Danas je već teško pronaći transformator na željezu u bilo kojem kućnom aparatu ili napajanju. Devedesetih su počeli brzo da se povlače u prošlost, ustupajući mjesto prekidačkim pretvaračima ili prekidačkim izvorima napajanja (skraćeno SMPS).Prekidački izvori napajanja su superiorniji od transformatorskih izvora napajanja u pogledu veličine, kvaliteta rezultirajućeg konstantnog napona, imaju široke mogućnosti za podešavanje izlaznog napona i struje, a tradicionalno su opremljeni zaštitom od preopterećenja izlaza. I iako se vjeruje da su prekidačka napajanja ...
Jedna od najvažnijih veličina u pulsnoj tehnologiji je radni ciklus S. Radni ciklus S karakteriše pravougaoni impuls i određuje koliko je puta period impulsa T duži od njegovog trajanja t1. Dakle, meandar, na primjer, ima radni ciklus jednak 2, budući da je trajanje impulsa u takvom nizu jednako polovini njegovog perioda. Iu brojniku i u nazivniku su trajanja mjerena u sekundama, stoga je radni ciklus bezdimenzionalna veličina. Za referencu, podsjetite se da je meandar takva pulsna sekvenca, gdje je trajanje pozitivnog dijela pulsa ...
Kada je potrebno potisnuti naizmjenične struje određenog frekventnog spektra u kolu, ali istovremeno efikasno propuštati struje sa frekvencijama iznad ili ispod ovog spektra, koristi se pasivni LC filter na reaktivnim elementima - niskopropusni filter niskopropusne prolazni filter (ako je potrebno efikasno propuštati oscilacije sa frekvencijom ispod zadate) ili visokopropusni filter HPF (ako je potrebno, efektivno preskočiti oscilacije sa frekvencijom većom od postavljene).Princip konstruisanja ovih filtera zasniva se na svojstvima induktora i kondenzatora...
U jednom od prethodnih članaka ispitali smo opći princip rada aktivnih korektora faktora snage (PFC ili PFC). Međutim, niti jedan krug korektora neće raditi bez kontrolera, čiji je zadatak pravilno organizirati kontrolu tranzistora s efektom polja u općem krugu.Kao živopisan primjer univerzalnog PFC kontrolera za implementaciju PFC-a može se navesti popularno mikrokolo L6561, koje se proizvodi u paketima SO-8 i DIP-8, a namijenjeno je za izgradnju mrežnih jedinica za korekciju faktora snage nominalne vrijednosti. do 400 W...
Faktor snage i faktor harmonika mrežne frekvencije važni su pokazatelji kvaliteta električne energije, posebno za elektronsku opremu koja se napaja ovim napajanjem.Za dobavljača naizmenične struje poželjno je da faktor snage potrošača bude blizak jedinici, a za elektronske uređaje je važno da harmonijska distorzija bude što manja. U takvim uvjetima, elektroničke komponente uređaja živjet će duže, a opterećenje će raditi ugodnije. U stvarnosti postoji problem, a to je...
U ovom članku dat će se postupak proračuna i odabira komponenti potrebnih za projektovanje energetskog odsjeka padajućeg impulsnog DC pretvarača bez galvanske izolacije, topologija buck-converter. Pretvarači ove topologije su pogodni za snižavanje istosmjernog napona unutar 50 volti na ulazu i pri snazi opterećenja ne većoj od 100 vati.Sve što se tiče izbora sklopa kontrolera i drajvera, kao i tipa tranzistora sa efektom polja, biće ostavljeno van okvira ovog članka, ali ćemo detaljno analizirati kolo i karakteristike režima rada...
Varistor je poluvodička komponenta koja može nelinearno promijeniti svoj aktivni otpor ovisno o veličini napona koji se na njega primjenjuje. Zapravo, ovo je otpornik s takvom strujno-naponskom karakteristikom, čiji je linearni presjek ograničen na uski raspon, do kojeg dolazi otpor varistora kada se na njega dovede napon iznad određenog praga. U ovom trenutku, otpor elementa se naglo mijenja za nekoliko redova veličine - smanjuje se od početnih desetina MΩ na jedinice Ohma ...
Optospojnik je optoelektronski uređaj čiji su glavni funkcionalni dijelovi izvor svjetlosti i fotodetektor, koji nisu međusobno galvanski povezani, već se nalaze unutar zajedničkog zatvorenog kućišta. Princip rada optokaplera zasniva se na činjenici da električni signal koji se na njega primjenjuje uzrokuje sjaj na strani odašiljanja, a već u obliku svjetlosti, signal prima fotodetektor, inicirajući električni signal na prijemnoj strani. strana. Odnosno, signal se prenosi i prima putem optičke komunikacije...
Jedna od najpopularnijih topologija prekidačkih naponskih pretvarača je push-pull pretvarač ili push-pull (doslovno - push-pull).Za razliku od povratnog pretvarača s jednim ciklusom, energija u jezgri push-pool-a se ne pohranjuje, jer je u ovom slučaju to jezgro transformatora, a ne jezgra prigušnice, ona ovdje služi kao provodnik za naizmjenični magnetski tok koji se stvara naizmjenično. preko dvije polovine primarnog namotaja... Ovo je upravo impulsni transformator sa fiksnim ...
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 rezu
Istorija razvoja elektronike može se grubo podijeliti na četiri perioda. Prvi period datira iz kasnog 19. veka... U tom periodu otkriveni su ili dešifrovani osnovni 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 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 propuštanje električne struje kroz vakuum. Ruski fizičar A.G. Stoletov otkrio je osnovne zakone fotoelektričnog efekta 1888. Najvažniju ulogu u razvoju elektronike odigralo je otkriće ruskih naučnika u 1895. A.S. Popov mogućnosti prenos radio talasa na daljinu... Ovo otkriće dalo je ogroman podsticaj razvoju i implementaciji različitih elektronskih uređaja u praksi; tako je nastala 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. najjednostavniji dvoelektrodna vakumska cijev - dioda, koja je našla 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, omeo 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. radio laboratorija u Nižnjem Novgorodu počela je raditi pod vodstvom M. A. Bonch-Bruevicha - prve istraživačke ustanove o radio i električnoj vakuumskoj tehnologiji. Već 1919. godine, najteže godine za zemlju, laboratorije su proizvele prve uzorke domaćih prijemno-pojačavajućih radio cijevi, a 1921. 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 hektometarskih (X = 1000-f-100 m) i dekametarskih (A = 100-10 m) talasa radio tehnologijom 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 lampi, razvijene su lampe za decimetarske (A-100-n 10 cm) i centimetarske (A = 10h-1 cm) talase - magnetroni, klistroni, lampe putujućih talasa.
Paralelno sa razvojem elektronskih uređaja, nastali su elektronski snop, fotoelektrični, jonski uređaji u čijem stvaranju su ruski inženjeri dali značajan doprinos. Sredinom 30-ih, cijevna elektronika se uveliko pojavila. Razvoj elektrovakuumske tehnologije u narednim godinama išao je putem smanjenja dimenzija uređaja, poboljšanja njihovih parametara i karakteristika, povećanja radne frekvencije, 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 za proučavanje fizike poluprovodnika pripadaju školi sovjetskih fizičara, koju je dugo vremena vodio akademik A.F. Ioffe. Teorijske i eksperimentalne studije električnih svojstava poluprovodnika koje su izvršili sovjetski naučnici A.F. Ioffe, I.V. Kurchatov, V.P. Zhuze, V.G.
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 isplativije poluvodiče. Počeo je novi krug civilizacije, nazvan "silikonsko doba". Pretpostavlja se da se upravo znanje iz poluprovodnika moglo dešifrirati iz prethodnog ciklusa razvoja civilizacije na Zemlji.
Prvi industrijski dizajni 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 poboljšanju tehnoloških metoda njihove proizvodnje.
U prvoj polovini 50-ih godina razvijena je metoda za difuziju dodataka u poluvodičke materijale, a početkom 60-ih planarna i epitaksijalna tehnologija, koja je dugi niz godina određivala napredak u proizvodnji poluvodičkih struktura. Pedesete godine obilježila su otkrića u oblasti fizike čvrstog stanja i prelazak 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 nastaje 60-ih godina prošlog vijeka. Odlikuje se razvojem i praktičnim razvojem integrisana kola, koji je objedinio proizvodnju aktivnih i pasivnih elemenata funkcionalnih uređaja u jedinstvenom tehnološkom ciklusu. Nivo integracije LSI dostiže hiljade elemenata u jednom kristalu. Ovladavanje proizvodnjom velikih i veoma velikih integrisanih kola omogućilo je prelazak na izradu funkcionalno kompletnih digitalnih uređaja - mikroprocesora, namenjenih za zajednički rad sa memorijskim uređajima i obezbeđivanje obrade i upravljanja informacijama po zadatom programu.
