Читальный зал -->  Промышленная электроника 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Электроника - это область науки и техники, изучающая теорию работы и практическое использование полупроводниковых и электровакуумных приборов в различных электронных устройствах и системах.

Во всех электронных приборах осуществляется преобразование либо одного вида электрического тока в другой (постоянного - в переменный и наоборот), либо одного вида энергии в другую (например, электрической в световую и наоборот) за счет управления потоком заряженных частиц.

Современная электроника охватывает обширный круг вопросов, связанных с исследованием физических явлений, происходящих при прохождении электрического тока в полупроводниках, вакууме и газе, а также с разработкой и применением приборов и устройств, основанных на этих процессах.

Новейшим и прогрессивным направлением электроники является микроэлектроника, бурно развивающаяся на основе микроминиатюризации электронной аппаратуры. Ее элементной базой являются не отдельные электрорадиодетали, а интегральные микросхемы, каждая из которых представляет собой функциональный узел электронного устройства, сформированный в едином полупроводниковом кристалле.

Одно из важных направлений современной электроники - радиоэлектроника, занимающаяся разработкой и применением электронной аппаратуры для целей радиовещания, радиолокации, радионавигации, космонавтики, телевидения, звукового кино, связи. Другое направление - промышленная электроника, обеспечивающая внедрение электронных устройств во все отрасли народного хозяйства, науки и техники, быта как для электроэнергетики, так и для целей измерения, контроля и управления различными промышленными объектами и автоматизации технологических и производственных процессов.

Значение электроники трудно переоценить. Она играет важнейшую роль в решении всех задач, стоящих перед народным

хозяйством. Без электроники немыслимы ускорение социально-экономического развития страны, всемерная интенсификация и повышение эффективности производства на базе научно-технического прогресса.

Техника кинематографии и видеотехника базируются на использовании электронных устройств, в которых применяются полупроводниковые и электровакуумные приборы. Например, при воспроизведении звука с фотографической фонограммы кинофильма световой поток от читающей лампы кинопроектора проходит сквозь фонограмму на фотодиод или фотоумножитель, который преобразует световые колебания в электрические. Однако мощность этих колебаний слишком мала, чтобы привести в действие громкоговоритель кинозала. Поэтому слабые электрические колебания подают на электронный усилитель, который увеличивает их мощность до величины, требуемой на входе громкоговорителя.

В усилителях и источниках питания электронной аппаратуры используют полупроводниковые диоды, транзисторы, электронные лампы. В видеотехнике помимо этого необходимы электроннолучевые трубки.

Классификация электронных приборов

Типы и функции электронных приборов весьма разнообразны. Классификацию этих приборов можно производить по различным признакам. Основными из них являются принцип действия, вид преобразования энергии и назначение прибора.

По принципу действия электронные приборы делят на полупроводниковые и электровакуумные.

Полупроводниковыми называют приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводников. В этих приборах электронные процессы происходят либо на границе двух полупроводников с разными типами электропроводности или на границе полупроводника с металлом, либо в объеме полупроводника. К ним относятся полупроводниковые диоды, транзисторы, тиристоры, фотодиоды, светодиоды и другие.

Электровакуумными называют приборы, действие которых основано на прохождении электрического тока за счет движения электронов между электродами через вакуум или газ.

Для создания вакуума из баллона прибора откачивают воздух до давления, не превышающего 10 гПа. При таком высоком вакууме в процессах участвуют только электроны. К таким приборам относятся электронные лампы, электроннолучевые трубки, фотоумножители и другие.

Электровакуумные приборы, действие которых основано на

процессах при ионизации намеренно введенного инертного газа или паров ртути, называют газоразрядными. При прохождении электрического тока через газоразрядный прибор в процессах участвуют как электроны, так и положительные ионы газа. К газоразрядным приборам относятся газотроны, неоновые лампы, цифровые индикаторы тлеющего разряда, газоразрядные источники света и другие.

По виду преобразования энергии различают электропреобразовательные, фотоэлектронные и электронно-оптические приборы.

Электропреобразовательные приборы преобразуют один вид электрической энергии в другой ее вид.

Фотоэлектронные приборы преобразуют энергию оптического излучения (световую) в электрическую, а электронно-оптические, наоборот, - электрическую в энергию оптического излучения.

По назначению электропреобразовательные приборы подразделяют на выпрямительные, усилительные и генераторные.

Выпрямительные приборы преобразуют переменный ток промышленной частоты в постоянный ток, а также осуществляют детектирование высокочастотных колебаний в радиотехнике. К ним относятся полупроводниковые диоды.

