Enciclopedia escolar. Equipo electronico

Electrónica(tecnología electrónica): la ciencia de la interacción de los electrones con campos electromagnéticos, basada en la teoría electrónica¹, y de métodos para crear instrumentos y dispositivos electrónicos en los que esta interacción se utiliza para convertir la energía electromagnética, principalmente para la transmisión, procesamiento y almacenamiento de información. Basada en la electrónica, la industria electrónica desarrolla y produce dispositivos electrónicos, computadoras y una amplia gama de otros productos utilizados en todas las áreas de la ciencia, la tecnología y la actividad humana moderna.

Historia del surgimiento y desarrollo de la electrónica.

Fondo - invención del teléfono, fonógrafo, cine

Los intentos de crear un teléfono se remontan a la segunda mitad del siglo pasado. Con el desarrollo de la teoría de la electricidad, en particular la teoría del electromagnetismo, se creó la base científica para su invención. En 1837, el estadounidense C. Paidus estableció que una banda magnética puede producir sonido si se somete a una rápida inversión de la magnetización. En 1849-1854. El viceinspector del Paris Telegraph Charles Bourseul formuló teóricamente el principio del aparato telefónico. El primer ejemplo de teléfono fue un dispositivo diseñado por el físico alemán Philipp Reis en 1861 (Fig. 1).

Arroz. 1. Teléfono de Reis (1861).

El teléfono de Reis constaba de dos partes: un aparato transmisor y receptor, cuya acción estaba interconectada. En el aparato transmisor, durante la transmisión, se producía una apertura y cierre periódico del circuito de corriente, que en el aparato receptor correspondía al temblor de la varilla metálica que reproducía el sonido. Con la ayuda del aparato de Reis era posible transmitir bien la música, pero la transmisión del habla era difícil.

En 1876, el técnico estadounidense A. Bell (1847-1922), originario de Escocia, creó el primer diseño de teléfono satisfactorio. Ese mismo año recibió una patente por su invento (Fig. 2).

Arroz. 2. Teléfono de A. Bell (1876).

Sin embargo, los teléfonos de Bell sólo podían transmitir bien la voz a distancias relativamente cortas y, además, tenían otras desventajas que hacían imposible su uso práctico. En ese momento, la idea de crear un teléfono se había extendido mucho. En Estados Unidos, por ejemplo, en los años 70 se registraron más de 30 patentes para aparatos telefónicos. Lo mismo ocurrió en Europa.

Muchos inventores trabajaron para mejorar el teléfono. Las mejoras más significativas en el teléfono en 1878 las realizaron de forma independiente el inglés D. Hughes (1831-1900) y el estadounidense T. Edison. Inventaron la parte más importante del teléfono: el micrófono. El micrófono Hughes-Edison era sólo un transmisor que percibía vibraciones sonoras y amplificaba la corriente inductiva en la bobina del teléfono Bell. Con la invención del micrófono, fue posible hablar a largas distancias y el sonido del teléfono era más claro. Edison propuso entonces utilizar una bobina de inducción en el teléfono. Con su introducción en el aparato telefónico, su diseño quedó prácticamente completado. El trabajo adicional de varios inventores en varios países se redujo a mejorar los diseños existentes.

El teléfono, a diferencia de otros inventos técnicos nuevos, rápidamente se empezó a utilizar en casi todos los países. La primera central telefónica urbana de Estados Unidos se puso en funcionamiento en 1878 en Nueva Habana. En 1879, las redes telefónicas ya estaban disponibles en 20 ciudades de Estados Unidos. La primera central telefónica en París se inauguró en 1879 y en Berlín en 1881.

El pionero de la telefonía en Rusia fue el ingeniero P. M. Golubitsky (1845-1911), quien introdujo muchas mejoras significativas en el diseño del teléfono. En 1878, Golubitsky construyó la primera serie de teléfonos multipolares. También demostró la capacidad de los teléfonos para funcionar a una distancia de hasta 350 km.

En 1881, se estableció en Rusia la Sociedad Anónima Rusa “para el establecimiento y operación de mensajes telefónicos en varias ciudades del Imperio Ruso”. Las primeras líneas telefónicas en Rusia se construyeron en 1881 simultáneamente en cinco ciudades: San Petersburgo, Moscú, Varsovia, Riga y Odessa. El invento más interesante de este período fue el fonógrafo, un dispositivo para grabar y reproducir sonido. Este dispositivo, inventado en 1877 por Edison, tenía la capacidad de almacenar, y luego en cualquier momento reproducir y repetir vibraciones sonoras grabadas en él, previamente provocadas por la voz humana, instrumentos musicales, etc. (Fig. 3).

Arroz. 3. Fonógrafo de T. A. Edison, (1877)

La estructura y principio de funcionamiento del fonógrafo son los siguientes. Las vibraciones del sonido en el fonógrafo se transmitían a una placa de vidrio o mica muy delgada y, con la ayuda de una aguja de escribir (un cortador con punta de zafiro), se transferían a la superficie de un rodillo giratorio envuelto en papel de aluminio o recubierto con una capa de cera especial. La aguja de escribir estaba conectada a una membrana que recibía o emitía vibraciones sonoras. El eje del rodillo del fonógrafo tenía una rosca y, por lo tanto, con cada revolución, el rodillo se desplazaba a lo largo del eje de rotación en la misma cantidad. Como resultado, la aguja de escribir abrió una ranura helicoidal en la capa de cera. Al moverse a lo largo de este surco, la aguja y la membrana asociada a ella realizaban vibraciones mecánicas, reproduciendo los sonidos grabados. A partir del fonógrafo surgieron el gramófono y otros instrumentos utilizados en la grabación mecánica del sonido.

En los años 90 del siglo XIX. Aparece el cine, combinando una serie de inventos y descubrimientos que permitieron llevar a cabo los procesos básicos necesarios para reproducir el movimiento fotografiado. Los predecesores más cercanos de la cinematografía, que permitieron llevar a cabo el proceso cinematográfico, fueron el "aparato para el análisis de fenómenos estroboscópicos" del inventor ruso Timchenko (1893), que combinaba la proyección en una pantalla con un cambio intermitente de imágenes. , la cronofotografía del fisiólogo francés J. Demeny, que combinaba la cronofotografía sobre película y la proyección en pantalla (1894), así como el “panóptico” creado por el inventor estadounidense W. Latham en 1895, que combinaba la cronofotografía con la proyección sobre un pantalla y otros inventos.

El dispositivo, que combinaba todos los elementos básicos del cine, fue inventado por primera vez en Francia por Louis J. Lumière (1864-1948). En 1895, junto con su hermano Auguste, desarrolló el diseño de una cámara de cine para filmar. Lumière llamó cine a su invento. En marzo de 1895 tuvo lugar una demostración experimental de una película filmada con este dispositivo, y en diciembre del mismo año comenzó a funcionar el primer cine en París. En los años 90, el cine apareció en otros países y casi todos los países europeos tenían su propio inventor de este dispositivo. En Alemania, los pioneros de la cinematografía fueron M. Skladanowski (1895) y O. Mester (1896); en Inglaterra - R. Pole (1896); en Rusia: A. Samarsky (1896) e I. Akimov (1896); en Estados Unidos: F. Jenkinson (1897) y T. Armat (1897).

Uno de los mayores descubrimientos en el campo de la tecnología fue la invención de la radio. El honor de su invención pertenece al gran científico ruso A. S. Popov (1859-1906). En 1886, el científico alemán G. Hertz (1857-1894) fue el primero en demostrar experimentalmente la emisión de ondas electromagnéticas. Estableció que las ondas electromagnéticas obedecen a las mismas leyes básicas que las ondas luminosas. A finales de los años 90, N. Tesla leyó una serie de informes en Europa y América, acompañados de demostraciones de experimentos. Excitó ondas largas utilizando generadores de alta frecuencia, encendió lámparas y envió señales a distancia. Tesla predijo con confianza la posibilidad de utilizar estas ondas para la telefonía e incluso para la transmisión de energía eléctrica. En 1889, Popov, trabajando en el campo de la investigación de oscilaciones electromagnéticas, expresó por primera vez la idea de la posibilidad de utilizar ondas electromagnéticas para transmitir señales a distancia.

El 7 de mayo de 1895, A. S. Popov demostró por primera vez un receptor de radio en una reunión de la Sociedad Rusa de Física y Matemáticas en San Petersburgo. En su trabajo para aumentar la sensibilidad de los instrumentos para detectar oscilaciones electromagnéticas, Popov siguió su propio camino original. Fue el primero en utilizar una antena y, al ver la imperfección de los vibradores como fuentes de ondas electromagnéticas, adaptó un receptor para registrar las descargas de electricidad atmosférica. El receptor de radio inventado por Popov lo llamó detector de rayos (Fig. 4).

