Что такое электронная техника
электроника
Наука о взаимодействии заряженных частиц (электронов, ионов) с электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов и устройств (вакуумных, газоразрядных, полупроводниковых), используемых в основном для передачи, обработки и хранения информации.
Первые электронные приборы (электровакуумный диод и триод) были созданы в нач. 20 в., с нач. 50-х гг. интенсивно развивается твердотельная электроника (прежде всего полупроводниковая); с нач. 60-х гг. одно из наиболее перспективных её направлений – микроэлектроника. После создания квантового генератора началось развитие квантовой электроники. Электронные приборы и устройства используются в системах связи, автоматики, в вычислительной технике, измерительной технике и т. д. Вакуумная электроника занимается вопросами электронной эмиссии, формированием и управлением потоков электронов, ионов и др. Основные направления развития вакуумной электроники связаны с созданием электровакуумных приборов: электронных ламп (диодов, триодов, тетродов, пентодов и др.), электровакуумных приборов сверхвысокой частоты (магнетронов, клистронов и др.), электронно-лучевых и фотоэлектронных приборов (кинескопов, видиконов, суперортиконов, электронно-оптических преобразователей, фотоэлектронных умножителей и др.), газоразрядных приборов (тиратронов, газоразрядных индикаторов и др.), рентгеновских трубок и др. Твердотельная электроника занимается изучением свойств твердотельных материалов (полупроводниковых, диэлектрических, магнитных и др.), влияния на эти свойства примесей и особенностей структуры материала, изучением свойств поверхностей и границ раздела между слоями различных материалов. Основные направления твердотельной электроники связаны с созданием различных видов полупроводниковых приборов: полупроводниковых диодов, транзисторов, тиристоров, аналоговых и цифровых интегральных схем, оптоэлектронных приборов (светоизлучающих диодов, фотодиодов, фототранзисторов, оптронов, светодиодных и фотодиодных матриц). Квантовая электроника разрабатывает методы и средства усиления и генерации электромагнитных колебаний на основе эффекта вынужденного излучения атомов, молекул и твёрдых тел. Наиболее важные направления квантовой электроники – создание оптических квантовых генераторов (лазеров), квантовых усилителей, молекулярных генераторов и др. Криоэлектроника (криогенная электроника) занимается применением явлений в твёрдых телах при криогенных температурах (в присутствии электрических, магнитных и электромагнитных полей), для создания электронных приборов и устройств.
Как наука электроника сформировалась в нач. 20 в. после создания основ электродинамики Дж. Максвеллом (1861—73), открытия фотопроводимости У. Смитом (1873), односторонней проводимости контакта металл-полупроводник К. Брауном (1874), исследования свойств термоэлектронной эмиссии О. Ричардсоном (1900—01), фотоэлектронной эмиссии Г. Герцем (1887) и А. Г. Столетовым (1888—90), рентгеновских лучей В. Рентгеном (1895), электрона Дж. Томсоном (1897), создания электронной теории X. Лоренцем (1892–1909). Развитию электроники способствовало изобретение А. С. Поповым и Г. Маркони радиосвязи. Разработка электровакуумных приборов началась с изобретения лампового диода Дж. Флемингом (1904), трёхэлектродной лампы – триода Л. де Форестом (1906), использования триода для генерирования электрических колебаний А. Мейснером (1913), мощных генераторных ламп для радиопередатчиков дальней радиосвязи и радиовещания М. А. Бонч-Бруевичем (1919—25). Вакуумные фотоэлементы, созданные А. Г. Столетовым (1888—90), П. В. Тимофеевым (1928) и Л. А. Кубецким (1930), обусловили появление звукового кино, послужили основой для разработки передающих телевизионных трубок: видикона (А. А. Чернышёв, 1925 г.), иконоскопа (С. И. Катаев, В. К. Зворыкин, 1931—32 гг.), супериконоскопа (П. В. Тимофеев, П. В. Шмаков, 1933 г.) и др. Использование кристаллических полупроводников в качестве детекторов для радиоприёмных устройств, изобретение кристадина (О. В. Лосев, 1922 г.), транзистора (У. Шокли, У. Браттейн, Дж. Бардин, 1948 г.) определили становление и развитие полупроводниковой электроники. Разработка методов интеграции большого числа транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов на одной монокристаллической полупроводниковой пластине привела к разработке интегральных микросхем и созданию нового направления электроники – микроэлектроники. Повышение степени интеграции микросхем послужило основой для создания микропроцессоров и однокристальных компьютеров. Их внедрение рассматривается как новый этап промышленной революции. Изобретение в 1955 г. молекулярного генератора (Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и Ч. Таунс) – первого прибора квантовой электроники – привело к появлению лазеров, используемых в самых различных областях науки и техники. Первый лазер был создан в 1960 г. Т. Мейманом на кристалле рубина, а затем были созданы газовые, жидкостные и полупроводниковые лазеры, которые нашли широчайшее применение в современной науке и технике.