Усилительные приборы предназначены для увеличения мощности электрических колебаний различной частоты, а также постоянного тока. К ним относятся транзисторы, триоды, многоэлектродные лампы. Усилительные приборы могут выполнять функцию вырабатывания электрических колебаний разной частоты за счет потребления постоянного тока. Б этом случае они являются генераторными приборами и преобразуют постоянный ток в переменный.

Краткий исторический обзор развития электроники

Современная электроника как важнейшая отрасль науки и техники развивалась на основе физики и электротехники на базе тех открытий и изобретений, которые были сделаны в конце XIX - начале XX века, но корнями своими уходят в более далекие времена. В 1752 г. М. В. Ломоносов и Б. Франклин почти одновременно и независимо друг от друга показали на опытах, что гром и молния представляют собой явления, сопровождающие мощный электрический разряд в атмосфере. В 1785 г. Ш. Кулон обнаружил утечку электрических зарядов через воздух, т. е. темный разряд.

Следующее, XIX столетие ознаменовалось большим количеством важнейших открытий и изобретений, приведших к возникновению электроники. Русский электрик П. Н. Яблочков исследовал электрическую дугу и в 1876 г. практически применил ее для освещения. Б 1872 г. А. Н. Лодыгин изобрел электрическую осветительную лампу с нитью накаливания, которая является прообразом электровакуумного прибора. В 1883 г. Томас Эдисон обнаружил прохождение электрического тока в вакууме между раскаленной нитью и положительной пластинкой. Однако он не мог ни объяснить, ни применить это явление. Оно было объяснено лишь после открытия в 1897 г. Дж. Дж. Томсоном существования электронов и успехов физики в области разработки электронной теории строения вещества.

Открытое Т. Эдисоном явление получило практическое применение в 1904 г. - при создании англичанином Д. Флемингом двухэлектродной электронной лампы и использовании ее для выпрямления переменного тока.

В 1907 г. Ли де Форест в Америке ввел в электронную лампу третий электрод и обнаружил усилительные свойства этой лампы - триода.

Изобретение радио в 1895 г. русским ученым А. С. Поповым и появление электронных ламп способствовало бурному развитию радиотехники.

В России в 1910 г. В. И. Коваленков продемонстрировал макет усилителя на триоде. Первые электровакуумные триоды, наполненные парами ртути, были разработаны академиком Н. Д. Папалекси в 1914 г.. а первые вакуумные приемно-усилительные лампы создал М. А. Бонч-Бруевич в 1916 г. Однако в технически отсталой царской России эти изобретения, как и многие другие, не были использованы, поскольку не существовало электровакуумной промышленности. Она начала развиваться только после Октябрьской революции.

Началом развития отечественной радиоэлектронной промышленности следует считать создание в 1918 г. по инициативе В. И. Ленина радиолаборатории в Нижнем Новгороде. Она явилась научной и одновременно производственной базой для развития радиоэлектроники в Советском Союзе. В ней под руководством М. А. Бонч-Бруевича работали крупные ученые и инженеры, такие, как В. П. Вологдин, А. Ф. Шорин, О. В. Лосев. Ими были разработаны и освоены в производстве радиоприемные лампы и мощные генераторные лампы для радиопередатчиков.

Дальнейшее развитие радиотехники потребовало разработки более сложных электронных ламп: в 1924-1926 гг. был создан тетрод, в 1930-1931 гг. - пентод, в 1934-1935 гг. - многосеточные и комбинированные лампы.

Параллельно с Нижегородской радиолабораторией с 1917 г. в Москве и Петрограде в области радиоэлектроники работали ячейки физиков, превратившиеся впоследствии в крупные лаборатории и научно-исследовательские институты. В них создавались радиолампы, разрабатывалась теория- электронных процессов, изучались фотоэлектрические явления. В 1922 г. в Петрограде на базе лаборатории, руководимой А. А. Чернышевым и С. А. Векшинским, был создан электроламповый завод, получивший в 1928 г. название Светлана .

Одновременно с электронными лампами развивались газоразрядные приборы: в 1908 г. В. П. Вологдиным разработаны ртутные выпрямители, в 1929-1931 гг. созданы газотроны, тиратроны, затем стабилитроны, неоновые лампы и другие.

Для развития способов передачи изображения и измерительной техники создавались фотоэлектронные и электронно-оптические приборы. В 1887-1889 гг. А. Г. Столетов вывел основной закон фотоэлектронной эмиссии, на основании которого был создан первый фотоэлемент. Углубление теории этой работы дал А. Эйнштейн, установив в 1905 г. второй закон фотоэлектронной эмиссии. В 1932-1934 гг. советские ученые С. А. Векшинский. П. В. Тимофеев. Л. А. Ку-бецкий разработали фотоумножители.