Napredak u poluvodičkoj elektronici bio je faktor u nastanku mikroelektronike. Dalje, razvoj elektronike ide putem mikrominijaturizacije elektronskih uređaja, povećavajući pouzdanost, efikasnost elektronskih uređaja i integrisanih mikrokola IC-a, 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 - integralnoj elektronici u narednih nekoliko godina. Veliki značaj dobija razvoj novog pravca elektronike - optoelektronike, koji kombinuje električne i optičke metode konverzije i obrade signala (pretvaranje električnog signala u optički, a zatim opet optičkog u električni).
Istorija razvoja elektronike. Peta faza se može nazvati poluprovodnicima u procesorima... Ili pad silicijumske ere. U naprednim oblastima moderne elektronike, kao što su razvoj i proizvodnja procesora, gde su veličina i brzina poluvodičkih elemenata počele da igraju odlučujuću ulogu, razvoj tehnologija za korišćenje silicijuma je skoro dostigao fizičku granicu. Poslednjih godina, poboljšanja u performansama integrisanih kola su postignuta povećanjem frekvencije radnog takta i povećanjem broja tranzistora.
Sa povećanjem brzine prebacivanja tranzistora, njihovo oslobađanje topline raste eksponencijalno. Time je 2005. godine zaustavljena maksimalna frekvencija takta procesora negdje u području od 3 GHz, a od tada se povećava samo “multi-core”, što, zapravo, u suštini označava vrijeme.
Mali napredak je nedostatak u kvantitativnoj integraciji poluvodičkih elemenata u jednom čipu smanjenjem njihove fizičke veličine – prijelaz na suptilniji tehnološki proces. Od 2009-11, 32 nm tehnologija je korištena u svim, u kojoj je dužina kanala tranzistora samo 20 nm. Prelazak na tanji 16 nm proces počeo je tek 2014. godine.
Brzina tranzistora raste kako se oni smanjuju, ali frekvenciju takta jezgre procesora više nije moguće povećati, jer je to bilo do 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 resetuje sedmi ciklus civilizacije u ovom solarnom sistemu.
Razvoj grafena bi trebao biti objavljen u narednoj deceniji, posebno u tome neke ruske institucije su napredovale zahvaljujući dešifrovanju informacija iz prethodnog ciklusa, čije nazive još ne mogu da navedem.
Grafen je poluvodički materijal koji je ponovo otkriven 2004. Nekoliko laboratorija je već sintetiziralo tranzistor baziran na grafenu koji može raditi u tri stabilna stanja. Slično rješenje u silicijumu zahtijevalo bi 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.
ELEKTRONIČKA POZADINA
Uloga elektronike u stvaranju integrisanih sistema upravljanja mašinama i mehanizmima. Društveno-ekonomski aspekt stvaranja, razvoja proizvodnje i efektivne upotrebe elektronske tehnologije u nacionalnoj ekonomiji. 6
Osnovni pojmovi elektronske tehnologije. Trenutni izvor. Izvor napona. Usklađivanje izvora sa opterećenjem. Pasivni elementi električnog kola i njihovi parametri. Otpornici, kondenzatori, induktori i njihovi spojevi. Transformers. Vrste pasivnih elemenata, njihove karakteristike i primjena. Faktor opterećenja. Alfanumerički sistem označavanja pasivnih elemenata na šematskim dijagramima i na proizvodima. 10
Vrste i parametri električnih signala. Amplituda, efektivna, prosječna vrijednost napona i struje električnih oscilacija. Trajanje pulsa, period ponavljanja, frekvencija, radni ciklus, porast i pad pulsa. šesnaest
Električna kola. Integriranje diferenciranja. Vektorski dijagrami napona i struja. Propuštanje pravougaonog signala kroz njih (LPF i HPF). Paralelna i sekvencijalna oscilatorna kola. Rezonancija struje i napona. Amplitudno-frekventne i fazno-frekventne karakteristike električnih kola i njihovi parametri .. 18
Osnovni pojmovi teorije električne provodljivosti poluprovodnika. Elektronska rupa p-n spoj. Volt-amper karakteristike. Drift i difuziona struja. Barijera i difuzioni kapacitet p-n-spoja. Mogućnost njihove upotrebe i uticaj na karakteristike dioda. Vrste kvara pn spoja. osamnaest
Poluprovodničke diode. Princip rada. Klasifikacija, parametri. Ispravljačke diode i mostovi. Paralelno i serijsko povezivanje dioda. Zener diode i stabilizatori. Varicaps. Gana, Schottky, tunel, obrnute, lavino-proletne diode. 25
Poluvodički uređaji bez spajanja. Termistori (termistori, pozistori, termistori sa indirektnim grijanjem), varistori, mjerači naprezanja, magnetootpornici, Hall senzor, glavne karakteristike. Područja njihove primjene. 25
Sistem označavanja domaćih i uvoznih poluprovodničkih uređaja (diode, tiristori, tranzistori, elektronska mikro kola) 34
Fotonaponski i vidljivi poluprovodnički uređaji sa IR i UV zračenjem Poluprovodnički laseri. Optoelektronski parovi. Njihova primjena. Sistemi dinamičkog prikaza. 38
Tiristori. Dizajn i princip rada. Način rada, klasifikacija, oznaka, parametri. Diodni, triodni, tetrodni, tranzistori sa zasunom i bez zasuna. I - V karakteristika tiristora, proces prijelaza iz zatvorenog stanja u otvoreno stanje i obrnuto. Vrste, simboli tiristora. Rad tiristora u DC kolima. Fazna kontrola tiristora. Tiristorski regulatori napona i stabilizatori. 45
Bipolarni tranzistori (BPT). Električni i radni parametri. Karakteristike ulaza, izlaza i protoka. Tranzistorska ekvivalentna kola i njihovi diferencijalni parametri. Statističke karakteristike (h-parametri) BPT. Krugovi za uključivanje BPT (sa zajedničkim emiterom, zajedničkim kolektorom, zajedničkom bazom). Njihova komparativna analiza i područja primjene. Ebers-Moll jednačina, temperaturni koeficijent struje kolektora, unutrašnji otpor emitera, maksimalno pojačanje napona, Earleyjev efekat, Millerov efekat. 50
Unipolarni (poljski) tranzistori (PT). Princip rada PT sa p-n spojem. Zalihe (izlaz) i drain-gate (kroz) karakteristike PT, glavni parametri. PT metal - dielektrik - poluprovodnik (MIS) i metal - oksid - poluprovodnik (MOS) sa ugrađenim i indukovanim kanalima, dizajn, karakteristike i parametri. Polaritet dovedenih napona i karakteristike upotrebe PT. Šeme za uključivanje PT sa zajedničkim izvorom (OI), zajedničkim odvodom (OS), zajedničkom kapijom (OZ). Komparativna analiza BPT i PT. IGBT tranzistori .. 56
Osnovni parametri i karakteristike elektronskih pojačala. Opće informacije. Osnovna svojstva, klasifikacija i struktura pojačala. Amplitudno-frekventne, amplitudske i fazne karakteristike. Njihovi glavni parametri. Šum pojačala (termička, pucnjava, treperenje). Strujni i naponski šumovi. Kriterijumi za upotrebu DC i DCT zasnovani su na zahtjevima minimiziranja šuma na različitim otporima izvora signala. Zajedničke i antifazne smetnje. Metode njihove redukcije i zaštite. 58
Pojačalački stepeni za PT i BPT. Statistički režim rada pojačala, izbor radne tačke, kolo za podešavanje prednapona BPT. Proračun jednosmerne i naizmenične struje stepena sa OE i OK. Komparativna analiza OE, OK, OB kaskada. Kaskada sa OE kao naponsko-strujnim pretvaračem, fazno invertovana kaskada. Pojačalački stupnjevi na PT, kola za podešavanje prednapona, karakteristike njihovog rada i uključivanja. Dinamičko opterećenje, izvor struje, strujna ogledala i strujni reflektori na DC i DCT. Slabljenje uticaja temperature i Earleyjevog efekta. Wilsonovo ogledalo struje, izlazna impedansa izvora struje. Područja upotrebe. 63
Povratna sprega (OS) u pojačalima. Pozitivne (PIC) i negativne (OOS) povratne informacije. OS omjer i OS dubina. Utjecaj OS na parametre i karakteristike pojačala. Serijski i paralelni OOS za napon i struju, PIC za praćenje. Primjeri šematskih dijagrama sa OS .. 66
Integrisana mikro kola. Integralni princip proizvodnje i primjene elektronskih komponenti. Poluvodička integrirana kola, njihova klasifikacija, namjena, primjena. Analogna, digitalna i analogno-digitalna mikro kola .. 74
