Этапы развития электроники.

Классификация электронных приборов.

Введение.

Лекционный курс.

Электроника.

 

Темпы развития многих областей науки и техники в значительной степени связаны с развитием электроники. В настоящее время невозможно найти какую-либо отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные приборы или электронные устройства автоматики, вычислительной или измерительной техники.

В каждой из многочисленных отраслей современной техники электроника дает толчок качественно новому этапу развития, производит подлинную техническую революцию.

Электроника как наука (принято называть физической электроникой) занимается изучением электронных явлений и процессов, связанных с изменением концентрации и перемещением заряженных частиц в различных средах (в вакууме, газах, жидкостях, твердых телах) под воздействием различных условий (температура, давление, электрические и магнитные поля, излучения различного вида, в т. ч. и световые).

Задача электроники как отрасли техники (техническая электроника) – разработка, производство и эксплуатация электронных приборов, устройств и систем самого различного назначения.

Эффективность электронной техники обусловлена высоким быстродействием, точностью и чувствительностью входящих в нее элементов, важнейшими из которых являются электронные приборы.

С помощью электронных приборов удается преобразовывать неэлектрические виды энергий в электрическую и наоборот.

Исключительно велика роль электроники при создании средств вычислительной техники, в том числе высоко-эффективных электронных вычислительных машин (ЭВМ) и персональных компьютеров (ПК).

 

Электронные прибор, составляющие основу электроники, можно классифицировать по двум признакам:

- по принципу работы;

- по функциональному назначению.

По принципу работы электронные приборы могут быть разделены на четыре класса:

1. Электронные приборы – поток электронов движется между электродами, находящимися в высоком вакууме, т.е. в среде столь разряженного газа, что движущиеся электроны не испытывают столкновений с частицами газа.

2. Газоразрядные приборы – движение электронов в межэлектродном пространстве происходит в условиях столкновения их с частицами газа (с молекулами и атомами), что при определенных условиях приводит к ионизации газа, резко изменяющего свойства прибора. Такие приборы называются ионными.

3. Электрохимические приборы – принцип действия основан на явлениях, связанных с происхождением электрического тока в жидких телах с ионной проводимостью. Такие приборы работают на основе явлений, изучаемых электрохимией и электроникой – хемотроникой.

4. Полупроводниковые приборы– принцип действия основан на электронных явлениях в веществах, имеющих кристаллическое строение, для которого характерно закономерное и упорядоченное расположение атомов в пространстве. Связанные между собой атомы располагаются строго определенным способом, что образует кристаллическую решетку твердого тела.

По функциональному назначению электронные приборы могут быть разделены на три группы:

1. Электропреобразовательные – это приборы, в которых электрическая энергия одного вида (например, постоянного тока) преобразуется в электрическую энергию другого вида (например, переменного тока различной формы). К ним относятся выпрямительные, усилительные, переключающие, стабилизирующие приборы и т.п.

2. Электроосветительные – это приборы, в которых электрическая энергия преобразуется в энергию оптического излучения. К ним можно отвести электронно-световые индикаторы, ЭЛТ, знаковые индикаторы, лазеры, в т.ч. светоизлучающие диоды и т.д.

3. Фотоэлектрические – это приборы, в которых энергия светового излучения преобразуется в электрическую энергию. Это фотоэлементы, фотодиоды, фототранзисторы, видеокамеры и т.п.

Общим для всех электронных приборов является то, что в них осуществляется преобразование энергий различных видов, поэтому приборы, имеющие существенные отличия в принципе действия, применяются по одному и тому же функциональному назначению, т.е. для одной и той же цели и обладают близкими свойствами.

 

(Краткая историческая справка).

 

1. 1904 – 1950 г.г. – дискретная электроника на электровакуумных лампах, начало относится к 1883 г. (Открытие Т. А. Эдисоном термоэлектронной эмиссии). В 1904 г. Флеминг создал первый ламповый детектор – первая электронная лампа. В 1907 г. Форест Ли ввел в лампу Флеминга управляющий электрод-сетку, что позволило создать электровакуумный триод, способный генерировать и усиливать электрические сигналы.

Изобретение в 1895 радиоприемника (Попов, Маркони) в значительной степени стимулировало создание приемно–усилительных электронных ламп с улучшенными характеристиками.

2. 1950 – 1960 г.г. – дискретная электроника на полупроводниковых приборах. Начало относится к 1947 г. (создание действующей модели биполярного транзистора – Шокли, Бардин, Браттейн). 1956 г. – нобелевская премия за биполярный транзистор. 1951 г. – промышленный выпуск биполярных транзисторов.

3. 1960 – 1980 г.г. – промышленный выпуск первых интегральных микросхем (ИМС) с малой степенью интеграции. 1962 г. – цифровые ИМС по технологии МОП. 1969 г. – ИМС с большой степенью интеграции (БИС). 1971 г. – разработка первых микропроцессоров. 1975 г. – разработка СБИС с числом логических ключей более 10000 и освоение промышленного выпуска.

4. 1980 г. – по настоящее время – устройства функциональной электроники – в основе работы акустооптические явления в полупроводниках, голография, системы на кристалле.