В России одну из первых электроннолучевых трубок для осциллографа предложил в 1910-1911 гг. Д. А. Рожанский, а в 1912 г. профессор Б. Л. Розинг продемонстрировал возможность использования электроннолучевых трубок для передачи и приема телевизионного изображения. Созданием передающих и приемных электроннолучевых трубок занимались советские ученые П. В. Шмаков, П. В. Тимофеев, С. И. Катаев.

На современном этапе развития электроники полупроводниковые приборы практически вытеснили электровакуумные почти во всех областях науки и техники. Интересна история их развития. Еще в 1874 г. А. С. Попов обнаружил выпрямительные свойства контактов между металлом и некоторыми сернистыми соединениями, а р 1900 г. он впервые применил в своем приемнике кристаллический детектор в виде графитовой пластинки и металлической иглы. Однако физические основы действия полупроводниковых приборов еще не были изучены и полупроводники долгое время не находили технического применения.

О. В. Лосев, изучая полупроводниковые кристаллы в Нижегородской радиолаборатории, разработал в 1922 г. радиоприемник с использованием такого

кристалла. Дальнейшие его работы привели в 1923 г. к обнаружению в кристаллах явления свечения, что позднее легло в основу создания светоизлучающих диодов и лазеров. Долгое время внедрение полупроводников в радиотехнику тормозилось недостаточным знанием их свойств, отсутствием теоретической и технологической базы для их создания. Широкое исследование полупроводников проводили в 30-е годы советские ученые под руководством академика А. Ф. Иоффе. Большой вклад в развитие полупроводниковой техники внесли Б. В. Курчатов, Б. Т. Коломиец, Д. Н. Наследов и другие физики исследованиями фотоэлектрических явлений в полупроводниках.

В 1940 г. были изготовлены первые точечные германиевые и кремниевые диоды. В 1948 г. американские физики Дж. Бардин и У. Браттейн разработали и изготовили первый германиевый точечный транзистор. В 1951 г. были созданы плоскостные транзисторы. В 1952 г. У. Шокли разработал теорию плоскостных транзисторов, а также полевых транзисторов с управляющим р-п переходом. Позднее появились тиристоры, фотодиоды.

Первые отечественные транзисторы были созданы в 1949 г. А. В. Красиловым и С. Г. Мадояном. В 1950 г. предложены кремниевые СВЧ-диоды, а в 1961 г,- германиевые; в 1954 г. - солнечные батареи. В 60-е годы разработаны новые методы технологии изготовления полупроводниковых структур, предложены МОП-структуры, получено когерентное излучение полупроводников, появились туннельные диоды, варикапы, СВЧ-транзисторы, эффективные светоизлучающие диоды.

Все это положило начало бурному развитию полупроводниковой электроники, возникла лазерная техника. В 1964 г. за большой вклад в развитие квантовой радиофизики советским ученым И. Г. Басову и А. А. Прохорову была присуждена Нобелевская премия. В 1972 г. Ж- И. Алферов создал инжекционные лазеры.

Полупроводниковая электроника вошла во все отрасли науки и техники. Ее успехи создали базу для развития микроэлектроники, которая позволяет решить проблему уменьшения массы, габаритов и стоимости электронной аппаратуры при одновременном увеличении ее сложности, расширении функций и повышении надежности.

Микроэлектроника занимается исследованием, разработкой, конструированием, изготовлением и применением микроэлектронных изделий. Ее основные направления - интегральная и функциональная микроэлектроника.

Интегральная микроэлектроника создает микроэлектронные изделия на базе интегральных схем. Технология их изготовления основана на объединении всех элементов электронного узла, аналогичных обычным радиодеталям, внутри или на поверхности полупроводникового кристалла. Каждый элемент формируется в определенном микроучастке кристалла. При этом все элементы и их межсоединения создаются в едином технологическом процессе, после чего кристалл герметизируется в корпусе с выводами для внешних соединений. Полученная интегральная микросхема выполняет определенную функцию преобразования электрического сигнала и является законченным узлом устройства - усилителем, выпрямителем, фильтром, логическим элементом ЭВМ и т. п.

Функциональная микроэлектроника создает функциональные приборы и микросхемы. Они отличаются от интегральных микросхем тем, что не имеют элементов, аналогичных радиодеталям, - диодов, транзисторов, резисторов и конденсаторов. Для преобразования сигналов в них осуществляется превращение одного вида энергии в другой за счет использования различных свойств веществ и явлений в твердом теле, как связанных, так и не связанных с электропроводностью: фотоэлектрических, оптических, магнитных, электрохимических, тепловых, ультразвуковых и т. д. В зависимости от используемых явлений различают направления функциональной микроэлектроники. Одним из них, получившим широкое распространение, является оптоэлектроника, основанная на преобразовании электрических сигналов в оптические и наоборот. Для этого служат оптопары, содержащие светоизлучающие диоды и фотодиоды, используемые в приборах, называемых оптронами.

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.