Što je elektronika? Izgledi za njegov razvoj. Osnovni pojmovi elektroničke tehnike

I radar koji je bio u širokoj uporabi tijekom Drugog svjetskog rata.

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

Daljnji razvoj elektronike povezan je s pojavom računala. Tranzistorska računala karakterizirala je velika veličina i potrošnja energije, kao i niska pouzdanost (zbog velikog broja dijelova). Za rješavanje ovih problema počeli su se koristiti mikrosklopovi, a zatim i mikrosklopovi. Broj elemenata mikrokruga postupno se povećavao, počeli su se pojavljivati ​​mikroprocesori. Trenutno je razvoj elektronike olakšan pojavom mobilnih komunikacija, kao i raznih bežičnih uređaja, navigatora, komunikatora, tableta itd.

Glavne prekretnice u razvoju elektronike mogu se smatrati:

• izum radija A. S. Popova (7. svibnja 1895.) i početak uporabe radija,
• Lee de Forestov izum cijevne triode, prvog elementa za pojačavanje,
• Losevljevo korištenje poluvodičkog elementa za pojačavanje i generiranje električnih signala,
• razvoj elektronike čvrstog stanja,
• korištenje vodljivih i poluvodičkih elemenata (radovi Ioffea, Schottkyja),
• izum tranzistora 1947. (William Shockley, John Bardeen i Walter Brattain),
• stvaranje integriranog kruga i kasniji razvoj mikroelektronike, glavnog područja moderne elektronike.

Područja elektronike

Mogu se razlikovati sljedeća područja elektronike:

• fizika (mikrosvijet, poluvodiči, elektromagnetski valovi, magnetizam, električna struja itd.) - područje znanosti u kojem se proučavaju procesi koji se odvijaju s nabijenim česticama,
• potrošačka elektronika - potrošački elektronički uređaji i uređaji koji koriste električni napon, električnu struju, električno polje ili elektromagnetske valove. (Npr. TV, mobitel, pegla, žarulja, električni štednjak,.. itd.).
• Energija - proizvodnja, prijenos i potrošnja električne energije, električni uređaji velike snage (na primjer, elektromotor, električna svjetiljka, elektrana), električni sustav grijanja, dalekovod.
• Mikroelektronika - elektronički uređaji u kojima se mikrosklopovi koriste kao aktivni elementi:
  • optoelektronika - uređaji koji koriste električnu struju i fotonske tokove,
  • audio-video oprema - uređaji za pojačavanje i pretvaranje zvuka i video slike,
  • digitalna mikroelektronika - uređaji temeljeni na mikroprocesorima ili logičkim sklopovima. Na primjer: elektronički kalkulator, računalo, digitalna TV, mobilni telefon, printer, robot, upravljačka ploča industrijske opreme, prijevozna sredstva i drugi kućanski i industrijski uređaji.

Mnoge znanstvene discipline tehničkih sveučilišta posvećene su proučavanju različitih aspekata elektronike.

Elektronika čvrstog stanja

Povijest elektronike čvrstog stanja

Pojam poluvodička elektronika pojavio se u literaturi sredinom 20. stoljeća za uređaje temeljene na poluvodičkoj elementarnoj bazi: tranzistorima i poluvodičkim diodama, koji su zamijenili glomazne niskoučinkovite električne vakuumske uređaje - radiocijevi. Ovdje se koristi korijen "čvrsto", jer se proces upravljanja električnom strujom odvija u čvrstom tijelu poluvodiča, za razliku od vakuuma, kao što je bio slučaj u vakuumskoj cijevi. Kasnije, krajem 20. stoljeća, ovaj izraz gubi svoje značenje i postupno izlazi iz upotrebe, budući da je gotovo sva elektronika naše civilizacije počela koristiti isključivo poluvodičku solid-state aktivnu elementnu bazu.

Minijaturizacija uređaja

S rođenjem poluprovodničke elektronike, započeo je revolucionarni brzi proces minijaturizacije elektroničkih uređaja. Tijekom nekoliko desetljeća aktivni elementi smanjili su se deset milijardi puta - od nekoliko centimetara elektroničke radio cijevi do nekoliko nanometara tranzistora integriranog na poluvodičkom čipu.

Tehnologija dobivanja elemenata

Aktivni i pasivni elementi u elektronici čvrstog stanja nastaju na homogenom ultračistom kristalu poluvodiča, najčešće silicija, ubrizgavanjem ili taloženjem novih slojeva u određenim koordinatama kristalnog tijela atoma drugih kemijskih elemenata, složenijih molekula, uklj. organske tvari. Injekcija mijenja svojstva poluvodiča na mjestu ubrizgavanja (dopiranje) mijenjajući njegovu vodljivost u obrnutu, čime se stvara dioda ili tranzistor ili pasivni element: otpornik, vodič, kondenzator ili induktor, izolator, hladnjak i druge strukture. Posljednjih godina tehnologija proizvodnje izvora svjetlosti na čipu postala je raširena. Ogroman broj otkrića i razvijenih tehnologija za korištenje tehnologija čvrstog stanja još uvijek su u sefovima nositelja patenata i čekaju svoje vrijeme.

