Kada govorimo o elektronici, mislimo na kompjutere, televizore, mikrotalasne pećnice, mobilne telefone i druge uređaje. U međuvremenu, ovi uređaji nisu samo u oblasti tehnologije. To je također nauka koja proučava procese koji se dešavaju sa nabijenim česticama. Malo je vjerovatno da ćemo dobiti odgovor na pitanje kada se pojavila elektronika. Ali sasvim je moguće pratiti istoriju njegovog razvoja.
Moderna elektronika
U modernoj elektronici mogu se razlikovati sljedeća glavna područja.
Potrošačka elektronika... Uključuje sve kućne aparate - televizore, električne štednjake, pegle, mobilne telefone itd. Ovi uređaji koriste električni napon, električnu struju, elektromagnetno polje ili elektromagnetne talase.
Energija... To su proizvodnja, prijenos i potrošnja električne energije. To uključuje i električne uređaje velike snage - elektrane, elektromotore, dalekovode.
Mikroelektronika... Zauzvrat, podijeljen je na optoelektronika, audio-video oprema i digitalna elektronika.
Optoelektronski uređaji se koriste za pretvaranje svjetlosnog zračenja u električnu struju. To uključuje fotodiode, fototranzistore, fotootpornike, itd. Druga vrsta uređaja: LED diode, laseri, žarulje sa žarnom niti, naprotiv, pretvaraju električnu struju u svjetlosno zračenje.
Audio-video oprema je uređaj koji transformiše zvuk i sliku.
Digitalna mikroelektronika uključuje računare, digitalne televizore, mobilne telefone, kontrolne ploče uređaja itd.
Glavni aktivni element u elektronici je mikrokolo.
Iz istorije
Kako je nastala elektronika?
Modernom čovjeku je teško zamisliti kako je moguće prenositi informacije na velike udaljenosti bez telefona, radija ili kompjutera spojenog na Internet. U međuvremenu, čovečanstvo je oduvek imalo potrebu da deli informacije. I to je učinjeno na razne načine. Drevni ljudi su jedni druge upozoravali na opasnost, davali znake vikom, palili vatru, puštali bubnjeve. Kasnije se pojavila golublja pošta, vijesti su donosili specijalni glasnici. U Kini su se informacije prenosile pomoću zmajeva, različito obojenih ovisno o vrsti informacija koje su nosili. Možda je najčešći bio metod prijenosa svjetlosti. Celom dužinom komunikacione linije postavljeni su tornjevi, na kojima se palila vatra čim bi se ugledala na prethodnoj kuli. I tako se signal prenosio duž lanca. Kasnije, kada je izumljeno ogledalo, poruke su počele da se šalju od kule do tornja koristeći reflektovane svetlosne signale. Na moru se za prijenos informacija koristio Morzeov kod u kojem su znakovi kodirani korištenjem različitih pozicija signalnih zastavica.
Jednom riječju, čovječanstvo je smislilo mnogo različitih metoda, ali sve su djelovale samo na maloj udaljenosti i jedva su mogle normalno raditi kada se vidljivost pogoršala.
Prvi elektromagnetski telegraf
Schillingov elektromagnetski telegraf
Sve se promijenilo kada je izumljen električni telegraf. Tačnije, bio je to elektromagnetski telegraf koji je koristio elektromagnetizam za prijenos signala.
Mnogi fizičari su pokušali da naprave takav uređaj, ali prvi koji ga je smislio bio je ruski diplomata, izumitelj električne energije, baltički Nijemac porijeklom, Pavel Lvovich Schilling. Nakon što je Orsted otkrio djelovanje električne struje na magnetsku iglu, shvatio je da se na osnovu ovog fenomena može stvoriti telegraf. Njegov odašiljački uređaj sastojao se od 16 ključeva, uz pomoć kojih su se zatvarala strujna kola u smjeru naprijed i nazad. Na prijemnom uređaju postavljeno je 6 multiplikatora sa magnetnim strelicama. Ove strijele su bile obješene na konce. Na jednoj strani su im bili pričvršćeni krugovi od bijelog papira, a na drugoj crni. Zatvarajući krugove ključevima, slali su struju u jednom ili drugom smjeru. U prijemnom uređaju, pod uticajem električne struje, jedna od magnetnih strelica se skretala prema belom ili crnom krugu, u zavisnosti od smera struje. Slova abecede su kodirana na ovaj način. Uređaji su bili povezani podzemnim kablom.
