Šta je elektronika? Izgledi za njegov razvoj. Osnovni pojmovi elektronske tehnologije

I radar, koji je bio naširoko korišćen tokom Drugog svetskog rata.

Ali vakuumske cijevi su imale značajne nedostatke. Prije svega, to su velike veličine i velika potrošnja energije (što je bilo kritično za prijenosne uređaje). Stoga se počela razvijati elektronika u čvrstom stanju, a diode i tranzistori su se počeli koristiti kao baza elemenata.

Dalji razvoj elektronike povezan je s pojavom kompjutera. Računari bazirani na tranzistorima su se odlikovali velikom veličinom i potrošnjom energije, kao i niskom pouzdanošću (zbog velikog broja dijelova). Za rješavanje ovih problema počeli su se koristiti mikrosklopovi, a zatim i mikro kola. Broj elemenata mikrokola se postepeno povećavao, počeli su se pojavljivati ​​mikroprocesori. Trenutno je razvoj elektronike olakšan pojavom mobilnih komunikacija, kao i raznih bežičnih uređaja, navigatora, komunikatora, tableta itd.

Glavnim prekretnicama u razvoju elektronike mogu se smatrati:

• pronalazak radija A. S. Popova (7. maja 1895.) i početak upotrebe radija,
• Lee de Forestov izum cijevne triode, prvog pojačala,
• Losev-ova upotreba poluprovodničkog elementa za pojačavanje i generiranje električnih signala,
• razvoj čvrste elektronike,
• upotreba provodnih i poluprovodničkih elemenata (radovi Ioffea, Schottkyja),
• pronalazak tranzistora 1947. (William Shockley, John Bardeen i Walter Brattain),
• stvaranje integrisanog kola i kasniji razvoj mikroelektronike, glavne oblasti moderne elektronike.

Oblasti elektronike

Mogu se razlikovati sljedeće oblasti elektronike:

• fizika (mikrokosmos, poluprovodnici, elektromagnetski talasi, magnetizam, električna struja, itd.) - oblast nauke u kojoj se proučavaju procesi koji se dešavaju sa naelektrisanim česticama,
• potrošačka elektronika - potrošački elektronički uređaji i uređaji koji koriste električni napon, električnu struju, električno polje ili elektromagnetne valove. (Na primjer, TV, mobilni telefon, pegla, sijalica, električni šporet,.. itd.).
• Energija - proizvodnja, transport i potrošnja električne energije, električni uređaji velike snage (na primjer, elektromotor, električna lampa, elektrana), sistem električnog grijanja, dalekovod.
• Mikroelektronika - elektronski uređaji u kojima se mikrokola koriste kao aktivni elementi:
  • optoelektronika - uređaji koji koriste električnu struju i fotonske tokove,
  • audio-video oprema - uređaji za pojačavanje i pretvaranje zvučne i video slike,
  • digitalna mikroelektronika - uređaji na bazi mikroprocesora ili logičkih kola. Na primjer: elektronski kalkulator, kompjuter, digitalna TV, mobilni telefon, štampač, robot, kontrolna tabla industrijske opreme, transportna sredstva i drugi kućni i industrijski uređaji.

Mnoge naučne discipline tehničkih univerziteta posvećene su proučavanju različitih aspekata elektronike.

Solid state elektronika

Istorija elektronike u čvrstom stanju

Termin elektronika u čvrstom stanju pojavio se u literaturi sredinom 20. stoljeća za uređaje bazirane na bazi poluvodičkih elemenata: tranzistori i poluvodičke diode, koje su zamijenile glomazne niskoefikasne električne vakuumske uređaje - radio cijevi. Ovdje se koristi korijen "čvrsto" jer se proces upravljanja električnom strujom odvija u čvrstom tijelu poluvodiča, za razliku od vakuuma, kao što je to bio slučaj u vakuumskoj cijevi. Kasnije, krajem 20. stoljeća, ovaj termin je izgubio svoje značenje i postepeno je izašao iz upotrebe, budući da je gotovo sva elektronika naše civilizacije počela koristiti isključivo poluvodičku čvrstu aktivnu bazu elemenata.

Minijaturizacija uređaja

Sa rođenjem elektronike u čvrstom stanju, započeo je revolucionarni brzi proces minijaturizacije elektronskih uređaja. Za nekoliko decenija, aktivni elementi su se smanjili deset milijardi puta - od nekoliko centimetara elektronske radio cijevi do nekoliko nanometara tranzistora integriranog na poluvodičkom čipu.

Tehnologija dobijanja elemenata

Aktivni i pasivni elementi u elektronici čvrstog stanja nastaju na homogenom ultra čistom poluvodičkom kristalu, najčešće silicijumu, ubrizgavanjem ili taloženjem novih slojeva u određenim koordinatama kristalnog tijela atoma drugih hemijskih elemenata, složenijih molekula, uključujući Organske materije. Injekcija mijenja svojstva poluvodiča na mjestu ubrizgavanja (doping) mijenjajući njegovu provodljivost u obrnuto, stvarajući diodu ili tranzistor ili pasivni element: otpornik, provodnik, kondenzator ili induktor, izolator, hladnjak i druge strukture. Posljednjih godina tehnologija proizvodnje izvora svjetlosti na čipu postala je široko rasprostranjena. Ogroman broj otkrića i razvijenih tehnologija za korištenje čvrstih tehnologija još uvijek se nalaze u sefovima nositelja patenata i čekaju u svojim krilima.

