История отрасли пособие

1899 г. Немецкий физик П.Вихарт предложил производить фокусировку катодных лучей магнитным полем.

Рис.11. Трубка Брауна

1900 г. Хорватский изобретатель Никола Тесла продемонстрировал в Нью-Йорке дистанционное телемеханическое управление моделью корабля. Одновременно Тесла заявил о возможности передачи электроэнергии через Атлантический океан при помощи электромагнитных волн на основе принципа электрического резонанса. Для реализации идеи на обоих берегах океана необходимо было построить металлические башни. Передающая башня должна была аккумулировать электроэнергию и посылать по направленному радиолучу к потребителю.

1901 г. Профессор В.Ф.Миткевич предложил для преобразования -пе ременного тока в постоянный однофазную и трехфазную схемы с выводом средней точки трансформатора.

Рис.12. Схемы выпрямления В. Миткевича

1904 г. Ли де Форрест на основе созданной электронной лампытриода разработал устройство усиления электрических сигналов(усилитель), состоящий из нелинейного элемента (лампы) и статического сопротивления Ra, включенного в анодную цепь.

При подаче на управляющую сетку входного переменного сигнала изменяется величина сопротивления нелинейного элемента, что приводит к со-

ответствующему изменению напряжений на лампе и сопротивлении в анодной цепи. Созданный таким образом переменный сигнал(Uвых) передается во внешнюю нагрузку.

Рис.13. Схема усилителя

Г.Герке (Германия) изготовил осциллограф с тлеющим светом. Основным элементом прибора была стеклянная трубка, заполненная азотом и содержащая два электрода и вращающееся зеркало. Наблюдение процесса производилось по светящейся над катодом линии, длина которой была пропорциональна величине тока. Вращающееся со скоростью200 об/мин зеркало обеспечивало развертку изображения.

1907 г. Дж.Пирс теоретически доказал электрическую природу преобразования переменного тока в постоянный (выпрямления тока).

1909 г. М.А.Шателен и А.А.Чернышев на основе электронно-лучевой трубки сконструировали первыйосциллограф – прибор для наблюдения процессов изменения электрических сигналов.

1910 г. А.Бэрд при исследовании работы усилителя обнаружил, что при различных способах подачи части выходной энергии вновь на его вход уровень усиления мог понижаться или повышаться. Открытый эффект был назван обратной связью. При этом связь, вызывающая увеличение уровня усиления, стала называться положительной, а уменьшение – отрицательной.

1913 г. Сотрудник немецкой фирмы "Telefunken" Александр Мейсснер при изучении свойств обратной связи обнаружил эффект нарушения устойчивости работы усилителя. При введении положительной обратной связи в усилитель на выходе наблюдались электрические колебания при отсутствии входного сигнала. Этот эффект он использовал для построения генератора

незатухающих высокочастотных колебаний. В предложенной схеме генератора частота генерируемых колебаний определялась как резонансной частотой колебательного контура (LaC), так и величиной связи между катушками. При слабой связи частота колебаний ниже резонансной частоты контура, при сильной – выше.

Рис.14. Схема генератора Мейснера

1915 г. Американский инженер изWestern Electric Company Леон Хартлей, разработал схему лампового генератора, известную как индуктивная трехточечная генераторная схема. В отличие от схемы А.Мейсснера, в ней использовано автотрансформаторное включение контура. Рабочая частота такого генератора обычно выше резонансной частоты контура.

1918 г. М.Бонч-Бруевич предложил схему переключающего устройства, имеющего два устойчивых рабочих состояния. Это устройство впоследствии было названотриггером. Устройство может содержать два реле, две электронных лампы или два транзистора, на которых собираются два электронных ключа. Входы каждого ключа непосредственно связаны с выходами другого. В результате, если один из ключей открыт (через него проходит ток от источника питания), то другой закрыт.

Рис.15. Блок-схема и принцип действия триггера

Перевод триггера из одного состояния в другое осуществляется только подачей запускающего внешнего сигнала. Таким образом, триггер способен сохранять заданное состояние, частота выходных сигналов всегда вдвое меньше частоты входного. В сегодняшней электронной технике на основе триггеров строятся счетчики импульсов, шифраторы и дешифраторы импульсов, регистры, оперативная память цифровых вычислительных машин.

1919 г. Х.Абрахам и Е.Блох создали генератор прямоугольныхим пульсных сигналов, получивший название мультивибратора -генератора множества колебаний (прямоугольных импульсов).