Izvori sekundarnog napajanja za elektronske uređaje. Klasifikacija i parametri ispravljača. Punotalasni i punotalasni most i srednji, jednofazni i trofazni, kontrolirani i nekontrolirani ispravljači. Larionovljeva šema. Multiplikatori napona. Latourova šema. Filteri za izglađivanje .. 77
Stabilizatori napona i struje. Blok dijagram stabiliziranog napajanja. Parametarski i kompenzacioni, paralelni i serijski, podesivi i nepodesivi, unipolarni i bipolarni stabilizatori napona i struje. Op-amp stabilizatori. Zaštita struje i napona. Ključni stabilizatori za pojačavanje, smanjenje i invertiranje (buck-boost). Funkcionalni dijagrami ključnih stabilizatora i sklopnih izvora napajanja malih uređaja. Šematski dijagram stabilizatora. 83
Pojačala jednosmerne struje (DCA). DCT s direktnom spregom između stupnjeva i modulacijsko-demodulacijskim (MDM) tipom. Metode modulacije. Kaskade diferencijalnog pojačanja (DU) na BPT i PT. Metode kompenzacije pomaka i drifta. Komparativna analiza i područja primjene. Rad daljinskog upravljača u režimu infaznog i antifaznog signala i kada se koristi dinamičko opterećenje. 88
Integrirana operacijska pojačala (OA) i njihove primjene. Raznovrsnost i oznaka OU. Vrste ulaznih stupnjeva. Pojednostavljeni dijagram op-amp. Imenovanje kaskada. Common Mode Rejection Ratio i efekt napona signala. Amplitudno-frekventne i fazno-frekventne karakteristike, glavni parametri op-amp. Metode za smanjenje napona smicanja i pomaka. Granična frekvencija pojačanja i maksimalna brzina napona izlaznog signala. 101
Primjeri konstruiranja analognih kola na operativnim pojačalima (invertirajući i neinvertirajući pojačivači, repetitori, sabirači, oduzimači, integratori, diferencijatori, visokopropusni i niskopropusni filtri, pojasni i notch filteri, giratori, strujno-naponski pretvarači, precizni ispravljači, nulti organi , elektronski releji, ispravljači itd.). OU primjena u robotici i upravljačkim sistemima. 105
Oblikovalci i generatori impulsnih signala na op-amp. Komparatori, Schmitt okidači. Generatori linearnog napona na op-amp .. 108
Pojačala snage. Načini rada pojačala (aktivni, inverzni, cutoff, saturation) i njihova primjena. Jednostruki pojačivači snage. Push-pull transformator i pojačivači snage bez transformatora. Izlazni stupnjevi su komplementarni i bazirani su na tranzistorima iste provodljivosti. Fazni pretvarači. Kapacitivna i galvanska veza sa opterećenjem. Harmoničko izobličenje u pojačivačima snage i metode za njihovo smanjenje. Načini rada klase A, B, AB, C, D, komparativna analiza i područja njihove primjene. Metode za podešavanje prednapona i stabilizacije temperature. Uključivanje tranzistora prema Darlington i Shiklai krugovima. Toplinska otpornost. Obezbeđivanje termičkih uslova izlaznih stepena na DC i DCBT. 112
Harmonijski oscilatori. Uvjeti samouzbude generatora (ravnoteža faza i ravnoteža amplitude). Autogeneratori. Stabilizacija frekvencije i amplitude u oscilatorima. Multivibratori. Metode i sredstva građenja. Simetrični i asimetrični multivibratori op-amp. Princip rada i vremenski dijagrami rada. 114
Aktivni i pasivni filteri. Visokopropusni filteri (HPF) i niskopropusni filteri (LPF). Bandpass i notch (opstrukcija), LC i RC filteri. Širina pojasa, zaustavni pojas, faktor kvaliteta, slabljenje, nagib u prijelaznom dijelu. Filteri Butterworth, Bessel, Chebyshev, itd. Prednosti i nedostaci. Salen i Kay filter. Filter sa paralelnom povratnom spregom, univerzalni i bikvad filter, girator. 117
Modulacija. Tipovi modulacije: amplituda, frekvencija, faza. Prednosti, nedostaci. Vrste impulsne modulacije: impulsno-amplituda (AIM), impulsno-kod (CMM), širina impulsa (PWM), fazno-pulsna (PPM). Područja upotrebe. Blok dijagram sklopnog napajanja. 117
Ključni pretvarači napona. Pravougaona i rezonantna. Jednotaktni i dvotaktni. Sa prednjim i reverznim priključkom diode. Most, polumost, sa sredinom. Nezavisna i samouzbuđena. Tranzistor i tiristor. Karakteristike upotrebe i obim. 117
Logičke osnove digitalnih uređaja i računara. Binarne varijable i komutacione funkcije, osnovne logičke funkcije, osnovni zakoni logičke algebre, oblici predstavljanja i minimizacije komutacionih funkcija. 117
Elementarna osnova digitalnih mikrokola. Logički elementi I, ILI, NE na diodama, bipolarnim i tranzistorima sa efektom polja. Osnovni logički elementi dioda-tranzistor, tranzistor-tranzistor, emitersko spregnuta logika. Logički elementi bazirani na istom tipu i komplementarnim MOS tranzistorima. Logička vrata sa tri izlazna stanja. Otvoreni kolektorski mikro krugovi. Kombinirana upotreba mikro krugova različitih serija. 117
Integralni okidači. Asinhroni i sinhroni okidači. RS-, JK-, D- i T-okidači. Princip rada, strukturni i shematski dijagrami, vremenski dijagrami rada okidača, njihovi glavni parametri. Upotreba okidačkih kola za kreiranje digitalnih upravljačkih sistema. 117
Brojači impulsa. Binarni brojači i brojači sa proizvoljnim faktorom brojanja. Princip rada, strukturni i šematski dijagrami, vremenski dijagrami rada brojača, njihovi glavni parametri. Raznolikosti brojila, posebno upotreba brojila pri kreiranju digitalnih kontrolnih sistema. 117
Registri. Paralelni, serijski i paralelno-serijski registri. Strukturni dijagrami, karakteristike rada i osnovni parametri registara raznih tipova. Primena registara u digitalnim sistemima upravljanja. 117
Binarni sabirači. Jednobitni binarni sabirači. Paralelni višecifreni sabirači. Strukturni dijagrami, karakteristike rada. Glavna podešavanja. 117
Uloga elektronike u stvaranju integrisanih sistema upravljanja mašinama i mehanizmima. Društveno-ekonomski aspekt stvaranja, razvoja proizvodnje i efektivne upotrebe elektronske tehnologije u nacionalnoj ekonomiji
Elektronika je oblast nauke i tehnologije, koja se bavi razvojem i projektovanjem uređaja koji koriste kretanje naelektrisanih čestica u vakuumu, gasova i čvrstih tela (uglavnom u poluprovodnicima), i stvaranjem uređaja na njihovoj osnovi. Ovo je nauka koja se ubrzano razvija od početka dvadesetog veka i ima ogroman uticaj na razvoj civilizacije.
Početak razvoja elektronike (vakumske cijevi: dioda 1903., trioda 1905.) usko je vezan za potrebe razvoja komunikacija i prije svega radio komunikacija. Može se primijetiti da je do 1939. godine razvoj elektronskih cijevi i kola bio povezan s njihovom upotrebom uglavnom za potrebe radio-difuzije, koja je u to vrijeme bila najvažniji potrošač elektronike. Tokom ovog perioda, većina trenutno poznatih elektronskih cevi, kao i osnovna elektronska kola, i dalje se koriste u različitim modifikacijama.
Industrijska elektronika, koja se bavi upotrebom elektronskih komponenti i kola u industriji, mnogo je mlađa kao oblast tehnologije. Prvi pokušaji upotrebe krugova lampi u industriji, prvenstveno u mjernim instalacijama, datiraju iz tridesetih godina prošlog stoljeća. Međutim, nisu dali dobre rezultate zbog krhkosti, velike mase i dimenzija elektronskih cijevi, iako su ostale karakteristike ovih uređaja bile zadovoljavajuće. Rezultati ovih ranih eksperimenata korišćeni su u velikoj meri samo tokom Drugog svetskog rata, kada su povećane potrebe proizvodnje morale biti zadovoljene suočene sa osetljivim nedostatkom radne snage. Automatizacija proizvodnje, čije je uvođenje počelo u to vrijeme, nije se mogla izvesti bez elektronskih uređaja. Elektronska kola su se također pokazala kao nezamjenjiva u nekim mjernim i kontrolnim instalacijama.