Tehnologija dobivanja poluvodičkih kristala, čija čistoća omogućuje stvaranje elemenata veličine nekoliko nanometara, počela se nazivati ​​nanotehnologija, a dio elektronike - mikroelektronika.

Sljedeća faza u evoluciji elektronike vjerojatno će biti optoelektronika, u kojoj će element nositelj biti foton, koji je mnogo pokretljiviji, manje inercijalan od elektrona/“rupe” u poluvodiču elektronike čvrstog stanja.

Osnovni uređaji čvrstog stanja

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

• Dioda - vodič s jednosmjernim provođenjem od anode do katode. Vrste: tunelska dioda, dioda s lavinskim rasponom, Gunnova dioda, Schottkyjeva dioda itd.;
• Bipolarni tranzistori - tranzistori s dva fizička p-n spoja, čija je struja kolektor-emiter kontrolirana strujom baza-emiter;
• Tranzistor s efektom polja - tranzistor čija je struja izvora-odvoda kontrolirana naponom na p-n- ili n-p-spojnici vrata-odvod ili potencijalom na njemu u tranzistorima bez fizičkog prijelaza - s vratima galvanski izoliranim od Odvodno-izvorni kanal;
• Diode s kontroliranom vodljivošću dinistori i tiristori koji se koriste kao prekidači, diode koje emitiraju svjetlost i fotodiode koji se koriste kao pretvarači e/m zračenja u električne signale ili električnu energiju ili obrnuto;
• Integrirani sklop - kombinacija aktivnih i pasivnih poluprovodničkih elemenata na jednom ili više kristala u jednom paketu, koji se koristi kao modul, elektronički sklop u analognoj i digitalnoj mikroelektronici.

Primjeri korištenja

Primjeri uporabe poluprovodničkih uređaja u elektronici:

• Množač napona na ispravljačkoj diodi;
• Množač frekvencije na nelinearnoj diodi;
• Emiterski pratilac (napon) na bipolarnom tranzistoru;
• Kolektorsko pojačalo (napajanje) na bipolarnom tranzistoru;
• Emulator induktiviteta na integriranim krugovima, kondenzatorima i otpornicima;
• Pretvarač ulaznog otpora na polju ili bipolarnom tranzistoru, na integriranom krugu operacijskog pojačala u analognoj i digitalnoj mikroelektronici;
• Generator električnih signala na diodi polja, Schottky diodi, tranzistoru ili integriranom krugu u generatorima izmjeničnog signala;
• Ispravljač napona na ispravljačkoj diodi u krugovima izmjenične struje u raznim uređajima;
• Izvor stabilnog napona na zener diodi u stabilizatorima napona;
• Izvor stabilnog napona na ispravljačkoj diodi u prednaponskim krugovima baza-emiter bipolarnog tranzistora;
• Element koji emitira svjetlost u rasvjetnom uređaju na LED diodi;
• Svjetleći element u optoelektronici temeljen na LED-u;
• Element za primanje svjetlosti u optoelektronici na fotodiodi;
• Element za primanje svjetlosti u solarnim panelima solarnih elektrana;
• Pojačalo snage na bipolarnom tranzistoru ili tranzistoru s efektom polja, na integriranom krugu, Pojačalo snage u izlaznim stupnjevima pojačala snage signala, AC i DC;
• Logički element na tranzistoru, diodi ili na integriranom krugu digitalne elektronike;
• Memorijska ćelija na jednom ili više tranzistora u memorijskim čipovima;
• Visokofrekventno pojačalo na tranzistoru;
• Digitalni procesor signala na integriranom krugu digitalnog mikroprocesora;
• Analogni signalni procesor temeljen na tranzistorima, analognim mikroprocesorskim integriranim krugovima ili operacijskim pojačalima;
• Računalni periferni uređaji temeljeni na integriranim krugovima ili tranzistorima;
• Ulazni stupanj operacijskog ili diferencijalnog pojačala na tranzistoru;
• Elektronički ključ u sklopovima za prebacivanje signala na tranzistoru s efektom polja s izoliranim vratima;
• Elektronički ključ u shemama s memorijom na Schottky diodi.

Glavne razlike između analogne i digitalne elektronike

Budući da analogni i digitalni sklopovi različito kodiraju informacije, oni također imaju različite procese obrade signala. Treba napomenuti da se sve operacije koje se mogu izvesti na analognom signalu (osobito pojačanje, filtriranje, ograničenje raspona, itd.) također mogu izvesti korištenjem digitalne elektronike i metoda simulacije softvera u mikroprocesorima.

