Ce este electronica? Perspective pentru dezvoltarea sa. Concepte de bază ale tehnologiei electronice

Și radare, care au fost utilizate pe scară largă în timpul celui de-al Doilea Război Mondial.

Dar tuburile cu vid aveau dezavantaje semnificative. În primul rând, aceasta este o dimensiune mare și un consum mare de energie (care a fost critic pentru dispozitivele portabile). Prin urmare, electronica solidă a început să se dezvolte, iar diodele și tranzistoarele au început să fie folosite ca bază de element.

Dezvoltarea în continuare a electronicii este asociată cu apariția computerelor. Calculatoarele bazate pe tranzistori s-au distins prin dimensiunea mare și consumul de energie, precum și fiabilitatea scăzută (datorită numărului mare de piese). Pentru a rezolva aceste probleme, au început să fie folosite micro-ansambluri, apoi microcircuite. Numărul de elemente ale microcircuitelor a crescut treptat, au început să apară microprocesoare. În prezent, dezvoltarea electronicii este facilitată de apariția comunicațiilor celulare, precum și a diverselor dispozitive wireless, navigatoare, comunicatoare, tablete etc.

Principalele repere în dezvoltarea electronicii pot fi luate în considerare:

• invențiile radioului A.S. Popov (7 mai 1895) și începutul utilizării receptoarelor radio,
• Invenția lui Lee de Forest a triodei tubulare, primul element de amplificare,
• Utilizarea de către Losev a unui element semiconductor pentru a amplifica și genera semnale electrice,
• dezvoltarea electronicii cu stare solidă,
• utilizarea elementelor conductoare și semiconductoare (lucrări ale lui Ioffe, Schottky),
• invenția în 1947 a tranzistorului (William Shockley, John Bardeen și Walter Brattain),
• crearea unui microcircuit integrat și dezvoltarea ulterioară a microelectronicii, principala zonă a electronicii moderne.

Domenii electronice

Se pot distinge următoarele domenii ale electronicii:

• fizica (microlume, semiconductori, unde electromagnetice, magnetism, curent electric etc.) este un domeniu al științei în care sunt studiate procesele care au loc cu particule încărcate,
• electronice de larg consum - dispozitive electronice de larg consum și dispozitive care utilizează tensiune electrică, curent electric, câmp electric sau unde electromagnetice. (De exemplu, televizor, telefon mobil, fier de călcat, bec, aragaz electric, .. etc.).
• Energie - producerea, transportul și consumul de energie electrică, aparate electrice de mare putere (ex. motor electric, lampă electrică, centrală electrică), sistem electric de încălzire, linie electrică.
• Microelectronica - dispozitive electronice în care microcircuitele sunt utilizate ca elemente active:
  • optoelectronică - dispozitive care utilizează curent electric și fluxuri de fotoni,
  • echipamente audio-video - dispozitive pentru amplificarea și conversia imaginilor audio și video,
  • microelectronica digitala - dispozitive bazate pe microprocesoare sau microcircuite logice. De exemplu: calculator electronic, computer, TV digital, telefon mobil, imprimantă, robot, panou de control pentru echipamente industriale, vehicule și alte dispozitive de uz casnic și industriale.

Multe discipline științifice ale universităților tehnice sunt dedicate studiului diferitelor aspecte ale electronicii.

Electronică cu stare solidă

Istoria electronicii cu stare solidă

Termenul de electronică solidă a apărut în literatura de specialitate la mijlocul secolului al XX-lea pentru a se referi la dispozitive pe o bază de element semiconductor: tranzistoare și diode semiconductoare, înlocuind dispozitivele electrice de vid voluminoase, cu eficiență scăzută - tuburi radio. Rădăcina „solid” este folosită aici deoarece procesul de control al curentului electric are loc într-un semiconductor solid, spre deosebire de vid, așa cum se întâmplă într-un tub radio electronic. Mai târziu, la sfârșitul secolului al XX-lea, acest termen și-a pierdut sensul și a căzut treptat din uz, deoarece aproape toate componentele electronice ale civilizației noastre au început să folosească exclusiv baza elementului activ semiconductor în stare solidă.

Miniaturizarea dispozitivului

Odată cu nașterea electronicii cu stare solidă, a început un proces revoluționar și rapid de miniaturizare a dispozitivelor electronice. De câteva decenii, elementele active au scăzut de zece miliarde de ori - de la câțiva centimetri dintr-un tub radio electronic la câțiva nanometri ai unui tranzistor integrat pe un cip semiconductor.

Tehnologie de obținere a elementelor

Elementele active și pasive din electronica solidă sunt create pe un cristal semiconductor ultrapur omogen, cel mai adesea siliciu, prin metoda injectării sau depunerii de noi straturi în anumite coordonate ale corpului cristalin al atomilor altor elemente chimice, molecule mai complexe, inclusiv substante organice. Injecția modifică proprietățile unui semiconductor la locul de injecție (dopaj), schimbându-i conductivitatea în sens opus, creând astfel o diodă sau un tranzistor sau un element pasiv: un rezistor, conductor, condensator sau inductor, izolator, radiator și alte structuri. În ultimii ani, tehnologia de fabricare a surselor de lumină pe un cip a devenit larg răspândită. Un număr imens de descoperiri și tehnologii dezvoltate pentru utilizarea tehnologiilor în stare solidă se află încă în seifurile deținătorilor de brevete și așteaptă în aripi.

Tehnologia de obținere a cristalelor semiconductoare, a căror puritate permite crearea unor elemente de mai mulți nanometri, a început să fie numită nanotehnologie, iar secțiunea de electronică - microelectronica.