Razvoj industrijske elektronike značajno se ubrzao u poslijeratnom periodu, posebno nakon široke upotrebe poluvodičkih uređaja pedesetih godina (1947. - pojava prvog tranzistora). Pojavom poluvodičkih uređaja postala je moguća značajna minijaturizacija uređaja i smanjenje njihove potrošnje energije, povećanje radnog vremena itd. zahtjevi.
Poslednjih godina identifikovane su sledeće glavne oblasti primene elektronskih kola u industriji:
· Uređaji za mjerenje različitih fizičkih veličina, električnih i neelektričnih;
· Uređaji za proučavanje materijala, kao što su metali, električnim i magnetskim metodama bez njihovog uništavanja;
· Uređaji za regulaciju i automatsko upravljanje raznim procesima ili industrijskim instalacijama, kao i za upravljanje raznim privrednim objektima;
· Industrijske televizijske instalacije koje se koriste za kontrolu i praćenje različitih objekata ili procesa;
· Pomoćni uređaji koji se koriste u nekim tehnološkim procesima, na primjer, termičkim procesima (zagrijavanje visokofrekventnim strujama) ili uzrokovani ultrazvučnim zračenjem (koagulacija, obrada, čišćenje površina itd.).
Prilikom mjerenja električnih veličina potrebna su elektronska kola u slučajevima kada su električni efekti toliko neznatni da ih je nemoguće istražiti klasičnim metodama. To se događa, na primjer, pri mjerenju niskih struja i napona, malih promjena u kapacitivnosti itd., ako je osjetljivost konvencionalnih voltmetara, ampermetara ili mostova nedovoljna za mjerenja. U tom slučaju potrebno je pojačati izmjerenu vrijednost na vrijednost zabilježenu konvencionalnim metodama. Slični problemi se često javljaju pri mjerenju neelektričnih veličina električnim metodama, kada su signali koji se javljaju u primarnom mjernom pretvaraču zanemarljivi. U ovom slučaju, pojačanje se vrši pomoću elektronskih kola.
Elektronski uređaji su takođe od velikog značaja za proučavanje svojstava materijala različitim metodama. Mnoge od ovih metoda temelje se na odnosu između mehaničkih i električnih ili magnetskih svojstava materijala koji se proučava. Proučavanje materijala može se svesti na mjerenje njegovih karakteristika magnetskom ili električnom metodom, što je vrlo zgodno, jer se takvo mjerenje lako izvodi, može se automatizirati itd. U ovom slučaju studija ne vodi do uništenja ili oštećenja proizvoda. Ovo je vrlo važno, budući da se studije koje dovode do uništenja ispitnog uzorka, na primjer pucanja, mogu provesti samo na nekoliko primjeraka proizvedene serije proizvoda. Stoga su u ovom slučaju rezultati mjerenja nasumični i ne daju potpuno povjerenje u kvalitetu proizvoda koji nisu testirani. Metode ispitivanja bez razaranja su pouzdanije jer se mogu primijeniti na cijelu proizvedenu seriju, odnosno provjeriti svaki proizvedeni predmet.
Automatsko upravljanje i praćenje tehnoloških procesa danas su jedna od najkarakterističnijih karakteristika naglog razvoja tehnologije. U ovoj novoj oblasti tehnologije koja se brzo razvija, elektronski uređaji su veoma važan i često nezamjenjiv element od čijih svojstava ovisi kvalitetan rad cjelokupnog reguliranog sistema. Najnovija dostignuća u automatizaciji povezana sa upotrebom elektronskih računara ne bi bila moguća bez elektronskih kola na trenutnom nivou razvoja tehnologije. Bliska veza između automatizacije i elektronike određuje pravilan napredak oba ova područja tehnologije.
Elektronika je također usko povezana s određenim industrijskim procesima, u kojima se elektronički uređaji obično koriste kao izvori visokofrekventnih struja. To su procesi visokofrekventnog grijanja, kao i procesi povezani sa ultrazvučnim zračenjem velike snage. Elektronsko kolo u takvom uređaju služi za stvaranje visokofrekventnih struja potrebne snage, te je stoga samo posredno povezano s ovim tehnološkim procesom, ali je obavezno.
Televizijski uređaji mogu prenijeti sliku bilo kojeg industrijskog objekta na proizvoljnu udaljenost, na primjer, do dispečera ili servisnog osoblja. Industrijska televizija igra važnu ulogu tamo gdje je zbog uslova rada nemoguće direktno posmatranje, na primjer, u zatrovanoj atmosferi, u područjima sa visokim nivoom radijacije (nuklearni reaktori) itd.
Robotika kao novi naučni i tehnički pravac nastala je kao rezultat ogromnog napretka u razvoju računarske tehnologije i mehanike. Roboti predstavljaju novu klasu mašina koje istovremeno obavljaju funkcije radnika i informacionih mašina.
Pojava robotike vođena je potrebama društva u razvoju. Sve veće potrebe stanovništva mogu se zadovoljiti samo na osnovu daljeg povećanja produktivnosti rada. Najvažnija rezerva za ovaj rast u uslovima nedostatka radnih resursa je sveobuhvatna mehanizacija i automatizacija proizvodnje. Veliki uspjesi u automatizaciji mašinstva u masovnoj i masovnoj proizvodnji zasnovanoj na korištenju automatskih uređaja koji se ne mogu reprogramirati omogućili su postizanje visoke produktivnosti rada uz minimalne troškove proizvodnje. Međutim, 70% proizvoda modernog mašinstva proizvodi se u malim i srednjim serijama. U ovim uslovima ne mogu se primeniti tradicionalna sredstva automatizacije, a potrebna fleksibilnost proizvodnje postiže se korišćenjem ručnog rada.
Diferencijacija proizvodnog procesa u niz ponavljajućih jednostavnih operacija dovela je do monotonih, zamornih radnji koje su izvodili ljudi na montažnoj traci. Rad bez kreativnog sadržaja, monoton, opasan po život, trebao bi biti dio robota.
Šta je robot, koji je naučni i tehnički sadržaj ovog pojma? Postoji mnogo definicija pojma "robot". Njihova analiza pokazuje da bitna svojstva robota uključuju njegov antropomorfizam (asimilaciju sa čovjekom) u interakciji sa okolinom: univerzalnost, prisustvo elemenata inteligencije, sposobnost učenja, prisustvo pamćenja, sposobnost samostalnog navigacije u okolina, itd. Na osnovu ovih svojstava formulisana je sljedeća definicija. Robot je automatska mašina dizajnirana za reprodukciju motoričkih i mentalnih funkcija osobe, kao i obdarena sposobnošću prilagođavanja i učenja u procesu interakcije s vanjskim okruženjem. Ovo je nova vrsta automatske mašine. Konvencionalni automati su dizajnirani da obavljaju istu operaciju više puta. Tipični primjeri su automatske mašine, mjenjači novčića, automati za prodaju karata, novine itd. Nasuprot tome, roboti su univerzalni višenamjenski sistemi; oni su u stanju ne samo da izvode mnogo različitih operacija, već i da se brzo preobuče iz jedne operacije u drugu.
Roboti se najviše koriste u industriji i prije svega u mašinstvu. Ovi roboti se nazivaju industrijski roboti.
Treba napomenuti sljedeće prednosti.
Poboljšanje zaštite na radu jedan je od glavnih prioriteta za robote. Poznato je da je većina industrijskih nesreća uzrokovana povredama ruku, posebno tokom utovara i istovara. Upotreba robota omogućava poboljšanje uslova rada potencijalno opasnih po zdravlje ljudi: u livnicama, u prisustvu radioaktivnih materijala, štetnih hemikalija, u preradi pamuka, azbesta itd.