Pavel Lvovich Schilling
Šiling je prvi put demonstrirao svoj izum 21. oktobra 1832. u svom stanu. Kasnije je ovaj telegraf postavio u Sankt Peterburgu između Zimskog dvorca i zgrade Ministarstva željeznica.
Njemački naučnik Karl Friedrich Gauss i njemački naučnik Max Weber kreirali su vlastite modifikacije elektromagnetnog telegrafa. Ali nisu korišteni na velikim udaljenostima.
Prvu telegrafsku liniju, koja je radila na udaljenosti od 5 km, stvorio je 1838. njemački fizičar Karl August Steinheil.
1895. godine ruski fizičar Aleksandar Stepanovič Popov izumeo je radio. Bila je to bežična telekomunikacija, nosilac signala u kojoj su se elektromagnetski talasi širili u prostoru slobodno, bez provodnika. Ovaj događaj se može smatrati početkom rađanja elektronike.
Aleksandar Stepanovič Popov
Trenutni radio model je uključivao radio predajnik koji je emitovao signal i prijemnik koji ga je primao. Radio komunikacija je odmah postala široko korištena u vojnim poslovima. Za to su potrebni novi elementi. Elektronika je preuzela njihovo stvaranje.
Kada su kompjuteri bili veliki
Naravno, 1905. mikrokola još nisu postojala. Ali ove godine je izumljena radio cijev. U svom najjednostavnijem obliku, to je bila zatvorena staklena posuda s vakuumom unutra. Vani su izvučene 2 elektrode - katoda i anoda. Treći navoj je služio kao grijaća funkcija. Kroz njega je propuštena električna struja. Konac je zagrejan na veoma visoku temperaturu od nekoliko stotina, a ponekad i hiljada stepeni. Između elektroda stvorena je velika potencijalna razlika od 100-300 volti. Katoda, na koju je primijenjen negativan napon, se zagrijala i počela emitovati elektrone. Tok elektrona je jurio prema anodi spojenoj na izvor pozitivnog napona. U lampi je stvorena električna struja.
Elektronske cijevi
Od tog trenutka, elektronika je počela da se razvija skokovima i granicama. Radio cijevi su poboljšane. Početkom 40-ih godina dvadesetog veka, nekoliko miliona ih je već proizvedeno u različitim veličinama i dizajnom. Struju u nekima od njih nisu stvorili elektroni, već ioni - čestice s pozitivnim nabojem. Na njihovoj osnovi su stvoreni potpuno novi radio prijemnici i predajnici. Postojali su gramofoni, kasetofoni, prvi TV modeli.
Elementnu bazu prvih kompjutera, koji su se pojavili nakon Drugog svjetskog rata u SAD-u 1948. godine, a zvali su kompjuteri (elektronski kompjuteri), činile su radio cijevi. Pošto su u jednom kompjuteru postojale desetine hiljada radio cevi, kompjuteri su bili ogromni. Za njihov smještaj bile su potrebne i velike sale.
Računar Ural-1
Naravno, ovako nije moglo još dugo. Možemo reći da je dalji razvoj elektronike povezan sa razvojem računarske tehnologije. S vremenom su radio cijevi, koje su također trošile mnogo energije, zamijenjene poluvodičkim diodama i tranzistorima.
Poluprovodnička dioda
Poluprovodničke diode
Kako radi najjednostavniji poluvodički uređaj, dioda?
Sastoji se od dva poluprovodnička sloja koji se nalaze jedan uz drugi. U jednom sloju (n - provodljivost) postoji višak slobodnih elektrona, au drugom (p - provodljivost) ih nedostaje, pa se na mjestu gdje nema dovoljno elektrona formira "rupa" sa pozitivnim nabojem.