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

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

Digitalna elektronika koristi n-dimenzionalno kodiranje fizičkih parametara izvora podataka. Minimalno u digitalnoj elektronici koristi se dvodimenzionalno kodiranje: napon (struja) i trenutci vremena. Ova se redundancija prihvaća isključivo za zajamčeni prijenos podataka s bilo kojom programibilnom razinom šuma i izobličenja dodanih u uređaju izvornom signalu. U složenijim digitalnim sklopovima koriste se metode programske mikroprocesorske obrade informacija. Metode digitalnog prijenosa podataka omogućuju stvarno stvaranje fizičkih kanala za prijenos podataka bez ikakvih gubitaka (bez povećanja šuma i drugih izobličenja)

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

Buka

U skladu s načinom na koji su informacije kodirane u analognim sklopovima, oni su mnogo osjetljiviji na šum nego digitalni sklopovi. Mala promjena signala može napraviti značajne izmjene u odaslanoj informaciji i u konačnici dovesti do njenog gubitka; zauzvrat, digitalni signali poprimaju samo jednu od dvije moguće vrijednosti, a da bi izazvali pogrešku, šum mora biti otprilike polovica njihove ukupne vrijednosti. Ovo svojstvo digitalnih sklopova može se koristiti za povećanje otpornosti signala na smetnje. Dodatno, osigurane su protumjere protiv buke pomoću povrata signala na svakom logičkom ulazu, čime se smanjuju ili uklanjaju smetnje; takav mehanizam omogućen je kvantizacijom digitalnih signala. Sve dok signal ostaje unutar određenog raspona vrijednosti, povezan je s istom informacijom.

Šum je jedan od ključnih čimbenika koji utječu na točnost signala; to je uglavnom šum prisutan u originalnom signalu i smetnje nastale tijekom njegovog prijenosa (vidi omjer signal/šum). Temeljna fizička ograničenja – primjerice, tzv. "shot" noise u komponentama - postaviti ograničenja na rezoluciju analognih signala. U digitalnoj elektronici dodatnu točnost osigurava korištenje pomoćnih bitova koji karakteriziraju signal; njihov broj ovisi o performansama analogno-digitalnog pretvarača (ADC).

Složenost razvoja

Analogne sklopove je teže dizajnirati nego usporedive digitalne sklopove; to je jedan od razloga zašto su digitalni sustavi postali rašireniji od analognih sustava. Analogni sklop dizajniran je ručno, a proces njegove izrade pruža manje prostora za automatizaciju. Međutim, treba napomenuti da digitalni elektronički uređaj za interakciju s okolinom u ovom ili onom obliku treba analogno sučelje. Na primjer, digitalni radio ima analogno pretpojačalo, koje je prva karika u prijamnom lancu.

Tipologija sheme

Trenutno je teško pronaći takav elektronički sklop koji bi bio potpuno analogan. Sada analogni sklopovi koriste digitalne ili čak mikroprocesorske tehnologije kako bi povećali svoje performanse. Takav se krug obično ne naziva analognim ili digitalnim, već mješovitim. U nekim je slučajevima teško napraviti jasnu razliku između kontinuiranih i diskretnih krugova - zbog činjenice da oba uključuju elemente i linearne i nelinearne prirode. Primjer je, recimo, komparator: primajući kontinuirani raspon napona na ulazu, on u isto vrijeme proizvodi samo jednu od dvije moguće razine signala na izlazu, poput digitalnog sklopa. Slično, preopterećeno tranzistorsko pojačalo može poprimiti svojstva kontrolirane sklopke koja također ima dvije izlazne razine.

Digitalni sklopovi

Digitalni sklopovi uključuju sklopove temeljene na nizu diskretnih naponskih razina. Oni predstavljaju najtipičniju fizičku implementaciju Booleove algebre i čine elementarnu osnovu svih digitalnih računala. Izrazi "digitalni sklop", "digitalni sustav" i "logički sklop" često se smatraju sinonimima. Za digitalne sklopove, u pravilu, karakterističan je binarni sustav s dvije naponske razine, koje odgovaraju logičkoj nuli, odnosno logičkoj jedinici. Često prvi odgovara niskom naponu, a drugi visokom, iako postoje i obrnute opcije. Proučavani su i ternarni logički sklopovi (tj. s tri moguća stanja) te su se na temelju njih pokušavala izgraditi računala. Uz računala, digitalni sklopovi čine osnovu elektroničkih satova i programabilnih logičkih kontrolera (koriste se za upravljanje industrijskim procesima); drugi bi primjer bio

Na spoju znanstvenih grana kao što su fizika i tehnologija rođena je elektronika. Ako ga promatramo u užem smislu, onda možemo reći da se bavi proučavanjem interakcije elektrona i elektromagnetskog polja, kao i stvaranjem uređaja koji se temelje na tom znanju. Koji su to uređaji i kako se danas razvija znanost o elektronici?

skok

Danas je doba informacijske tehnologije. Sve što primamo izvana moramo obraditi, pohraniti i prenijeti. Svi ti procesi odvijaju se uz pomoć elektroničkih uređaja različitih vrsta. Što dublje osoba uranja u krhki svijet elektrona, to su veća njegova otkrića i, sukladno tome, stvoreni elektronički uređaji.

Možete pronaći dovoljno informacija o tome što je elektronika i kako se ova znanost razvila. Nakon što ga proučite, ostanete zaprepašteni - koliko se brzo tehnologija razvila, kakav je brzi skok ova industrija napravila u kratkom vremenu.

Kao znanost počela se oblikovati u 20. stoljeću. To se dogodilo s početkom razvoja elementne baze radiotehnike i radioelektronike. Drugu polovicu prošlog stoljeća obilježio je razvoj kibernetike i računala, što je potaknulo interes za ovo područje. Ako je na početku svog razvoja jedno računalo moglo zauzimati cijelu prostoriju znatne veličine, danas imamo mikrotehnologije koje mogu okrenuti naglavačke sve naše predodžbe o svijetu oko nas.