Какая аппаратура входит в понятие «электронная техника»
В современном мире мы постоянно находимся в окружении различной электронной техники: без телевизора, холодильника, мобильного телефона или компьютера невозможно представить жизнь ни одного человека. Категория электронной техники включает в себя большое количество наименований, которые условно можно разделить на несколько групп:
Как обращаться с неисправной и неработающей техникой?
Со временем любая электронная техника приходит в негодность, и тогда ей требуется грамотная переработка. Утилизация электронной техники имеет ряд особенностей. Электронный лом не может быть переработан вместе с обычными бытовыми отходами, и согласно российскому законодательству утилизируется специализированными структурами, имеющими на это разрешение.
Почему важно правильно перерабатывать электронный лом?
Технические средства зачастую имеют в своей структуре компоненты, представляющие опасность для окружающей среды – например, тяжелые металлы, такие как ртуть, свинец, кадмий, хром, мышьяк. При их утилизации применяются особые условия.
Помимо опасных компонентов в электронной технике содержатся и ценные элементы. Электроника – источник драгоценных металлов. Большое количество драгметаллов получают при утилизации компьютерной техники, эти материалы обладают своим порядком учета, списания и переработки. Профессиональная утилизация электро- и радиолома не только защищает окружающую среду от губительного воздействия, но еще и помогает вернуть в хозяйственный оборот многие полезные элементы электронных устройств (например, при утилизации телефонов около 70 % их составных частей возвращается на вторичное производство).
В разделе статей на нашем сайте вы можете ознакомиться с полезной информацией на тему утилизации техники и оборудования. Для оформления заявки звоните по телефону :+7 499 136-15-27.
В современном мире мы постоянно находимся в окружении различной электронной техники: без телевизора, холодильника, мобильного телефона или компьютера невозможно представить жизнь ни одного человека.
Электронная техника
Полезные ссылки по Электронной технике
Видеоуроки по Электронной технике
Принцип работы диода
Диод это полупроводниковый прибор, с односторонней проводимостью электрического тока: он хорошо пропускает через себя ток в одном направлении и очень плохо — в другом. Это основное свойство диода используется, в частности, для преобразования переменного тока в постоянный ток
Двухполупериодный выпрямительный мост
Выпрямители используются в блоках питания радиоэлектронных устройств для преобразования переменного напряжения в постоянное. Самым популярным является выпрямитель, который строится по мостовой схеме, состоящей из четырёх диодов
Стабилитроны
Стабилитроны или диоды Зенера это полупроводниковые диоды, предназначенные для стабилизации напряжения в источниках питания, ограничения амплитуды импульсов, в качестве источника опорного напряжения. На выводах стабилитрона напряжение остаётся почти постоянным при изменении в некоторых пределах величины протекающего в нём электрического тока
Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне
Одним из простейших стабилизаторов напряжения является параметрический стабилизатор. Принцип его работы основан на использовании рабочего участка на обратной ветви вольтамперной характеристики стабилитрона. Схема параметрического стабилизатора напряжения проста и надежна
Принцип работы тиристора
Тиристор это полупроводниковый прибор, предназначенный в основном для регулировки и коммутации больших токов, например в схемах регулирования освещения, терморегуляторах, сварочных аппаратах, мощных электродвигателях
Биполярные транзисторы
Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор. Электроды, подключенные к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости, называются эмиттер, база, коллектор. Биполярные транзисторы делятся на две большие группы: NPN и PNP транзисторы
Усилительный каскад с общим эмиттером
Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером является наиболее распространенной схемой усилительного каскада
Усилительный каскад с общей базой
Особенности применения схемы усилительного каскада с общей базой
Усилительный каскад с общий коллектором
Особенности применения схемы усилительного каскада с общим коллектором
Полевые транзисторы с изолированным затвором
У полевых транзисторов с изолированным затвором металлический затвор отделен от полупроводникового канала тонким слоем диэлектрика. Иначе эти приборы называют МДП или МОП-транзисторами (от слов «металл — оксид — полупроводник»)
Схемы включения полевых транзисторов