Ako na katodu diode primijenite negativan naboj (sloj u kojem postoji višak elektrona), a pozitivan na anodu, tada će se naboji početi kretati, a električna struja će teći kroz prijelaz između slojeva. Ovo uključivanje se naziva "direktno". Dioda je otvorena u ovom stanju.
Dioda otvorena
Ako se negativni naboj nanese na anodu, a pozitivan na katodu, tada se elektroni počinju kretati u "plus", a "rupe" u minus. Neće biti struje kroz prolaz. Dioda je zatvorena.
Dioda zatvorena
Pojavom poluvodičkih uređaja, veličina radija, televizora i drugih uređaja značajno je smanjena, a kvalitet njihovog rada je prešao na novi nivo. Računari više nisu zauzimali ogromne površine, ali je njihova veličina i dalje ostala velika, a potrošnja energije i dalje prilično velika.
Integrisana kola
Integrisana kola
Ali elektronika nije mirovala. Postepeno su pojedinačne diode i tranzistori ustupili mjesto integriranim kolima (IC).
Električni signal se obrađuje u bilo kojem elektroničkom uređaju. To radi pomoću električnog kola koje uključuje više od tranzistora i dioda. Takođe ima i druge glavne komponente: kondenzatore, otpornike, induktore. U zoru razvoja elektronike, spojeni su u jedno elektronsko kolo pomoću vodiča. I cijelo ovo kolo se nalazilo na jednoj ploči. Svaki takav pojedinačni element mogao bi se zamijeniti bez dodirivanja drugih elemenata električnog kola. To je, na primjer, uradio majstor kada se televizor pokvario.
A u IC-u je cijelo elektronsko kolo koje obavlja određene logičke funkcije sastavljeno u jedan mali paket.
Naravno, ovo je bio veliki korak naprijed. To je dovelo do dramatičnog povećanja brzine elektronskih uređaja. I iako su njihove dimenzije značajno smanjene, na primjer, RAM od samo 8 MB ruskog računara EC-1046 80-ih godina dvadesetog stoljeća i dalje je bio veličine cijelog ormarića.
Štampane ploče
Štampana ploča
Stvaranje integriranih kola postalo je poticaj za brzi razvoj glavne grane moderne elektronike - mikroelektronike.
Svaki savremeni elektronski uređaj, bilo da se radi o računaru, mobilnom telefonu, televizoru ili mašini za pranje veša, ima štampanu ploču. U njemu se sve električne veze više ne izvode žicama. Zamijenile su ih provodne staze obložene bakrenom folijom. I nalaze se na ovoj štampanoj ploči. Ovo je posebna dielektrična ploča (tekstolit, getinax, itd.). Pored provodnih staza, na njemu su napravljene posebne kontaktne pločice, montažne rupe za ugradnju radioelemenata, zaštitne površine, lamele konektora itd. Štampane ploče mogu biti jednoslojne, a mogu se sastojati i od više slojeva.
Inače, ne treba misliti da su se štampane ploče pojavile u dvadesetom veku istovremeno sa pojavom mikro kola. Godinom svog rođenja fizičari smatraju 1902. kada je njemački inženjer Albert Hanson, koji se bavio razvojem u oblasti telefonije, prijavio patent. Ploča koju je stvorio smatra se prototipom modernih štampanih ploča. Osnova Hansen ploče bio je papir impregniran parafinom, na koji su bile zalijepljene trake bronzane ili bakrene folije koje su služile kao provodnici.
Ali masovno štampane ploče počele su da se koriste u električnim uređajima sredinom prošlog veka. U posebne rupe u njima, prvo su bile pričvršćene radio cijevi, zatim tranzistori, a zatim mikrokrugovi.
Elektronika se nije zaustavila na IC. Proces smanjenja veličine aktivnih elemenata u njemu odvija se kontinuirano. A sada je veličina tranzistora sastavljena na poluvodičkom čipu samo nekoliko nanometara. Nije li to ogroman napredak u odnosu na elektronsku radio cijev, čija je veličina dostigla nekoliko centimetara?