Următoarea etapă în evoluția electronicii poate deveni optoelectronica, în care un foton va acționa ca un element purtător, mult mai mobil, mai puțin inerțial decât un electron/„gaura” dintr-un semiconductor de electronică solidă.

Dispozitive de bază cu stare solidă

Principalele dispozitive active în stare solidă utilizate în dispozitivele electronice:

• O diodă este un conductor unilateral de la anod la catod. Soiuri: diodă tunel, diodă de tranzit avalanșă, diodă Gunn, diodă Schottky etc.;
• Tranzistoare bipolare - tranzistoare cu două joncțiuni fizice p-n, al căror curent colector-emițător este controlat de curentul bază-emițător;
• Tranzistor cu efect de câmp - un tranzistor, al cărui curent Source-Drain este controlat de Tensiunea la joncțiunea pn- sau np-gate-Drain sau de potențialul peste el în tranzistoare fără joncțiune fizică - cu o poartă izolată galvanic de canal Stoke-Source;
• Diode cu conductivitate controlată dinistori și tiristoare utilizate ca întrerupătoare, diode emițătoare de lumină și fotodiode utilizate ca convertoare de radiație e/m în semnale electrice sau energie electrică sau invers;
• Microcircuit integrat - o combinație de elemente active și pasive în stare solidă pe unul sau mai multe cristale într-un singur pachet, utilizat ca modul, un circuit electronic în microelectronica analogică și digitală.

Exemple de utilizare

Exemple de utilizare a dispozitivelor cu stare solidă în electronică:

• Multiplicator de tensiune diodă redresoare;
• Multiplicator de frecvență a diodelor neliniare;
• Următorul emițătorului (tensiune) pe un tranzistor bipolar;
• Amplificator colector (putere) pe un tranzistor bipolar;
• Emulator de inductanță bazat pe circuite integrate, condensatoare și rezistențe;
• Convertor de impedanță de intrare pe un tranzistor cu efect de câmp sau bipolar, pe un microcircuit integrat al unui amplificator operațional în microelectronica analogică și digitală;
• Generator de semnale electrice pe o diodă cu efect de câmp, diodă Schottky, tranzistor sau circuit integrat în generatoare de semnal de curent alternativ;
• Redresor de tensiune pe o diodă redresoare în circuite de curent electric alternativ în diverse dispozitive;
• O sursă de tensiune stabilă pe o diodă Zener în stabilizatoarele de tensiune;
• O sursă de tensiune stabilă pe o diodă redresoare în circuitele de polarizare a tensiunii bază-emițător ale unui tranzistor bipolar;
• Element emițător de lumină într-un corp de iluminat LED;
• Element emițător de lumină în optoelectronică bazată pe LED;
• Element de recepție a luminii în optoelectronică bazat pe o fotodiodă;
• Element de recepție a luminii în panourile solare ale centralelor solare;
• Amplificator de putere pe un tranzistor bipolar sau cu efect de câmp, pe un microcircuit integrat, Amplificator de putere în treptele de ieșire ale amplificatoarelor de putere pentru semnale, AC și DC;
• Element logic pe un tranzistor, diode sau pe un microcircuit integrat de electronică digitală;
• Celulă de memorie pe unul sau mai mulți tranzistori în cipuri de memorie;
• Amplificator tranzistor de înaltă frecvență;
• Procesor de semnal digital pe un microcircuit integrat al unui microprocesor digital;
• Procesor de semnal analogic bazat pe tranzistoare, circuit integrat cu microprocesor analogic sau amplificatoare operaționale;
• Periferice de calculator pe circuite integrate sau tranzistoare;
• Etapa de intrare a unui amplificator operațional sau diferenţial pe un tranzistor;
• Un comutator electronic în circuitele de comutare a semnalului pe un tranzistor cu efect de câmp cu o poartă izolată;
• Cheie electronică în circuite cu memorie cu diodă Schottky.

Diferențele cheie între electronica analogică și cea digitală

Deoarece informațiile sunt codificate diferit în circuitele analogice și digitale, acestea au, de asemenea, procese diferite de procesare a semnalului. Trebuie remarcat faptul că toate operațiunile care pot fi efectuate pe un semnal analogic (în special, amplificare, filtrare, limitare a intervalului etc.) pot fi efectuate și prin metodele de electronică digitală și simulare software în microprocesoare.

Principala diferență dintre electronica analogică și cea digitală poate fi găsită în metodele de codificare a informațiilor care sunt cele mai caracteristice pentru o anumită electronică.

Electronica analogică folosește cea mai simplă codare proporțională unidimensională - reflectarea parametrilor fizici ai sursei de informații în parametri fizici similari ai câmpului electric sau tensiunii (amplitudini în amplitudini, frecvențe în frecvențe, faze în faze etc.).

Electronica digitală utilizează codarea n-dimensională a parametrilor fizici ai sursei de date. Cel puțin în electronica digitală se folosește codarea bidimensională: tensiune (curent) și momente în timp. Această redundanță este adoptată numai pentru transmisia de date garantată cu orice nivel programabil de zgomot și distorsiune adăugat în dispozitiv la semnalul original. În circuitele digitale mai complexe, sunt utilizate metode de procesare a informațiilor cu microprocesor software. Metodele de transmitere a datelor digitale vă permit să creați de fapt canale fizice de transmisie a datelor absolut fără pierderi (fără creșterea zgomotului și a altor distorsiuni)

În sens fizic, comportamentul oricărui circuit electronic digital și al întregului dispozitiv nu este diferit de comportamentul unui dispozitiv sau circuit electronic analogic și poate fi descris prin teorie și reguli care descriu funcționarea dispozitivelor electronice analogice.