Tehnologija za dobivanje poluvodičkih kristala, čija čistoća omogućava stvaranje elemenata veličine nekoliko nanometara, počela se zvati nanotehnologija, a odjeljak elektronike - mikroelektronika.

Sljedeća faza u evoluciji elektronike vjerovatno će biti optoelektronika, u kojoj će element nosača biti foton, koji je mnogo pokretljiviji, manje inercijski od elektrona/"rupe" u poluvodiču elektronike čvrstog stanja.

Osnovni uređaji u čvrstom stanju

Glavni aktivni uređaji u čvrstom stanju koji se koriste u elektronskim uređajima su:

• Dioda - provodnik s jednosmjernom provodljivošću od anode do katode. Varijante: tunelska dioda, dioda sa lavinskim rasponom, Gunn dioda, Schottky dioda, itd.;
• Bipolarni tranzistori - tranzistori sa dva fizička p-n spoja, čija se struja kolektor-emiter kontrolira strujom baza-emiter;
• Tranzistor sa efektom polja - tranzistor, čija je struja izvor-odvod kontrolirana naponom na pn- ili np spoju Gate-Drain ili potencijalom na njemu u tranzistorima bez fizičkog prijelaza - sa gejtom galvanski izoliranim od Odvodni kanal;
• Diode sa dinistorima i tiristori kontrolisane vodljivosti, koje se koriste kao prekidači, svetleće diode i fotodiode koje se koriste kao pretvarači e/m zračenja u električne signale ili električnu energiju ili obrnuto;
• Integrisano kolo - kombinacija aktivnih i pasivnih čvrstih elemenata na jednom ili više kristala u jednom paketu, koji se koristi kao modul, elektronsko kolo u analognoj i digitalnoj mikroelektronici.

Primjeri korištenja

Primjeri upotrebe čvrstih uređaja u elektronici:

• Multiplikator napona na ispravljačkoj diodi;
• Multiplikator frekvencije na nelinearnoj diodi;
• Emiterski sljedbenik (napon) na bipolarnom tranzistoru;
• Kolektorsko pojačalo (snaga) na bipolarnom tranzistoru;
• Emulator induktivnosti na integriranim krugovima, kondenzatorima i otpornicima;
• Pretvarač ulaznog otpora na polju ili bipolarnom tranzistoru, na integriranom kolu operacionog pojačala u analognoj i digitalnoj mikroelektronici;
• Generator električnih signala na diodi polja, Schottky diodi, tranzistoru ili integriranom krugu u generatorima AC signala;
• Ispravljač napona na ispravljačkoj diodi u krugovima naizmjenične električne struje u raznim uređajima;
• Izvor stabilnog napona na zener diodi u stabilizatorima napona;
• Izvor stabilnog napona na ispravljačkoj diodi u krugovima napona baza-emiter bipolarnog tranzistora;
• Element koji emituje svjetlost u rasvjetnom uređaju na LED;
• Element koji emituje svjetlost u optoelektronici na bazi LED;
• Element za prijem svjetlosti u optoelektronici na fotodiodi;
• Element za primanje svjetlosti u solarnim panelima solarnih elektrana;
• Pojačalo snage na bipolarnom tranzistoru ili tranzistoru sa efektom polja, na integriranom kolu, Pojačalo snage u izlaznim stupnjevima pojačivača snage signala, AC i DC;
• Logički element na tranzistoru, diodama ili na integriranom kolu digitalne elektronike;
• Memorijska ćelija na jednom ili više tranzistora u memorijskim čipovima;
• Pojačalo visoke frekvencije na tranzistoru;
• Digitalni signalni procesor na integriranom kolu digitalnog mikroprocesora;
• Analogni signalni procesor na bazi tranzistora, analognog mikroprocesorskog integriranog kola ili operacionih pojačala;
• Računalni periferni uređaji temeljeni na integriranim krugovima ili tranzistorima;
• Ulazni stupanj operativnog ili diferencijalnog pojačala na tranzistoru;
• Elektronski ključ u krugovima za prebacivanje signala na tranzistoru s efektom polja s izoliranim gejtom;
• Elektronski ključ u shemama s memorijom na Schottky diodi.

Glavne razlike između analogne i digitalne elektronike

Budući da analogna i digitalna kola različito kodiraju informacije, oni također imaju različite procese obrade signala. Treba napomenuti da se sve operacije koje se mogu izvoditi na analognom signalu (posebno, pojačanje, filtriranje, ograničenje dometa, itd.) također mogu izvesti korištenjem digitalne elektronike i softverskih simulacijskih metoda u mikroprocesorima.

Glavna razlika između analogne i digitalne elektronike može se naći u najkarakterističnijim načinima kodiranja informacija za određenu elektroniku.

Analogna elektronika koristi najjednostavnije proporcionalno jednodimenzionalno kodiranje - refleksiju fizičkih parametara izvora informacija u slične fizičke parametre električnog polja ili napona (amplitude u amplitude, frekvencije u frekvencije, faze u faze, itd.).

Digitalna elektronika koristi n-dimenzionalno kodiranje fizičkih parametara izvora podataka. Minimalno u digitalnoj elektronici koristi se dvodimenzionalno kodiranje: napon (struja) i momenti vremena. Ova redundantnost je prihvaćena isključivo za garantovani prenos podataka sa bilo kojim programabilnim nivoom šuma i izobličenja koji se dodaje u uređaju originalnom signalu. U složenijim digitalnim kolima koriste se metode softverske mikroprocesorske obrade informacija. Metode digitalnog prijenosa podataka omogućavaju stvarno stvaranje fizičkih kanala za prijenos podataka bez apsolutnog gubitka (bez povećanja buke i drugih izobličenja)

U fizičkom smislu, ponašanje bilo kojeg digitalnog elektroničkog kola i cijelog uređaja se ne razlikuje od ponašanja analognog elektroničkog uređaja ili kola i može se opisati teorijom i pravilima koja opisuju funkcioniranje analognih elektroničkih uređaja.