Upravo je taj napredak omogućio da televizori, kompjuteri, mobilni telefoni i drugi uređaji postanu onakvi kakvi ih vidimo u ovom trenutku.
Tezaurus o disciplini "Elektronsko inženjerstvo"
Elektronika Predstavlja oblast nauke i tehnologije koja pokriva probleme istraživanja, projektovanja, proizvodnje i upotrebe elektronskih uređaja i uređaja.
Elektronskih uređaja nazivaju se uređaji u kojima se električna provodljivost provodi pomoću nabijenih čestica (ē ili jona) u poluvodičkom kristalu, u vakuumu ili u plinovitom mediju.
Određene vrijednosti energije koju posjeduju elektroni nazivaju se nivoi energije .
Proces prekida kovalentnih veza i formiranja uparenih nosilaca naboja (elektron - rupa) kada je poluprovodnik izložen izvorima energije naziva se generiranje .
Ionizacija Je li proces odvajanja elektrona od atoma ili vezivanja elektrona za atom.
Proces punjenja prekinutih kovalentnih veza elektronima naziva se rekombinacija .
Ako se na kristal primijeni vanjsko električno polje, kretanje elektrona i rupa će biti usmjereno, tj. intrinzična provodljivost .
Poluprovodnici, čija je električna provodljivost posljedica kretanja pozitivnih naboja, nazivaju se rupa (poluprovodnici p-tipa), i nečistoće - akceptor .
Poluprovodnici, čija je električna provodljivost posljedica kretanja negativnih naboja, nazivaju se elektronski (poluprovodnici n-tipa), i nečistoće - donator .
Smjerno kretanje nosača naboja pod djelovanjem sila električnog polja naziva se drift , a struja uzrokovana ovom pojavom - drift .
Usmjereno kretanje nosilaca naboja iz sloja s višom koncentracijom u sloj u kojem je njihova koncentracija niža naziva se difuziju , i struja uzrokovana ovim fenomenima - difuziju .
Spoj elektron-rupa (p-n-spoj) je tanak prelazni sloj u poluprovodničkom materijalu na granici između dva regiona sa različitim tipovima električne provodljivosti.
Uključivanje p-n - prijelaz u električni krug, kada je plus izvora napajanja spojen na p regiju, a minus na n regiju, naziva se direktno .
Uključivanje u kojem je minus napajanja spojen na područje p, a plus na područje n naziva se obrnuto .
Poluprovodnička dioda - ovaj uređaj je princip rada koji se zasniva na jednostranoj vodljivosti p-n-spoja.
Pulsna dioda naziva se poluvodička dioda, koja ima kratko trajanje prijelaza i dizajnirana je da radi u impulsnom režimu.
Zener dioda - Ovo je poluvodička dioda čiji napon slabo zavisi od struje koja prolazi.
Varicap To je poluvodička dioda, čije se djelovanje temelji na korištenju kapacitivnosti barijere pri obrnutom naponu.
Tunelska dioda - dioda se naziva tunelska dioda, čiji se princip rada zasniva na tunelskom efektu.
Slom str - n -tranzicija - ovo je fenomen naglog povećanja reverzne struje kroz spoj kada obrnuti napon dostigne kritičnu vrijednost.
Slom lavine Je električni slom prijelaza uzrokovan umnožavanjem nosilaca naboja pod djelovanjem jakog električnog polja s obrnutim prednaponom.
Termički slom - Ovo je kvar koji nastaje kao rezultat neravnoteže između raspršene toplote i toplote koja se oslobađa tokom protoka struje.
Bipolarni tranzistor naziva se poluprovodnički uređaj s dva međusobno povezana p-n spoja i tri odvoda.
Tranzistor sa efektom polja naziva se poluprovodnički uređaj u kojem je vrijednost radne struje određena naponom primijenjenom na kontrolnu elektrodu.
Uvođenje nosilaca naboja kroz p-n - prelazak iz regije u kojoj su bili bazični u područje gdje nisu bazični, smanjenjem potencijalne barijere, naziva se injekcija .
Proces hvatanja električnim poljem p-n-spoja manjinskih nosilaca naboja i njihov prijenos obrnutim naponom kroz p-n-spoj, u područje suprotnog tipa električne provodljivosti naziva se ekstrakcija .