Pri korištenju robota dolazi do intenziviranja procesa rada, povećanja produktivnosti rada, njegove stabilizacije tokom smjene, povećanja smjenskog omjera glavne tehnološke opreme, čime se poboljšavaju tehnički i ekonomski pokazatelji proizvodnje. Kvalitet proizvoda je poboljšan. Tako se, na primjer, kvaliteta zavarenog šava poboljšava zbog striktnog pridržavanja tehnološkog režima. Smanjeni gubici zbog odbijanja povezanih s greškama operatera. Moguća je i ušteda materijala. Na primjer, kada radnici farbaju automobil, samo 30% farbe ide direktno u automobil, a ostatak se odnosi ventilacijom radnog mjesta. Uz korištenje robota stvaraju se fundamentalno nove industrije i tehnološki procesi koji maksimalno smanjuju štetne posljedice na čovjeka.
Međutim, efikasnost upotrebe robota očituje se samo pravilnom organizacijom njegove interakcije sa servisiranom opremom i vanjskim okruženjem. Zadatak robotike nije samo stvaranje robota, već i organiziranje potpuno automatiziranih proizvodnih pogona.
Uvođenje robota u proizvodnju opterećeno je određenim poteškoćama.
Roboti su i dalje veoma skupi i nisu uvek dovoljno efikasni. Industrijski robot nije uvijek u stanju u potpunosti zamijeniti radnika koji servisira tehnološku opremu ili izvodi tehnološku operaciju, već ga samo može osloboditi monotonog fizičkog rada, mijenjajući njegovu prirodu i sadržaj, približavajući ga poslu montažera.
Glavni faktori ekonomske efikasnosti robota koji se uzimaju u obzir pri njegovom proračunu su i industrijski i društveni. Ova karakteristika razlikuje robote od ostalih varijanti nove tehnologije, u vezi s kojima je razvijena posebna međusektorska metoda za procjenu ekonomske efikasnosti njihovog stvaranja i korištenja.
Osnovni pojmovi elektronske tehnologije.
Izvor napona
Izvor električne energije, koji ima konstantan napon na svojim vanjskim terminalima, neovisno o struji koja se troši iz ovog izvora.
r- unutrašnji otpor generatora
R- otpornost na opterećenje
E- EMF generator
U = E - I r
Ovo se postiže kada je unutrašnji otpor izvora blizu 0 ili neuporedivo mali u poređenju sa otporom opterećenja (idealni uslovi r = 0). R >> r
Obično, za napajanje elektronskih uređaja, za postavljanje stalnih režima rada, oni uzimaju R = 10r.
Izvor napajanja
Izvor električne energije koji isporučuje konstantnu struju vanjskom kolu, bez obzira na otpor opterećenja. Ovo je moguće kada je vanjski otpor opterećenja zanemariv u odnosu na unutarnji otpor izvora.
Koristi se kao opterećenje kolektora: ( kU = Rk / (Re + re0); Rk = ΔU / ΔI; iu emiterskom kolu diferencijalnih stupnjeva. Koristi se i u elektrohemiji.
Usklađivanje izvora sa opterećenjem:
maksimalna snaga se dodjeljuje opterećenju ako je njegov otpor jednak otporu izvora.
R = r => Pn = Pmax
Koriste se u predajnicima za postizanje maksimalne snage i u visokofrekventnim kolima za postizanje minimalne refleksije valova od opterećenja.
Pasivni elementi
(otpornici, kondenzatori, induktori) prikazani su na dijagramima u obliku otpornog otpora R, kontejneri C, induktivnost L.
Elektronika(elektronske tehnologije) - nauka o interakciji elektrona sa elektromagnetnim poljima, zasnovana na elektronskoj teoriji¹, i o metodama stvaranja elektronskih uređaja i uređaja u kojima se ova interakcija koristi za pretvaranje elektromagnetne energije, uglavnom za prenos, obradu i skladištenje informacija. Na bazi elektronike, elektronska industrija razvija i proizvodi elektronske uređaje, računare i široku lepezu drugih proizvoda koji se koriste u svim oblastima nauke, tehnologije i savremene ljudske delatnosti.
Istorija nastanka i razvoja elektronike
Pozadina - pronalazak telefona, fonografa, bioskopa
Pokušaji stvaranja telefona datiraju iz druge polovine prošlog stoljeća. Razvojem teorije elektriciteta, posebno teorije elektromagnetizma, stvorena je naučna osnova za njen pronalazak. Davne 1837. godine Amerikanac C. Peidus je ustanovio da magnetna traka može proizvesti zvuk ako je podvrgnuta brzom preokretu magnetizacije. Godine 1849-1854. Zamjenik inspektora Pariskog telegrafa Charles Bourseul teoretski je formulisao princip telefonskog aparata. Prvi primjer telefona bio je uređaj koji je dizajnirao njemački fizičar Philip Reis 1861. (Sl. 1).
Rice. 1. Letački telefon (1861).
Reisov telefon se sastojao iz dva dijela: predajnog i prijemnog aparata, čije je djelovanje bilo međusobno povezano. U predajnom aparatu, tokom prenosa, dolazilo je do periodičnog otvaranja i zatvaranja strujnog kola, što je u prijemnom aparatu odgovaralo drhtanju metalne šipke koja je reprodukovala zvuk. Uz pomoć Reisovog aparata bilo je moguće dobro prenijeti muziku, ali je prijenos govora bio otežan.
Godine 1876. američki tehničar A. Bell (1847-1922), porijeklom iz Škotske, stvorio je prvi zadovoljavajući dizajn telefona. Iste godine je dobio patent za svoj izum (sl. 2).
Rice. 2. Telefon A. Bell (1876).
Bellove slušalice su, međutim, mogle dobro prenositi govor samo na relativno maloj udaljenosti, a osim toga, imale su niz drugih nedostataka zbog kojih je bilo nemoguće koristiti ih u praksi. Do tog vremena, ideja o stvaranju telefona se veoma raširila. U SAD je, na primjer, 70-ih godina uzeto preko 30 patenata za telefonske aparate. Isti je slučaj bio i u Evropi.
Mnogi pronalazači su radili na poboljšanju telefona. Najznačajnija poboljšanja telefona 1878. godine samostalno su napravili Englez D. Hughes (1831-1900) i Amerikanac T. Edison. Oni su izmislili najvažniji dio telefona - mikrofon. Mikrofon Hughes - Edison bio je samo odašiljač koji je opažao zvučne vibracije i pojačavao induktivnu struju u zavojnici Bellovog telefona. Sa pronalaskom mikrofona, postalo je moguće razgovarati na velike udaljenosti, a zvuk u telefonu je bio jasniji. Tada je Edison predložio korištenje indukcijske zavojnice u telefonu. Njegovim uvođenjem u telefon, njegov dizajn je u osnovi završen. Dalji rad brojnih pronalazača u raznim zemljama bio je ograničen na poboljšanje postojećih dizajna.
Telefon je, za razliku od ostalih najnovijih tehničkih izuma, vrlo brzo postao uobičajen u gotovo svim zemljama. Prva gradska telefonska centrala puštena je u rad u Sjedinjenim Državama 1878. godine u Nõo Havani. Godine 1879. telefonske mreže su već postojale u 20 gradova u Sjedinjenim Državama. Prva telefonska centrala u Parizu otvorena je 1879, u Berlinu 1881.
Pionir telefonije u Rusiji bio je inženjer P. M. Golubitsky (1845-1911), koji je napravio mnoga značajna poboljšanja u dizajnu telefona. Godine 1878. Golubicki je napravio prvu seriju višepolnih telefona. Također je dokazao da telefoni mogu raditi na udaljenosti do 350 km.
Godine 1881. u Rusiji je osnovano rusko akcionarsko društvo "za uređenje i rad telefonskih komunikacija u raznim gradovima Ruskog carstva". Prve telefonske linije u Rusiji izgrađene su 1881. istovremeno u pet gradova - Peterburgu, Moskvi, Varšavi, Rigi i Odesi. Najzanimljiviji izum ovog perioda bio je fonograf, aparat za snimanje i reprodukciju zvuka. Ovaj uređaj, koji je 1877. godine izmislio Edison, imao je mogućnost da skladišti, a zatim u svakom trenutku reprodukuje i ponavlja zvučne vibracije snimljene na njemu, koje su ranije izazivali ljudski glas, muzički instrumenti itd. (Sl. 3).
Rice. 3. Fonograf T.A. Edison, (1877.)
Uređaj i princip rada fonografa su sljedeći. Zvučne vibracije u fonografu prenosile su se vrlo tankom staklenom ili liskunnom pločom, a uz pomoć igle za pisanje (rezača sa safirnim vrhom) prenosile su se na površinu rotirajućeg valjka umotanog u limenu foliju. ili prekrivene posebnim slojem voska. Igla za pisanje bila je povezana sa membranom koja je primala ili emitovala zvučne vibracije. Osa valjka fonografa imala je navoj, pa se, pri svakom okretanju, valjak pomjerao duž ose rotacije za isti iznos. Kao rezultat toga, igla za pisanje je istisnula spiralni žljeb na sloju voska. Prilikom kretanja duž ovog žlijeba, igla i membrana povezana s njom stvarali su mehaničke vibracije, reproducirajući snimljene zvukove. Na osnovu fonografa tada su nastali gramofon i drugi uređaji koji se koriste za mehaničko snimanje zvuka.