Zgomot

În conformitate cu modul în care informațiile sunt codificate în circuitele analogice, acestea sunt mult mai vulnerabile la efectele zgomotului decât circuitele digitale. O mică modificare a semnalului poate aduce modificări semnificative informațiilor transmise și poate duce în cele din urmă la pierderea acesteia; la rândul lor, semnalele digitale iau doar una dintre cele două valori posibile, iar pentru a provoca o eroare, interferența trebuie să fie aproximativ jumătate din valoarea lor totală. Această proprietate a circuitelor digitale poate fi utilizată pentru a îmbunătăți imunitatea semnalului la interferențe. În plus, suprimarea zgomotului este asigurată prin intermediul recuperării semnalului la fiecare poartă logică, ceea ce reduce sau elimină interferența; un astfel de mecanism este posibil prin cuantizarea semnalelor digitale. Atâta timp cât semnalul rămâne într-un anumit interval de valori, acesta este asociat cu aceeași informație.

Zgomotul este unul dintre factorii cheie care afectează acuratețea semnalului; este în principal zgomotul prezent în semnalul inițial și interferența introdusă în timpul transmisiei acestuia (vezi Raportul semnal-zgomot). Limitări fizice fundamentale - de exemplu, așa-numitele. Zgomot „împușcat” în componente - Setează limitele de rezoluție pentru semnalele analogice. În electronica digitală, o precizie suplimentară este oferită de utilizarea biților auxiliari care caracterizează semnalul; numărul lor depinde de performanța convertorului analog-digital (ADC).

Complexitatea dezvoltării

Circuitele analogice sunt mai dificil de proiectat decât circuitele digitale comparabile; acesta este unul dintre motivele pentru care sistemele digitale au devenit mai răspândite decât cele analogice. Circuitul analogic este proiectat manual, iar procesul de creare a acestuia oferă mai puține posibilități de automatizare. Trebuie remarcat, totuși, că pentru a interacționa cu mediul într-o formă sau alta, un dispozitiv electronic digital are nevoie de o interfață analogică. De exemplu, un receptor radio digital are un preamplificator analogic, care este prima verigă din lanțul de recepție.

Tipologia schemelor

În prezent, este dificil să găsești un circuit electronic complet analog. Circuitele analogice folosesc acum tehnologia digitală sau chiar cu microprocesor pentru a-și crește performanța. O astfel de schemă este de obicei numită nu analogică sau digitală, ci mixtă. În unele cazuri, este dificil să se facă o distincție clară între circuitele continue și discrete, din cauza faptului că ambele includ elemente atât de natură liniară, cât și neliniară. Un exemplu este, să zicem, un comparator: primind un domeniu continuu de tensiune la intrare, în același timp scoate la ieșire doar unul dintre cele două niveluri de semnal posibile, ca un circuit digital. La fel, un amplificator cu tranzistor supraîncărcat poate dobândi proprietățile unui comutator controlat, care are și două niveluri de ieșire.

Circuite digitale

Circuitele digitale se bazează pe un număr de niveluri discrete de tensiune. Ele reprezintă cea mai tipică implementare fizică a algebrei booleene și constituie baza elementară a tuturor calculatoarelor digitale. Termenii „circuit digital”, „sistem digital” și „circuit logic” sunt adesea considerați sinonimi. Pentru circuitele digitale, de regulă, este caracteristic un sistem binar cu două niveluri de tensiune, care corespund unui zero logic și, respectiv, unuia logic. Adesea prima este asociată cu tensiunea joasă, iar cea din urmă cu tensiunea înaltă, deși există și opțiuni opuse. Au fost studiate și circuite logice ternare (adică cu trei stări posibile), s-au încercat să construiască calculatoare pe baza lor. Pe lângă calculatoare, circuitele digitale formează baza ceasurilor electronice și controlerelor logice programabile (utilizate pentru controlul proceselor industriale); un alt exemplu este

La intersecția unor ramuri științifice precum fizica și tehnologia s-a născut electronica. Dacă îl considerăm într-un sens restrâns, atunci putem spune că este angajat în studiul interacțiunii electronilor și câmpul electromagnetic, precum și în crearea de dispozitive bazate pe aceste cunoștințe. Ce sunt aceste dispozitive și cum se dezvoltă știința electronică astăzi?

Salt

Astăzi este epoca tehnologiei informației. Tot ceea ce primim din exterior trebuie procesat, stocat și transferat. Toate aceste procese au loc cu ajutorul diferitelor tipuri de dispozitive electronice. Cu cât o persoană se cufundă mai adânc în lumea fragilă a electronilor, cu atât descoperirile sale și, în consecință, dispozitivele electronice create sunt mai grandioase.

Puteți găsi suficiente informații despre ce este electronica și cum s-a dezvoltat această știință. După ce l-ai studiat, ești uimit - cât de repede s-a dezvoltat tehnologia, ce salt rapid a făcut această industrie într-o perioadă scurtă de timp.

Ca știință, a început să prindă contur în secolul al XX-lea. Acest lucru s-a întâmplat odată cu începutul dezvoltării bazei elementului de inginerie radio și electronică radio. A doua jumătate a secolului trecut a fost marcată de dezvoltarea ciberneticii și a computerelor, toate acestea au stimulat interesul pentru acest domeniu. Dacă la începutul dezvoltării sale un computer putea ocupa o întreagă încăpere de dimensiuni considerabile, astăzi avem microtehnologii capabile să răstoarne toate ideile noastre despre lumea din jurul nostru.