Подобно биполярным транзисторам полевой транзистор можно включить по одной из трех основных схем
Система условных обозначений отечественных микросхем
Представляет собой буквенно-цифровой код, зная который, всегда можно определить тип и назначение микросхемы
Пленочные и гибридные интегральные схемы
Пленочные ИС имеют подложку (плату) из диэлектрика (стекло, керамика и др.). Пассивные элементы, т. е. резисторы, конденсаторы, катушки и соединения между элементами, выполняются в виде различных пленок, нанесенных на подложку
Как делают микросхемы
Что может быть проще, чем обычный песок, и что может сравниться по сложности с микросхемами? Между тем кремний, как раз и является исходным материалом для производства интегральных схем, которые сегодня управляют всеми электронными устройствами, начиная от суперкомпьютеров и заканчивая сотовыми телефонами и микроволновыми печами
Обзор микросхем стандартной логики
Развитие электронной промышленности (появление программируемых схем) привело к уменьшению потребности в микросхемах стандартной логики, но не на столько, чтобы отказаться совсем от их применения
Логические уровни
В цифровой электронике используются импульсы и прямоугольные сигналы. При этом состояние любой точки в любой момент времени определяют заранее известные уровни напряжения. Эти уровни называют «Высокий» и «Низкий». Они соответствуют значениям «ложь» или 0 и «истина» или 1 булевой алгебры логики
Электронные приборы и устройства, зарождение и развитие электроники
Термины «электрический» и «электронный» часто пересекаются и используются как синонимы. На самом деле, эти два термина имеют разные значения.
Электронные устройства не предназначены для простого преобразования электрической энергии в свет, тепло или движение, а для управления электрическим током таким образом, что этот ток несет некоторую информацию в дополнение к энергии.
Вернемся к примеру электронного тостера. В нем используются те же нагревательные элементы, пружины и решетки для хлеба, что и в электрическом тостере, но он может содержать гораздо более сложные компоненты, такие как электронный дисплей, показывающий, например, процесс поджаривания, или электронный термостат, который поддерживает постоянную температуру в тостере.
Обычно, если что-то использует электричество только в качестве энергии, это электрическое устройство. Если он использует электричество как средство манипулирования информацией, это почти наверняка электронное устройство.
Электрические и электронные устройства состоят из разных, но очень часто пересекающихся групп элементов. Кроме того, помните, что все электронные устройства также являются электрическими устройствами, но не наоборот.
Что такое электроника
Электроника — область науки и техники, охватывающая изучение и применение электронных и ионных явлений, протекающих в вакууме, газах, жидкостях, твердых телах и плазме, а также на их границах.
Электроника состоит из двух основных разделов:
физической электроники, предметом которой являются теоретические и экспериментальные исследования электронных и ионных явлений, принципы построения электронных, устройств и установок, принципы получения, преобразования и передачи электрической энергии с помощью электронных приборов и устройств, механизм воздействия потоков электронов, ионов, квантов и электромагнитных полей на вещество;
технической (прикладной) электроники, предметом которой является теория и практика применения электронных приборов, устройств, систем и установок в различных областях человеческой деятельности — науке, промышленности, связи, сельском хозяйстве, строительстве, транспорте и др.
Электронные приборы и устройства
Электронные приборы и устройства занимают центр, место в электронике. Они являются прямыми или косвенными объектами исследований в физической электронике и служат основными элементами при инженерных разработках в технической электронике.
Физические явления, связанные с движением электронов, но не реализованные в электронных приборах (например, космические лучи, распространение радиоволн и др.), относятся не к физической электронике, а к соответствующим разделам физики (в частности, радиофизики).
Аналогично электрическую аппаратуру, даже содержащую отдельные электронные узлы в качестве вспомогательных, но в принципе не основанную на свойствах электронных приборов, например, электромашинный усилитель, магнитный усилитель, а электроннолучевые осциллографы, рентгеновские установки, радиолокаторы, анализаторы энергетических спектров частиц и т. п. — к технической электронике (смотрите — Виды электронных устройств, Что такое силовая электроника).