90-ih godina XIX vijeka. pojavljuje se kinematografija, koja spaja niz izuma i otkrića koja su omogućila izvođenje osnovnih procesa neophodnih za reprodukciju fotografiranog pokreta. Najbliži prethodnici kinematografije, koji su omogućili izvođenje procesa kinematografije, bili su "aparat za analizu stroboskopskih pojava" ruskog pronalazača Timčenka (1893), koji je kombinirao projekciju na platno s povremenom mijenjanjem slika, hronofotograf. francuskog fiziologa J. Demenyja, koji je spojio kronofotografiju na filmu i projekciju na platno (1894.), kao i "freak show" koji je stvorio američki izumitelj W. Latham 1895. godine, koji je kombinirao kronofotografiju s projekcijom na platno, i drugi izumi.
Aparat, koji je kombinovao sve osnovne elemente kinematografije, prvi je izumeo u Francuskoj Louis J. Lumière (1864-1948). Godine 1895., zajedno sa svojim bratom Augustom, razvio je dizajn filmske kamere. Lumiere je svoj izum nazvao kinematografijom. Eksperimentalna demonstracija filma snimljenog na film ovim aparatom održana je u martu 1895. godine, a u decembru iste godine počelo je sa radom prvo kino u Parizu. Devedesetih godina, bioskop se pojavio u drugim zemljama, a gotovo svaka evropska država imala je svog izumitelja ovog aparata. U Njemačkoj su pioniri kinematografije bili M. Skladanovsky (1895) i O. Mester (1896); u Engleskoj - R. Pole (1896); u Rusiji - A. Samarsky (1896) i I. Akimov (1896); u SAD - F. Jenkinson (1897) i T. Armat (1897).
Jedno od najvećih otkrića u oblasti tehnologije bio je pronalazak radija. Čast njegovog pronalaska pripada velikom ruskom naučniku A. S. Popovu (1859-1906). Davne 1886. godine njemački naučnik G. Hertz (1857-1894) prvi je eksperimentalno dokazao činjenicu zračenja elektromagnetnih talasa. Otkrio je da se elektromagnetski talasi pokoravaju istim osnovnim zakonima kao i svetlosni talasi. Krajem 90-ih N. Tesla je u Evropi i Americi čitao niz izvještaja, praćenih demonstracijom eksperimenata. Uzbudivao je duge talase visokofrekventnim generatorima, palio lampe i slao signale na daljinu. Tesla je pouzdano predvidio mogućnost korištenja ovih valova za telefoniju, pa čak i za prijenos električne energije. Popov je još 1889. godine, radeći na polju proučavanja elektromagnetskih oscilacija, prvi izrazio ideju o mogućnosti korištenja elektromagnetnih valova za prijenos signala na daljinu.
AS Popov je 7. maja 1895. godine na sastanku Ruskog društva za fiziku i matematiku u Sankt Peterburgu po prvi put demonstrirao radio prijemnik. U svom radu na povećanju osetljivosti instrumenata za detekciju elektromagnetnih oscilacija, Popov je sledio svoj originalni put. Prvi je koristio antenu i, uvidjevši nesavršenost vibratora kao izvora elektromagnetnih valova, prilagodio je prijemnik da registruje munjevita pražnjenja atmosferskog elektriciteta. Radio prijemnik, koji je izumeo Popov, on je nazvao detektorom groma (slika 4).
Rice. 4. Radio prijemnik A.S. Popov (1895).
Uređaj za detektor groma je sveden na sljedeće: cijev sa metalnim strugotinama i relejem uključena je u krug baterije. U normalnim uslovima struja u zavojnici releja je bila slaba, a armatura releja nije bila privučena. Ali tokom grmljavine, pražnjenja munje izazvala su pojavu elektromagnetnih talasa. To je dovelo do činjenice da je otpor piljevine u cijevi pao i relej je radio, povezujući električno zvono, koje je davalo signal o dolasku elektromagnetnih valova. Popovov detektor munje omogućio je prijem radio talasa na udaljenosti od nekoliko kilometara. Izveštaj A.S. Popova u maju 1895. godine objavljen je u celosti u januarskom broju „Časopisa ruskog fizikohemijskog društva” pod naslovom „Instrument za detekciju i snimanje električnih oscilacija”. Zatim je ovaj izvještaj objavljen 1896. godine u časopisu "Električnost" i u časopisu "Meteorološki bilten". Kao rezultat brojnih eksperimenata, Popov je 24. marta 1896. godine izveo prvi radiotelegrafski prijenos u svijetu. Njegov izvještaj Fizičko-hemijskom društvu pratio je i rad detektora groma, koji je primao telegrafske signale na udaljenosti od 250 m. U prijenosu su korištene predajne i prijemne antene. Popov je 1897. uspostavio komunikaciju između brodova "Afrika" i "Evropa" na udaljenosti od 5 km. A u jesen 1899. godine, spašavajući bojni brod general-admiral Apraksin, koji je pregazio kamenje, A.S. Popov uspostavio je stalnu radiotelegrafsku komunikaciju na udaljenosti većoj od 46 km. AS Popov nije objavio detaljan izvještaj o svojim eksperimentima. Rusko vojno odeljenje ponudilo je da klasifikuje ova dela. Godinu dana nakon Popovovog prvog izvještaja i dva mjeseca nakon njegovog drugog izvještaja, 1897. godine, Italijan G. Markoni je u Engleskoj patentirao uređaj za bežičnu telegrafiju. Iz opisa je jasno da je Markoni radio veoma blisko reprodukovao detektor munje A.S. Popov. Godine 1897. u Engleskoj je formirano posebno dioničko društvo kako bi se iskoristio Markonijev izum. Sudbina Popova i Markonija bila je drugačija. Dok je Markoni, nakon što je dobio finansijsku podršku, bio u mogućnosti da u velikom obimu pokrene radove na poboljšanju radio opreme, A.S. Popov je morao da radi u veoma teškim uslovima. Za poboljšanje njegovog genijalnog izuma izdvojeno je malo sredstava, a rezultati njegovog rada jedva da su bili objavljeni u štampi. Radiotehnika, čije su temelje postavili radovi A.S. Popova, počela se posebno brzo razvijati nakon Prvog svjetskog rata, tokom kojeg je radio komunikacija postala najvažniji oblik komunikacije u vojsci i mornarici. Radio se tada naširoko koristio u civilne svrhe. Ove grane tehnike u posmatranom periodu nisu bile od velikog značaja, ali su, uprkos svojoj neznatnoj ulozi, bile vrhunac tehničkog napretka kasnog 19. - početka 20. veka. i postali polazne tačke tehnološkog napretka u modernoj eri.
Elektronika nastala početkom 20. veka. nakon stvaranja osnova elektrodinamike (1856-73), proučavanja svojstava termoionske emisije (1882-1901), fotoelektronske emisije (1887-1905), rendgenskih zraka (1895-97), otkrića elektrona (JJ Thomson, 1897), stvaranje elektronske teorije (1892-1909). Razvoj elektronike započeo je pronalaskom diode za lampu (J. A. Fleming, 1904), lampe sa tri elektrode, triode (L. de Forest, 1906); upotreba triode za stvaranje električnih oscilacija (njemački inženjer A. Meissner, 1913); razvoj moćnih vodeno hlađenih generatorskih lampi (MA Bonch-Bruevich, 1919–25) za radio predajnike koji se koriste u daljinskim radio komunikacijskim i radiodifuznim sistemima.
Vakumske fotoćelije (eksperimentalni model izradio je A.G. Stoletov, 1888; industrijski dizajn - njemački naučnici J. Elster i G. Heitel, 1910); fotomultiplikatorske cijevi - jednostepene (PV Timofejev, 1928) i višestepene (LA Kubetsky, 1930) - omogućile su stvaranje zvučnih filmova, poslužile su kao osnova za razvoj predajnih televizijskih cijevi: vidikon (predložena je ideja 1925. od AA Černjiševa), ikonoskop (S.I.Kataev i nezavisno V.K.Zvorykin, 1931-32), superikonoskop (P.V. Timofeev, P.V. Šmakov, 1933), superortikon (dvostrana meta za takvu GV cijev Braude 1939; prvi superortikon opisali su američki naučnici A. Rose, P. Weimer i H. Lowe 1946) i drugi.