Arroz. 4. Receptor de radio A. S. Popov (1895).

El diseño del detector de rayos fue el siguiente: al circuito de la batería se conectó un tubo con virutas de metal y un relé. En condiciones normales, la corriente en la bobina del relé era débil y la armadura del relé no era atraída. Pero durante una tormenta, las descargas de rayos provocaron la aparición de ondas electromagnéticas. Esto provocó que la resistencia del aserrín en el tubo cayera y se activara el relé que conectaba una campana eléctrica, que señalaba la llegada de ondas electromagnéticas. El detector de rayos de Popov permitió recibir ondas de radio a una distancia de varios kilómetros. El informe de A. S. Popov de mayo de 1895 se publicó íntegramente unos meses más tarde en el número de enero de la Revista de la Sociedad Físico-Química Rusa con el título “Dispositivo para detectar y registrar oscilaciones eléctricas”. Este informe fue publicado luego en 1896 en la revista “Electricidad” y en la revista “Boletín Meteorológico”. Como resultado de numerosos experimentos, el 24 de marzo de 1896, Popov realizó la primera transmisión radiotelegráfica del mundo. Su informe en la Sociedad de Fisicoquímica estuvo acompañado por el trabajo de un detector de rayos, que recibía señales telegráficas a una distancia de 250 m. En la transmisión se utilizaron antenas transmisoras y receptoras. En 1897, Popov estableció la comunicación entre los barcos "África" ​​y "Europa" a una distancia de 5 km. Y en el otoño de 1899, al rescatar al acorazado Almirante General Apraksin, que chocó contra las rocas, A. S. Popov estableció una comunicación radiotelegráfica constante a una distancia de más de 46 km. A. S. Popov no publicó un informe detallado sobre sus experimentos. El departamento militar ruso propuso clasificar este trabajo. Un año después del primer informe de Popov y dos meses después de su segundo informe, en 1897, el italiano G. Marconi obtuvo en Inglaterra una patente para un dispositivo de telegrafía sin cables. De la descripción se desprende claramente que el receptor de radio de Marconi reproducía muy fielmente el detector de rayos de A. S. Popov. En 1897, se formó una sociedad anónima especial en Inglaterra para explotar el invento de Marconi. Los destinos de Popov y Marconi resultaron diferentes. Mientras que Marconi, habiendo recibido apoyo financiero, pudo realizar trabajos a gran escala para mejorar los equipos de radio, A. S. Popov tuvo que trabajar en condiciones muy difíciles. Se asignaron pocos fondos para mejorar su ingenioso invento y los resultados de su trabajo casi no fueron cubiertos por la prensa. La tecnología de radio, cuyas bases fueron establecidas por el trabajo de A. S. Popov, comenzó a desarrollarse con especial rapidez después de la Primera Guerra Mundial, durante la cual las comunicaciones por radio se convirtieron en la forma de comunicación más importante en el ejército y la marina. Entonces la radio se utilizó ampliamente con fines civiles. Estas ramas de la tecnología no tuvieron gran importancia en el período que nos ocupa, pero, a pesar de su papel insignificante, representaron la cima del progreso técnico a finales del siglo XIX y principios del XX. y se convirtieron en los puntos de partida del progreso tecnológico en la era moderna.

Electrónica surgió a principios del siglo XX. después de sentar las bases de la electrodinámica (1856–73), estudiar las propiedades de la emisión termoiónica (1882–1901), la emisión de fotoelectrones (1887–1905), los rayos X (1895–97), el descubrimiento del electrón (J. J. Thomson, 1897 ), creación de las teorías del electrón (1892-1909). El desarrollo de la electrónica comenzó con la invención del diodo tubular (J. A. Fleming, 1904), el tubo-triodo de tres electrodos (L. de Forest, 1906); utilizar un triodo para generar oscilaciones eléctricas (ingeniero alemán A. Meissner, 1913); desarrollo de potentes tubos generadores refrigerados por agua (M. A. Bonch-Bruevich, 1919-25) para transmisores de radio utilizados en sistemas de radiodifusión y comunicación por radio de larga distancia.

Fotocélulas de vacío (un modelo experimental fue creado por A. G. Stoletov, 1888; los diseños industriales fueron creados por los científicos alemanes J. Elster y G. Heitel, 1910); Los multiplicadores de fotoelectrones, de una sola etapa (P. V. Timofeev, 1928) y de múltiples etapas (L. A. Kubetsky, 1930), hicieron posible la creación de cine sonoro y sirvieron de base para el desarrollo de tubos transmisores de televisión: vidicon (la idea fue propuesta en 1925 por A. A. Chernyshev), iconoscopio (S.I. Kataev e, independientemente de él, V.K. Zvorykin, 1931-32), supericonoscopio (P.V. Timofeev, P.V. Shmakov, 1933), superorticon (un objetivo de doble cara para dicho tubo fue propuesto por el El científico soviético G.V. Braude en 1939; el superorthikon fue descrito por primera vez por los científicos estadounidenses A. Rose, P. Weimer y H. Lowe en 1946), etc.

La creación de un magnetrón multicavidad (N.F. Alekseev y D.E. Malyarov, bajo la dirección de M.A. Bonch-Bruevich, 1936-37), un klistrón reflectante (N.D. Devyatkov y otros, e independientemente de ellos, el ingeniero soviético V.F. Kovalenko, 1940) sirvió como la base para el desarrollo del radar en el rango de longitudes de onda centimétricas; klistrones de vuelo (la idea fue propuesta en 1932 por D. A. Rozhansky, desarrollada en 1935 por el físico soviético A. N. Arsenyeva y el físico alemán O. Heil, implementada en 1938 por los físicos estadounidenses R. y Z. Varian y otros) y lámparas de ondas viajeras (El científico estadounidense R. Kompfner, 1943) aseguró un mayor desarrollo de los sistemas de comunicación por relevadores de radio, aceleradores de partículas y contribuyó a la creación de sistemas de comunicación espacial. Simultáneamente con el desarrollo de los dispositivos electrónicos de vacío, se crearon y mejoraron dispositivos de descarga de gas (dispositivos de iones), por ejemplo, válvulas de mercurio, utilizadas principalmente para convertir corriente alterna en corriente continua en potentes instalaciones industriales; tiratrones para generar potentes impulsos de corriente eléctrica en dispositivos de tecnología de impulsos; Fuentes de luz de descarga de gas.

El uso de semiconductores cristalinos como detectores para dispositivos receptores de radio (1900-05), la creación de fotocélulas y rectificadores de corriente de cuprox y selenio (1920-1926), la invención de la cristadina (O. V. Losev, 1922), la invención del transistor ( W. Shockley, W. Brattain, J. Bardeen, 1948) determinaron la formación y desarrollo de la electrónica semiconductora. El desarrollo de la tecnología plana de estructuras semiconductoras (finales de los años 50 y principios de los 60) y métodos para integrar muchos dispositivos elementales (transistores, diodos, condensadores, resistencias) en una oblea semiconductora monocristalina llevaron a la creación de una nueva dirección en la electrónica: microelectrónica(electrónica integrada). Los principales avances en el campo de la electrónica integrada tienen como objetivo la creación de circuitos integrados: dispositivos electrónicos en microminiatura (amplificadores, convertidores, procesadores de computadora, dispositivos de almacenamiento electrónico, etc.), que constan de cientos y miles de dispositivos electrónicos colocados en un chip semiconductor con un área de varios mm 2. La microelectrónica ha abierto nuevas oportunidades para la solución de problemas como la automatización del control de procesos tecnológicos, el procesamiento de información, la mejora de la tecnología informática, etc., planteados por el desarrollo de la producción social moderna. La creación de generadores cuánticos (N.G. Basov, A.M. Prokhorov e independientemente de ellos C. Townes, 1955), dispositivos de electrónica cuántica, determinó posibilidades cualitativamente nuevas de la electrónica asociadas con el uso de fuentes de potente radiación coherente del rango óptico (láseres) y la construcción de estándares de frecuencia cuántica ultraprecisos.