În mod surprinzător, poate că în viitorul apropiat va fi posibil să vorbim despre ce este electronica în contextul cunoștințelor de bază istorice. Tehnologiile sunt minimizate în fiecare zi. Perioada capacității lor de lucru crește. Toate acestea ne surprind din ce în ce mai puțin. Astfel de procese naturale sunt asociate cu legea lui Moore și sunt efectuate folosind siliciu. Deja astăzi se vorbește despre o alternativă la electronică - spintronica. Și, de asemenea, toată lumea cunoaște evoluțiile în domeniul nanoelectronicii.

Dezvoltare și probleme

Deci, ce este electronica și ce probleme are această ramură a științei în dezvoltarea dispozitivelor? După cum sa spus, electronica este o industrie creată la intersecția dintre fizică și tehnologie. Acesta investighează procesele de formare a particulelor încărcate și controlul mișcării electronilor liberi în diverse medii, cum ar fi solid, vid, plasmă, gaz și la limitele acestora. Această știință dezvoltă și metode de creare a dispozitivelor electronice pentru diferite domenii ale vieții umane. Nu ultimul loc este ocupat de cercetarea problemelor asociate cu dezvoltarea științei: uzura rapidă, probleme etice, cercetare și experimentare, costuri și multe altele.

În viața de zi cu zi a oricărei persoane moderne, întrebarea „Ce este electronica?” nu va provoca nicio surpriză. Viața lui este literalmente plină de dispozitive electronice: ceasuri, mașini de spălat și alte aparate de uz casnic, aparate încorporate în mașini și alte vehicule, echipamente audio și video, televizoare, telefoane, roboți, dispozitive și echipamente medicale și așa mai departe. Această listă poate fi continuată foarte mult timp.

Zona de dezvoltare și aplicare

În mod tradițional, electronica este împărțită în două domenii: dezvoltarea bazei elementului și proiectarea circuitelor electronice. reprezintă diverse caracteristici. Este împărțit în clasă și electronică solidă. În circuitele electrice, baza elementului este formată din dispozitive pentru utilizarea, înregistrarea și procesarea semnalelor electrice. Semnalul procesat este reprodus într-o formă convenabilă (ecran de monitor, ecran TV, sunet și așa mai departe). Semnalul poate fi înregistrat pe un mediu de stocare și redat în orice moment, controlând sistemele automate, servodriversările și alte dispozitive.

Circuitele electronice sunt prezentate în formă analogică și digitală. Analogic amplifică și procesează un semnal analogic. De exemplu, undele radio. Circuitele digitale sunt proiectate să funcționeze cu un semnal de natură cuantică. Acestea sunt computere, controlere și multe alte dispozitive.

Electronica și nanoelectronica de astăzi nu mai sunt la fel de surprinzătoare precum erau la începutul apariției unor astfel de tehnologii. Ceea ce părea cândva ca ficțiune științifico-fantastică a devenit ceva obișnuit în lumea modernă. Rata de dezvoltare este atât de mare încât dispozitivele nu au timp să îmbătrânească, deoarece devin deja irelevante.

Dar științe precum electronica și nanoelectronica sunt conectate prin microelectronică, conducându-și istoria din 1958, din momentul creării microcircuitelor care conțin două rezistențe și patru tranzistoare. Dezvoltarea ulterioară a urmat calea minimizării și creșterii simultane a numărului de componente, cum ar fi tranzistoarele. Nanoelectronica este implicată în dezvoltarea circuitelor integrate, a căror normă topologică este mai mică de 100 nm.

Există o limită în dezvoltarea tehnologiei?

După cum puteți vedea, electronica este o știință de bază pentru dezvoltarea tehnologiilor sofisticate ale timpului nostru. Se spune deja că au fost dezvoltate electronice flexibile, făcând posibilă imprimarea folosind metal topit.

Nu a primit încă distribuție în masă, dar oamenii de știință au făcut progrese semnificative în acest domeniu. Nu există nicio îndoială că piața de consum va afla în curând ce este electronica flexibilă.

Stabilirea limitelor dezvoltării tehnologiei, care a început în secolul al XX-lea, este cu greu posibilă astăzi. Diferite științe se contopesc, biotehnologia electronică, inteligența artificială și multe altele se dezvoltă. Imprimarea 3D este deja folosită cu succes, iar Carolina de Nord a dezvăluit o tehnologie foarte ambițioasă pentru o astfel de imprimare folosind metal topit. Noua tehnologie poate fi introdusă cu ușurință în orice tehnologie de producție.

Statul Minsk Superior

Colegiul de Aviație

Dudnikov I.L.

ELECTRONICA AVIATIONALA

PARTEA 1

Ghid de studiu

BBK 39.52-051-04

I. L. DUDNIKOV,

candidat la stiinte tehnice, conf. univ

Referent

A. G. Klyuev

Candidat la științe tehnice, conferențiar al Departamentului de Relații Economice și Economice

Manualul de instruire pentru cursul „Electronica aviatică” este destinat studenților (cadeților) specialității 1-37 04 02 „Operarea tehnică a echipamentelor aviatice” (specializarea 1-37 04 02-01). Conține informații teoretice despre baza elementului de electronică și circuite, o listă de literatură recomandată.