Buka

U skladu s načinom na koji se informacije kodiraju u analognim kolima, oni su mnogo osjetljiviji na šum od digitalnih kola. Mala promjena signala može napraviti značajne modifikacije prenesene informacije i na kraju dovesti do njenog gubitka; zauzvrat, digitalni signali poprimaju samo jednu od dvije moguće vrijednosti, a da bi izazvali grešku, šum mora biti oko polovine njihove ukupne vrijednosti. Ovo svojstvo digitalnih kola može se koristiti za povećanje otpornosti signala na smetnje. Pored toga, obezbeđene su mere protiv buke putem oporavka signala na svakoj logičkoj kapiji, koja smanjuje ili eliminiše smetnje; takav mehanizam je omogućen kvantizacijom digitalnih signala. Sve dok signal ostaje unutar određenog raspona vrijednosti, povezan je s istom informacijom.

Šum je jedan od ključnih faktora koji utiču na tačnost signala; ovo je uglavnom šum prisutan u originalnom signalu i smetnje unesene tokom njegovog prenosa (pogledajte Odnos signal-šum). Fundamentalna fizička ograničenja – na primjer, tzv. "shot" šum u komponentama - postavite ograničenja na rezoluciju analognih signala. U digitalnoj elektronici, dodatna preciznost je obezbeđena upotrebom pomoćnih bitova koji karakterišu signal; njihov broj zavisi od performansi analogno-digitalnog pretvarača (ADC).

Složenost razvoja

Analogna kola je teže dizajnirati od uporedivih digitalnih kola; ovo je jedan od razloga zašto su digitalni sistemi postali rašireniji od analognih sistema. Analogno kolo je dizajnirano ručno, a proces njegovog stvaranja pruža manje prostora za automatizaciju. Treba, međutim, napomenuti da je za interakciju sa okruženjem u ovom ili onom obliku, digitalnom elektronskom uređaju potreban analogni interfejs. Na primjer, digitalni radio ima analogno pretpojačalo, koje je prva karika u lancu prijema.

Tipologija sheme

Trenutno je teško pronaći takvo elektronsko kolo koje bi bilo potpuno analogno. Sada analogni sklopovi koriste digitalne ili čak mikroprocesorske tehnologije kako bi povećali svoje performanse. Takav sklop se obično naziva ne analognim ili digitalnim, već mješovitim. U nekim slučajevima, teško je napraviti jasnu razliku između kontinuiranih i diskretnih kola - zbog činjenice da oba uključuju elemente linearne i nelinearne prirode. Primjer je, recimo, komparator: dok prima kontinuirani raspon napona na ulazu, on u isto vrijeme proizvodi samo jedan od dva moguća nivoa signala na izlazu, poput digitalnog kola. Slično, preopterećeno tranzistorsko pojačalo može preuzeti svojstva kontroliranog prekidača koji također ima dva izlazna nivoa.

Digitalni sklopovi

Digitalna kola uključuju kola zasnovana na brojnim diskretnim nivoima napona. Oni predstavljaju najtipičniju fizičku implementaciju Bulove algebre i čine elementarnu osnovu svih digitalnih računara. Termini "digitalno kolo", "digitalni sistem" i "logičko kolo" često se smatraju sinonimima. Za digitalna kola, po pravilu, karakterističan je binarni sistem sa dva nivoa napona, koji odgovaraju logičkoj nuli, odnosno logičkoj. Često prvi odgovara niskom naponu, a drugi visokom, iako postoje i obrnute opcije. Proučavana su i ternarna logička kola (tj. sa tri moguća stanja) i pokušaji da se na njima grade računari. Pored računara, digitalna kola čine osnovu elektronskih satova i programabilnih logičkih kontrolera (koji se koriste za upravljanje industrijskim procesima); drugi primjer bi bio

Na spoju naučnih grana kao što su fizika i tehnologija, rođena je elektronika. Ako ga posmatramo u užem smislu, onda možemo reći da se bavi proučavanjem interakcije elektrona i elektromagnetnog polja, kao i stvaranjem uređaja na osnovu ovog znanja. Šta su to uređaji i kako se danas razvija nauka o elektronici?

skok

Danas je doba informacionih tehnologija. Sve što primimo izvana mora se obraditi, pohraniti i prenijeti. Svi ovi procesi se odvijaju uz pomoć elektronskih uređaja raznih vrsta. Što se čovjek dublje uranja u krhki svijet elektrona, to su veća njegova otkrića i, shodno tome, stvoreni elektronički uređaji.

Možete pronaći dovoljno informacija o tome šta je elektronika i kako se ova nauka razvila. Nakon što ga proučite, začuđete se - koliko se brzo tehnologija razvila, kakav je brzi iskorak ova industrija napravila u kratkom vremenskom periodu.

Kao nauka, počela je da se formira u 20. veku. To se dogodilo s početkom razvoja elementarne baze radiotehnike i radio elektronike. Drugu polovinu prošlog stoljeća obilježio je razvoj kibernetike i kompjutera, što je podstaklo interesovanje za ovu oblast. Ako je na početku svog razvoja jedan računar mogao da zauzme čitavu prostoriju prilične veličine, danas imamo mikrotehnologije koje mogu da preokrenu sve naše ideje o svetu oko nas.