Los científicos soviéticos hicieron importantes contribuciones al desarrollo de la electrónica. M. A. Bonch-Bruevich, L. I. Mandelstam, N. D. Papaleksi, S. A. Vekshinsky, A. A. Chernyshev, M. M. Bogoslovsky y muchos otros llevaron a cabo investigaciones fundamentales en el campo de la física y la tecnología de los dispositivos electrónicos. sobre los problemas de excitación y transformación de oscilaciones eléctricas, radiación, propagación y recepción de ondas de radio, su interacción con portadores de corriente en el vacío, gases y sólidos - B. A. Vvedensky, V. D. Kalmykov, A. L. Mints, A. A. Raspletin, M.V Shuleikin y otros; en el campo de la física de semiconductores - ; luminiscencia y otras áreas de la óptica física - S. I. Vavilov; Teoría cuántica de la dispersión de la luz, la radiación, el efecto fotoeléctrico en metales: I. E. Tamm y muchos otros.

Ciencia y tecnología electrónica

La electrónica se basa en muchas ramas de la física: electrodinámica, mecánica clásica y cuántica, física del estado sólido, óptica, termodinámica, así como química, cristalografía y otras ciencias. Utilizando los resultados de estas y otras áreas del conocimiento, la electrónica, por un lado, plantea nuevas tareas a otras ciencias, estimulando así su mayor desarrollo y, por otro lado, crea nuevos instrumentos y dispositivos electrónicos y, por lo tanto, equipa a la ciencia. con medios y métodos de investigación cualitativamente nuevos.

La electrónica es la ciencia de los métodos para crear instrumentos y dispositivos electrónicos en los que se utiliza esta interacción para convertir la energía electromagnética. Los tipos más típicos de transformaciones de energía electromagnética son la generación, amplificación y recepción de oscilaciones electromagnéticas con una frecuencia de hasta 10 12 Hz, así como radiación infrarroja, visible, ultravioleta y de rayos X (10 12 - 10 20 Hz). . La conversión a frecuencias tan altas es posible gracias a la inercia excepcionalmente baja del electrón, la partícula cargada más pequeña conocida actualmente. En electrónica, las interacciones de los electrones se estudian tanto con macrocampos en el espacio de trabajo de un dispositivo electrónico como con microcampos dentro de un átomo, molécula o red cristalina.

Aplicaciones electrónicas: desarrollo de instrumentos y dispositivos electrónicos que realizan diversas funciones en sistemas de conversión y transmisión de información, en sistemas de control, en tecnología informática, así como en dispositivos de energía; desarrollo de los fundamentos científicos de la tecnología de producción de dispositivos electrónicos y tecnología que utiliza procesos y dispositivos electrónicos e iónicos para diversos campos de la ciencia y la tecnología.

La electrónica jugó un papel destacado en la revolución científica y tecnológica. La introducción de dispositivos electrónicos en diversas esferas de la actividad humana ha contribuido significativamente (a menudo decisivamente) al desarrollo exitoso de problemas científicos y técnicos complejos, al aumento de la productividad del trabajo físico y mental y a la mejora de los indicadores económicos de producción. Sobre la base de los logros de la electrónica, desarrolla y produce equipos electrónicos para diversos tipos de comunicaciones, automatización, televisión, radares, tecnología informática, sistemas de control de procesos, fabricación de instrumentos, así como equipos de iluminación, tecnología de infrarrojos, tecnología de rayos X y muchos otros.

La electrónica incluye 3 áreas de investigación.:

Cada área se divide en una serie de secciones y una serie de direcciones. La sección combina complejos de fenómenos y procesos físicos y químicos homogéneos que son de fundamental importancia para el desarrollo de muchas clases de dispositivos electrónicos en este campo. La dirección cubre métodos para diseñar y calcular dispositivos electrónicos relacionados en principios operativos o en las funciones que realizan, así como métodos para fabricar estos dispositivos. La electrónica se encuentra en una etapa de desarrollo intensivo, caracterizada por el surgimiento de nuevas áreas y la creación de nuevas direcciones en las áreas existentes.

Tecnología de dispositivos electrónicos . El diseño y fabricación de dispositivos electrónicos se basan en el uso de una combinación de diversas propiedades de materiales y procesos físicos y químicos. Por lo tanto, es necesario comprender en profundidad los procesos utilizados y su impacto en las propiedades de los dispositivos, y poder controlar con precisión estos procesos. La importancia excepcional de la investigación física y química y el desarrollo de los fundamentos científicos de la tecnología en electrónica se deben, en primer lugar, a la dependencia de las propiedades de los dispositivos electrónicos de la presencia de impurezas en los materiales y sustancias absorbidas en las superficies de trabajo. elementos de los dispositivos, así como de la composición del gas y del grado de rarefacción del medio ambiente que rodea estos elementos; en segundo lugar, la dependencia de la fiabilidad y durabilidad de los dispositivos electrónicos del grado de estabilidad de los materiales utilizados y de la controlabilidad de la tecnología. Los avances tecnológicos a menudo impulsan el desarrollo de nuevas direcciones en electrónica. Las características tecnológicas comunes a todos los campos de la electrónica son los requisitos excepcionalmente altos (en comparación con otras ramas de la tecnología) impuestos en la industria electrónica a las propiedades de las materias primas utilizadas; grado de protección de los productos contra la contaminación durante el proceso de producción; Precisión geométrica en la fabricación de dispositivos electrónicos. El cumplimiento del primero de estos requisitos está asociado con la creación de muchos materiales de altísima pureza y estructura perfecta, con propiedades físicas y químicas predeterminadas: aleaciones especiales de monocristales, cerámicas, vidrios, etc. El estudio de sus propiedades constituye el tema de una disciplina científica y técnica especial: la ciencia de los materiales electrónicos. Uno de los problemas tecnológicos más acuciantes asociados con el cumplimiento del segundo requisito es la lucha por reducir el contenido de polvo del entorno gaseoso en el que tienen lugar los procesos tecnológicos más importantes. En algunos casos, el contenido de polvo permitido no es más de tres granos de polvo de menos de 1 micra por 1 m3. La rigurosidad de los requisitos de precisión geométrica en la fabricación de dispositivos electrónicos se evidencia, por ejemplo, en las siguientes cifras: en algunos casos, el error dimensional relativo no debe exceder el 0,001%; La precisión absoluta de las dimensiones y posiciones relativas de los elementos de los circuitos integrados alcanza las centésimas de micrones. Esto requiere la creación de métodos nuevos y más avanzados para procesar materiales, nuevos medios y métodos de control. Una característica de la tecnología en electrónica es la necesidad de un uso generalizado de los últimos métodos y medios: procesamiento y soldadura por haz de electrones, ultrasonidos y láser, fotolitografía, litografía de electrones y rayos X, procesamiento de chispas eléctricas, implantación de iones, química del plasma, epitaxia molecular, microscopía electrónica, instalaciones de vacío que proporcionan gases con presión residual de hasta 10-13 mm Hg. Arte. La complejidad de muchos procesos tecnológicos requiere la exclusión de la influencia humana subjetiva en el proceso, lo que hace urgente el problema de automatizar la producción de dispositivos electrónicos utilizando computadoras. Estas y otras características específicas de la tecnología en electrónica llevaron a la necesidad de crear una nueva dirección en la ingeniería mecánica: la ingeniería electrónica.

Perspectivas para el desarrollo de la electrónica.. Uno de los principales problemas a los que se enfrenta la electrónica estaba relacionado con la necesidad de aumentar la cantidad de información procesada por los sistemas informáticos y de control electrónicos y, al mismo tiempo, reducir su tamaño y consumo de energía. Este problema se resolvió creando circuitos integrados semiconductores que proporcionan tiempos de conmutación de hasta 10 a 11 segundos; aumentar el grado de integración en un chip de más de un millón de transistores de menos de 1 micrón; uso de dispositivos de comunicación óptica y convertidores optoelectrónicos, superconductores en circuitos integrados; desarrollo de dispositivos de almacenamiento con capacidad de varios gigabits en un único chip; aplicaciones de conmutación de rayos láser y de electrones; ampliar la funcionalidad de los circuitos integrados; transición de la tecnología de circuitos integrados bidimensionales (planos) a tridimensionales (volumétricos) y el uso de una combinación de varias propiedades de un sólido en un solo dispositivo; desarrollo e implementación de los principios y medios de la televisión estereoscópica, que tiene más contenido informativo que la televisión convencional; creación de dispositivos electrónicos que funcionan en el rango de ondas milimétricas y submilimétricas para sistemas de transmisión de información de banda ancha (más eficientes), así como dispositivos para líneas de comunicación óptica; desarrollo de dispositivos láser y de microondas potentes y de alta eficiencia para el impacto energético sobre la materia y la transferencia de energía dirigida (por ejemplo, desde el espacio). Una de las tendencias en el desarrollo de la electrónica es la penetración de sus métodos y medios en la biología (para estudiar las células y la estructura de un organismo vivo e influir en él) y la medicina (para diagnóstico, terapia, cirugía). A medida que se desarrolla la electrónica y mejora la tecnología de producción de dispositivos electrónicos, se amplían las áreas de uso de los logros de la electrónica en todas las esferas de la vida y las actividades de las personas y aumenta el papel de la electrónica en la aceleración del progreso científico y tecnológico.