Iznenađujuće, možda će u bliskoj budućnosti biti moguće govoriti o tome što je elektronika u kontekstu povijesnog temeljnog znanja. Tehnologija se svakodnevno smanjuje. Njihov životni vijek se povećava. Sve nas to sve manje iznenađuje. Takvi prirodni procesi povezani su s Mooreovim zakonom i provode se pomoću silicija. Već se danas govori o alternativi elektronici - spintronici. Također svi znaju razvoj na polju nanoelektronike.

Razvoj i problemi

Dakle, što je elektronika i koje probleme u razvoju uređaja ima ova grana znanosti? Kao što je rečeno, elektronika je industrija nastala na spoju fizike i tehnologije. Istražuje procese nastanka nabijenih čestica i kontrolu gibanja slobodnih elektrona u različitim medijima kao što su čvrsta tijela, vakuum, plazma, plin i na njihovim granicama. Ova znanost također razvija metode za stvaranje elektroničkih uređaja za različite sfere ljudskog života. Ne posljednje mjesto zauzimaju istraživanja problema povezanih s razvojem znanosti: brzo zastarijevanje, etička pitanja, istraživanje i eksperimentiranje, troškovi i još mnogo toga.

U svakodnevnom životu bilo koje moderne osobe pitanje "Što je elektronika?" neće biti iznenađenje. Njegov život doslovno je natrpan elektroničkim uređajima: satovima, perilicama rublja i ostalim kućanskim aparatima, ugradbenim aparatima u automobile i druga vozila, audio i video opremom, televizorima, telefonima, robotima, medicinskim uređajima i opremom itd. Ovaj popis se može nastaviti jako dugo.

Područje razvoja i primjene

Tradicionalno se elektronika dijeli na dva područja: razvoj elementne baze i dizajn elektroničkih sklopova. predstavlja različite karakteristike. Dijeli se na klasu i elektroniku čvrstog stanja. U električnim krugovima elementnu bazu čine uređaji za korištenje, snimanje i obradu električnih signala. Obrađeni signal se reproducira u prikladnom obliku (zaslon monitora, TV, zvuk i tako dalje). Signal se može snimiti na medij za pohranu i reproducirati u bilo kojem trenutku, upravljati automatskim sustavima, servo pogonima i drugim uređajima.

Elektronički sklopovi prikazani su u analognom i digitalnom obliku. Analogno pojačava i obrađuje analogni signal. Na primjer, radio valovi. Digitalni sklopovi dizajnirani su za rad sa signalom kvantne prirode. To su računala, kontroleri i mnogi drugi uređaji.

Elektronika i nanoelektronika danas više ne iznenađuju kao što je to bilo na samom početku nastanka takvih tehnologija. Ono što se nekada činilo kao znanstvena fantastika postalo je uobičajeno u modernom svijetu. Brzina razvoja je tolika da uređaji nemaju vremena ostari, jer već postaju nevažni.

Ali takve znanosti kao što su elektronika i nanoelektronika povezuje mikroelektronika, koja datira iz 1958. godine, od stvaranja mikro krugova, koji uključuju dva otpornika i četiri tranzistora. Daljnji razvoj išao je putem smanjivanja i istovremenog povećanja broja komponenti, poput tranzistora. Nanoelektronika se bavi razvojem integriranih sklopova čija je topološka norma manja od 100 nm.

Postoji li granica u razvoju tehnologije?

Kao što vidite, elektronika je temeljna znanost za razvoj sofisticiranih modernih tehnologija. Već postoje glasine da je razvijena fleksibilna elektronika koja omogućuje ispis rastaljenim metalom.

Još nije dobio masovnu distribuciju, ali znanstvenici su postigli značajan uspjeh na ovom području. Nema sumnje - uskoro će potrošačko tržište znati što je fleksibilna elektronika.

Određivanje granica razvoja tehnologije, koji je započeo u 20. stoljeću, danas je teško moguće. Spajaju se razne znanosti, razvijaju se elektroničke biotehnologije, umjetna inteligencija i još mnogo toga. 3D ispis već je uspješno primijenjen, a u Sjevernoj Karolini predstavili su vrlo ambicioznu tehnologiju takvog ispisa rastaljenim metalom. Nova tehnologija može se lako implementirati u bilo koju proizvodnju opreme.

Minska državna viša

Zrakoplovna škola

Dudnikov I. L.

ZRAKOPLOVNA ELEKTRONIKA

1. DIO

Pomoć u nastavi

BBC 39.52-051-04

I. L. DUDNIKOV,

kandidat tehničkih znanosti, izvanredni profesor

Recenzent

A. G. Kljujev

Kandidat tehničkih znanosti, izvanredni profesor Odjela za ekonomiju i ekonomiju

Nastavno sredstvo za predmet "Zrakoplovna elektronika" namijenjeno je studentima (kadetima) specijalnosti 1-37 04 02 "Tehnička eksploatacija zrakoplovne opreme" (smjer 1-37 04 02-01). Sadrži teorijske informacije o bazi elemenata elektronike i strujnih krugova, popis preporučene literature.