© MGVAK, 2011

SECȚIUNEA 1 BAZĂ DE ELEMENT ELECTRONIC

Introducere. Definiția „electronică”

Electronica este un domeniu al științei și tehnologiei angajat în crearea și utilizarea practică a diferitelor dispozitive și dispozitive, a căror activitate se bazează pe schimbarea concentrației și mișcării particulelor încărcate (electroni) în vid, gaz sau corpuri cristaline solide.

Electronica, mai ales strâns legată de ingineria radio, a fost numită electronică radio (comunicații radio și televiziune).

Electronica radio este una dintre ramurile științei, tehnologiei și economiei naționale în dezvoltare extrem de rapidă. Complexitatea echipamentelor electronice crește de 10 ori la fiecare 5 ani. Există o înlocuire continuă a unor dispozitive cu altele, mai avansate. Anterior, capacitățile tuburilor cu vid păreau perfecte, dar dispozitivele semiconductoare au apărut cu capacități și mai mari. Ceea ce era inaccesibil tuburilor electronice (rezistență mecanică mare, dimensiune mică, durabilitate) a devenit disponibil dispozitivelor semiconductoare.

Electronica își găsește o utilizare din ce în ce mai răspândită în aproape toate domeniile științei și tehnologiei, datorită sensibilității ridicate, vitezei, versatilității și dimensiunilor reduse ale dispozitivelor electronice.

1. Sensibilitatea ridicată a dispozitivelor electronice este asigurată de diverse circuite de amplificare. Sensibilitatea dispozitivelor electronice poate fi realizată: curent 10 -17 A, tensiune
10 -13 V și putere 10 -24 W.

2. Viteza este determinată de însăși natura vibrațiilor electrice. Acest parametru este în creștere constantă datorită microminiaturizării elementelor și dispozitivelor în general.

3. Versatilitatea se datorează posibilității de a converti toate tipurile de energie (mecanică, termică, luminoasă, radiantă, sonoră, chimică) în energie electrică, pe schimbarea și transformarea căreia se bazează acțiunea tuturor circuitelor electronice.

Fără electronică, utilizarea aviației, a navelor spațiale și a dispozitivelor cibernetice, cercetarea spațială și astronomică, automatizarea proceselor de cercetare științifică și de producție, tehnologie de calcul, comunicații radio și televiziune, sisteme de înregistrare și reproducere a informațiilor și multe alte realizări ale științei și tehnologiei moderne , ar fi imposibil.

Dispozitivele electronice sunt utilizate pe scară largă în tehnologia comunicațiilor (emisiuni, televiziune); în tehnologia de măsurare; în transporturi (transport rutier, feroviar, pe apă); în medicină și biologie (cercetare, diagnostic, echipamente medicale); în industrie și agricultură, adică în aproape toate domeniile activității umane, dispozitivele electronice sunt utilizate pe scară largă și cu succes.

Domeniul electronicii, care se ocupa cu utilizarea in industrie, transport si agricultura a diverselor dispozitive electronice care permit monitorizarea, reglarea si controlul proceselor de productie, se numeste electronica industriala.

Electronica industrială este de neconceput în afara ingineriei radio și a electronicii radio, care au fost punctul său de plecare.

Electronicele industriale includ:

1. Electronica informațională, care include sisteme și dispozitive electronice legate de măsurarea, controlul și managementul instalațiilor industriale și proceselor tehnologice.

2. Electronica de putere (tehnologia de conversie) asociată cu transformarea tipului de curent electric în scopuri de antrenare electrică, sudare, tracțiune electrică, electrotermie etc.

3. Tehnologia electronică - expunerea materiei la fascicule de electroni, plasmă.

În centrul radio-electroniciei se află cea mai mare descoperire a câmpului electromagnetic, asociată cu numele unor oameni de știință remarcabili: M. Faraday, care a descoperit legea inducției electromagnetice (1831), J. Maxwell, care a creat teoria câmpului electromagnetic (1865), G. Hertz, care a fost primul care a obținut experimental unde electromagnetice (1887).

În funcție de baza elementului utilizat, se pot distinge patru generații principale ale dezvoltării electronicelor industriale și a dispozitivelor electronice:

generația 1(1904 - 1950) - elementul principal de bază al dispozitivelor electronice a fost alcătuit din dispozitive electrovacuum.

a 2-a generație(1950 - începutul anilor 60) - utilizarea dispozitivelor semiconductoare discrete ca bază principală a elementului.

generația a III-a dispozitive electronice (1960 - 1980) este asociată cu dezvoltarea microelectronicii. Circuitele integrate și microansamblurile au devenit baza elementului de bază a dispozitivelor electronice.

generația a IV-a(din 1980 până în prezent) se caracterizează prin microminiaturizarea ulterioară a dispozitivelor electronice bazată pe utilizarea LSI și VLSI.

Criteriul progresului științific și tehnologic este considerat în prezent gradul de utilizare a echipamentelor electronice în diverse domenii ale activității umane, ceea ce face posibilă creșterea dramatică a productivității muncii fizice și mentale, îmbunătățirea indicatorilor tehnici și economici ai producției și rezolvarea cuprinzătoare. astfel de probleme care nu pot fi rezolvate prin alte mijloace.

Element de bază- acestea sunt piese sau module separate, care sunt pre-asamblate din părți separate ale schemelor permanente de conectare. Baza elementului este împărțită în trei grupuri de elemente:

Active (tranzistoare, tuburi vid);

Conversie (tuburi catodice);

Pasive (rezistoare, bobine, condensatoare, transformatoare, bobine).