Lectura recomendada

Alferov A.V., Reznik I.S., Shorin V.G., Orgatekhnika, M., 1973.

Vlasov V.F., Dispositivos electrónicos y de iones, 3ª ed., M., 1960;

Kushmanov I.V., Vasiliev N.N., Leontyev A.G., Dispositivos electrónicos, M., 1973.

El surgimiento de la electrónica fue precedido por la invención de la radio. Dado que los transmisores de radio encontraron aplicación de inmediato (principalmente en barcos y en asuntos militares), requirieron una base elemental, cuya creación y estudio fue realizada por la electrónica. La base elemental de la primera generación se basó en tubos de vacío. En consecuencia, se desarrolló la electrónica de vacío. Su desarrollo también se vio facilitado por la invención de la televisión y el radar, que se utilizaron ampliamente durante la Segunda Guerra Mundial.

Pero los tubos de vacío tenían importantes inconvenientes. Se trata principalmente de tamaños grandes y alto consumo de energía (que era fundamental para los dispositivos portátiles). Por lo tanto, comenzó a desarrollarse la electrónica de estado sólido y se comenzaron a utilizar diodos y transistores como elemento base.

Un mayor desarrollo de la electrónica está asociado con la llegada de las computadoras. Las computadoras basadas en transistores se caracterizaban por su gran tamaño y consumo de energía, así como por su baja confiabilidad (debido a la gran cantidad de piezas). Para solucionar estos problemas se empezaron a utilizar microconjuntos y luego microcircuitos. La cantidad de elementos de microcircuitos aumentó gradualmente y comenzaron a aparecer microprocesadores. Actualmente, el desarrollo de la electrónica se ve facilitado por la aparición de las comunicaciones celulares, así como de diversos dispositivos inalámbricos, navegadores, comunicadores, tabletas, etc.

Se pueden considerar los principales hitos en el desarrollo de la electrónica:

• invención de la radio por A. S. Popov (7 de mayo de 1895) y comienzo del uso de receptores de radio,
• La invención de Lee de Forest del triodo de válvulas, el primer elemento de amplificación,
• El uso que hace Losev de un elemento semiconductor para amplificar y generar señales eléctricas,
• desarrollo de la electrónica de estado sólido,
• el uso de elementos conductores y semiconductores (obras de Ioffe, Schottky),
• 1947 invención del transistor (William Shockley, John Bardeen y Walter Brattain),
• la creación del circuito integrado y el posterior desarrollo de la microelectrónica, principal campo de la electrónica moderna.

Campos de electrónica

Se pueden distinguir las siguientes áreas de la electrónica:

• Física (micromundo, semiconductores, ondas electromagnéticas, magnetismo, corriente eléctrica, etc.): un campo de la ciencia en el que se estudian los procesos que ocurren con partículas cargadas.
• Electrónica de consumo: aparatos y dispositivos electrónicos de consumo que utilizan voltaje eléctrico, corriente eléctrica, campo eléctrico u ondas electromagnéticas. (Por ejemplo, TV, teléfono móvil, plancha, bombilla, cocina eléctrica,…etc.).
• Energía: generación, transporte y consumo de electricidad, aparatos eléctricos de alta potencia (por ejemplo, motores eléctricos, lámparas eléctricas, centrales eléctricas), sistemas de calefacción eléctrica, líneas eléctricas.
• Microelectrónica: dispositivos electrónicos en los que se utilizan microcircuitos como elementos activos:
  • optoelectrónica: dispositivos que utilizan corriente eléctrica y flujos de fotones,
  • Equipos de audio y vídeo: dispositivos para amplificar y convertir imágenes de sonido y vídeo.
  • Microelectrónica digital: dispositivos basados ​​en microprocesadores o chips lógicos. Por ejemplo: calculadora electrónica, computadora, televisión digital, teléfono móvil, impresora, robot, panel de control de equipos industriales, vehículos y otros dispositivos domésticos e industriales.

Muchas disciplinas científicas en las universidades técnicas se dedican al estudio de diversos aspectos de la electrónica.

Electrónica de estado sólido

Historia de la electrónica de estado sólido.

El término electrónica de estado sólido apareció en la literatura a mediados del siglo XX para designar dispositivos basados ​​​​en elementos semiconductores: transistores y diodos semiconductores, que reemplazaron a los dispositivos de vacío voluminosos y de baja eficiencia: los tubos de radio. La raíz "sólido" se utiliza aquí porque el proceso de controlar la corriente eléctrica ocurre en un semiconductor sólido, a diferencia del vacío, como sucedió en un tubo de vacío. Posteriormente, a finales del siglo XX, este término perdió su significado y poco a poco fue cayendo en desuso, ya que casi toda la electrónica de nuestra civilización empezó a utilizar exclusivamente una base de elemento activo semiconductor de estado sólido.

Miniaturización del dispositivo

Con el nacimiento de la electrónica de estado sólido, se inició un rápido y revolucionario proceso de miniaturización de los dispositivos electrónicos. A lo largo de varias décadas, los elementos activos se han reducido diez mil millones de veces, desde unos pocos centímetros de un tubo de radio electrónico hasta varios nanómetros de un transistor integrado en un chip semiconductor.

Tecnología de obtención de elementos.

Los elementos activos y pasivos en la electrónica de estado sólido se crean en un cristal semiconductor homogéneo y ultrapuro, generalmente silicio, mediante inyección o deposición de nuevas capas en ciertas coordenadas del cuerpo cristalino de átomos de otros elementos químicos, más Moléculas complejas, incluidas sustancias orgánicas. La inyección cambia las propiedades del semiconductor en el lugar de la inyección (dopaje), cambiando su conductividad al contrario, creando así un diodo o transistor o elemento pasivo: resistencia, conductor, condensador o inductor, aislante, elemento disipador de calor y otras estructuras. En los últimos años se ha generalizado la tecnología de producción de fuentes de luz en un chip. Una gran cantidad de descubrimientos y tecnologías desarrolladas para el uso de tecnologías de estado sólido todavía se encuentran en las cajas fuertes de los titulares de patentes y están esperando entre bastidores.

La tecnología para producir cristales semiconductores, cuya pureza permite la creación de elementos de varios nanómetros de tamaño, comenzó a llamarse nanotecnología, y la sección de electrónica, microelectrónica.

La siguiente etapa en la evolución de la electrónica puede ser la optoelectrónica, en la que el elemento portador será un fotón, mucho más móvil y menos inercial que el electrón/“agujero” en el semiconductor de la electrónica de estado sólido.

Instrumentos básicos de estado sólido

Los principales dispositivos activos de estado sólido utilizados en dispositivos electrónicos son:

• Un diodo es un conductor con conductividad unidireccional desde el ánodo al cátodo. Variedades: diodo túnel, diodo de avalancha, diodo Gunn, diodo Schottky, etc.;
• Transistores bipolares: transistores con dos uniones p-n físicas, cuya corriente colector-emisor está controlada por la corriente base-emisor;
• Transistor de efecto de campo: un transistor cuya corriente Fuente-Drenaje está controlada por el voltaje en la unión p-n o n-p-Puerta-Drenaje o el potencial en ella en transistores sin transición física, con una compuerta aislada galvánicamente de la Fuente-Drenaje. canal;
• Diodos con dinistores y tiristores de conductividad controlada utilizados como interruptores, LED y fotodiodos utilizados como convertidores de radiación electromagnética en señales eléctricas o energía eléctrica o viceversa;
• Circuito integrado: una combinación de elementos de estado sólido activos y pasivos en uno o más chips en un paquete, utilizado como módulo, circuito electrónico en microelectrónica analógica y digital.