У.Икклз и Ф.Джордан (США) независимо от Бонч-Бруевича изобрели электронное реле (триггер).

1922 г. В Кембриджском университете изготовлен первыйэлектронный вольтметр, позволяющий производить измерение напряжения до 10 В.

1923 г. Профессор А.Н.Ларионов разработалтрехфазную мостовую схему выпрямления переменного тока.

Рис.16. Мостовая схема выпрямления

1924 г. В фирме Вестерн электрик применен для развертки осцилло-

графического изображения генератор линейно изменяющегося напряже-

ния (ГЛИН) на основе неоновой лампы.

Ф.Гейгер изготовил первый полупроводниковый выпрямитель, состоящий из закиси меди и двух электродов с униполярной проводимостью.

1927 г. Американский инженер из компанииWest Street Labs Гарольд Стивен Блэк, работая над уменьшением искажений в телефонных усилителях, впервые в усилителе использовал отрицательную обратную связь, до этого считавшуюся вредной ввиду снижения коэффициента усиления. Блэк доказал, что применение отрицательной обратной связи приводит к улучшению качественных характеристик усилителей.

1928 г. С.Я.Соколов на основе свойства упругих волн ультразвуковых частот распространяться в различных средах с неодинаковой скоростью оформил патент на возможность использования ультразвуковых колебаний для обнаружения внутренних дефектов в металлических изделиях. Метод, при котором обеспечивается наблюдение невидимого невооруженным глазом изображения объекта, получил название интроскопии (звуковидение).

В 1931 г. С.Я.Соколов изготовил первый образец дефектоскопа.

1932 г. Гарри Найквист определил условия устойчивости (способности работать без самовозбуждения) усилителей, охваченных отрицательной обратной связью.

1933 г. Международная электротехническая комиссия установила назвать за единицу частоты периодического процесса- "герц (Гц)", включенную затем в международную систему единиц СИ. 1 Гц равен одному полному колебанию за одну секунду.

1942 г. В США построен первыйоперационный усилитель – усилитель постоянного тока с симметричным(дифференциальным) входом и значительным собственным коэффициентом усиления(более 1000) как самостоятельное изделие. Основным назначением данного класса усилителей стало его использование в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения математических операций над электрическими сигналами. Отсюда его первоначальное название – решающий.

1955 г. Д.Ройер изготовил преобразователь постоянного тока в переменный ток прямоугольной формы, в котором впервые был использован ключевой режим работы транзисторов. В данном режиме работы электронные приборы (лампы, транзисторы, и др ) имеют два рабочих состояния. В одном из них электронный прибор закрыт, ток через него практически не проходит и его внутреннее сопротивлениеRi велико, а в другом состоянии прибор открыт, ток в выходной цепи имеет максимальное значение, а внутреннее сопротивление мало. Переход из одного состояния в другое осуществляется практически мгновенно.

1963 г. В США изготовлен операционный усилитель в интегральном исполнении (mA702).

В начало

2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Нужно иметь в голове великое множество разнообразнейших идей, чтобы родить одну хорошую.

Л. Мерсье

Основой радиоэлектронных устройств, которые используются для передачи, обработки и хранения информации, автоматизации производственных процессов, создания контрольно–измерительной аппаратуры, средств научных исследований и других целей, являются электронные, ионные и полупроводниковые приборы.

История электронной техники начинается со времени открытия Эдиссоном явления термоэлектронной эмиссии и создания Флемингом первого электровакуумного прибора - электронной лампы. После создания основных типов ламп (диодов, триодов, пентодов и т.д.) началось усовершенствование электровакуумных приборов. Конструкторская мысль была направлена на повышение долговечности и надежности их работы. Разрабатывались новые конструкции ламп - бесцокольные лампы пальчикового типа, сверхминиатюрные с гибкими выводами и т..дВ этот период радиотехника перешла к освоению ультракоротких волн (метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые диапазоны), что потребовало разработки электровакуумных приборов с новыми принципами управления электронными потоками(многорезонаторные магнетроны, клистроны), способных генерировать и усиливать колебания очень высоких частот. Эти достижения электровакуумной техники обусловили развитие радионавигации и радиолокации, телевидения

испутниковой связи. На этом этапе развития электроники также создавались

исовершенствовались газоразрядные приборы.