Iznenađujuće, možda će se u bliskoj budućnosti moći govoriti o tome šta je elektronika u kontekstu istorijskih osnovnih znanja. Tehnologija se minimizira svakim danom. Njihov vijek trajanja je produžen. Sve nas to sve manje iznenađuje. Takvi prirodni procesi povezani su s Mooreovim zakonom i izvode se korištenjem silicija. Već danas ljudi govore o alternativi elektronici - spintronici. Takođe svi znaju razvoj u oblasti nanoelektronike.

Razvoj i problemi

Dakle, šta je elektronika i koje probleme u razvoju uređaja ima ova grana nauke? Kako je rečeno, elektronika je industrija nastala na razmeđu fizike i tehnologije. Istražuje procese formiranja nabijenih čestica i kontrolu kretanja slobodnih elektrona u različitim medijima kao što su čvrsta tijela, vakuum, plazma, plin i na njihovim granicama. Ova nauka takođe razvija metode za stvaranje elektronskih uređaja za različite sfere ljudskog života. Ne posljednje mjesto zauzimaju istraživanja o problemima povezanim s razvojem nauke: brza zastarelost, etička pitanja, istraživanje i eksperimentisanje, troškovi i još mnogo toga.

U svakodnevnom životu svake moderne osobe, pitanje "Šta je elektronika?" neće biti iznenađenje. Njegov život je bukvalno krcat elektronskim uređajima: satovima, mašinama za pranje veša i drugim kućanskim aparatima, ugradnim uređajima u automobile i druga vozila, audio i video opremom, televizorima, telefonima, robotima, medicinskim uređajima i opremom itd. Ova lista se može nastaviti jako dugo.

Područje razvoja i primjene

Tradicionalno, elektronika se dijeli na dvije oblasti: razvoj baze elemenata i dizajn elektronskih kola. predstavlja različite karakteristike. Dijeli se na klasu i elektroniku u čvrstom stanju. U električnim kolima elementnu bazu čine uređaji za korištenje, snimanje i obradu električnih signala. Obrađeni signal se reprodukuje u prikladnom obliku (ekran monitora, TV, zvuk i tako dalje). Signal se može snimiti na medij za skladištenje i reprodukovati u bilo kom trenutku, kontrolisati automatske sisteme, servo pogone i druge uređaje.

Elektronska kola su predstavljena u analognom i digitalnom obliku. Analogni pojačava i obrađuje analogni signal. Na primjer, radio talasi. Digitalna kola su dizajnirana da rade sa signalom kvantne prirode. To su računari, kontroleri i mnogi drugi uređaji.

Elektronika i nanoelektronika danas više ne iznenađuju kao što je to bilo na samom početku pojave takvih tehnologija. Ono što je nekada izgledalo kao naučna fantastika postalo je uobičajeno u savremenom svetu. Brzina razvoja je tolika da uređaji nemaju vremena da ostare, jer već postaju nebitni.

Ali takve nauke kao što su elektronika i nanoelektronika su povezane mikroelektronikom, koja datira još od 1958. godine, od stvaranja mikro krugova, koji uključuju dva otpornika i četiri tranzistora. Dalji razvoj je išao putem minimiziranja i istovremenog povećanja broja komponenti, kao što su tranzistori. Nanoelektronika se bavi razvojem integrisanih kola čija je topološka norma manja od 100 nm.

Postoji li granica u razvoju tehnologije?

Kao što vidite, elektronika je osnovna nauka za razvoj sofisticiranih modernih tehnologija. Već postoje glasine da je razvijena fleksibilna elektronika koja omogućava štampanje pomoću rastopljenog metala.

Još nije dobio masovnu distribuciju, ali su naučnici postigli značajan uspjeh u ovoj oblasti. Nema sumnje - uskoro će potrošačko tržište znati što je fleksibilna elektronika.

Utvrđivanje granica razvoja tehnologije, započetog u 20. vijeku, danas je teško moguće. Spajaju se razne nauke, razvijaju se elektronske biotehnologije, veštačka inteligencija i još mnogo toga. 3D štampa je već uspješno primijenjena, a u Sjevernoj Karolini su predstavili vrlo ambicioznu tehnologiju za takvu štampu pomoću rastopljenog metala. Nova tehnologija se lako može implementirati u bilo koju proizvodnju opreme.

Minsk State Higher

Aviation College

Dudnikov I. L.

AVIATION ELECTRONICS

DIO 1

Nastavno pomagalo

BBC 39.52-051-04

I. L. DUDNIKOV,

Kandidat tehničkih nauka, vanredni profesor

Recenzent

A. G. Klyuev

Kandidat tehničkih nauka, vanredni profesor Departmana za ekonomiju i ekonomiju

Nastavno sredstvo za predmet „Vazduhoplovna elektronika“ namenjeno je studentima (kadetima) specijalnosti 1-37 04 02 „Tehnički rad vazduhoplovne opreme“ (smer 1-37 04 02-01). Sadrži teorijske informacije o elementarnoj bazi elektronike i kola, listu preporučene literature.

© MGVAK, 2011

ODJELJAK 1 ELEMENTARNA BAZA ELEKTRONIKA

Uvod. Definicija "elektronike"

Elektronika je oblast nauke i tehnologije koja se bavi stvaranjem i praktičnim korišćenjem različitih uređaja i uređaja, čiji se rad zasniva na promeni koncentracije i kretanju naelektrisanih čestica (elektrona) u vakuumu, gasu ili čvrstim kristalnim tijelima.

