Історія розвитку електроніки
Автор: Терлецька Л.І. (Ангарське Досвідчено Конструкторське Бюро Автоматики)
Редакція тексту: Шереметьєв А.Н. (Ангарська Державна Технологічна Академія)
Електроніка являє собою галузь науки і техніки, що бурхливо розвивається. Вона вивчає фізичні основи та практичне застосування різних електронних приладів. До фізичної електроніки відносять: електронні та іонні процеси в газах та провідниках. На поверхні розділу між вакуумом та газом, твердими та рідкими тілами. До технічної електроніки відносять вивчення устрою електронних приладів та їх застосування. Область, присвячена застосуванню електронних приладів у промисловості, називаєтьсяПромисловою Електронікою.
Успіхи електроніки значною мірою стимульовані розвитком радіотехніки. Електроніка і радіотехніка настільки тісно пов'язані, що в 50-ті роки їх об'єднують і цю область техніки називають радіоелектроніка. Радіоелектроніка сьогодні це комплекс областей науки і техніки, пов'язаних із проблемою передачі, прийому та перетворення інформації за допомогою ел./магнітних коливань та хвиль у радіо та оптичному діапазоні частот. Електронні прилади є основними елементами радіотехнічних пристроїв і визначають найважливіші показники радіоапаратури. З іншого боку, багато проблем в радіотехніці призвели до винаходу нових і вдосконалення діючих електронних приладів. Ці прилади застосовуються в радіозв'язку, телебаченні, при записі та відтворенні звуку, радіолокації, радіонавігації, радіотелеуправлінні, радіовимірюванні та інших областях радіотехніки.
Сучасний етап розвитку техніки характеризується все більшим проникненням електроніки у всі сфери життя та діяльності людей. За данимиамериканської статистики до 80% від обсягу всієї промисловості займає електроніка. Досягнення в галузі електроніки сприяють успішному вирішенню найскладніших науково-технічних проблем. Підвищення ефективності наукових досліджень, створення нових видів машин та обладнання. Розробка ефективних технологій та систем управління: отримання матеріалу з унікальними властивостями, удосконалення процесів збору та обробки інформації. Охоплюючи широке коло науково-технічних та виробничих проблем, електроніка спирається на досягнення у різних галузях знань. При цьому з одного боку електроніка ставить завдання перед іншими науками та виробництвом, стимулюючи їх розвиток, і з іншого боку озброює їх якісно новими технічними засобами та методами дослідження. Предметами наукових досліджень в електроніці є:
1. Вивчення законів взаємодії електронів та інших заряджених частинок із ел./магнітними полями.
2. Розробка методів створення електронних приладів, у яких ця взаємодія використовується для перетворення енергії з метою передачі, обробки та зберігання інформації, автоматизації виробничих процесів, створення енергетичних пристроїв, створення контрольно-вимірювальної апаратури, засобів наукового експерименту та інших цілей.
Винятково мала інерційність електрона дозволяє ефективно використовувати взаємодію електронів, як з макрополями всередині приладу, так і мікрополями всередині атома, молекули та кристалічних ґрат, для генерування перетворення та прийому ел./магнітних коливань з частотою до 1000ГГц. А також інфрачервоного, видимого, рентгенівського та гамма випромінювання. Послідовне практичне освоєння спектра ел./магнітних коливань є характерною рисою розвитку електроніки.
2. Фундамент розвитку електроніки
2.1 Фундамент електроніки було закладено працями фізиків у XVIII–XIX ст. Перші у світі дослідження електричних розрядів у повітрі здійснили академіки Ломоносов та Ріхман в Україні та незалежно від них американський вчений Франкель. У 1743 р. Ломоносов в оді "Вечірні міркування про божу велич" виклав ідею про електричну природу блискавки та північного сяйва. Вже в 1752 році Франкель і Ломоносов показали на досвіді за допомогою "громової машини", що грім і блискавка є потужними електричними розрядами в повітрі. Ломоносов встановив також, що електричні розряди є повітря і за відсутності грози, т.к. і в цьому випадку з "громової машини" можна було витягувати іскри. "Громова машина" являла собою Лейденську банку встановлену в житловому приміщенні. Одна з обкладок якої була з'єднана дротом з металевим гребінцем або вістрям укріпленим на жердині у дворі.