Când vorbim despre tehnologie electronică, imaginația vine cu ideea de instalații și dispozitive frumoase, convenabile cu care ne confruntăm în viața de zi cu zi. Într-adevăr, este greu de imaginat o perioadă în care nu existau diverse echipamente audio și video, computere, ceasuri electronice, instrumente muzicale electrice etc. O cantitate imensă de echipamente electronice este folosită în diverse industrii, inginerie radio, agricultură, aviație, astronautică. , medicină, navigație și în dezvoltarea militară.

În prezent, tehnologia electronică este înțeleasă și ca dispozitive și dispozitive bazate pe fluxuri de electroni și interacțiunea acestora cu materia și câmpurile electromagnetice.

Dispozitivele electronice se bazează pe dispozitive electronice.

Dispozitivele electronice sunt dispozitive electronice elementare care îndeplinesc funcții specifice. Distingeți între dispozitivele electronice cu vid și cele cu stare solidă.

Dispozitivele electronice cu vid includ tuburile cu vid, tuburile cu raze catodice și alte dispozitive cu vid și cu descărcare în gaz (magnetroni, tuburi fotomultiplicatoare, convertoare electron-optice etc.).

Dispozitivele și dispozitivele cu stare solidă includ diode semiconductoare, tranzistoare, tiristoare, LED-uri, fotodiode, lasere semiconductoare, circuite integrate, dispozitive pentru generarea de impulsuri de curent și tensiune electrică etc.

Tehnologia electronică este, de asemenea, înțeleasă ca o varietate de dispozitive electronice asociate cu utilizarea dispozitivelor electronice elementare, variind de la simple amplificatoare la computere complexe. Un loc special îl ocupă dispozitivele electronice asociate cu formarea, recunoașterea și conversia semnalelor radio. Ele sunt studiate și descrise de electronica radio.

Zona electronică este caracteristică, care include dispozitive de impuls și dispozitive electronice asociate cu tehnologia digitală și de calcul.

De asemenea, sunt specifice secțiunile de electronică dedicate metodelor de studiere a fenomenelor fizice, de măsurare a mărimilor fizice, caracteristicile și parametrii dispozitivelor electronice, precum și circuitele electrice și câmpurile electromagnetice aferente. Dispozitivele care măsoară parametrii și studiază procesele care au loc în circuitele și dispozitivele electrice se numesc dispozitive electronice de măsură.

Toate acestea dau motive pentru a trage o concluzie. ce: „Ingineria electronică (electronica) este un domeniu al științei și tehnologiei asociat cu studiul și implementarea proprietăților fizice, metodelor de cercetare și practica utilizării dispozitivelor bazate pe interacțiunea electronilor cu câmpurile electrice și magnetice în vid sau solid. "

Elementele echipamentelor electronice sunt dispozitive electronice industriale și dispozitive care îndeplinesc funcții specifice. Elementele tehnologiei electronice sunt, parcă, blocuri din care sunt construite dispozitive electronice mai complexe. Elementele de bază sau de bază ale echipamentelor electronice sunt rezistențele, condensatoarele, diodele, tranzistoarele, microcircuitele etc.

Elementele active ale echipamentelor electronice (LED-uri, lasere, optocuple, microcircuite de control) sunt numite și elemente electronice, subliniind capacitatea acestora de a îndeplini anumite funcții.

Baza elementară a echipamentelor electronice este setul principal de elemente electronice utilizate în producția industrială de echipamente electronice complexe în această etapă istorică.

Electronica analogică este o tehnică electronică care funcționează cu semnale continue (tensiuni și curenți care variază continuu). Dispozitivele electronice analogice includ amplificatoare, mixere, convertoare de frecvență, filtre, tensiune, curent, stabilizatoare de frecvență și oscilatoare armonice.

Electronica cu impulsuri este o tehnică electronică care funcționează cu semnale pulsate (impulsuri simple de tensiune și curent sau trenuri de impulsuri). Exemple de dispozitive de comutare sunt amplificatoarele și generatoarele de impulsuri, convertoarele de tensiune la frecvență și altele asemenea.

Electronica digitală este o tehnică electronică care lucrează cu valori individuale (discrete) ale tensiunilor (curenți, frecvențe), reprezentate sub formă de numere. Dispozitivele electronice digitale includ dispozitive logice care funcționează cu semnalele 0 și 1, convertoare analog-digital și digital-analogic, microprocesoare, calculatoare personale, dispozitive de calcul complexe. Electronica digitală este strâns legată de tehnologia impulsurilor, deoarece semnalele sunt transmise în ea prin secvențe de impulsuri.

Întreaga linie de echipamente electronice depinde de baza elementului utilizat, a cărei dezvoltare este dedicată lucrărilor multor oameni de știință, cercetărilor și invențiilor acestora. Calea de dezvoltare a tehnologiei electronice poate fi împărțită condiționat în mai multe etape, al căror început începe din momentul descoperirii energiei electrice și al studiului ulterioar al acesteia.

Scopul acestei lucrări este de a urmări mai în detaliu această cale, de a se familiariza cu elementele de bază ale funcționării dispozitivelor și dispozitivelor electronice, apariția lor în procesul de cercetare a diferitelor proprietăți ale electricității și fenomenelor de către oameni de știință și fizicieni din diferite epoci.