© MGVAK, 2011

ODJELJAK 1 ELEMENTARNA BAZA ELEKTRONIKE

Uvod. Definicija "elektronike"

Elektronika je područje znanosti i tehnologije koje se bavi stvaranjem i praktičnom uporabom raznih uređaja i instrumenata, čiji se rad temelji na promjeni koncentracije i gibanja nabijenih čestica (elektrona) u vakuumu, plinu ili krutom kristalu. tijela.

Elektronika, posebno usko vezana uz radiotehniku, nazivala se radioelektronikom (radiokomunikacija i televizija).

Radioelektronika je jedna od grana znanosti, tehnologije i nacionalnog gospodarstva koja se iznimno brzo razvijaju. Složenost elektroničke opreme povećava se 10 puta svakih 5 godina. Postoji stalna zamjena nekih uređaja drugim, naprednijim. Ranije su se mogućnosti vakuumskih cijevi činile savršenima, no pojavili su se poluvodički uređaji s još većim mogućnostima. Ono što je elektronskim cijevima bilo nedostupno (velika mehanička čvrstoća, male dimenzije, trajnost) postalo je dostupno poluvodičkim uređajima.

Elektronika se sve više koristi u gotovo svim područjima znanosti i tehnologije, zbog visoke osjetljivosti, brzine, svestranosti i malih dimenzija elektroničkih uređaja.

1. Visoku osjetljivost elektroničkih uređaja osiguravaju različiti pojačalni krugovi. Osjetljivost elektroničkih uređaja može se postići: struja 10 -17 A, napon
10 -13 V i snage 10 -24 vata.

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

3. Univerzalnost je posljedica mogućnosti pretvaranja svih vrsta energije (mehaničke, toplinske, svjetlosne, zračenja, zvučne, kemijske) u električnu energiju na čijoj se promjeni i transformaciji temelji rad svih elektroničkih sklopova.

Bez elektronike, uporaba zrakoplovstva, svemirskih letjelica i kibernetičkih uređaja, svemirska i astronomska istraživanja, automatizacija znanstvenoistraživačkih i proizvodnih procesa, računalna tehnika, radiokomunikacije i televizija, sustavi za snimanje i reprodukciju informacija i mnoga druga dostignuća suvremene znanosti i tehnologije bi biti nemoguće.

Elektronički uređaji naširoko se koriste u komunikacijskoj tehnologiji (emitiranje, televizija); u mjernoj tehnici; u prometu (cestovni, željeznički, vodeni promet); u medicini i biologiji (istraživačka, dijagnostička, medicinska oprema); u industriji i poljoprivredi, odnosno u gotovo svim područjima ljudske djelatnosti, elektronički uređaji imaju vrlo široku i uspješnu primjenu.

Područje elektronike koje se bavi primjenom u industriji, prometu i poljoprivredi različitih elektroničkih uređaja koji omogućuju kontrolu, regulaciju i upravljanje proizvodnim procesima naziva se industrijska elektronika.

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

Industrijska elektronika uključuje:

1. Informacijska elektronika koja uključuje elektroničke sustave i uređaje koji se odnose na mjerenje, nadzor i upravljanje industrijskim objektima i tehnološkim procesima.

2. Energetska elektronika (pretvorna tehnika) povezana s pretvorbom vrste električne struje za potrebe elektropogona, zavarivanja, električne vuče, elektrotermije i dr.

3. Elektronička tehnologija - izlaganje tvari elektronskim snopovima, plazma.

Radioelektronika se temelji na najvećem otkriću elektromagnetskog polja, vezanom uz imena istaknutih znanstvenika: M. Faraday, koji je otkrio zakon elektromagnetske indukcije (1831.), J. Maxwell, koji je stvorio teoriju elektromagnetskog polja (1865.). ), G. Hertz, koji je prvi eksperimentalno dobio elektromagnetske valove (1887.).

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

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

II generacija(1950 - ranih 60-ih) - korištenje diskretnih poluvodičkih uređaja kao glavne elementne baze.

III generacija elektroničkih uređaja (1960. - 1980.) povezan je s razvojem mikroelektronike. Integrirani krugovi i mikrosklopovi postali su osnova elementne baze elektroničkih uređaja.

IV generacija(od 1980. do danas) karakterizira daljnja mikrominijaturizacija elektroničkih uređaja temeljena na korištenju LSI i VLSI.

Kriterij znanstvenog i tehnološkog napretka trenutno se smatra stupnjem korištenja elektroničke opreme u različitim područjima ljudske djelatnosti, što omogućuje naglo povećanje produktivnosti fizičkog i mentalnog rada, poboljšanje tehničkih i ekonomskih pokazatelja proizvodnje i cjelovito rješavati probleme koji se ne mogu riješiti drugim sredstvima.

Baza elemenata- to su zasebni dijelovi ili moduli, koji su stalne sheme povezivanja prethodno sastavljene od zasebnih dijelova. Elementna baza je podijeljena u tri grupe elemenata:

Aktivni (tranzistori, vakuumske cijevi);

Pretvaranje (katodne cijevi);

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

Kada se govori o elektroničkoj tehnologiji, u mašti se javlja ideja o lijepim, praktičnim instalacijama i uređajima s kojima imamo posla u svakodnevnom životu. Doista, teško je zamisliti vrijeme kada nije bilo raznovrsne audio i video opreme, računala, elektroničkih satova, električnih glazbenih instrumenata itd. Ogromna količina elektroničke opreme koristi se u raznim industrijama, radiotehnici, poljoprivredi, zrakoplovstvu, kozmonautika, medicina, navigacija i vojni razvoj.