Elektronika, posebno usko vezana za radiotehniku, zvala se radio elektronika (radio komunikacija i televizija).

Radio elektronika je jedna od grana nauke, tehnologije i nacionalne privrede koja se izuzetno brzo razvija. Složenost elektronske opreme raste 10 puta svakih 5 godina. Postoji kontinuirana zamjena nekih uređaja drugim, naprednijim. Ranije su se mogućnosti vakuumskih cijevi činile savršenima, ali su se pojavili poluvodički uređaji sa još većim mogućnostima. Ono što je bilo nedostupno elektronskim cijevima (visoka mehanička čvrstoća, mala veličina, izdržljivost) postalo je dostupno poluvodičkim uređajima.

Elektronika se sve više koristi u skoro svim oblastima nauke i tehnologije, zbog visoke osetljivosti, brzine, svestranosti i malih dimenzija elektronskih uređaja.

1. Visoku osjetljivost elektronskih uređaja osiguravaju različita kola za pojačavanje. Osetljivost elektronskih uređaja može se postići: struja 10 -17 A, napon
10 -13 V i snaga 10 -24 vata.

2. Brzina je određena samom prirodom električnih oscilacija. Ovaj parametar se stalno povećava zbog mikrominijaturizacije elemenata i uređaja općenito.

3. Univerzalnost je posledica mogućnosti pretvaranja svih vrsta energije (mehaničke, toplotne, svetlosne, radijacione, zvučne, hemijske) u električnu energiju, na čijoj promeni i transformaciji se zasniva rad svih elektronskih kola.

Bez elektronike, upotreba avijacije, svemirskih letjelica i kibernetičkih uređaja, svemirskih i astronomskih istraživanja, automatizacija naučnoistraživačkih i proizvodnih procesa, računarske tehnologije, radio komunikacija i televizije, sistema za snimanje i reprodukciju informacija i mnogih drugih dostignuća moderne nauke i tehnologije biti nemoguće.

Elektronski uređaji se široko koriste u komunikacijskoj tehnologiji (emisija, televizija); u mjernoj tehnici; u transportu (drumski, željeznički, vodni transport); u medicini i biologiji (istraživačka, dijagnostička, medicinska oprema); u industriji i poljoprivredi, odnosno u gotovo svim oblastima ljudske djelatnosti, elektronski uređaji imaju vrlo široku i uspješnu primjenu.

Oblast elektronike koja se bavi upotrebom u industriji, transportu i poljoprivredi različitih elektronskih uređaja koji omogućavaju kontrolu, regulaciju i upravljanje proizvodnim procesima naziva se industrijska elektronika.

Industrijska elektronika je nezamisliva izvan radiotehnike i radioelektronike, koji su joj bili polazište.

Industrijska elektronika uključuje:

1. Informaciona elektronika, koja uključuje elektronske sisteme i uređaje koji se odnose na mjerenje, kontrolu i upravljanje industrijskim objektima i tehnološkim procesima.

2. Energetska elektronika (tehnologija pretvaranja) povezana sa konverzijom vrste električne struje za potrebe elektropogona, zavarivanja, električne vuče, elektrotermije itd.

3. Elektronska tehnologija - izlaganje materiji elektronskim snopovima, plazma.

Radio elektronika se zasniva na najvećem otkriću elektromagnetnog polja, povezanom sa imenom istaknutih naučnika: M. Faraday, koji je otkrio zakon elektromagnetne indukcije (1831.), J. Maxwell, koji je stvorio teoriju elektromagnetnog polja (1865.). ), G. Hertz, koji je prvi eksperimentalno dobio elektromagnetne valove (1887).

Ovisno o korištenoj bazi elemenata, mogu se razlikovati četiri glavne generacije razvoja industrijske elektronike i elektroničkih uređaja:

1. generacija(1904 - 1950) - glavna elementarna baza elektronskih uređaja bili su elektrovakuumski uređaji.

II generacija(1950 - rane 60-e) - upotreba diskretnih poluvodičkih uređaja kao glavne elementske baze.

III generacija elektronskih uređaja (1960. - 1980.) povezuje se s razvojem mikroelektronike. Integrisana kola i mikrosklopovi postali su osnova elementarne baze elektronskih uređaja.

IV generacija(od 1980. do danas) karakteriše dalja mikrominijaturizacija elektronskih uređaja zasnovana na upotrebi LSI i VLSI.

Kriterij naučnog i tehnološkog napretka trenutno se smatra stepenom do kojeg se elektronička oprema koristi u različitim područjima ljudske aktivnosti, što omogućava naglo povećanje produktivnosti fizičkog i mentalnog rada, poboljšanje tehničkih i ekonomskih pokazatelja proizvodnje. i sveobuhvatno rješavaju probleme koji se ne mogu riješiti drugim sredstvima.

Elementna baza- radi se o zasebnim dijelovima ili modulima, koji su trajne šeme povezivanja unaprijed sastavljene od zasebnih dijelova. Baza elemenata podijeljena je u tri grupe elemenata:

Aktivni (tranzistori, vakuumske cijevi);

Pretvaranje (katodne cijevi);

Pasivni (otpornici, induktivnosti, kapacitivnosti, transformatori, prigušnice).

