Электроника - краткая история науки

Начало изучению электричества и созданию электроники положил физик Алессандро Вольта. Он обратил внимание на опыты Луиджи Гальвани, выявившего «животное электричество», и понял, что важным моментом в этих опытах являются металлические инструменты, используемые при вскрытии, взаимодействие между которыми и вызывает внешний электрический ток. На основе этого Алессандро создал батарею в 1800 году. Она и стала отправной точкой в исследовании электроники.

Открытие электромагнетизма и создание реле

       Английский физик Майкл Фарадей провёл опыт, позволивший ему выяснить, что металлический стержень, обмотанный проводами, приобретает магнитное поле, порождаемое электрическим. Так Фарадей открыл электромагнетизм. Это произошло в 1845 году.

          Теория о том, что электрическое поле создаёт магнитное, была выдвинута ещё Джеймсом Максвеллом. На основе новых выявленных свойств электричества было создано первое реле.

Основные изобретения 

          Несмотря на большое количество изобретений в 18-19 веках, основными являются:

• лампа накаливания;
• радио;
• ламповый триод;
• полупроводники;
• диод;
• резистор;
• транзистор.

Каждое из этих изобретений достойно особого внимания.

Лампа накаливания

          Лампа накаливания разогревает тело накала до высоких температур с помощью электрического тока, что приводит к излучению света этими элементами. Чаще всего этим телом является вольфрамовая нить, несколько раз свёрнутая в спираль для уменьшения размера тела. Внутри лампы находится вакуум или инертный газ. Многие изобретали лампочки в разных странах, однако Томас Эдисон начал их производство в промышленном масштабе, получив патент в 1879 году.

Радио

        Эта технология позволила передавать сигналы на большие расстояния, не используя при этом провода. Принцип работы радио довольно прост: радиопередатчик формирует высокочастотный сигнал определённой частоты, на который накладывается информационный сигнал, затем происходит процесс его модуляции. Сигнал принимает антенна, система фильтров находит нужный, а детектор его расшифровывает.

          Как и со многими изобретениями, у радио нет однозначного создателя. В России им является А. С. Попов, получивший патент в 1895 году, однако Г. Маркони изобрёл своё радио, а позже подал заявку на патент в 1896 году. Их результаты были схожи и получены примерно в одно время. 

Ламповый триод

        Ламповый триод позволил усилить электрический сигнал за счёт особенной конструкции и при этом практически не искажал его. Позже были разработаны тетроды, пентоды и другие виды данного изобретения. 

          Хоть сейчас триод и заменили полупроводниковые транзисторы, в своё время Ли де Форест внёс большой вклад в развитие электроники (ламповый триод был изобретён и запатентован им в 1906 году).

Полупроводники

        Открытие полупроводников позволило создавать более сложные и эффективные устройства, как транзисторы и диоды. Их особенность заключается в том, что они сильно зависят от удельной проводимости, температуры и вида излучения. Таким образом, от полупроводника можно добиться состояния практически полного проводника или диэлектрика.

          За открытие этих свойств у некоторых материалов стоит благодарить Олега Владимировича Лосева.

Диод

        Работа диодов основывается на термоэлектронной эмиссии. Он обладает односторонней проводимостью, что и является его главным свойством на фоне остальных изобретений. Данная технология имеет несколько применений: создание диодных выпрямителей и детекторов или диодной защиты. Их так же можно использовать, как диодные переключатели. 

          Изобретателем диода является всё тот же Олег Владимирович Лосев.

Резистор

        Элемент, способный преобразовывать силу тока в напряжение и обратно, ограничивать ток и поглощать электрический заряд. Резисторы делятся на линейные и нелинейные. В первом случае сопротивление не зависит от напряжения или протекающего тока. Во втором же – чем больше напряжение или протекающий ток, тем больше сопротивление.

          Изобрёл резистор Отис Бойкин в 1959 году. 

Транзистор

        По свойствам схож с ламповым триодом, но позволяет более эффективно преобразовывать, генерировать и коммутировать электрический сигнал. Выделяют большое количество видов транзисторов. По типу и способу применения наиболее популярными являются полевые и биполярные.

          Первый транзистор был создан в 1947 году Уолтером Браттейном.

Твердотельная электроника

          В своей основе твердотельная электроника занимается изучением и созданием приборов на основе полупроводников. Основными приборами, используемыми в твердотельной электронике, являются полупроводниковые диоды, интегральные микросхемы, двух-, трёхвыводные приборы и другие. Такое название наука получила за то, что все процессы происходят в твёрдом теле, а не в вакуумных лампах. Это свойство твердотельной электроники позволяет создавать приборы очень малых размеров, что делает их компактными и более практичными.

          Интегральные микросхемы – это класс полупроводников, имеющий электронную схему, уже включающие в себя элементарные диоды, транзисторы и прочее. 

          Твердотельная электроника имеет множество применений. Например, умножение напряжения или частоты, усиление мощности или светоизлучение. И это далеко не все способы использования этой технологии.

Аналоговые и цифровые схемы

        Электроника разделилась на два вида: аналоговая и цифровая. Первый вид подразумевает работу на основе базовых схем. В настоящее время такую электронику сложно найти, так как её заменили цифровые аналоги. Они, кстати, отличаются от аналоговых некоторым количеством дискретных уровней напряжения. Цифровые схемы работают на основе двоичной системы. Такие схемы позволили создать устройства с высокой степенью интеграции, например, микропроцессоры и микроконтроллеры.