Trenutno se pod elektroničkom tehnologijom podrazumijevaju i instrumenti i uređaji temeljeni na elektroničkim tokovima i njihovoj interakciji s materijom i elektromagnetskim poljima.

Elektronički uređaji su osnova elektroničkih uređaja.

Elektronički uređaji su elementarni elektronički uređaji koji obavljaju određene funkcije. Razlikovati elektrovakuumske i poluprovodničke elektroničke uređaje.

Vakuumski elektronički uređaji uključuju vakuumske cijevi, katodne cijevi i druge elektrovakuumske uređaje i uređaje s plinskim pražnjenjem (magnetroni, fotomultiplikatorske cijevi, elektronsko-optički pretvarači i dr.).

Solid-state uređaji i uređaji uključuju poluvodičke diode, tranzistori, tiristori, LED, fotodiode, poluvodički laseri, integrirani sklopovi, uređaji za generiranje električnih strujnih i naponskih impulsa itd.

Pod elektroničkom tehnologijom podrazumijevaju se i različiti elektronički uređaji povezani s korištenjem elementarnih elektroničkih uređaja, u rasponu od jednostavnih pojačala do složenih računala. Posebno mjesto zauzimaju elektronički uređaji povezani s formiranjem, prepoznavanjem i pretvorbom radijskih signala. Radioelektronika se bavi njihovim proučavanjem i opisom.

Tipično je područje elektronike koje uključuje impulsne uređaje i elektroničke uređaje povezane s digitalnom i računalnom tehnologijom.

Specifični su i dijelovi elektronike koji su posvećeni metodama proučavanja fizikalnih pojava, mjerenjima fizikalnih veličina, karakteristikama i parametrima elektroničkih uređaja, kao i električnih krugova i elektromagnetskih polja u vezi s njima. Uređaji koji mjere parametre i proučavaju procese koji se odvijaju u električnim krugovima i uređajima nazivaju se elektronički mjerni instrumenti.

Sve ovo navodi na zaključak. da je: „Elektronička tehnika (elektronika) područje znanosti i tehnologije povezano s proučavanjem i primjenom fizikalnih svojstava, metoda istraživanja i prakse korištenja uređaja koji se temelje na interakciji elektrona s električnim i magnetskim poljima u vakuumu ili krutom tijelu. "

Elementi elektroničkog inženjerstva su elektronički uređaji i uređaji proizvedeni u industriji koji obavljaju određene funkcije. Elementi elektroničke tehnologije su takoreći cigle od kojih se izgrađuju složeniji elektronički uređaji. Osnovni ili glavni elementi elektroničke tehnike su otpornici, kondenzatori, diode, tranzistori, mikrosklopovi itd.

Aktivni elementi elektroničke tehnike (svjetleće diode, laseri, optokapleri, upravljački mikrosklopovi) nazivaju se i elektroničkim elementima, naglašavajući mogućnost obavljanja određenih funkcija pomoću njih.

Elementna baza elektroničke tehnologije je glavni skup elektroničkih elemenata koji se koriste u industrijskoj proizvodnji složene elektroničke opreme u ovoj povijesnoj fazi.

Analogna elektronika je elektronička tehnika koja radi s kontinuiranim signalima (kontinuirano mijenjajući napone i struje). Analogni elektronički uređaji uključuju pojačala, miksete, pretvarače frekvencije, filtre, stabilizatore napona, struje, frekvencije, kao i generatore harmonijskih oscilacija.

Impulsna elektronika je elektronička tehnika koja radi s impulsnim signalima (pojedinačni naponski i strujni impulsi ili sekvence impulsa). Primjeri impulsnih uređaja su impulsna pojačala i generatori, naponsko-frekvencijski pretvarači itd.

Digitalna elektronika je elektronička tehnika koja radi s pojedinačnim (diskretnim) vrijednostima napona (struja, frekvencija), prikazanih u obliku brojeva. Digitalni elektronički uređaji uključuju logičke uređaje koji rade sa signalima 0 i 1, analogno-digitalne i digitalno-analogne pretvarače, mikroprocesore, osobna računala, složene računalne uređaje. Digitalna elektronika je usko povezana s pulsnom tehnologijom, budući da se signali u njoj prenose sekvencama impulsa.

Cijela linija elektroničke tehnologije ovisi o primijenjenoj bazi elemenata, čijem razvoju su posvećeni radovi mnogih znanstvenika, njihova istraživanja i izumi. Put razvoja elektroničke tehnologije može se uvjetno podijeliti u nekoliko faza, čiji je početak od trenutka otkrića električne energije i njezinog daljnjeg proučavanja.

Svrha ovog rada je detaljnije pratiti ovaj put, upoznati se s osnovama rada elektroničkih uređaja i uređaja, njihovom pojavom u procesu istraživanja različitih svojstava elektriciteta i pojava od strane znanstvenika i fizičara različitih epoha.