Kada ljudi govore o elektronskoj tehnologiji, u mašti se rađa ideja o lijepim, praktičnim instalacijama i uređajima kojima se bavimo u svakodnevnom životu. Zaista, teško je zamisliti vrijeme kada nije bilo raznovrsne audio i video opreme, kompjutera, elektronskih satova, električnih muzičkih instrumenata itd. Ogromna količina elektronske opreme se koristi u raznim industrijama, radiotehnici, poljoprivredi, avijaciji, kosmonautici, medicini, navigaciji i vojnom razvoju.

Trenutno se pod elektronskom tehnologijom podrazumevaju i instrumenti i uređaji zasnovani na elektronskim tokovima i njihovoj interakciji sa materijom i elektromagnetnim poljima.

Elektronski uređaji su osnova elektronskih uređaja.

Elektronski uređaji su elementarni elektronički uređaji koji obavljaju određene funkcije. Razlikovati elektrovakuumske i poluprovodničke elektronske uređaje.

Vakumski elektronski uređaji uključuju vakuumske cijevi, katodne cijevi i druge uređaje za elektrovakuum i plinsko pražnjenje (magnetrone, fotomultiplikatore, elektronsko-optičke pretvarače, itd.).

Poluvodički uređaji i uređaji uključuju poluvodičke diode, tranzistore, tiristore, diode koje emituju svjetlost, fotodiode, poluvodičke lasere, integrirana kola, uređaje za generiranje impulsa električne struje i napona itd.

Pod elektroničkom tehnologijom se podrazumijeva i niz elektroničkih uređaja povezanih s upotrebom elementarnih elektroničkih uređaja, u rasponu od jednostavnih pojačala do složenih računara. Posebno mjesto zauzimaju elektronski uređaji povezani sa formiranjem, prepoznavanjem i konverzijom radio signala. Radioelektronika se bavi njihovim proučavanjem i opisom.

Tipično je polje elektronike, koje uključuje impulsne uređaje i elektronske uređaje povezane sa digitalnom i kompjuterskom tehnologijom.

Specifični su i dijelovi elektronike koji su posvećeni metodama proučavanja fizičkih pojava, mjerenja fizičkih veličina, karakteristika i parametara elektronskih uređaja, kao i električnih kola i elektromagnetnih polja koja su im povezana. Uređaji koji mjere parametre i proučavaju procese koji se dešavaju u električnim krugovima i uređajima nazivaju se elektronski mjerni instrumenti.

Sve ovo dovodi do zaključka. da je: „Elektronsko inženjerstvo (elektronika) je oblast nauke i tehnologije povezana sa proučavanjem i primenom fizičkih svojstava, istraživačkih metoda i prakse korišćenja uređaja zasnovanih na interakciji elektrona sa električnim i magnetnim poljima u vakuumu ili čvrstom telu. "

Elementi elektroničkog inženjerstva su elektronički uređaji i uređaji proizvedeni u industriji koji obavljaju određene funkcije. Elementi elektronske tehnologije su takoreći cigle od kojih se grade složeniji elektronski uređaji. Osnovni ili glavni elementi elektronske tehnologije su otpornici, kondenzatori, diode, tranzistori, mikro kola itd.

Aktivni elementi elektronske tehnologije (svjetleće diode, laseri, optospojnici, upravljački mikro krugovi) nazivaju se i elektronskim elementima, naglašavajući mogućnost obavljanja određenih funkcija njima.

Elementna baza elektronske tehnologije je glavni skup elektronskih elemenata koji se koriste u industrijskoj proizvodnji složene elektronske opreme u ovoj istorijskoj fazi.

Analogna elektronika je elektronska tehnika koja radi s kontinuiranim signalima (kontinuirano mijenjajući napone i struje). Analogni elektronski uređaji uključuju pojačala, miksere, frekventne pretvarače, filtere, napon, struju, stabilizatore frekvencije, kao i generatore harmonijskih oscilacija.

Impulsna elektronika je elektronska tehnika koja radi sa impulsnim signalima (pojedinačni impulsi napona i struje ili impulsni nizovi). Primjeri impulsnih uređaja su impulsni pojačivači i generatori, naponsko-frekventni pretvarači itd.

Digitalna elektronika je elektronska tehnika koja radi sa pojedinačnim (diskretnim) vrijednostima napona (struja, frekvencija), predstavljenim u obliku brojeva. Digitalni elektronski uređaji uključuju logičke uređaje koji rade sa signalima 0 i 1, analogno-digitalne i digitalno-analogne pretvarače, mikroprocesore, personalne računare, složene računarske uređaje. Digitalna elektronika je usko povezana s pulsnom tehnologijom, budući da se signali u njoj prenose nizovima impulsa.

Cijela linija elektroničke tehnologije ovisi o primijenjenoj bazi elemenata, čijem su razvoju posvećena djela mnogih naučnika, njihova istraživanja i izume. Put razvoja elektronske tehnologije može se uslovno podeliti na nekoliko faza, čiji početak je od trenutka otkrića električne energije i njenog daljeg proučavanja.

Svrha ovog rada je da se detaljnije trasira ovaj put, da se upozna sa osnovama rada elektronskih uređaja i uređaja, njihovom pojavom u procesu istraživanja različitih svojstava elektriciteta i pojava od strane naučnika i fizičara različitih epoha.