Tiristor naziva se poluprovodnički uređaj koji ima tri ili više p-n spojeva, koji se mogu brzo prebaciti iz zatvorenog u otvoreno stanje i obrnuto.
Fotoelektronski uređaj naziva se elektronski uređaj dizajniran za pretvaranje energije optičkog zračenja u električnu energiju.
Uticaj svjetlosti na električna svojstva tvari naziva se fotoefekat.
Emisija fotoelektrona Je li emisija elektrona s površine tvari pod utjecajem energije upadne svjetlosti ( eksterni fotoelektrični efekat ).
Fotonaponski efekat - ovo je pojava na p-n-spoju pod dejstvom upadne svetlosti razlike potencijala, tzv fotoelektrična snaga
Fotootpornik naziva se fotoelektronski uređaj, čije se djelovanje temelji na smanjenju otpornosti poluvodiča pod djelovanjem svjetlosti ili nevidljivog zračenja (infracrvenog ili ultraljubičastog).
Photodiode naziva se poluvodička dioda, čija reverzna struja ovisi o osvjetljenju p-n-spoja (čiju struju kontrolira svjetlosni tok).
Fototranzistor naziva se detektor fotonaponskog zračenja sa dva p-n spoja, dizajniran za pretvaranje fluksa zračenja u električne signale.
Dioda koja emituje svjetlost (LED) - to je poluprovodnički uređaj sa jednim p-n-spojem, u kojem se vrši direktna konverzija električne energije u energiju optičkog zračenja.
Ispravljači nazivaju se uređaji kod kojih dolazi do pretvaranja naizmjenične struje u jednosmjernu ili pulsirajuću u jednom smjeru.
Bolometar – Ovo je termistor dizajniran za označavanje i mjerenje energije elektromagnetnog zračenja u optičkom ili infracrvenom frekvencijskom opsegu.
Varistor To je poluvodički otpornik sa simetričnom nelinearnom strujno-naponskom karakteristikom.
termistor (termistor) Je poluvodički termalni uređaj koji može promijeniti svoj električni otpor kada se promijeni temperatura.
Posistor To je poluvodički otpornik koji ima pozitivan temperaturni koeficijent otpora.
Maksimalna energija elektrona unutar metala na temperaturi apsolutne nule naziva se Fermi nivo.
Dodatna energija potrebna da bi elektron ušao u vakuum naziva se radni izlaz.
Elektronska lampa naziva se uređaj u kojem se provodljivost vrši kretanjem elektrona između elektroda smještenih u vakuumu.
Vakumska dioda - To je vakuumska cijev s dvije elektrode dizajnirana za ispravljanje naizmjenične struje.
Elektrovakuumska trioda nazvana lampa sa tri elektrode dizajnirana da pojača i generiše naizmenične struje i napone.
Fenomen prijelaza sekundarnih elektrona emitiranih sa anode na rešetku koja ima veći potencijal naziva se dinatron efekat.
Jonski uređaji - to su uređaji čija je električna provodljivost posljedica elektrona i jona koji nastaju električnim pražnjenjem u plinovitom okruženju.
Skup pojava koje se javljaju u plinu ili pari žive kada električna struja prolazi kroz njih naziva se električno pražnjenje u plinu.
Neonska svjetla su uređaji s dvije elektrode s anomalnim usijanim pražnjenjem i koriste se za indikaciju napona ili visokofrekventnog elektromagnetnog polja.
katodne cijevi (CRT) Nazivaju se elektrovakumski uređaji u kojima se struja elektrona kontrolirana električnim ili magnetskim poljima, formirana u snop elektrona, koristi za pretvaranje električnih signala u svjetlo.
Pojačalo Je uređaj izgrađen na elektronskim aktivnim elementima (lampe, tranzistori, itd.) i pretvarajući električnu energiju izvora napajanja u električne oscilacije pojačanog signala.
Pojačalo Radi se o radiotehničkom uređaju koji pojačava snagu, napon ili struju električnog signala koji se dovodi na njegov ulaz.