Следующий период развития электроники– это создание и внедрение дискретных полупроводниковых приборов(изобретение точечного транзистора). С 60-х гг. XX в. на основе полученных знаний в области физики твердого тела начало развиваться производство интегральных схем различных назначений. Конец XX в. характеризовался широким использованием полупроводниковых приборов как в дискретном, так и в интегральном исполнении, внедрением элементов функциональной электроники. В этот период продолжалось дальнейшее усовершенствование электровакуумных приборов. Большое внимание уделялось повышению их прочности, надёжности, долговечности. Разрабатывались бесцокольные (пальчиковые) и сверхминиатюрные лампы, что давало возможность снизить габариты установок, насчитывающих большое количество радиоламп.

Продолжались интенсивные работы в области физики твёрдого тела и теории полупроводников, разрабатывались способы получения монокристаллов полупроводников, методы их очистки и введения примесей. Развитие и совершенствование полупроводниковых приборов характеризуется повышением рабочих частот и увеличением допустимой мощности. Первые транзи-

сторы обладали ограниченными возможностями (предельные рабочие частоты около сотни кГц и мощности рассеяния порядка100 - 200 мВт) и могли выполнять лишь некоторые функции электронных ламп. Перед проектировщиками сложных электронных систем, насчитывающих десятки тысяч активных и пассивных компонентов, стояли задачи уменьшения габаритов, веса, потребляемой мощности и стоимости электронных устройств, улучшения их рабочих характеристик и, что самое главное, достижения высокой надёжности работы. Эти задачи успешно решала микроэлектрониканаправление электроники, охватывающее широкий комплекс проблем и методов, связанных с проектированием и изготовлением электронной аппаратуры в микроминиатюрном исполнении за счёт полного или частичного исключения дискретных компонентов.

Основной тенденцией микроминиатюризации является"интеграция" электронных схем, т.е. стремление к одновременному изготовлению большого количества элементов и узлов электронных схем, неразрывно связанных между собой. Поэтому из различных областей микроэлектроники наиболее эффективной оказалась интегральная микроэлектроника, которая является одним из главных направлений современной электронной техники.

Хронология

1840 г. Дж.Джоуль открыл эффект изменения формы тела под давлением магнитного поля, названный магнитострикцией. На основе этого явления в XX в. созданы преобразователи сигналов.

1870 г. (примерно). Ф.Кольрауш, изучая поведение ионов в электролитах различного состава, ввел понятия "проводимости" и "концентрации" носителей электрического тока.

1873 г. Английский инженер–электрик У.Смит решил для изоляции кабеля использовать селен, который при быстром охлаждении застывает в стекловидную массу. При испытании кабеля его помощник Мэй заметил, что на свету сопротивление селена становится значительно меньшим, чем в темноте. Так была открыта светочувствительность селена. В дальнейших опытах полоски из селена были разложены в стеклянные запаянные трубки с платиновыми вводами. Трубки помещали в светонепроницаемый ящик с крышкой.

В темноте сопротивление полосок селена было довольно высоким и оставалось весьма стабильным, но как только крышка ящика отодвигалась, проводимость возрастала на 15-100%. Простое движение руки над трубками увеличивало сопротивление селена на 15-20%.

1874 г. Немецкий физик Фердинанд Браун открыл эффект односторонней проводимости на границе двух разнородных кристаллов(сернистого свинца) или между кристаллом и металлическим контактом. Проводимые им

опыты показали, что при одном направлении протекающего через контакт тока он имеет малое сопротивление и очень высокое - при противоположном.

1875 г. В.Сименс на основе селена изготовил первый в мире полупроводниковый прибор для измерения относительной яркости различных источников света - фотомер.

1876 г. У.Адамсон и Р.Дей на основе селена изготовили первыйфотоэлемент с запорным слоем.

1978 г. М.Махальский изобрел первый в миремикрофон с угольным порошком (от микро и греч. phone — звук) - электроакустический прибор для преобразования звуковых колебаний в электрические.

1880 г. Пьер и Жак Кюри обнаружили возникновение электрического заряда при механическом воздействии(при изгибе) кварцевой пластинки. Этот заряд был прямо пропорционален прикладываемой к кристаллу силе. Открытое явление было названо "пьезоэлектричеством" от греческого слова "пьезо", означающего "нажать". Кроме того, они продемонстрировали обратный пьезоэлектрический эффект, при котором проявлялась вибрация кристалла при подключении к нему переменного напряжения. Открытый эффект в дальнейшем позволил на основе кварцевой пластинки создать ультразвуковой преобразователь, способный преобразовывать электрическую энергию в звуковую и наоборот.