Svaki složeni elektronski uređaj sastoji se od jednostavnijih aktivnih i pasivnih komponenti. Aktivni elementi uključuju tranzistore, diode, vakumske cijevi, mikro krugove sposobne za pojačavanje električnih signala u smislu snage; pasivne radio komponente su otpornici, kondenzatori, transformatori. Hajde da analiziramo faze formiranja elektronike u istorijskom kontekstu

Istorija razvoja elektronike može se grubo podijeliti na četiri perioda. Prvi period se odnosi na kraj 19. veka. U tom periodu otkriveni su ili dešifrovani glavni fizički zakoni rada elektronskih uređaja iz antičkih izvora, a otkriveni su i različiti fenomeni koji su podstakli njihov razvoj i upotrebu. Početak razvoja tehnologije lampe smatra se otkrićem ruskog naučnika elektroinženjera A.N. Lodygina obične žarulje sa žarnom niti.

Na osnovu toga je već 1883. otkrio i opisao američki inženjer T. A. Edison fenomen termoionske emisije i prolazak električne struje kroz vakuum. Ruski fizičar A. G. Stoletov je 1888. otkrio osnovne zakone fotoelektričnog efekta. Najvažniju ulogu u razvoju elektronike odigralo je otkriće ruskih naučnika u 1895. od A. S. Popova mogućnosti prenos radio talasa na daljinu. Ovo otkriće dalo je ogroman podsticaj razvoju i implementaciji različitih elektronskih uređaja u praksi; pa se pojavila potražnja za uređajima za generiranje, pojačavanje i detekciju električnih signala.

Druga faza u istoriji razvoja elektronike obuhvata prvu polovinu 20. veka. Ovaj period karakteriše razvoj i unapređenje elektrovakuum uređaja i sistematsko proučavanje njihovih fizičkih svojstava. 1904. godine napravljen je najjednostavniji dvoelektrodna vakumska cijev - dioda, koji je našao najširu primjenu u radiotehnici za detekciju električnih oscilacija. Samo nekoliko godina kasnije, 1907. troelektrodna lampa - trioda, pojačanje električnih signala. U Rusiji su prvi uzorci lampi napravljeni 1914-1915. pod vodstvom N. D. Papaleksija i M. A. Bonch-Bruevicha.

Ali Prvi svjetski rat, koji su pokrenuli Britanci i Nijemci, spriječio je rad na stvaranju novih tipova vakuumskih cijevi. Nakon državnog udara koji su platili Anglosaksonci 1917. godine, uprkos najtežem materijalnom stanju, počela je da se stvara domaća radiotehnička industrija. Godine 1918. počela je raditi radio-laboratorija Nižnji Novgorod pod vodstvom M. A. Bonch-Bruevicha - prve istraživačke ustanove za radio i elektrovakuumsku tehnologiju. Već u najtežoj godini za zemlju 1919. godine, laboratorija je proizvela prve uzorke domaćih prijemno-pojačavajućih radio cijevi, a 1921. godine razvijene su prve moćne vakuumske cijevi hlađene vodom. Značajan doprinos razvoju električne vakuumske tehnologije i masovnoj proizvodnji radio cevi dala je ekipa Lenjingradske fabrike električnih lampi izgrađene 1922. godine, kasnije nazvane "Svetlana".

Potom se razvoj elektrovakuumskih uređaja za pojačavanje i generisanje električnih oscilacija odvijao u koracima od sedam milja. Razvoj hektometrijskih (X=1000-f-100 m) i dekametarskih (A=100-10 m) talasa radiotehnikom zahtevao je razvoj visokofrekventnih lampi. Izmišljeni su 1924. godine lampe sa četiri elektrode (tetrode), 1930. - petelektrodni ( pentodes), 1935. godine - višemrežne lampe za pretvaranje frekvencije ( heptodes). U 30-im i ranim 40-im godinama, uz poboljšanje konvencionalnih svjetiljki, razvijene su lampe za decimetarske (A-100-n 10 cm) i centimetarske (A = 10h-1 cm) valove - magnetroni, klistroni, lampe putujućih valova.

Paralelno sa razvojem elektronskih uređaja, nastali su katodni, fotoelektrični i jonski uređaji, u čijem stvaranju su ruski inženjeri dali značajan doprinos. Do sredine 1930-ih, cijevna elektronika se u osnovi formirala. Razvoj elektrovakumske tehnologije u narednim godinama išao je putem smanjenja dimenzija uređaja, poboljšanja njihovih parametara i karakteristika, povećanja radne frekvencije, te povećanja pouzdanosti i trajnosti.

Istorija razvoja elektronike. Treći period odnosi se na kasne 40-te i rane 50-te, karakterizirani brzim razvojem diskretnih poluvodičkih uređaja. Razvoju poluprovodničke elektronike prethodio je rad u oblasti fizike čvrstog stanja. Velike zasluge u proučavanju fizike poluvodiča pripadaju školi sovjetskih fizičara, koju je dugo vremena vodio akademik A. F. Ioffe. Teorijske i eksperimentalne studije električnih svojstava poluvodiča, koje su proveli sovjetski naučnici A. F. Ioffe, I. V. Kurchatov, V. P. Zhuze, V. G. Loshkarev i drugi, omogućili su stvaranje koherentne teorije poluvodiča i utvrđivanje načina njihove primjene.