Зарождение и развитие электроники
Зарождению электроники предшествовало открытие электрической дуги (1802), тлеющего разряда в газах (1850), катодных лучей (1859), изобретение лампы накаливания (1873) и др.
Изобретение радио (1895) стимулировало прогресс и оказало решающее влияние на дальнейшее развитие электроники особенно в период 1913 — 1920 гг.
Женщина слушает радио через наушники (1923 год)
В 1933 — 1935 гг. начали использовать в промышленности тепловые действия токов высокой частоты для целей индукционного нагрева металлов и сплавов и емкостного (диэлектрического) нагрева диэлектриков и полупроводниковых материалов. Во время 2-й мировой войны (1939 — 1945) большую роль в становлении электроники сыграла радиолокация.
Нерадиотехнические применения электронных приборов длительное время развивались под сильным влиянием радиотехники, из которой для них были заимствованы основные элементы, схемы и методы.
Дальнейшее развитие нерадиотехнических приложений электроники пошло по самостоятельным направлениям, особенно в области ядерной техники (с 1943), вычислительной техники (с 1949) и массовой автоматизации производств, процессов.
Первый полупроводниковый транзистор (изобретение транзистора названо самым значимым изобретением 20 века)
С начала 1950-х гг., после изобретения транзистора, начался расцвет полупроводниковой электроники, которая позволила удовлетворить возросшие требования к надежности, экономичности и габаритам сложных электронных устройств и в частности обеспечила развитие нового раздела теоретической и прикладной электроники — микроэлектроники.
«Radionette» — первая модель портативного радио 1958 года, произведенная норвежским производителем Radionette
Степень внедрения электронной аппаратуры в различные области человеческой деятельности — критерий современного технического прогресса, т. к. электроника позволяет резко повысить производительность физического и умственного труда, улучшить экономические показатели производства, а также решать задачи, которые неразрешимы другими средствами.
Электронные приборы и устройства являются основными элементами современых автоматизированных производств (Частичная, полная и комплексная автоматизация).
Преимущества электронных приборов и устройств
Электронные приборы и устройства по сравнению с механическими, электромеханическими, пневматическими и другими позволяют на много порядков повысить скорость реакции (в частности, скорость переработки информации), обладают значительной чувствительностью к малым сигналам, обеспечивают исключительную гибкость и универсальность отдельных функциональных блоков, не содержат подвижных частей и, как правило, имеют значительно меньшие габариты и вес.
Квадрокоптер — классический пример мехатронного устройства (в нем неразрывно связны в единую систему механические, электрические и электронные элементы)
Электронная аппаратура универсальна и гибка, т. к. одни и те же узлы (усилители, триггеры, генераторы и др.) могут использоваться для решения самых различных задач в совершенно разнородных областях, а параметры узлов и устройств (коэффициент усиления, выходные напряжения, рабочие частоты, уровни срабатывания) регулируются в широких пределах простейшими средствами, что позволяет разрабатывать и использовать унифицированные стандартные блоки, сочетание которых может обеспечить выполнение различных функций в различных областях применения.
Классификация электроники по областям применения электронной аппаратуры
Техническую (прикладную) электронику можно классифицировать по областям применения электронной аппаратуры, рассматривая самостоятельно радиоэлектронику, промышленную электронику, транспортную, медицинскую, геологическую, ядерную и др.
Отличительная особенность радиоэлектроники — старейшей отрасли технической электроники — использование электронных устройств для передачи и приема электромагнитных колебаний в широком диапазоне частот (радиосвязь, радиолокация, телевидение и др.).
Промышленная электроника охватывает разработку и применение электронных приборов в сфере промышленного производства.
Примеры утройств промышленной электроники:
Классификация электронных приборов и устройств
Устройства и системы, характерные для технической электроники, можно разделить на три основных класса:
информационные, предназначенные для восприятия и сбора, переработки и хранения, передачи и приема информации с целью измерения, контроля и воздействия на технологические процессы;
энергетические, предназначенные для получения, преобразования и передачи электрической энергии ;
технологические, предназначенные для непосредственного воздействия потоков частиц или электромагнитных полей на вещество с целью механической, термической и иной обработки материалов или изделий.