Ejemplos de uso

Ejemplos del uso de dispositivos de estado sólido en electrónica:

• Multiplicador de voltaje en un diodo rectificador;
• Multiplicador de frecuencia en un diodo no lineal;
• Seguidor de emisor (voltaje) en un transistor bipolar;
• Amplificador colector (potencia) basado en un transistor bipolar;
• Emulador de inductancia en circuitos integrados, condensadores y resistencias;
• Convertidor de impedancia de entrada en un transistor de efecto de campo o bipolar, en un chip amplificador operacional integrado en microelectrónica analógica y digital;
• Generador de señales eléctricas que utiliza diodos de efecto de campo, diodos Schottky, transistores o circuitos integrados en generadores de señales de CA;
• Rectificador de voltaje que utiliza un diodo rectificador en circuitos de corriente eléctrica alterna en una variedad de dispositivos;
• Una fuente de voltaje estable en un diodo zener en estabilizadores de voltaje;
• Una fuente de voltaje estable en un diodo rectificador en los circuitos de polarización de voltaje base-emisor de un transistor bipolar;
• Elemento emisor de luz en un dispositivo de iluminación LED;
• Elemento emisor de luz en optoelectrónica basado en LED;
• Elemento receptor de luz en optoelectrónica basado en un fotodiodo;
• Elemento receptor de luz en paneles solares de plantas de energía solar;
• Amplificador de potencia sobre transistor bipolar o de efecto de campo, sobre circuito integrado, Amplificador de potencia en las etapas de salida de amplificadores de potencia de señal, CA y CC;
• Un elemento lógico en un transistor, diodos o en un chip electrónico digital integrado;
• Una celda de memoria en uno o más transistores en chips de memoria;
• Amplificador de alta frecuencia sobre un transistor;
• Procesador de señales digitales en un circuito integrado de microprocesador digital;
• Procesador de señales analógicas que utiliza transistores, un circuito integrado de microprocesador analógico o amplificadores operacionales;
• Dispositivos periféricos informáticos basados ​​en circuitos integrados o transistores;
• Etapa de entrada de un amplificador operacional o diferencial en un transistor;
• Interruptor electrónico en circuitos de conmutación de señales en un transistor de efecto de campo con puerta aislada;
• Interruptor electrónico en circuitos de memoria basados ​​en un diodo Schottky.

Las principales diferencias entre la electrónica analógica y digital.

Debido a que los circuitos analógicos y digitales codifican la información de manera diferente, también tienen diferentes procesos de procesamiento de señales. Cabe señalar que todas las operaciones que se pueden realizar con una señal analógica (en particular, amplificación, filtrado, limitación de rango, etc.) se pueden realizar utilizando métodos de electrónica digital y modelado de software en microprocesadores.

La principal diferencia entre la electrónica analógica y la digital se puede encontrar en los métodos de codificación de información más característicos de una electrónica en particular.

La electrónica analógica utiliza la codificación unidimensional proporcional más simple: la reflexión de los parámetros físicos de la fuente de información en parámetros físicos similares del campo eléctrico o voltaje (amplitudes en amplitudes, frecuencias en frecuencias, fases en fases, etc.).

La electrónica digital utiliza codificación n-dimensional de los parámetros físicos de la fuente de datos. Como mínimo en electrónica digital se utiliza codificación bidimensional: voltaje (corriente) y momentos de tiempo. Esta redundancia se adopta únicamente para la transmisión de datos garantizada con cualquier nivel programable de ruido y distorsión agregado en el dispositivo a la señal original. Los circuitos digitales más complejos utilizan métodos de procesamiento de microprocesadores de software. Los métodos de transmisión de datos digitales permiten crear canales físicos de transmisión de datos sin pérdidas (sin aumentar el ruido ni otras distorsiones).

En el sentido físico, el comportamiento de cualquier circuito electrónico digital y de todo el dispositivo no es diferente del comportamiento de un dispositivo o circuito electrónico analógico y puede describirse mediante la teoría y las reglas que describen el funcionamiento de los dispositivos electrónicos analógicos.

Ruido

Debido a la forma en que se codifica la información en los circuitos analógicos, son mucho más vulnerables al ruido que los circuitos digitales. Un pequeño cambio en la señal puede provocar modificaciones importantes en la información transmitida y, en última instancia, provocar su pérdida; A su vez, las señales digitales toman sólo uno de dos valores posibles y, para provocar un error, el ruido debe ser aproximadamente la mitad de su valor total. Esta propiedad de los circuitos digitales se puede utilizar para hacer que las señales sean más resistentes a las interferencias. Además, las instalaciones de recuperación de señal en cada puerta lógica proporcionan contramedidas contra el ruido que reducen o eliminan el ruido; Este mecanismo es posible gracias a la cuantificación de señales digitales. Mientras la señal se mantenga dentro de un determinado rango de valores, se asocia a la misma información.

El ruido es uno de los factores clave que afectan la precisión de la señal; básicamente es el ruido presente en la señal original y las interferencias introducidas durante su transmisión (ver Relación señal-ruido). Limitaciones físicas fundamentales, por ejemplo, las llamadas. Ruido de "disparo" en los componentes: establece los límites de resolución de las señales analógicas. En electrónica digital, se proporciona precisión adicional mediante el uso de bits auxiliares que caracterizan la señal; su número depende del rendimiento del convertidor analógico a digital (ADC).

Complejidad del desarrollo

Los circuitos analógicos son más difíciles de diseñar que los circuitos digitales comparables; Ésta es una de las razones por las que los sistemas digitales se han generalizado más que los analógicos. Los circuitos analógicos se diseñan a mano y el proceso de diseño ofrece menos oportunidades de automatización. Sin embargo, cabe señalar que para interactuar con el entorno de una forma u otra, un dispositivo electrónico digital necesita una interfaz analógica. Por ejemplo, un receptor de radio digital tiene un preamplificador analógico, que es el primer eslabón de la cadena de recepción.

Tipología de esquemas

Actualmente es difícil encontrar un circuito electrónico que sea completamente analógico. Los circuitos analógicos ahora utilizan tecnología digital o incluso de microprocesador para aumentar su rendimiento. Un circuito de este tipo generalmente no se denomina analógico ni digital, sino mixto. En algunos casos, es difícil hacer una distinción clara entre esquemas continuos y discretos, debido a que ambos incluyen elementos de naturaleza tanto lineal como no lineal. Un ejemplo sería, por ejemplo, un comparador: aunque recibe un rango de tensión continuo en la entrada, al mismo tiempo produce en la salida sólo uno de los dos niveles de señal posibles, como en un circuito digital. De manera similar, un amplificador de transistores saturado puede adoptar las propiedades de un interruptor controlado, teniendo también dos niveles de salida.

Circuitos digitales

Los circuitos digitales incluyen aquellos basados ​​en varios niveles de voltaje discretos. Representan la implementación física más típica del álgebra booleana y forman la base elemental de todas las computadoras digitales. Los términos "circuito digital", "sistema digital" y "circuito lógico" suelen considerarse sinónimos. Los circuitos digitales se caracterizan típicamente por un sistema binario con dos niveles de voltaje, que corresponden al cero lógico y al uno lógico, respectivamente. Muchas veces la primera se asocia a baja tensión, y la segunda a alta tensión, aunque también se dan las opciones contrarias. También se estudiaron circuitos de lógica ternaria (es decir, con tres estados posibles) y se intentó construir ordenadores basados ​​en ellos. Además de las máquinas informáticas, los circuitos digitales constituyen la base

Electrónica, la ciencia de la interacción de los electrones con campos electromagnéticos y de los métodos para crear instrumentos y dispositivos electrónicos en los que esta interacción se utiliza para convertir energía electromagnética, principalmente para la transmisión, procesamiento y almacenamiento de información. Los tipos más típicos de tales transformaciones son la generación, amplificación y recepción de oscilaciones electromagnéticas con una frecuencia de hasta 10 12. Hz, así como radiación infrarroja, visible, ultravioleta y rayos X (10 12 -10 20 Hz). La conversión a frecuencias tan altas es posible gracias a la inercia excepcionalmente baja del electrón, la partícula cargada más pequeña conocida actualmente. La electrónica estudia las interacciones de los electrones tanto con macrocampos en el espacio de trabajo de un dispositivo electrónico como con microcampos dentro de un átomo, molécula o red cristalina.

La electrónica se basa en muchas ramas de la física (electrodinámica, mecánica clásica y cuántica, física del estado sólido, óptica, termodinámica), así como en la química, la metalurgia, la cristalografía y otras ciencias. Utilizando los resultados de estos y otros campos del conocimiento, la electrónica, por un lado, plantea nuevas tareas a otras ciencias, estimulando así su desarrollo ulterior y, por otro lado, crea nuevos instrumentos y dispositivos electrónicos y equipa así a los ciencias con medios y métodos de investigación cualitativamente nuevos. Tareas prácticas de E.: desarrollo de instrumentos y dispositivos electrónicos que realizan diversas funciones en sistemas de conversión y transmisión de información, en sistemas de control, en tecnología informática, así como en dispositivos de energía; desarrollo de los fundamentos científicos de la tecnología de producción de dispositivos electrónicos y tecnología que utiliza procesos y dispositivos electrónicos e iónicos para diversos campos de la ciencia y la tecnología.