У 1753 р. під час дослідів був убитий блискавкою, що потрапила в жердину, професор Ріхман, який проводив дослідження. Ломоносов створив і загальну теорію грозових явищ, що є прообразом сучасної теорії гроз. Ломоносов досліджував також світіння розрядженого повітря під впливом машини з тертям.
У 1802 році професор фізики Петербурзької медико-хірургічної академії Василь Володимирович Петров вперше, за кілька років до англійського фізика Деві, виявив і описав явище електричної дуги в повітрі між двома вугільними електродами. Крім цього фундаментального відкриття, Петрову належить опис різноманітних видів світіння розрядженого повітря під час проходження крізь нього електричного струму. Своє відкриття Петров описує так: "Якщо на скляну плитку або лавку зі скляними ніжками будуть покладені 2 або 3деревного вугілля, і якщо металевими ізольованими направниками, сполученими з обома полюсами величезної батареї, наближати вони один до одного на відстані від однієї до трьох ліній, то є між ними дуже яскраве білого кольору світло або полум'я, від якого вони вугілля швидше або повільніше розгоряються, і від якого темний спокій висвітлений може бути.Роботи Петрова були витлумачені лише українською мовою, закордонним ученим вони були не доступні. В Україні значимість робіт не було зрозуміло і вони були забуті. .
Істотний зрушення у розумінні явища газового розряду був викликаний роботами англійського вченого Томсона, який відкрив існування електронів та іонів. Томсон створив Кавендішську лабораторію, звідки вийшов ряд фізиків дослідників електричних зарядів газів (Таундсен, Астон, Резерфорд, Крукс, Річардсон). Надалі ця школа зробила великий внесок у розвиток електроніки. З українських фізиків над дослідженням дуги та практичним її застосуванням для освітлення працювали: Яблучків (1847–1894), Чиколєв (1845–1898), Слов'янов (зварювання, переплавлення металів дугою), Бернардос (застосування дуги для освітлення). Дещо пізніше дослідженням дуги займалися Лачинов і Міткевич. У 1905 Міткевич встановив природу процесів на катоді дугового розряду. Не самостійним розрядом повітря займався Столєтов (1881-1891). Під час його класичного дослідження фотоефекту в Московському університеті Столєтов для експерименту побудував "повітряний елемент" (В.Е.) з двома електродами в повітрі, що дає електричний струм без включення в ланцюжок сторонніх ЕРС тільки при зовнішньому освітленні катода. Столєтов назвав цей ефект актиноелектричним. Він вивчав цей ефект як при підвищеному атмосферному тиску,так і за зниженого. Спеціально побудована Столетова апаратура давала можливість створювати знижений тиск до 0,002 мм. рт. стовп. У цих умовах актиноелектричний ефект являв собою не тільки фотострум, але і фотострум посилений самостійним газовим розрядом. Свою статтю про відкриття цього ефекту Столетов закінчив так: Як би не довелося остаточно сформулювати пояснення актиноелектричних розрядів, не можна не визнати деякі своєрідні аналогії між цими явищами і давно знайомими, але досі малозрозумілими, розрядами Гейслерових і Круксових трубок. при моїх перших дослідах орієнтуватися серед явищ, представлених моїм сітчастим конденсатором, я мимоволі говорив собі, що переді мною трубка Гейслера, яка може діяти і без розрядження повітря зі стороннім світлом, там і тут явища електричні тісно пов'язані зі світловими явищами. Вивчення актиноелектричних розрядів обіцяє пролити світло на процеси поширення електрики в газах взагалі ... Ці слова Столетова цілком виправдалися.
В 1905 Ейнштейн дав тлумачення фотоефекту, пов'язаного зі світловими квантами і встановив закон названий його ім'ям. Таким чином, фотоефект, відкритий Столетовим, характеризує такі закони:
1) Закон Столетова – кількість електронів, що імітуються в одиницю часу, пропорційно, за інших рівних умов, інтенсивності падаючого на поверхню катода світла. Рівні умови тут треба розуміти як освітлення поверхні катода монохроматичним світлом однієї й тієї ж довжини хвилі. Або світлом одного й того ж спектрального складу.