Любая электронная установка, используемая в промышленности, обычно сочетает в себе несколько классов устройств, но последние различаются по структуре, типам используемых электронных приборов и элементов, а также методам проектирования. Поэтому полезно рассматривать каждый класс устройств самостоятельно, выделяя соответствующие разделы технической электронике: информационную электронику, энергетическую электронику и технологическую электронику.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Электроника
Электро́ника (от греч. Ηλεκτρόνιο — электрон) — наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов и устройств для преобразования электромагнитной энергии, в основном для передачи, обработки и хранения информации. [1]
Содержание
История
Возникновению электроники предшествовало изобретение радио. Поскольку радиопередатчики сразу же нашли применение (в первую очередь на кораблях и в военном деле), для них потребовалась элементная база, созданием и изучением которой и занялась электроника. Элементная база первого поколения была основана на электронных лампах. Соответственно получила развитие вакуумная электроника. Её развитию способствовало также изобретение телевидения и радаров, которые нашли широкое применение во время Второй мировой войны.
Но электронные лампы обладали существенными недостатками. Это прежде всего большие размеры и высокая потребляемая мощность (что было критичным для переносных устройств). Поэтому начала развиваться твердотельная электроника, а в качестве элементной базы стали применять диоды и транзисторы.
Дальнейшее развитие электроники связано с появлением компьютеров. Компьютеры, основанные на транзисторах, отличались большими размерами и потребляемой мощностью, а также низкой надежностью (из-за большого количества деталей). Для решения этих проблем начали применяться микросборки, а затем и микросхемы. Число элементов микросхем постепенно увеличивалось, стали появляться микропроцессоры. В настоящее время развитию электроники способствует также появление сотовой связи, а также различных беспроводных устройств, навигаторов, коммуникаторов, планшетов и т. п.
Основными вехами в развитии электроники можно считать:
Области электроники
Можно различать следующие области электроники:
Электронное устройство может включать в себя самые разные материалы и среды, где происходит обработка электрического сигнала с использованием разных физических процессов. Но в любом устройстве обязательно имеется электрическую цепь.
Изучению различных аспектов электроники посвящены многие научные дисциплины технических вузов.
Твердотельная электроника
История твердотельной электроники
Миниатюризация устройств
Технология получения элементов
В семидесятые годы, XX столетия в процессе миниатюризации твердотельной электроники в ней наметился раскол на аналоговую и цифровую микроэлектронику. В условиях конкуренции на рынке производителей элементной базы победу одержали производители цифровой электроники. И в XXI столетии производство и эволюция аналоговой электроники практически была остановлена. Так как в реальности все потребители микроэлектроники требуют от нее, как правило не цифровые, а непрерывные аналоговые сигналы или действия, цифровые устройства снабжены ЦАП-ами на своих входах и выходах. Миниатюризация электронных схем сопровождалась ростом быстродействия устройств. Так первые цифровые устройства ТТЛ технологии требовали микросекунды на переключение из одного состояния в другое и потребляли большой ток, требовавший специальных мер для отвода тепла.
В начале XXI века эволюция твердотельной электроники в направлении миниатюризации элементов постепенно приостановилась и в настоящее время практически остановлена. Эта остановка была предопределена достижением минимально возможных размеров транзисторов, проводников и других элементов на кристалле полупроводника еще способных отводить выделяемое при протекании тока тепло и не разрушаться. Эти размеры достигли единиц нанометров и поэтому технология изготовления микрочипов называется нанотехнологией. Следующим этапом в эволюции электроники возможно станет оптоэлектроника, в которой несущим элементом выступит фотон, значительно более подвижный, менее инерционный чем электрон/»дырка» в полупроводнике твердотельной электроники.
Основные твердотельные активные приборы, используемые в электронных устройствах:
элементов на одном или нескольких кристаллах в одном корпусе, используемые как модуль, электронная схема в аналоговой и цифровой микроэлектронике.
Примеры использования твердотельных приборов в электронике:
Надёжность электронных устройств
Надёжность электронных устройств складывается из надёжности самого устройства и надёжности электроснабжения. Надёжность самого электронного устройства складывается из надёжности элементов, надёжности соединений, надёжности схемы и др. Графически надёжность электронных устройств отображается кривой отказов (зависимость числа отказов от времени эксплуатации). Типовая кривая отказов имеет три участка с разным наклоном. На первом участке число отказов уменьшается, на втором участке число отказов стабилизируется и почти постоянно до третьего участка, на третьем участке число отказов постоянно растёт до полной непригодности эксплуатации устройства.