La energía juega un papel protagonista en la revolución científica y tecnológica. La introducción de dispositivos electrónicos en diversas esferas de la actividad humana contribuye significativamente (a menudo decisivamente) al desarrollo exitoso de problemas científicos y técnicos complejos, al aumento de la productividad del trabajo físico y mental y a la mejora de los indicadores económicos de producción. A partir de los logros de la electrónica, se está desarrollando una industria que produce equipos electrónicos para diversos tipos de comunicaciones, automatización, televisión, radares, tecnología informática, sistemas de control de procesos, fabricación de instrumentos, así como equipos para tecnología de iluminación, tecnología de infrarrojos, X- tecnología de rayos, etc.

Uso de semiconductores cristalinos como detectores para dispositivos receptores de radio (1900-05), la creación de fotocélulas y rectificadores de corriente de cuprox y selenio (1920-1926), la invención de la cristadina (O.V. perder, 1922), invención transistor (U. shockley, Ud. brattain, J. Bardín, 1948) determinó la formación y desarrollo electrónica semiconductora. Desarrollo tecnología plana Las estructuras de semiconductores (finales de los años 50 y principios de los 60) y los métodos para integrar muchos dispositivos elementales (transistores, diodos, condensadores, resistencias) en una oblea semiconductora monocristalina llevaron a la creación de una nueva dirección en la electrónica. microelectrónica (ver también Electrónica integrada ). Los principales avances en el campo de la energía integral están dirigidos a crear circuitos integrados - Dispositivos electrónicos en microminiatura (amplificadores, convertidores, procesadores Computadoras (computadoras electrónicas), dispositivos de almacenamiento electrónico, etc.), que constan de cientos y miles de dispositivos electrónicos colocados en un chip semiconductor con un área de varios milímetros 2 . La microelectrónica ha abierto nuevas oportunidades para la solución de problemas como la automatización del control de procesos tecnológicos, el procesamiento de información, la mejora de la tecnología informática, etc., planteados por el desarrollo de la producción social moderna. Creación de generadores cuánticos (N.G. basov, SOY. Prójorov e independientemente de ellos Cap. Pueblos, 1955) - dispositivos electronica cuantica - determinó posibilidades cualitativamente nuevas de la electrónica asociadas con el uso de fuentes de potente radiación coherente en el rango óptico ( láseres ) y la construcción de ultraprecisas estándares de frecuencia cuántica.

Los científicos soviéticos hicieron una contribución importante al desarrollo de la electrónica. La investigación fundamental en el campo de la física y la tecnología de los dispositivos electrónicos fue realizada por M. A. Bonch-Bruevich, L. I. Mandelstam, Dakota del Norte Papaleksi, S.A. Vekshinsky, A. A. Chernyshev, M. M. Bogoslovsky y muchos otros; sobre los problemas de excitación y transformación de oscilaciones eléctricas, radiación, propagación y recepción de ondas de radio, su interacción con portadores de corriente en el vacío, gases y sólidos - B. A. Vvedensky, ENFERMEDAD VENÉREA. Kalmíkov, ALABAMA. Mentas, AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO. raspletín, MV Shuleikin y etc.; en el campo de la física de semiconductores - A.F. Ioffe; luminiscencia y otras áreas de la óptica física - S.I. vavílov; Teoría cuántica de la dispersión de la luz, la radiación y el efecto fotoeléctrico en los metales - I. E. Ahí m y muchos otros.

Áreas, secciones principales y direcciones de la electrónica. La energía incluye 3 áreas de investigación: energía del vacío, energía del estado sólido y energía cuántica. Cada área se divide en varias secciones y direcciones. La sección combina complejos de fenómenos y procesos físicos y químicos homogéneos que son de fundamental importancia para el desarrollo de muchas clases de dispositivos electrónicos en este campo. La dirección cubre métodos para diseñar y calcular dispositivos electrónicos relacionados en principios operativos o en las funciones que realizan, así como métodos para fabricar estos dispositivos.

La emisión al vacío contiene las siguientes secciones: 1) emisión de emisión, que cubre cuestiones de emisión térmica y fotoemisión, emisión de electrones secundarios, emisiones del túnel, investigación de cátodos y revestimientos antiemisiones; 2) formación de flujos de electrones y flujos de iones, control de estos flujos; 3) formación de campos electromagnéticos utilizando resonadores, sistemas de resonador, sistemas de desaceleración, dispositivos de entrada y salida de energía; 4) luminiscencia electrónica ( catodoluminiscencia ); 5) física y tecnología del alto vacío (su producción, conservación y control); 6) procesos termofísicos (evaporación en el vacío, cambio de forma de piezas durante el calentamiento cíclico, destrucción de superficies metálicas durante el calentamiento por impulsos, eliminación de calor de los elementos del dispositivo); 7) fenómenos superficiales (formación de películas sobre electrodos y aisladores, faltas de homogeneidad en las superficies de los electrodos); 8) tecnología de tratamiento de superficies, incluido el procesamiento electrónico, iónico y láser; 9) medios gaseosos: una sección que incluye cuestiones relacionadas con la obtención y el mantenimiento de la composición y presión óptimas del gas en los dispositivos de descarga de gas. Las principales direcciones de la energía del vacío cubren las cuestiones de la creación. dispositivos de electrovacío (EVP) de los siguientes tipos: tubos electrónicos (triodos, tetrodos, pentodos, etc.); Microondas EVP (frecuencias ultraaltas) (magnetrones, klistrones, etc.), dispositivos de haz de electrones (tubos de imagen, tubos de osciloscopio, etc.); dispositivos fotoelectrónicos (fotocélulas, fotomultiplicadores), tubos de rayos X; dispositivos de descarga de gas (potentes convertidores de corriente, fuentes de luz, indicadores).

Las secciones y direcciones de los electrones en estado sólido están relacionadas principalmente con los electrones semiconductores. Las secciones fundamentales de estos últimos cubren los siguientes temas: 1) el estudio de las propiedades de los materiales semiconductores y la influencia de las impurezas sobre estas propiedades; 2) creación en un cristal de regiones con diferentes conductividades utilizando métodos de crecimiento epitaxial (ver. epitaxia ), difusión, inserción de iones (implantación), exposición a radiación sobre estructuras semiconductoras; 3) deposición de películas dieléctricas y metálicas sobre materiales semiconductores, desarrollo de tecnología para la creación de películas con las propiedades y configuración necesarias; 4) estudio de procesos físicos y químicos en la superficie de semiconductores; 5) desarrollo de métodos y medios para la obtención y medición de elementos de dispositivos de tamaños micrométricos y submicrónicos. Las principales direcciones de la electrónica semiconductora están asociadas con el desarrollo y la fabricación de varios tipos. dispositivos semiconductores; diodos semiconductores (rectificadores, mezcladores, paramétricos, zener), diodos amplificadores y generadores (túnel, avalancha, diodos Gunn), transistores (bipolares y unipolares), tiristores, dispositivos optoelectrónicos (diodos emisores de luz, fotodiodos, fototransistores, optoacopladores , LED y conjuntos de fotodiodos), circuitos integrados. Las áreas de la electrónica de estado sólido también incluyen la electrónica dieléctrica, que estudia los procesos electrónicos en dieléctricos (en particular, en películas dieléctricas delgadas) y su uso, por ejemplo, para crear diodos y condensadores dieléctricos; la magnetoelectrónica, que utiliza las propiedades magnéticas de la materia para controlar el flujo de energía electromagnética mediante válvulas de ferrita, circuladores, desfasadores, etc. y para crear dispositivos de almacenamiento, incluidos dominios magnéticos; Acústica y piezoelectrónica, que consideran la propagación de ondas acústicas superficiales y volumétricas y los campos eléctricos alternos que crean en materiales cristalinos y la interacción de estos campos con electrones en dispositivos con estructura semiconductora-piezoeléctrica (estabilizadores de frecuencia de cuarzo, filtros piezoeléctricos, retardo ultrasónico líneas, amplificadores acústicoelectrónicos, etc.) .d.); crioelectrónica, que estudia los cambios en las propiedades de un sólido durante el enfriamiento profundo para la construcción de amplificadores de bajo ruido y generadores de microondas (frecuencia ultraalta), dispositivos de almacenamiento y computación de ultra alta velocidad; Desarrollo y producción de resistencias.