1883 г. Начало эры электроники - отрасли науки и техники, основанной на использовании электронных потоков. Т.Эдисон, пытаясь продлить срок службы осветительной лампы с угольной нитью накаливания и разобраться, почему на ее стекле образуется черный налет, поместил внутрь стеклянной колбы лампы напротив нити накала металлическую пластину.

При включении между металлической пластиной и одним из концов нити накаливания батареи и гальванометра(рис.17) в цепи обнаружился ток, меняющий значение в зависимости от полярности присоединения батареи. При положительном потенциале на пластине ток был значительным, при смене полярности - резко уменьшался. Кроме того, величина тока зависела от напряжения накала (степени разогрева нити). В процессе опытов Эдисон обнаружил, что стеклянная колба вакуумной лампочки накаливания темнеет изза распыления материала нити накала. Замеченное действие было названо "эффектом Эдисона". Впоследствии было установлено, что причиной данного эффекта является испускание электронов раскаленной нитью накаливания лампочки. Данное явление было названо термоэлектронной эмиссией.

Аналогичные исследования проводил английский инженер Джон Флеминг, который впоследствии отмечал: "Задаваясь вопросом, почему колба лампы накаливания темнела, я начал исследовать этот факт и обнаружил,

что во многих перегоревших лампах имелась полоска стекла, которая не изменила цвет. Я установил, что лампы с этими странными, резко очерченными чистыми участками были в других местах покрыты осажденным углеродом или металлом. А чистая полоска была непременноU-образной формы, повторяющая форму угольной нити, и как раз на противоположной от перегоревшей нити стороне колбы. Для меня стало очевидным, что ненарушенная часть нити действовала как экран, оставляющий ту самую характерную полоску чистого стекла, и что заряды из разогретой нити накаливания бомбардировали стенки лампы молекулами углерода или выпаренного металла. Мои эксперименты в конце 1882 и начале 1883 доказали, что я был прав".

Рис.17. Экспериментальная установка Эдиссона

1887 г. Немецкий физик К.Браун разработал катодную трубку, предназначенную для визуального наблюдения электрических колебаний. Катодная трубка Брауна состояла из стеклянной колбы, в которой создавалось пониженное до 10-5 мм рт. столба давление. Внутри колбы на одной оси размещались холодный (не накаливаемый) катод, анод, алюминиевая диафрагма и слюдяной экран, покрытый флюоресцирующим материалом. Отклонение луча в горизонтальной плоскости производилось с помощью электромагнита, располагаемого снаружи на колбе.

Д.Томпсон дополнил катодную трубку парой пластин, при подаче на которые линейно меняющегося напряжения производилось отклонение электронного луча по горизонтали, что позволило исключить электромагнит.

Немецкий физик Г.Герц, экспериментируя с открытым им электромагнитным полем, заметил, что при попадании света на искровой промежуток приемного контура искра проскакивает легче. Таким образом, он впервые обнаружил внешний фотоэффект. Суть фотоэффекта заключается в том, что под действием света происходит выбивание электронов с поверхности заряженной пластины. Выбитые электроны образуют облако, которое притягивается к положительному электроду, образуя электрический ток в вакууме или разреженном газе.

Рис.18. Катодная трубка с отклоняющими пластинами

1888 г. Русский физик В.В.Ульянин обнаружил появление электрического тока на границе металл-селен при освещении ее светом. Ульянин использовал это свойство и изготовил первый селеновый фотоэлемент с тонкой золотой пленкой, вырабатывавший на свету небольшой ток.

Флеминг подтвердил эффект односторонней проводимости тока в -уг леродной лампе накаливания. Он приложил к угольной нити накаливания отрицательное напряжение, а к введенной внутрь колбы металлической пластине – положительное, заметил, что бомбардировка заряженных частиц прекратилась (гальванометр показал отсутствие тока).

Рис.19. Схема опытов Флеминга

При изменении положения металлической пластины изменялась интенсивность бомбардировки. При помещении в колбу вместо пластины металлического цилиндра, внутри которого располагалась нить накала, гальванометр фиксировал также наличие тока. Флеминг понял, что металлический цилиндр "захватывал" заряженные частицы, которые испускала нить. Изучив свойства эффекта, он обнаружил, что комбинация нити и пластины, названной ано-