Svaki složeni elektronički uređaj sastoji se od jednostavnijih aktivnih i pasivnih komponenti. Aktivni elementi uključuju tranzistore, diode, vakuumske cijevi, mikrosklopove koji mogu pojačati električne signale u smislu snage; pasivne radio komponente su otpornici, kondenzatori, transformatori. Analizirajmo faze nastanka elektronike u povijesnom kontekstu

Povijest razvoja elektronike može se grubo podijeliti u četiri razdoblja. Prvo razdoblje odnosi se na kraj 19. stoljeća. U tom su razdoblju iz drevnih izvora otkriveni ili dešifrirani glavni fizikalni zakoni rada elektroničkih uređaja te su otkriveni različiti fenomeni koji su potaknuli njihov razvoj i uporabu. Početak razvoja tehnologije svjetiljki smatra se otkrićem ruskog znanstvenika inženjera elektrotehnike A.N. Lodygina obične žarulje sa žarnom niti.

Na njegovoj je osnovi već 1883. američki inženjer T. A. Edison otkrio i opisao fenomen termionske emisije te prolazak električne struje kroz vakuum. Ruski fizičar A. G. Stoletov 1888. godine otkrio je osnovne zakone fotoelektričnog efekta. Najvažniju ulogu u razvoju elektronike odigralo je otkriće ruskih znanstvenika u 1895. od A. S. Popova mogućnosti prijenos radio valova na daljinu. Ovo otkriće dalo je veliki poticaj razvoju i implementaciji različitih elektroničkih uređaja u praksu; pa se pojavila potražnja za uređajima za generiranje, pojačavanje i detekciju električnih signala.

Druga faza u povijesti razvoja elektronike obuhvaća prvu polovicu 20. stoljeća. To je razdoblje obilježeno razvojem i usavršavanjem elektrovakuumskih uređaja te sustavnim proučavanjem njihovih fizikalnih svojstava. Godine 1904. napravljen je najjednostavniji vakuumska cijev s dvije elektrode – dioda, koji je našao najširu primjenu u radiotehnici za detekciju električnih oscilacija. Samo nekoliko godina kasnije, 1907. svjetiljka s tri elektrode – trioda, pojačanje električnih signala. U Rusiji su prvi uzorci svjetiljki napravljeni 1914.-1915. pod vodstvom N. D. Papaleksija i M. A. Bonch-Bruevicha.

Ali Prvi svjetski rat, koji su pokrenuli Britanci i Nijemci, spriječio je rad na stvaranju novih vrsta vakuumskih cijevi. Nakon državnog udara koji su platili Anglosaksonci 1917., unatoč najtežem financijskom stanju, počela se stvarati domaća radiotehnička industrija. Godine 1918. pod vodstvom M. A. Bonch-Bruevicha počeo je djelovati Nižnji Novgorodski radiolaboratorij - prva istraživačka ustanova za radio i elektrovakuumsku tehniku. Već u najtežoj godini za zemlju 1919., laboratorij je proizveo prve uzorke domaćih prijemno-pojačivačkih radiocijevi, a 1921. razvijene su prve moćne vakuumske cijevi s vodenim hlađenjem. Značajan doprinos razvoju električne vakuumske tehnologije i masovnoj proizvodnji radiocijevi dao je tim Lenjingradske tvornice električnih svjetiljki izgrađene 1922. godine, kasnije nazvane "Svetlana".

Nakon toga, razvoj elektrovakuumskih uređaja za pojačavanje i generiranje električnih oscilacija tekao je korakom od sedam milja. Razvoj hektometrijskih (X=1000-f-100 m) i dekametarskih (A=100-10 m) valova radiotehnikom zahtijevao je razvoj visokofrekventnih svjetiljki. Godine 1924. izumljeni su žarulje s četiri elektrode (tetrode), 1930. - pet elektroda ( pentode), 1935. godine - višemrežne svjetiljke za pretvaranje frekvencije ( heptode). U 30-im i ranim 40-im godinama, uz poboljšanje konvencionalnih svjetiljki, razvijene su žarulje za decimetarske (A-100-n 10 cm) i centimetarske (A \u003d 10h-1 cm) valove - magnetroni, klistroni, svjetiljke s putujućim valom.

Paralelno s razvojem elektroničkih uređaja nastajali su katodno-zračni, fotoelektrični i ionski uređaji, čijem su stvaranju ruski inženjeri dali značajan doprinos. Do sredine 1930-ih, cijevna elektronika se u osnovi formirala. Razvoj elektrovakuumske tehnike u narednim godinama išao je putem smanjenja dimenzija uređaja, poboljšanja njihovih parametara i karakteristika, povećanja radne frekvencije te povećanja pouzdanosti i trajnosti.

Povijest razvoja elektronike. Treće razdoblje odnosi se na kasne 40-e i rane 50-e godine, obilježene brzim razvojem diskretnih poluvodičkih elemenata. Razvoju poluvodičke elektronike prethodio je rad na području fizike čvrstog stanja. Velika zasluga u proučavanju fizike poluvodiča pripada školi sovjetskih fizičara, koju je dugo vremena vodio akademik A. F. Ioffe. Teorijska i eksperimentalna istraživanja električnih svojstava poluvodiča, koja su proveli sovjetski znanstvenici A. F. Ioffe, I. V. Kurchatov, V. P. Zhuse, V. G. Loshkarev i drugi, omogućila su stvaranje koherentne teorije poluvodiča i određivanje načina njihove primjene.