Orice dispozitiv electronic complex constă din componente active și pasive mai simple. Elementele active includ tranzistoare, diode, tuburi vid, microcircuite capabile să amplifice semnalele electrice din punct de vedere al puterii; componentele radio pasive sunt rezistențe, condensatoare, transformatoare. Să analizăm etapele formării electronicii într-o tăietură istorică

Istoria dezvoltării electronicii poate fi împărțită aproximativ în patru perioade. Prima perioadă datează de la sfârșitul secolului al XIX-lea... În această perioadă au fost descoperite sau descifrate din surse antice legile fizice de bază ale funcționării dispozitivelor electronice și au fost descoperite diverse fenomene care au stimulat dezvoltarea și utilizarea lor. Începutul dezvoltării tehnologiei lămpii este considerat a fi descoperirea de către inginerul electric rus A. N. Lodygin a unei lămpi obișnuite cu incandescență.

Pe baza ei, deja în 1883, inginerul american T.A. Edison a descoperit și descris fenomen de emisie termoionicăși trecerea unui curent electric printr-un vid. Fizicianul rus A.G. Stoletov a descoperit legile de bază ale efectului fotoelectric în 1888. Cel mai important rol în dezvoltarea electronicii l-a jucat descoperirea de către oamenii de știință ruși în 1895 A.S. Popov posibilităților transmiterea undelor radio la distanță... Această descoperire a dat un impuls uriaș dezvoltării și implementării diferitelor dispozitive electronice în practică; așa a apărut cererea de dispozitive pentru generarea, amplificarea și detectarea semnalelor electrice.

A doua etapă din istoria dezvoltării electronicii acoperă prima jumătate a secolului al XX-lea. Această perioadă se caracterizează prin dezvoltarea și îmbunătățirea dispozitivelor electrovacuum și studiul sistematic al proprietăților fizice ale acestora. În 1904, cel mai simplu tub de vid cu doi electrozi - diodă, care a găsit cea mai largă aplicație în ingineria radio pentru detectarea oscilațiilor electrice. Doar câțiva ani mai târziu, în 1907, lampă cu trei electrozi - triodă, amplificarea semnalelor electrice. În Rusia, primele mostre de lămpi au fost făcute în 1914-1915. sub conducerea lui N. D. Papaleksi și M. A. Bonch-Bruevich.

Dar Primul Război Mondial, declanșat de britanici și germani, a împiedicat munca la crearea de noi tipuri de tuburi cu vid. După lovitura de stat plătită de anglo-saxoni în 1917, în ciuda celei mai dificile situații financiare, a început să se creeze o industrie autohtonă de inginerie radio. În 1918, laboratorul de radio Nijni Novgorod a început să funcționeze sub conducerea lui M. A. Bonch-Bruevich - prima instituție de cercetare în tehnologia vacuumului radio și electric. Deja în 1919, cel mai dificil an pentru țară, laboratoarele au produs primele mostre de tuburi radio receptoare-amplificatoare domestice, iar în 1921 au fost dezvoltate primele tuburi de vid puternice răcite cu apă. O contribuție semnificativă la dezvoltarea tehnologiei de vid electric și la producția în masă a tuburilor radio a fost adusă de echipa Uzinei de lămpi electrice din Leningrad, construită în 1922, numită mai târziu „Svetlana”.

Ulterior, dezvoltarea dispozitivelor de electrovacuum pentru amplificarea și generarea de oscilații electrice a decurs în pași de șapte mile. Dezvoltarea undelor hectometru (X = 1000-f-100 m) și decametru (A = 100-10 m) prin tehnologia radio a necesitat dezvoltarea lămpilor de înaltă frecvență. În 1924 au fost inventate lămpi cu patru electrozi (tetrozi), în 1930 - cinci electrozi ( pentode), în 1935 - lămpi cu conversie de frecvență cu mai multe rețele ( heptode). În anii 30 și începutul anilor 40, odată cu îmbunătățirea lămpilor convenționale, lămpile au fost dezvoltate pentru unde decimetrice (A-100-n 10 cm) și centimetrice (A = 10h-1 cm) - magnetroni, klystroni, lămpi cu undă de călătorie.

În paralel cu dezvoltarea dispozitivelor electronice, au fost create dispozitive cu fascicul de electroni, fotoelectrice, ionice, la crearea cărora inginerii ruși au avut o contribuție semnificativă. Pe la mijlocul anilor '30, electronicele tubulare fuseseră în mare măsură formate. Dezvoltarea tehnologiei electrovacuum în anii următori a urmat calea reducerii dimensiunilor dispozitivelor, îmbunătățirea parametrilor și caracteristicile acestora, creșterea frecvenței de operare, creșterea fiabilității și durabilității.

Istoria dezvoltării electronicii. A treia perioada se referă la sfârșitul anilor 40 și începutul anilor 50, caracterizat prin dezvoltarea rapidă a dispozitivelor semiconductoare discrete. Dezvoltarea electronicii semiconductoare a fost precedată de lucrări în domeniul fizicii stării solide. Un mare merit pentru studiul fizicii semiconductorilor aparține școlii de fizicieni sovietici, condusă de multă vreme de academicianul A.F. Ioffe. Studii teoretice și experimentale ale proprietăților electrice ale semiconductorilor efectuate de oamenii de știință sovietici A.F. Ioffe, I.V. Kurchatov, V.P. Zhuze, V.G.

start vârsta siliciuluiÎn 1947, au pus în măruntaiele laboratoarelor companiei de telefonie Bell unde s-a „născut” primul tranzistor din ciclul actual - un element de amplificare semiconductor. Evenimentul a marcat tranziția electronicii de la tuburi de vid voluminoase la semiconductori mai compacti și mai rentabili. A început o nouă rundă de civilizație, numită „Epoca Siliciului”. Se presupune că doar cunoștințele din semiconductori au fost capabile să descifreze din ciclul anterior al dezvoltării civilizației pe Pământ.