Stvaranje multi-rezonatorskog magnetrona (N.F. Aleksejev i D.E. Malyarov, pod rukovodstvom M.A. Kovalenko, 1940) poslužilo je kao osnova za razvoj radara u centimetarskom opsegu talasnih dužina; tranzitni klistroni (ideju je 1932. predložio DA Rozhansky, razvili su je 1935. sovjetski fizičar AN Arsenyeva i njemački fizičar O. Heil, implementirali 1938. američki fizičari R. i Z. Varian i drugi) i putujući val lampe (američki naučnik R. Kompfner, 1943) osigurale su dalji razvoj radio-relejnih komunikacionih sistema, akceleratora čestica i doprinele stvaranju svemirskih komunikacionih sistema. Istovremeno sa razvojem vakuumskih elektronskih uređaja, stvoreni su i poboljšani uređaji za pražnjenje u gasu (jonski uređaji), na primer, živini ventili, koji se uglavnom koriste za pretvaranje naizmenične struje u jednosmernu u moćnim industrijskim instalacijama; tiratroni za formiranje snažnih impulsa električne struje u uređajima pulsne tehnologije; izvori svjetlosti sa pražnjenjem u plinu.
Upotreba kristalnih poluprovodnika kao detektora za radio prijemnike (1900-05), stvaranje bakroks i selenskih ispravljača i fotoćelija (1920-1926), pronalazak kristadina (OV Losev, 1922), pronalazak tranzistora (W. Shockley, W. Brattain, J. Bardeen, 1948) definirali su formiranje i razvoj poluvodičke elektronike. Razvoj planarne tehnologije poluvodičkih struktura (kraj 50-ih - početak 60-ih) i metoda za integraciju mnogih elementarnih uređaja (tranzistori, diode, kondenzatori, otpornici) na jednoj monokristalnoj poluvodičkoj pločici doveo je do stvaranja novog pravca u elektronici - mikroelektronika(integralna elektronika). Glavni razvoj u oblasti integrisane elektronike usmeren je na stvaranje integrisanih kola - mikrominijaturnih elektronskih uređaja (pojačala, pretvarači, računarski procesori, elektronski uređaji za skladištenje itd.), koji se sastoje od stotina i hiljada elektronskih uređaja smeštenih na jednom poluprovodničkom kristalu sa površina od nekoliko mm 2. Mikroelektronika je otvorila nove mogućnosti za rješavanje problema kao što su automatizacija upravljanja tehnološkim procesima, obrada informacija, unapređenje računarske tehnologije itd., koje postavlja razvoj moderne društvene proizvodnje. Stvaranje kvantnih generatora (N.G.Basov, A.M. Prokhorov i nezavisno od njih C. ultra preciznih kvantnih standarda frekvencije.
Sovjetski naučnici dali su veliki doprinos razvoju elektronike. Fundamentalna istraživanja u oblasti fizike i tehnologije elektronskih uređaja izvršili su M. A. Bonch-Bruevich, L. I. Mandel'shtam, N. D. Papaleksi, S. A. Vekshinsky, A. A. Chernyshev, M. M. Bogoslovsky i mnogi drugi .; o problemima pobude i konverzije električnih oscilacija, zračenja, širenja i prijema radio talasa, njihove interakcije sa nosiocima struje u vakuumu, gasovima i čvrstim materijama - B.A. Vvedensky, V.D. Kalmykov, A.L. Mints, A.A. Raspletin, M.V. Shuleikin i drugi; u oblasti fizike poluprovodnika -; luminiscencija i druge grane fizičke optike - SI Vavilov; kvantna teorija zračenja raspršivanja svjetlosti, fotoelektrični efekat u metalima - I. E. Tamm i mnogi drugi.
Elektronska nauka i tehnologija
Elektronika se oslanja na mnoge grane fizike - elektrodinamiku, klasičnu i kvantnu mehaniku, fiziku čvrstog stanja, optiku, termodinamiku, kao i hemiju, kristalografiju i druge nauke. Koristeći rezultate ovih i niza drugih oblasti znanja, elektronika, s jedne strane, postavlja nove zadatke drugim naukama, što podstiče njihov dalji razvoj, s druge strane stvara nove elektronske uređaje i uređaje i time oprema nauku. kvalitativno novim sredstvima i metodama istraživanja.
Elektronika je nauka o metodama za stvaranje elektronskih uređaja i uređaja u kojima se ova interakcija koristi za pretvaranje elektromagnetne energije. Najkarakterističnije vrste transformacija elektromagnetne energije su stvaranje, pojačanje i prijem elektromagnetnih talasa frekvencije do 10 12 Hz, kao i infracrvenih, vidljivih, ultraljubičastih i rendgenskih zraka (10 12 - 10 20 Hz). Konverzija na tako visoke frekvencije je moguća zbog izuzetno niske inercije elektrona - najmanje od trenutno poznatih nabijenih čestica. U elektronici se proučavaju interakcije elektrona sa oba makropolja u radnom prostoru elektronskog uređaja i sa mikropoljima unutar atoma, molekula ili kristalne rešetke.
Primijenjeni zadaci elektronike: razvoj elektronskih uređaja i uređaja koji obavljaju različite funkcije u sistemima za pretvaranje i prenos informacija, u sistemima upravljanja, u računarskoj tehnici, kao i u energetskim uređajima; razvoj naučnih osnova tehnologije za proizvodnju elektronskih uređaja i tehnologije korišćenjem elektronskih i jonskih procesa i uređaja za različite oblasti nauke i tehnologije.
Elektronika je igrala vodeću ulogu u naučnoj i tehnološkoj revoluciji. Uvođenje elektronskih uređaja u različite sfere ljudske djelatnosti u velikoj je mjeri (često odlučujuće) doprinijelo uspješnom razvoju najsloženijih naučnih i tehničkih problema, povećanju produktivnosti fizičkog i mentalnog rada, te poboljšanju ekonomskog razvoja. pokazatelji proizvodnje. Na osnovu dostignuća elektronike razvija, proizvodi elektronsku opremu za različite vrste komunikacija, automatizaciju, televiziju, radar, računarsku tehniku, sisteme upravljanja procesima, izradu instrumenata, kao i opremu za osvetljenje, infracrvenu tehnologiju, rendgensko zračenje. tehnologije i mnoge druge.
Elektronika obuhvata 3 oblasti istraživanja:
Svaka oblast je podijeljena na određeni broj sekcija i određeni broj područja. Sekcija objedinjuje komplekse homogenih fizičko-hemijskih pojava i procesa, koji su od fundamentalnog značaja za razvoj mnogih klasa elektronskih uređaja u ovoj oblasti. Smjer obuhvata metode projektovanja i proračuna elektronskih uređaja, povezane u principima rada ili funkcijama koje obavljaju, kao i metode proizvodnje ovih uređaja. Elektronika je u fazi intenzivnog razvoja, karakteriše je nastanak novih oblasti i stvaranje novih pravaca u postojećim oblastima.