Početak silicijsko doba Godine 1947. položili su u utrobu laboratorija telefonske kompanije Bell gdje je "rođen" prvi tranzistor u sadašnjem ciklusu - poluvodički pojačavajući element. Događaj je označio prijelaz elektronike s glomaznih vakuumskih cijevi na kompaktnije i ekonomičnije poluvodiče. Započeo je novi krug civilizacije, nazvan "silicijsko doba". Pretpostavlja se da bi upravo znanje iz poluvodiča moglo dešifrirati prethodni ciklus razvoja civilizacije na Zemlji

Prvi industrijski uzorci poluvodičkih uređaja - sposobnih za pojačavanje i generiranje električnih oscilacija, predloženi su 1948. Pojavom tranzistora počinje razdoblje 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 elektroničke opreme. Istodobno s razvojem novih vrsta uređaja, radilo se na poboljšanju tehnoloških metoda za njihovu proizvodnju.

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

Četvrto razdoblje razvoja elektronike nastaje šezdesetih godina prošlog stoljeća. Karakterizira ga razvoj i praktični razvoj integrirani krugovi koji je objedinjavao proizvodnju aktivnih i pasivnih elemenata funkcionalnih uređaja u jedinstvenom tehnološkom ciklusu. LSI integracijska razina doseže tisuće elemenata u jednom čipu. Ovladavanje proizvodnjom velikih i posebno velikih integriranih sklopova omogućilo je prelazak na stvaranje funkcionalno cjelovitih digitalnih uređaja - mikroprocesora namijenjenih zajedničkom radu s memorijskim uređajima i osiguravanju obrade informacija i upravljanja prema zadanom programu.

Dostignuća u poluvodičkoj elektronici bila su čimbenik u nastanku mikroelektronike. Nadalje, razvoj elektronike ide putem mikrominijaturizacije elektroničkih uređaja, povećavajući pouzdanost, učinkovitost elektroničkih uređaja i integriranih sklopova IC, poboljšavajući njihove pokazatelje kvalitete, smanjujući širenje parametara, šireći frekvencijske i temperaturne raspone. "Tranzistorizacija" elektroničke opreme, započeta 1950-ih, ostat će simbol poluvodičke elektronike u svom kvalitativno novom obliku - integriranoj elektronici - u nadolazećim godinama. Od velike važnosti je razvoj novog smjera u elektronici - optoelektronike, koja spaja električne i optičke metode pretvorbe i obrade signala (pretvorba električnog signala u optički, a zatim optičkog signala natrag u električni).

Povijest razvoja elektronike. Peti stupanj možemo nazvati poluvodiči u procesorima. Ili kraj silicijskog doba. U naprednim područjima moderne elektronike, poput dizajna i proizvodnje procesora, gdje su veličina i brzina poluvodičkih elemenata počele igrati odlučujuću ulogu, razvoj silicijskih tehnologija gotovo je došao do svoje fizičke granice. Posljednjih godina, poboljšanje performansi integriranih krugova, postignuto povećanjem frekvencije radnog takta i povećanjem broja tranzistora.

S povećanjem brzine preklapanja tranzistora, njihova disipacija topline raste eksponencijalno. To je zaustavilo maksimalnu frekvenciju takta procesora 2005. godine negdje oko 3 GHz i od tada raste samo “multi-core”, što u biti označava vrijeme.

Postoje blagi pomaci u kvantitativnoj integraciji poluvodičkih elemenata u jedan čip smanjenjem njihovih fizičkih dimenzija - prijelaz na suptilniji tehnološki proces. Od 2009-11, 32 nm tehnologija je korištena u potpunosti, u kojoj je duljina kanala tranzistora samo 20 nm. Prijelaz na tanji tehnološki proces od 16 nm započeo je tek 2014. godine.

Brzina tranzistora se povećava kako se smanjuju, ali više nije moguće povećati frekvenciju takta jezgre procesora, kao što je to bilo prije 90 nm tehnološkog procesa. To samo govori o ćorsokaku u razvoju silicijskih tehnologija, iako će se one koristiti još najmanje jedno stoljeće, ukoliko se, naravno, ne izvrši reset sedmog ciklusa civilizacije u ovom Sunčevom sustavu.

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

grafen To je poluvodički materijal koji je ponovno otkriven tek 2004. Nekoliko je laboratorija već sintetiziralo tranzistor na bazi grafena koji može raditi u tri stabilna stanja. Za slično rješenje silicija bila bi potrebna tri odvojena poluvodička tranzistora. To će u bliskoj budućnosti omogućiti stvaranje integriranih krugova s ​​manje tranzistora koji će obavljati iste funkcije kao njihovi zastarjeli silicijski parnjaci.

Još jedna važna prednost grafenskih poluvodiča je njihova sposobnost rada na visokim frekvencijama. Štoviše, te frekvencije mogu doseći 500-1000 GHz.