Las áreas más importantes de la energía cuántica son la creación de láseres y maseros. Dispositivos para la medición precisa de distancias ( telémetros ), estándares de frecuencia cuántica, giroscopios cuánticos, sistemas ópticos comunicación multicanal, comunicaciones en el espacio profundo, radioastronomía. El efecto energético de la radiación láser concentrada sobre la materia se utiliza en la tecnología industrial. Los láseres tienen diversas aplicaciones en biología y medicina.

E. se encuentra en una etapa de desarrollo intensivo; se caracteriza por el surgimiento de nuevas áreas y la creación de nuevas direcciones en áreas existentes.

Tecnología de dispositivos electrónicos. El diseño y fabricación de dispositivos electrónicos se basan en el uso de una combinación de diversas propiedades de materiales y procesos físicos y químicos. Por lo tanto, es necesario comprender en profundidad los procesos utilizados y su impacto en las propiedades de los dispositivos, y poder controlar con precisión estos procesos. La excepcional importancia de la investigación física y química y el desarrollo de los fundamentos científicos de la tecnología en electrónica se deben, en primer lugar, a la dependencia de las propiedades de los dispositivos electrónicos de la presencia de impurezas en los materiales y sustancias absorbidas en las superficies de los elementos de trabajo. de los dispositivos, así como de la composición del gas y del grado de rarefacción del ambiente circundante a estos elementos; en segundo lugar, la dependencia de la fiabilidad y durabilidad de los dispositivos electrónicos del grado de estabilidad de los materiales utilizados y de la controlabilidad de la tecnología. Los avances tecnológicos a menudo impulsan el desarrollo de nuevas direcciones en la electrónica. Las características de la tecnología comunes a todas las áreas de la electrónica son los requisitos excepcionalmente altos (en comparación con otras ramas de la tecnología) impuestos en la industria electrónica a las propiedades de las materias primas utilizadas. ; grado de protección de los productos contra la contaminación durante el proceso de producción; Precisión geométrica en la fabricación de dispositivos electrónicos. El cumplimiento del primero de estos requisitos está asociado con la creación de muchos materiales de altísima pureza y estructura perfecta, con propiedades físicas y químicas predeterminadas: aleaciones especiales de monocristales, cerámicas, vidrios, etc. el estudio de sus propiedades constituye el tema de una disciplina científica y técnica especial: la ciencia de los materiales electrónicos. Uno de los problemas tecnológicos más acuciantes asociados con el cumplimiento del segundo requisito es la lucha por reducir el contenido de polvo del entorno gaseoso en el que tienen lugar los procesos tecnológicos más importantes. En algunos casos, el contenido de polvo permitido no es más de tres granos de polvo de tamaño inferior a 1. µm En 1 metro 3 . La rigurosidad de los requisitos de precisión geométrica en la fabricación de dispositivos electrónicos se evidencia, por ejemplo, en las siguientes cifras: en algunos casos, el error dimensional relativo no debe exceder el 0,001%; la precisión absoluta de las dimensiones y posiciones relativas de los elementos del circuito integrado alcanza centésimas de fracción µm. Esto requiere la creación de métodos nuevos y más avanzados para procesar materiales, nuevos medios y métodos de control. Una característica de la tecnología en electrónica es la necesidad de un uso generalizado de los últimos métodos y medios: procesamiento y soldadura por haz de electrones, ultrasonidos y láser, fotolitografía, litografía electrónica y de rayos X, procesamiento por chispa eléctrica, implantación de iones, química del plasma, epitaxia molecular, microscopía electrónica, instalaciones de vacío que proporcionan gases residuales a presión hasta 10 -13 mmHg Arte. La complejidad de muchos procesos tecnológicos requiere la exclusión de la influencia humana subjetiva en el proceso, lo que hace relevante el problema de automatizar la producción de dispositivos electrónicos utilizando una computadora (computadora electrónica), junto con las tareas generales de aumentar la productividad laboral. Estas y otras características específicas de la tecnología en electrónica llevaron a la necesidad de crear una nueva dirección en la ingeniería mecánica: la ingeniería mecánica electrónica.

Perspectivas para el desarrollo de E. Uno de los principales problemas a los que se enfrenta la electrónica está relacionado con la necesidad de aumentar la cantidad de información procesada por los sistemas electrónicos de computación y control y, al mismo tiempo, reducir su tamaño y consumo de energía. Este problema se resuelve creando circuitos integrados semiconductores que proporcionan tiempos de conmutación de hasta 10 -11 segundo; aumentar el grado de integración en un chip a un millón de transistores de tamaño 1-2 µm; uso en circuitos integrados de dispositivos de comunicación óptica y convertidores optoelectrónicos (ver. Optoelectrónica ), superconductores; desarrollo de dispositivos de almacenamiento con capacidad de varios megabits en un único chip; aplicaciones de conmutación de rayos láser y de electrones; ampliar la funcionalidad de los circuitos integrados (por ejemplo, la transición de un microprocesador a una microcomputadora en un solo chip); transición de la tecnología de circuitos integrados bidimensionales (planos) a tridimensionales (volumétricos) y el uso de una combinación de varias propiedades de un sólido en un solo dispositivo; desarrollo e implementación de principios y medios. televisión estereoscópica, más informativo de lo habitual; creación de dispositivos electrónicos que funcionan en el rango de ondas milimétricas y submilimétricas para sistemas de transmisión de información de banda ancha (más eficientes), así como dispositivos para líneas de comunicación óptica; desarrollo de láseres y dispositivos de microondas (frecuencia ultra alta) potentes y de alta eficiencia (eficiencia) para impacto energético sobre la materia y transferencia de energía dirigida (por ejemplo, desde el espacio). Una de las tendencias en el desarrollo de la ecología es la penetración de sus métodos y medios en la biología (para estudiar las células y la estructura de un organismo vivo e influir en él) y la medicina (para el diagnóstico, la terapia y la cirugía). A medida que se desarrolla la electrónica y mejora la tecnología para producir dispositivos electrónicos, se amplían las áreas de uso de la electrónica en todas las esferas de la vida y las actividades de las personas y aumenta el papel de la electrónica en la aceleración del progreso científico y tecnológico.

¿Qué es la "Electrónica"? Cómo escribir esta palabra correctamente. Concepto e interpretación.