Tehnologija elektronskih uređaja ... Dizajn i proizvodnja elektronskih uređaja zasniva se na upotrebi kombinacije različitih svojstava materijala i fizičko-hemijskih procesa. Stoga je potrebno duboko razumjeti procese koji se koriste i njihov utjecaj na svojstva uređaja, kako bi se mogli precizno kontrolirati ti procesi. Izuzetan značaj fizičko-hemijskih istraživanja i razvoja naučnih osnova tehnologije u elektronici je rezultat, pre svega, zavisnosti svojstava elektronskih uređaja od prisustva nečistoća u materijalima i supstancama sorbovanim na površinama radnih elemenata. uređaja, kao i o sastavu gasa i stepenu vakuuma okoline koja okružuje ove uređaje.elementi; drugo, - zavisnost pouzdanosti i trajnosti elektronskih uređaja o stepenu stabilnosti upotrebljenih sirovina i kontrolisanosti tehnologije. Napredak tehnologije često daje poticaj razvoju novih pravaca u elektronici. Tehnološke karakteristike zajedničke za sve oblasti elektronike su izuzetno visoki (u poređenju sa drugim granama tehnologije) zahtevi za svojstva sirovina koje se koriste u elektronskoj industriji; stepen zaštite proizvoda od kontaminacije tokom procesa proizvodnje; geometrijska tačnost izrade elektronskih uređaja. Ispunjenje prvog od ovih zahtjeva povezano je sa stvaranjem mnogih materijala ultra-visoke čistoće i strukturnog savršenstva, sa unaprijed određenim fizičko-hemijskim svojstvima - specijalne legure monokristala, keramike, stakla, itd. Stvaranje takvih materijala i proučavanje njihovih svojstava predmet su posebne naučne i tehničke discipline - nauke o elektronskim materijalima. Jedan od najhitnijih tehnoloških problema vezan za ispunjenje drugog zahtjeva je borba za smanjenje zaprašenosti plinske sredine u kojoj se odvijaju najvažniji tehnološki procesi. U nekim slučajevima, dozvoljeni sadržaj prašine nije veći od tri zrna prašine manje od 1 mikrona u 1 m 3. O ozbiljnosti zahtjeva za geometrijsku tačnost proizvodnje elektronskih uređaja svjedoče, na primjer, sljedeće brojke: u nekim slučajevima relativna dimenziona greška ne bi trebala prelaziti 0,001%; apsolutna tačnost dimenzija i međusobnog rasporeda elemenata integrisanih kola dostiže stotinke mikrona. To zahtijeva stvaranje novih, naprednijih metoda obrade materijala, novih sredstava i metoda kontrole. Karakteristična karakteristika tehnologije u elektronici je potreba za širokom primjenom najnovijih metoda i sredstava: elektronski snop, ultrazvučna i laserska obrada i zavarivanje, fotolitografija, elektronska i rendgenska litografija, elektroiskrska obrada, ionska implantacija, plazma kemija, molekularna epitaksija. , elektronska mikroskopija, vakuumske instalacije koje obezbeđuju pritisak zaostalih gasova do 10-13 mm Hg. Art. Složenost mnogih tehnoloških procesa zahteva eliminisanje subjektivnog uticaja čoveka na proces, zbog čega je problem automatizacije proizvodnje elektronskih uređaja pomoću računara hitan. Ove i druge specifičnosti tehnologije u elektronici dovele su do potrebe za stvaranjem novog pravca u mašinstvu – elektronskog inženjerstva.
Izgledi za razvoj elektronike... Jedan od glavnih problema s kojima se elektronika suočava bio je povezan sa zahtjevom za povećanjem količine informacija koje obrađuju računarski i kontrolni elektronski sistemi uz smanjenje njihove veličine i potrošnje energije. Ovaj problem je rešen stvaranjem poluprovodničkih integrisanih kola koja obezbeđuju vreme prebacivanja do 10 -11 sekundi; povećanje stepena integracije na jednom kristalu od više od milion tranzistora manjih od 1 mikrona; korištenje u integriranim krugovima optičkih komunikacionih uređaja i optoelektronskih pretvarača, supravodiča; razvoj uređaja za skladištenje kapaciteta nekoliko gigabita na jednom čipu; korištenje prebacivanja laserskog i elektronskog snopa; proširenje funkcionalnosti integriranih kola; prelazak sa dvodimenzionalne (planarne) tehnologije integrisanih kola na trodimenzionalnu (volumetrijsku) i korišćenje kombinacije različitih svojstava čvrste supstance u jednom uređaju; razvoj i implementacija principa i sredstava stereoskopske televizije, koja je informativnija od konvencionalne televizije; izrada elektronskih uređaja koji rade u opsegu milimetarskih i submilimetarskih talasa za širokopojasne (efikasnije) sisteme za prenos informacija, kao i uređaja za optičke komunikacione linije; razvoj mikrovalnih uređaja velike snage i visoke efikasnosti i lasera za energetsko djelovanje na materiju i usmjereni prijenos energije (na primjer, iz svemira). Jedan od trendova u razvoju elektronike je prodor njenih metoda i sredstava u biologiju (za proučavanje ćelija i strukture živog organizma i uticaj na njega) i medicinu (za dijagnostiku, terapiju, hirurgiju). Razvojem elektronike i unapređenjem tehnologije za proizvodnju elektronskih uređaja, šire se oblasti korišćenja dostignuća elektronike u svim sferama života i ljudske delatnosti, povećava se uloga elektronike u ubrzavanju naučno-tehnološkog napretka.
Preporučeno čitanje
Alferov A.V., Reznik I.S., Šorin V.G., Orgatehnika, M., 1973.
Vlasov V.F., Elektronski i jonski uređaji, 3. izd., M., 1960;
Kušmanov I.V., Vasiljev N.N., Leontjev A.G., Elektronski uređaji, M., 1973.
Kada govorimo o elektronskoj tehnologiji, mašta dolazi na ideju o lepim, praktičnim instalacijama i uređajima kojima se bavimo u svakodnevnom životu. Zaista, teško je zamisliti vrijeme kada nije bilo razne audio i video opreme, kompjutera, elektronskih satova, električnih muzičkih instrumenata itd. Ogromna količina elektronske opreme se koristi u raznim industrijama, radiotehnici, poljoprivredi, avijaciji, astronautici , medicini, navigaciji i vojnom razvoju.
Trenutno se pod elektronskom tehnologijom podrazumijevaju i uređaji i uređaji zasnovani na tokovima elektrona i njihovoj interakciji sa materijom i elektromagnetnim poljima.
Elektronski uređaji su zasnovani na elektronskim uređajima.
Elektronski uređaji su elementarni elektronički uređaji koji obavljaju određene funkcije. Razlikovati vakuumske i čvrste elektronske uređaje.
Vakumski elektronski uređaji uključuju vakuumske cijevi, katodne cijevi i druge uređaje za vakuum i plinsko pražnjenje (magnetrone, fotomultiplikatore, elektronsko-optičke pretvarače, itd.).
Poluvodički uređaji i uređaji uključuju poluvodičke diode, tranzistore, tiristore, LED diode, fotodiode, poluvodičke lasere, integrirana kola, uređaje za generiranje električnih strujnih i naponskih impulsa 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. Njih proučava i opisuje radio elektronika.
Karakteristična je oblast elektronike koja uključuje impulsne uređaje i elektronske uređaje povezane sa digitalnom i računarskom tehnologijom.
Specifični su i dijelovi elektronike koji su posvećeni metodama proučavanja fizičkih pojava, mjerenju fizičkih veličina, karakteristika i parametara elektronskih uređaja, kao i srodnih električnih kola i elektromagnetnih polja. Uređaji koji mjere parametre i proučavaju procese koji se odvijaju u električnim krugovima i uređajima nazivaju se elektronskim mjernim uređajima.
Sve ovo daje razlog za zaključak. šta: „Elektronsko inženjerstvo (elektronika) je oblast nauke i tehnologije povezana sa proučavanjem i primenom fizičkih svojstava, istraživačkih metoda i praksom korišćenja uređaja zasnovanih na interakciji elektrona sa električnim i magnetnim poljima u vakuumu ili čvrstom stanju. "
Elementi elektronske opreme su industrijski elektronski uređaji i uređaji koji obavljaju određene funkcije. Elementi elektronske tehnologije su takoreći građevni blokovi od kojih se grade složeniji elektronski uređaji. Osnovni, odnosno osnovni elementi elektronske opreme su otpornici, kondenzatori, diode, tranzistori, mikro kola itd.
Aktivni elementi elektronske opreme (LED, laseri, optospojnici, upravljački mikro krugovi) nazivaju se i elektronskim elementima, naglašavajući njihovu sposobnost obavljanja određenih funkcija.
Elementarna baza elektronske opreme 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 promjenjivi naponi i struje). Analogni elektronski uređaji uključuju pojačala, miksere, frekventne pretvarače, filtere, napon, struju, stabilizatore frekvencije i harmonijske oscilatore.
Impulsna elektronika je elektronska tehnika koja radi sa impulsnim signalima (pojedinačni impulsi napona i struje ili nizovi impulsa). Primjeri sklopnih uređaja su impulsni pojačivači i generatori, pretvarači napona u frekvenciju i slično.
Digitalna elektronika je elektronska tehnika koja radi sa pojedinačnim (diskretnim) vrijednostima napona (struja, frekvencija), predstavljenim u obliku brojeva. Digitalni elektronski uređaji obuhvataju 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, jer se u njoj signali prenose nizovima impulsa.
Cijela linija elektroničke opreme ovisi o korištenoj 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 počinje od trenutka otkrića električne energije i njenog daljeg proučavanja.
Svrha ovog rada je da se detaljnije trasira ovaj put, da se upoznaju sa osnovama rada elektronskih uređaja i uređaja, njihovom pojavom u procesu istraživanja različitih svojstava elektriciteta i pojava od strane naučnika i fizičara različitih epoha.
