоэлектроника

    Это направление функциональной микроэлектроники находится в стадии становления, однако оно является одним из наиболее интересных и перспективных. Биоэлектроника возникла как одно из ответвлений более общей науки - бионики, исследующей спе­цифические явления, происходящие в живых организмах, и исполь­зующей эти явления в разнообразных научно-технических целях.

    Современная биоэлектроника охва­тывает проблемы изучения нервной си­стемы человека, животных, а также мо­делирование нервных клеток (нейронов и нейронных сетей) для дальнейшего совершенствования электронных прибо­ров и устройств, особенно в области электронной вычислительной техники.

    Почти для всех биологических видов нервная система представляет собой сеть нейронов. Строение и функционирова­ние отдельного нейрона показано на рис. 10.21. Нейрон состоит из тела клет­ки (сомы (2)) и имеет один или несколько входных отростков (дендритов (1)), а так­же выход- ных отростков (аксонов (3)). Место перехода аксона одного нейрона в дендрит другого называется синапсом. Тело клетки - это место сбора информации нейроном, поэтому на нем сгруппи­рованы сотни и тысячи синаптических окончаний. В невозбужденном состоянии плазма нейрона имеет некоторый потенциал относительно окружающей среды. Величина его может колебаться в ту или дру­гую сторону, т. е. возможен процесс адаптации - приспособления к внешним условиям. В теле клетки происходит пространственное и временное суммирование сигналов, поступающих от других нейронов. Дендриты собирают информацию от оканчивающихся на них синапсов и передают суммарный сигнал в сому.

    Рис. 10.21. Схематическое При достиже­нии суммарным сигналом некоторого порогового значения в изображение нейрона соме вырабатывается импульс, который поступает в аксон, распростра­ня-ется в нем, а затем разветвляется во многочисленные синапсы, направляясь к другим нейронам.

    Нервные клетки обладают огромными логическими возможностями, обусловленными большим количеством входов, выходов, обратных связей, изменяющих свою структуру по определенным, пока еще не изученным законам. Ни одна из искусственно создан­ных моделей нейронов не воспроизводит в настоящее время даже в грубом приближении тех логических возможностей, которые имеются в реальной нервной клетке.

    Важнейшими информационными свойствами, которыми должны обладать модели нейронов, являются: генерирование импульса при возбуждении; наличие порога возбудимости; пространственное и временное суммирование входных сигналов; большое количество входов и один выход; память. Существующие модели нейронов раз­личной сложности, выполненные на транзисторах, туннельных дио­дах, логических микросхемах - это только первый шаг на пути со­здания искусственного мозга. Однако они являются той основой, на которой строятся модели, все более близкие как по выполняемым функциям, так и по своим конструктивным решениям к реальным нейронам.

    Контрольные вопросы и упражнения



    1. Чем вызвана необходимость развития функциональной микроэлектро­ники как новой отрасли технической электроники?

    2. Назовите основные направления развития функциональной микроэлектроники.


    3. Какие физические явления используются в функциональной микроэлек­тронике?

    4. Несмотря на разнообразие физических явлений, используемых в фун­кциональной микроэлектронике, применяемые в этой области приборы и устройства имеют некоторые общие черты и свойства. Укажите их.

    5. Дайте определение оптоэлектронике как научно-техническому направ­лению функциональной микроэлектроники.


    6. Что собой представляет оптоэлектронный прибор?

    7. Дайте характеристику используемым в оптоэлектронике фотоизлучателям и фотоприемникам.


    8. Как устроены и работают оптроны? Какие виды оптронов известны?


    9. Чем обеспечиваются надежность согласования, помехоустойчивость и широкополосность оптоэлектронных цепей?


    10. Какие функции выполняют оптоэлектронные приборы?


    11. Как работает линия оптической связи?

    12. Расскажите об устройстве и назначении световодов.


    13. В чем состоит сущность голографии? Как используются принципы голографии при создании запоминающих устройств ЭВМ?

    14. Дайте определение акустоэлектронике как научно-техническому направ­лению функциональной микроэлектроники.


    15. Как работает электроакустический усилитель?

    16. Укажите основные свойства тонких магнитных пленок. Чем объяснить принципиальную возможность применения технических средств магнетоэлектроники в вычислительной технике?


    17. Как устроена матрица памяти на тонких магнитных пленках?


    18. Какие температуры считаются криогенными?


    19. Что такое сверхпроводник? Какими свойствами он обладает?

    20. Как работает криотрон? Укажите возможности применения криотронов в вычислительной технике.


    21. Что изучает хемотроника?

    22. Расскажите о работе наиболее известных хемотронных приборов.


    23. Как устроены и работают приборы диэлектрической электроники? Ка­кими свойствами они обладают?

    24. Расскажите о работе функциональных устройств, основанных на эффекте Ганна.


    25. Чем занимается биоэлектроника как отрасль науки и техники?


    26. Как устроен нейрон?

    27. Расскажите о направлениях создания искусственного интеллекта. Чем обусловлена целесообразность научно-технических изысканий в этой области?
    написать администратору сайта