Primele modele industriale de dispozitive semiconductoare, capabile să amplifice și să genereze oscilații electrice, au fost propuse în 1948. Odată cu apariția tranzistoarelor, începe perioada cuceririi electronicii de către semiconductori. Capacitatea tranzistorilor de a funcționa la tensiuni și curenți scăzute a făcut posibilă reducerea dimensiunii tuturor elementelor din circuite, a deschis posibilitatea miniaturizării echipamentelor electronice. Concomitent cu dezvoltarea de noi tipuri de dispozitive, s-a lucrat pentru a îmbunătăți metodele tehnologice de fabricare a acestora.

În prima jumătate a anilor ’50 a fost dezvoltată o metodă de difuzare a dopanților în materiale semiconductoare, iar la începutul anilor ’60, tehnologia plană și epitaxială, care de mulți ani a determinat progresul în producția de structuri semiconductoare. Anii 50 au fost marcați de descoperiri în domeniul fizicii stării solide și trecerea la electronica cuantică, ceea ce a dus la dezvoltarea tehnologiei laser. O mare contribuție la dezvoltarea acestei ramuri a științei și tehnologiei au avut-o oamenii de știință sovietici N. G. Basov și A. M. Prokhorov, cărora li s-au acordat premiile Lenin (în 1959) și Nobel (în 1964).

A patra perioadă de dezvoltare a electronicii isi are originea in anii '60 ai secolului trecut. Se caracterizează prin dezvoltarea și dezvoltarea practică circuite integrate, care a combinat producția de elemente active și pasive ale dispozitivelor funcționale într-un singur ciclu tehnologic. Nivelul de integrare LSI atinge mii de elemente într-un singur cristal. Stăpânirea producției de circuite integrate mari și foarte mari a făcut posibilă trecerea la crearea de dispozitive digitale complete funcțional - microprocesoare, concepute pentru funcționarea în comun cu dispozitivele de memorie și care asigură procesarea și controlul informațiilor conform unui program dat.

Progresele în electronica semiconductoare au fost un factor în apariția microelectronicii. În plus, dezvoltarea electronicii urmează calea microminiaturizării dispozitivelor electronice, crescând fiabilitatea, eficiența dispozitivelor electronice și a microcircuitelor integrate ale circuitelor integrate, îmbunătățirea indicatorilor de calitate a acestora, reducerea răspândirii parametrilor, extinderea intervalelor de frecvență și temperatură. „Tranzistorizarea” echipamentelor electronice, care a început în anii 1950, va rămâne un simbol al electronicii semiconductoare în forma sa calitativ nouă - electronică integrală pentru următorii câțiva ani. Dezvoltarea unei noi direcții a electronicii - optoelectronica, care combină metode electrice și optice de conversie și procesare a semnalului (conversia unui semnal electric într-un optic, apoi din nou optic într-un electric) - capătă o importanță deosebită.

Istoria dezvoltării electronicii. A cincea etapă poate fi numită semiconductori în procesoare... Sau declinul erei siliciului. În domeniile avansate ale electronicii moderne, cum ar fi dezvoltarea și fabricarea procesoarelor, unde dimensiunea și viteza elementelor semiconductoare au început să joace un rol decisiv, dezvoltarea tehnologiilor de utilizare a siliciului aproape a atins limita fizică. În ultimii ani, s-au realizat îmbunătățiri ale performanței circuitelor integrate prin creșterea frecvenței de ceas de funcționare și creșterea numărului de tranzistoare.

Odată cu creșterea vitezei de comutare a tranzistorilor, eliberarea de căldură a acestora crește exponențial. Acest lucru a oprit în 2005 frecvența maximă de ceas a procesoarelor undeva în regiunea de 3 GHz, iar de atunci doar „multi-core” a crescut, ceea ce, de fapt, marchează în esență timpul.

Micile progrese sunt privațiuni în integrarea cantitativă a elementelor semiconductoare într-un singur cip prin reducerea dimensiunii lor fizice - o tranziție către un proces tehnologic mai subtil. Începând cu 2009-11, a fost utilizată în total tehnologia de 32 nm, în care lungimea canalului tranzistorului este de numai 20 nm. Tranziția la un proces mai subțire de 16 nm a început abia în 2014.

Viteza tranzistoarelor crește pe măsură ce acestea scad, dar frecvența de ceas a nucleului procesorului nu mai este posibil să crească, deoarece a fost până la 90 nm a procesului tehnologic. Aceasta vorbește doar despre un blocaj în dezvoltarea tehnologiilor cu siliciu, deși acestea vor fi folosite cel puțin încă un secol, cu excepția cazului în care, desigur, cel de-al șaptelea ciclu de civilizație din acest sistem solar este resetat.

Evoluțiile grafenului ar trebui făcute publice în următorul deceniu, mai ales în acest sens unele instituții rusești au avansat datorită decriptării informațiilor din ciclul anterior, ale căror nume nu le pot indica încă.

Grafen este un material semiconductor redescoperit abia în 2004. Mai multe laboratoare au sintetizat deja un tranzistor pe bază de grafen care poate funcționa în trei stări stabile. O soluție similară în siliciu ar necesita trei tranzistoare semiconductoare separate. Acest lucru va permite în viitorul apropiat să se creeze circuite integrate din mai puține tranzistoare care vor îndeplini aceleași funcții ca și omologii lor învechiți de siliciu.

Un alt avantaj important al semiconductorilor cu grafen este capacitatea lor de a funcționa la frecvențe înalte. Mai mult, aceste frecvențe pot ajunge la 500-1000 GHz.