Electrónica La electrónica es la ciencia de la interacción de partículas cargadas (electrones, iones) con campos electromagnéticos y los métodos de creación de instrumentos y dispositivos electrónicos (vacío, descarga de gas, semiconductores), utilizados principalmente para transmitir, procesar y almacenar información. Al principio se crearon los primeros dispositivos electrónicos (diodo de vacío y triodo). Siglo XX, desde el principio. años 50 la electrónica de estado sólido (principalmente semiconductores) se está desarrollando intensamente; desde el principio años 60 Una de sus áreas más prometedoras es la microelectrónica. Tras la creación del generador cuántico, comenzó el desarrollo de la electrónica cuántica. Los instrumentos y dispositivos electrónicos se utilizan en sistemas de comunicación, automatización, tecnología informática, tecnología de medición, etc. La electrónica de vacío se ocupa de cuestiones de emisión de electrones, formación y control de flujos de electrones, iones, etc. Las principales direcciones del desarrollo de la electrónica de vacío están asociados con la creación de dispositivos eléctricos de vacío: tubos electrónicos (diodos, triodos, tetrodos, pentodos, etc.), dispositivos de electrovacío de frecuencia ultraalta (magnetrones, klistrones, etc.), haces de electrones y dispositivos fotoelectrónicos (tubos de imagen, vidicones). , superórticones, convertidores electrón-ópticos, fotomultiplicadores, etc.), dispositivos de descarga de gas (tiratrones, indicadores de descarga de gas, etc.), tubos de rayos X, etc. La electrónica de estado sólido se ocupa del estudio de las propiedades de materiales en estado sólido (semiconductores, dieléctricos, magnéticos, etc.), la influencia de las impurezas y las características estructurales del material sobre estas propiedades, y el estudio de las propiedades superficiales e interfaces entre capas de diferentes materiales. Las principales áreas de la electrónica de estado sólido están asociadas con la creación de varios tipos de dispositivos semiconductores: diodos semiconductores, transistores, tiristores, circuitos integrados analógicos y digitales, dispositivos optoelectrónicos (diodos emisores de luz, fotodiodos, fototransistores, optoacopladores, LED y fotodiodos. matrices). La electrónica cuántica desarrolla métodos y medios para amplificar y generar oscilaciones electromagnéticas basadas en el efecto de la emisión estimulada de átomos, moléculas y sólidos. Las áreas más importantes de la electrónica cuántica son la creación de generadores cuánticos ópticos (láseres), amplificadores cuánticos, generadores moleculares, etc. La crioelectrónica (electrónica criogénica) se ocupa del uso de fenómenos en sólidos a temperaturas criogénicas (en presencia de electricidad, magnético y campos electromagnéticos) para crear instrumentos y dispositivos electrónicos. Cómo se formó la ciencia de la electrónica en sus inicios. siglo 20 después de la creación de los fundamentos de la electrodinámica por J. Maxwell (1861-73), el descubrimiento de la fotoconductividad por W. Smith (1873), la conductividad unidireccional del contacto metal-semiconductor por K. Brown (1874), el estudio de las propiedades de la emisión termoiónica de O. Richardson (1900-01), la emisión de fotoelectrones de G. Hertz (1887) y A. G. Stoletov (1888-90), los rayos X de V. Roentgen (1895), el electrón de J. Thomson ( 1897), creación de la teoría electrónica por X. Lorentz (1892-1909). El desarrollo de la electrónica se vio facilitado por la invención de las comunicaciones por radio por A. S. Popov y G. Marconi. El desarrollo de los dispositivos de electrovacío comenzó con la invención de un diodo de tubo por J. Fleming (1904), un tubo - triodo de tres electrodos por L. de Forest (1906), el uso de un triodo para generar oscilaciones eléctricas por A. Meissner (1913), potentes tubos generadores para transmisores de radio de larga distancia y radiodifusión M A. Bonch-Bruevich (1919-25). Las fotocélulas de vacío creadas por A. G. Stoletov (1888-90), P. V. Timofeev (1928) y L. A. Kubetsky (1930) condujeron al surgimiento del cine sonoro y sirvieron de base para el desarrollo de los tubos transmisores de televisión: vidicon (A. A. Chernyshev , 1925), iconoscopio (S.I. Kataev, V.K. Zvorykin, 1931-32), supericonoscopio (P.V. Timofeev, P.V. Shmakov, 1933), etc. El uso de semiconductores cristalinos como detectores para dispositivos receptores de radio, la invención de la cristadina (O. V. Losev , 1922), y el transistor (W. Shockley, W. Brattain, J. Bardeen, 1948) determinaron la formación y el desarrollo de la electrónica semiconductora. El desarrollo de métodos para integrar una gran cantidad de transistores, diodos, condensadores y resistencias en una oblea semiconductora de cristal único condujo al desarrollo de circuitos integrados y a la creación de una nueva dirección en la electrónica: la microelectrónica. El aumento en el grado de integración de los microcircuitos sirvió de base para la creación de microprocesadores y computadoras de un solo chip. Su introducción se considera como una nueva etapa de la revolución industrial. La invención del generador molecular en 1955 (N. G. Basov, A. M. Prokhorov y C. Townes), el primer dispositivo de electrónica cuántica, condujo a la aparición de láseres utilizados en una amplia variedad de campos de la ciencia y la tecnología. El primer láser fue creado en 1960 por T. Maiman sobre un cristal de rubí, y luego se crearon láseres de gas, líquido y semiconductores, que han encontrado una amplia aplicación en la ciencia y la tecnología modernas.

Electrónica- ELECTRÓNICA, Qi, w. La ciencia de la interacción de los electrones con los campos electromagnéticos y los métodos para crear... Diccionario explicativo de Ozhegov

Electrónica- la ciencia de la interacción de los electrones con campos electromagnéticos y métodos para crear electrones... Gran enciclopedia soviética

Electrónica- y. 1. Sección de ciencia y tecnología, que es la base de la automatización moderna, la ingeniería radioeléctrica, la cibernética...

El concepto de electrónica incluye un área tan amplia de la actividad humana que simplemente enumerar sus secciones ocuparía demasiado espacio. Sin embargo, todos estos apartados tienen algo en común: la base física de la electrónica es el movimiento de los electrones y las leyes de este movimiento. La electrónica es el componente más importante de la civilización técnica moderna; Es difícil siquiera imaginar cómo sería nuestro mundo sin los dispositivos electrónicos (DE). Las centrales eléctricas calculan los horarios de los trenes y los resultados de la investigación científica, controlan las máquinas automáticas y el montaje de vagones, acumulan información y la transforman en una forma conveniente para la percepción humana.

Pero quizás el ámbito de aplicación de la electrónica más cercano a todos nosotros sea la transmisión de información. Hoy en día parece absolutamente natural que por las noches en todas las casas se enciendan las pantallas azules de los televisores, que se pueda encender la radio para enterarse de las últimas noticias y del tiempo, que una grabadora permita escuchar las grabaciones de las actuaciones de sus cantantes y músicos favoritos, que en todos los rincones de nuestra vasta Patria siempre hay periódicos de hoy y que un telegrama de Moscú a Khabarovsk tarda unas horas. Todo esto se logra gracias al impecable funcionamiento de los dispositivos electrónicos: transmisores y receptores de información. Las líneas de comunicación son complejas y diversas; incluyen numerosos puntos intermedios de procesamiento de información, incluidos los ubicados en satélites terrestres artificiales.

La entrada de la humanidad en el espacio cercano a la Tierra también está indisolublemente ligada a la electrónica. Las centrales eléctricas supervisan la preparación de las naves espaciales para su lanzamiento y su vuelo, aseguran el atraque de las naves en órbita, el aterrizaje y la búsqueda de vehículos de descenso. En este último caso, se utilizan dispositivos electrónicos especiales: radares que envían periódicamente ondas de radio, es decir, haces de energía electromagnética, y por su reflejo en los objetos determinan la dirección del movimiento de los objetos espaciales y la distancia a ellos (ver Radar).

En los últimos años han aparecido nuevas clases de dispositivos electrónicos, basados ​​en las leyes de la llamada electrónica cuántica. Se trata de láseres muy conocidos: generadores de luz coherente y ondas de radio. La gama de aplicaciones del láser es muy amplia: desde la exploración de la superficie de la Luna hasta la soldadura muy precisa de metales en la industria o operaciones ultraprecisas en la retina en medicina.

La aparición de los láseres a mediados de los años 60 también está asociada con la aparición de los láseres. una nueva dirección en el campo de la electrónica: la optoelectrónica, que utiliza comunicación óptica (fotónica) para transmitir información. La comunicación óptica tiene una serie de ventajas sobre la comunicación eléctrica. Debido a la neutralidad eléctrica de los fotones, los campos eléctricos y magnéticos que acompañan al flujo de corriente eléctrica no se excitan en el canal de comunicación óptica. En otras palabras, los fotones no interfieren con las líneas de comunicación.

La transmisión de información mediante un haz de luz no va acompañada de la acumulación y disipación de energía electromagnética en la línea, lo que asegura la velocidad de transmisión de la información y el nivel mínimo de su distorsión. La alta frecuencia de las vibraciones ópticas (10 m - 1015 Hz) determina tanto el gran volumen de información como su velocidad, y la longitud de onda corta (hasta 10 ~ 4 - 10 5 cm) brinda la posibilidad de microminiaturización de los dispositivos transmisores y receptores. Los principales elementos de la optoelectrónica: fuentes de luz (láseres, guías de luz), medios ópticos (activos y pasivos) y fotodetectores.

No hace mucho, apareció un nuevo campo prometedor de la electrónica: la creación y aplicación de dispositivos acústicoelectrónicos en diversas ramas de la tecnología (ver Acústica, tecnología acústica).

Hablando de electrónica, no se puede dejar de mencionar el importante papel de las computadoras electrónicas. Los ordenadores están penetrando cada vez más en todos los ámbitos de la actividad humana, llevando a cabo en ellos una auténtica revolución gracias a la gran precisión del procesamiento de la información y a su enorme velocidad: los ordenadores modernos son capaces de realizar varios millones de operaciones por segundo. No solo liberan a una persona del trabajo laborioso de recopilar y procesar información, sino que también permiten obtener resultados de trabajo fundamentalmente nuevos. Un ejemplo es el uso de ordenadores en las fábricas para la producción de materiales de alta pureza, que son la base de la industria electrónica moderna: ni un solo operador humano podría gestionar los procesos tecnológicos más complejos.

La electrónica es el área de la actividad humana que se desarrolla más rápidamente y, en las condiciones modernas, el éxito del progreso científico y tecnológico depende en gran medida del nivel de su desarrollo.