Pojačalo Je uređaj koji pretvara električne vibracije male snage koje ulaze na ulaz u električne vibracije velike snage na izlazu.
Stepen pojačala - ovo (strukturna veza pojačala) element za pojačanje zajedno s drugim pasivnim elementima koji osiguravaju potreban način njegovog rada i komunikaciju s izvorom signala i opterećenjem.
Nazivni ulazni napon pri kojem pojačalo isporučuje datu izlaznu snagu na opterećenje naziva se osetljivost pojačala.
Povratne informacije - ovo je prijenos izlaznih oscilacija pojačala na njegov ulaz.
Dinamički raspon amplituda Je omjer amplituda najjačeg i najslabijeg signala na izlazu pojačala.
Dobitak naziva se omjerom izlaznog parametra i ulaznog.
Elektronski generator Je uređaj koji pretvara električnu energiju izvora jednosmjerne struje u energiju kontinuiranih električnih oscilacija određenog oblika, snage i frekvencije.
Obično se naziva generator koji radi u režimu samooscilovanja autogenerator .
Autogenerator – Ovo je pojačalo sa jakom pozitivnom povratnom spregom.
Autogenerator Je elektronski generator, čiji se princip temelji na automatskom nadopunjavanju energije koju troši oscilator.
Diferenciranje su pozvani lanac , u kojem je izlazni napon proporcionalan derivatu ulaza.
Integriranje su pozvani lanac, čiji je izlazni napon proporcionalan ulaznom integralu.
Impuls naziva se uređaj koji radi u povremenom, pulsnom načinu rada.
Pulsni signal To je kratkoročna promjena struje ili napona.
Video puls To je kratkotrajna promjena struje ili napona konstantnog polariteta.
Radio puls To je kratkoročna promjena sinusoidalne struje ili napona, čija ovojnica ponavlja oblik video impulsa.
Generatori impulsa nazivaju se uređajima koji generiraju električne impulsne signale.
Trigger To je impulsno kolo koje ima dva električna stanja stabilne ravnoteže i dizajnirano je za generiranje pravokutnih impulsa.
Trigger To je sklopni uređaj koji održava jedno od svoja dva stanja stabilne ravnoteže proizvoljno dugo i naglo uključuje signal izvana iz jednog stanja u drugo.
Multivibrator Je relaksacioni auto-generator pravokutnog oblika izlaznih oscilacija.
Multivibrator - je generator nesinusoidnih oscilacija bliskih pravougaonom obliku.
Monovibrator Je generator koji radi u stanju pripravnosti i proizvodi jedan impuls.
Schmitt okidač Je neuravnoteženi okidač (sa emiterskom spregom) koji se koristi za generiranje pravokutnih impulsa iz sinusoidnih signala i drugih nepravokutnih periodičnih signala.
Blokirajući generator Je relaksacioni generator sa povratnom spregom transformatora koji generiše kratkotrajne električne impulse
Blokirajući generator - samooscilirajući sistem koji generiše kratkotrajne pravougaone impulse sa velikim radnim ciklusom.
Logički element To je element u kojem je izlazni signal povezan sa ulaznim signalom prema zakonu logičke algebre.
Mikroelektronika je savremeni pravac elektronike, koji pokriva probleme vezane za razvoj, istraživanje, proizvodnju i primjenu mikroelektronskih uređaja.
IMS - obavlja određenu funkciju konverzije signala i predstavlja jedinstvenu celinu u smislu proizvodnje, pakovanja, transporta i rada.
Stepen integracije Je indikator složenosti IC-a, određen brojem elemenata i komponenti sadržanih u njemu.
Crystal u poluvodičkoj tehnologiji uobičajeno je nazvati gotovi poluvodički uređaj (tranzistor, dioda) ili mikrokolo bez vanjskih vodova.
IC element uobičajeno je nazvati njegov dio, koji obavlja funkciju bilo kojeg elementa (tranzistor, dioda, otpornik) i ne može se odvojiti od IC-a kao samostalan proizvod.