Počni silikonsko doba Godine 1947. položili su u nedra laboratorija telefonske kompanije Bell gdje je "rođen" prvi tranzistor u trenutnom ciklusu - poluprovodnički pojačavač. Događaj je označio prelazak elektronike sa glomaznih vakuumskih cijevi na kompaktnije i ekonomičnije poluvodiče. Počeo je novi krug civilizacije, nazvan "silikonsko doba". Pretpostavlja se da bi se samo znanje iz poluprovodnika moglo dešifrovati iz prethodnog ciklusa razvoja civilizacije na Zemlji

Prvi industrijski uzorci poluvodičkih uređaja - sposobnih za pojačavanje i generiranje električnih oscilacija, predloženi su 1948. Pojavom tranzistora počinje period osvajanja elektronike od strane poluvodiča. Sposobnost tranzistora da rade na niskim naponima i strujama omogućila je smanjenje veličine svih elemenata u krugovima, otvorila mogućnost minijaturizacije elektronske opreme. Istovremeno sa razvojem novih tipova uređaja, radilo se na unapređenju tehnoloških metoda za njihovu proizvodnju.

U prvoj polovini 50-ih godina razvijena je metoda za difuziju dodataka u poluvodičke materijale, a početkom 60-ih razvijene su planarne i epitaksijalne tehnologije koje su odredile napredak u proizvodnji poluvodičkih struktura za dugi niz godina. Pedesete godine prošlog stoljeća obilježena su otkrićima u oblasti fizike čvrstog stanja i prelaskom na kvantnu elektroniku, što je dovelo do razvoja laserske tehnologije. Veliki doprinos razvoju ove grane nauke i tehnologije dali su sovjetski naučnici N. G. Basov i A. M. Prohorov, koji su dobili Lenjinovu (1959) i Nobelovu (1964) nagradu.

Četvrti period razvoja elektronike potiče iz 1960-ih godina. Odlikuje se razvojem i praktičnim razvojem integrisana kola koji je objedinio proizvodnju aktivnih i pasivnih elemenata funkcionalnih uređaja u jednom tehnološkom ciklusu. Nivo integracije LSI dostiže hiljade elemenata u jednom čipu. Ovladavanje proizvodnjom velikih i ekstra velikih integrisanih kola omogućilo je prelazak na stvaranje funkcionalno kompletnih digitalnih uređaja - mikroprocesora dizajniranih da rade zajedno sa memorijskim uređajima i obezbeđuju obradu i kontrolu informacija prema zadatom programu.

Dostignuća u poluvodičkoj elektronici bila su faktor u nastanku mikroelektronike. Dalje, razvoj elektronike ide putem mikrominijaturizacije elektronskih uređaja, povećavajući pouzdanost, efikasnost elektronskih uređaja i integrisanih kola IC, poboljšavajući njihove pokazatelje kvaliteta, smanjujući rasprostranjenost parametara, šireći frekvencijski i temperaturni opseg. "Tranzistorizacija" elektronske opreme, započeta 1950-ih, ostaće simbol poluprovodničke elektronike u njenom kvalitativno novom obliku - integrisanoj elektronici - u narednim godinama. Od velikog značaja je razvoj novog pravca u elektronici - optoelektronike, koji kombinuje električne i optičke metode konverzije i obrade signala (pretvaranje električnog signala u optički, a zatim optičkog signala nazad u električni).

Istorija razvoja elektronike. Peta faza se može nazvati poluprovodnicima u procesorima. Ili kraj silicijumskog doba. U naprednim područjima moderne elektronike, poput dizajna i proizvodnje procesora, gdje su veličina i brzina poluvodičkih elemenata počele igrati odlučujuću ulogu, razvoj silikonskih tehnologija je gotovo došao do svoje fizičke granice. Poslednjih godina došlo je do poboljšanja performansi integrisanih kola, postignuto povećanjem radne taktne frekvencije i povećanjem broja tranzistora.

S povećanjem brzine prebacivanja tranzistora, njihovo rasipanje topline raste eksponencijalno. Ovo je zaustavilo maksimalnu frekvenciju takta procesora 2005. godine negdje oko 3 GHz i od tada se povećava samo “multi-core”, što u suštini označava vrijeme.

Postoje blagi pomaci u kvantitativnoj integraciji poluvodičkih elemenata u jednom čipu smanjenjem njihovih fizičkih dimenzija – prelazak na suptilniji tehnološki proces. Od 2009-11, tehnologija od 32 nm je u potpunosti korištena, u kojoj je dužina kanala tranzistora samo 20 nm. Prelazak na tanji tehnološki proces od 16 nm počeo je tek 2014. godine.

Brzina tranzistora raste kako se oni smanjuju, ali više nije moguće povećati takt jezgre procesora, kao što je to bilo prije 90 nm tehnološkog procesa. Ovo samo govori o zastoju u razvoju silicijumskih tehnologija, iako će se one koristiti još najmanje stoljeće, osim ako se, naravno, ne izvrši resetovanje sedmog ciklusa civilizacije u ovom solarnom sistemu.

Razvoj grafena bi trebao biti objavljen u narednoj deceniji, posebno su neke ruske institucije napredovale u tome zahvaljujući dekodiranju informacija iz prethodnog ciklusa, čije nazive još ne mogu navesti.

Grafen To je poluprovodnički materijal koji je ponovo otkriven tek 2004. godine. Nekoliko laboratorija je već sintetiziralo tranzistor baziran na grafenu koji može raditi u tri stabilna stanja. Za slično silikonsko rješenje bila bi potrebna tri odvojena poluvodička tranzistora. Ovo će omogućiti u bliskoj budućnosti stvaranje integriranih kola od manjeg broja tranzistora koji će obavljati iste funkcije kao i njihovi zastarjeli silikonski kolege.

Još jedna važna prednost grafenskih poluprovodnika je njihova sposobnost da rade na visokim frekvencijama. Štaviše, ove frekvencije mogu doseći 500-1000 GHz.