IC komponenta - ovo je dio mikrokola koji obavlja funkciju bilo kojeg električnog radio elementa i može se odvojiti od IC-a kao samostalan proizvod.
Gustina pakovanja Broj elemenata (obično tranzistora) po jedinici površine ili zapremine kristala.
Ukupan broj elemenata i komponenti uključenih u IC se naziva nivo integracije .
Aktivni element naziva se element koji ima svojstvo pretvaranja električne energije - ispravljanja, pojačavanja, generiranja, upravljanja.
Analogni (linearni) IC namijenjeni su za transformaciju i obradu signala koji se mijenjaju po zakonu kontinuirane funkcije.
Digitalne ICs namijenjeni su za transformaciju i obradu signala koji se mijenjaju po zakonu diskretne funkcije.
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 ovom 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 inženjera elektrotehnike 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 kreiranje funkcionalno kompletnih digitalnih uređaja - mikroprocesora, dizajniranih 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 mikro kola 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 područjima moderne elektronike, poput razvoja i proizvodnje procesora, gdje su veličina i brzina poluvodičkih elemenata počele igrati odlučujuću ulogu, razvoj tehnologija za korištenje silicija je gotovo dosegao 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.
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 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. 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 elektronički mjerni uređaji.
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, optokapleri, 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.
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 dobijemo izvana mora se obraditi, pohraniti i prenijeti. Svi ovi procesi se odvijaju uz pomoć raznih vrsta elektronskih uređaja. Što dublje čovjek uroni u krhki svijet elektrona, to su njegova otkrića i, shodno tome, stvoreni elektronički uređaji sve grandiozniji.
Možete pronaći dovoljno informacija o tome šta je elektronika i kako se ova nauka razvila. Nakon što ga proučite, zadivljeni ste - 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 značajne veličine, danas imamo mikrotehnologije sposobne 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. Tehnologije se minimiziraju svaki dan. Period njihovog radnog kapaciteta se povećava. Sve nas to sve manje iznenađuje. Takvi prirodni procesi povezani su s Mooreovim zakonom i izvode se korištenjem silicija. Već danas govore o alternativi elektronici - spintronici. Takođe svi znaju razvoje u oblasti nanoelektronike.
Razvoj i problemi
Dakle, šta je elektronika i koje probleme ima ova grana nauke u razvoju uređaja? 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, vakuum, plazma, plin i na njihovim granicama. Ova nauka takođe razvija metode za stvaranje elektronskih uređaja za različite oblasti 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 izazvati nikakvo iznenađenje. Njegov život je bukvalno krcat elektronskim uređajima: satovima, mašinama za veš 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 čvrstog stanja. U električnim kolima elementnu bazu čine uređaji za korištenje, snimanje i obradu električnih signala. Obrađeni signal se reprodukuje u prikladnom obliku (ekran monitora, TV ekran, 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 pojačavaju i obrađuju 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 su bile na samom početku pojave takvih tehnologija. Ono što je nekada izgledalo kao naučna fantastika postalo je uobičajeno u savremenom svetu. Brzina razvoja je toliko visoka da uređaji nemaju vremena da ostare, jer već postaju nebitni.
Ali takve nauke kao što su elektronika i nanoelektronika povezuje mikroelektronika, koja svoju istoriju vodi od 1958. godine, od trenutka stvaranja mikro kola sa 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 tehnologija našeg vremena. Već je rečeno da je razvijena fleksibilna elektronika koja omogućava štampanje pomoću rastopljenog metala.
Još nije dobio masovnu distribuciju, ali naučnici su napravili značajan napredak u ovoj oblasti. Nema sumnje da će potrošačko tržište uskoro saznati šta je fleksibilna elektronika.
Utvrđivanje granica razvoja tehnologije, započetog u 20. vijeku, danas je teško moguće. Spajaju se razne nauke, razvija se elektronska biotehnologija, veštačka inteligencija i još mnogo toga. 3D štampanje se već uspješno koristi, a Sjeverna Karolina je predstavila vrlo ambicioznu tehnologiju za takvu štampu pomoću rastopljenog metala. Nova tehnologija se lako može uvesti u bilo koju proizvodnu tehnologiju.
