Elektronika

Elektronika – mokslo ir technikos šaka, tirianti ir pritaikanti praktikoje elektros krūvininkų (elektronų, skylių ir jonų) judėjimo reiškinius, vykstančius vakuume, dujose, ir kietuosiuose kūnuose. Šie reiškiniai taikomi įvairiuose elektroniniuose prietaisuose, ypač puslaidininkiuose ir elektroninėse lempose. Elektronika nagrinėja elektroninių prietaisų veikimo teoriją, jų savybes, konstrukciją, technologiją bei šių prietaisų taikymą mokslo ir technikos srityse.

Mikroschema

Elektriniai prietaisai elektrinėje grandinėje būna pasyvūs arba aktyvūs ir atlieka tam tikrą funkciją, pvz., stiprintuvo, lygintuvo, generatoriaus ir t. t. Elektrinės grandinės naudojamos įvairiuose aparatuose: televizoriuose, skaitmeniniuose matavimo prietaisuose, elektroniniuose kalkuliatoriuose ir pan.

Skirstymas

Priklausomai nuo to kur vyksta krūvininkų judėjimas, elektronika skirstoma į vakuuminę, puslaidininkinę, ir kvantinę.

Vakuminė elektronika nagrinėja ir kuria vakuuminius bei dujinius prietaisus (elektronines lempas), taip pat vakuuminius elektroninius prietaisus (elektroninius mikroskopus, elektringųjų dalelių akceleratorius ir kt.).

Puslaidininkinė elektronika nagrinėja ir kuria puslaidininkinius diodus, tranzistorius, integrinius grandynus, tiristorius ir pan.

Kvantinė elektronika tiria medžiagos kvantinių savybių panaudojimą. Svarbiausi šios elektronikos įrenginiai – mazeriai ir lazeriai.

Istorija

Elektronikos raida (ją sudaro 3 laikotarpiai) prasidėjo XIX a. II pusėje, kuomet buvo padaryta daug išradimų, pritaikytų elektroniniuose prietaisuose. Vakuuminio diodo ir lempinio triodo išradimas – tai vakuuminės elektronikos, I laikotarpio, pradžia.

Nuo XX a. II dešimtmečio išsiplėtė išrastų prietaisų taikymas: pradėjo vystytis telekomunikacija, radiofonija, televizija, radionavigacija, radiolokacija ir pan. Kai kurie elektroniniai įrenginiai, pvz., gyvsidabrio lygintuvai, yra plačiai taikomi elektroenergetikoje. Iš pradžių jie buvo naudojami metalurgijos ir chemijos pramonės (aliuminio, vario, magnio, vandenilio ir t.t gamyba), aukštos nuolatinės įtampos elektros energijos perdavimo sistemose kintamajai srovei lyginti. Elektronikos pasiekimai taikomi moksliniuose tyrimuose, matavimo aparatūroje, ligų diagnostikoje ir terapijoje.

1939–1945 m. vystosi mikrobangė elektronika (ji taikoma kariniams tikslams), veikianti didelių dažnių diapazone (daugiau kaip kelių šimtų MHz). Mikrobangės lempos naudojamos radariniuose įrenginiuose. Sparčiai vystosi radiotechnika, telemechanika, televaldymas (tolimo signalų perdavimo valdymas) ir telemetrija (tolimas matavimo signalų perdavimas). Vystosi aviacija ir raketinė technika (sukuriami savivaldžiai sviediniai – V-1, V-2, o vėliau amerikietiški JB-2). Elektroniniai prietaisai miniatiūrizuojami, jie darosi patikimesni. Diskretiniai elementai, pvz., aviacijoje, buvo nepatogūs: dideli ir sunkūs, naudojo didelę galią, brangūs, nelabai patikimi. Pažymėtina, kad elektronikos vystymosi I laikotarpyje elektroninių elementų skaičius kai kuriuose įrenginiuose didėjo kas 10 metų maždaug viena eile arba, trumpai sakant, didėjo kai kurių įrenginių elektronizacija. Pavyzdžiui, telefoninis stiprintuvas 1920 m. turėjo apytikriai 10 elektroninių elementų, o panašus radijo ryšio įrenginys 1930 m. – apie 200 elementų, iš jų – 20 lempų. 1942 m. bombonešio B-17 elektroninė aparatūra turėjo maždaug 200 000 elektroninių elementų, o panaši lėktuvo B-47 aparatūra 1952 m. turėjo 10 kartų daugiau elementų.

Po Antro pasaulinio karo elektronika taikoma dar plačiau, kadangi tobulėja televizija ir pramoninė elektronika.

Vienas didžiausių elektronikos pasiekimų yra dvipolio tranzistoriaus išradimas. Prasidėjo elektronikos raidos II laikotarpis – puslaidininkinės elektronikos vystymasis. Puslaidininkiniai prietaisai maži, lengvi, nedidelė maitinimo įtampa ir galia, labai patikimi, todėl jie nukonkuravo elektronines lempas. Tačiau yra sričių, kur elektroninės lempas pakeisti puslaidininkiais prietaisais netikslinga ir net negalima. Pastaruoju metu naudojamos tik specialios elektroninės lempos – elektroniniai vamzdžiai, superaukštadažnės lempos, ir didelės galios lempos.

Atsiradus tranzistoriui, sparčiai ėmė vystytis sudėtinga miniatiūrinė elektroninė aparatūra. Tačiau miniatiūrizacijai, susijusiai su vakuuminių lempų pakeitimu tranzistoriais, trukdė sunkumai, susiję su kosminių įrenginių, karinės aparatūros, didelių valdymo ir kontrolės sistemų, skaičiavimo technikos gamyba ir montažu.

1960 m. buvo pagamintos pirmosios puslaidininkinės integrinės mikroschemos (IMS). Prasidėjo mikroelektronikos vystymasis – III raidos laikotarpis, kuris tesiasi iki šiol.

1968 m. JAV buvo pagaminta daugiau kaip 100 milijonų integrinių mikroschemų, kurios buvo žymiai pranašesnės, ekonomiškesnės ir patikimesnės. Jų kaina priartėjo prie pavienių tranzistorių kainos.

Laikui bėgant didėjo IMS integracijos laipsnis. 1970 m. pagamintos didelio integracijos laipsnio integrinės mikroschemos (DIS). DIS turi nuo šimto iki kelių šimtų tukstančių elementų. DIS technologija yra tokia pat, kaip ir MOP tranzistorių – planarinė.

Puslaidininkis lazeris tapo pagrindu sparčiai vystytis kvantinei elektronikai. Plačiai paplitę optoelektroniniai elementai, kurių veikimui naudojamas įvairių bangos ilgių elektromagnetinis spinduliavimas.

Svarbiausieji išradimai ir technikos pasiekimai 1859–1978 m.

Metai	Išradimas	Išradėjas	Šalis
1859	Katodiniai spinduliai	Dž. Plukeris	Vokietija
1883	Termoelektrinės emisijos efektas	T. A. Edisonas	JAV
1887	Fotoelektroninė emisija	H. Hercas	Vokietija
1892	Fotoelementas	J. Elsteris, H. Gaitelis.[1]	Vokietija
1896	Radijo ryšys	A. Popovas	Rusija
1897	Radioaparatūra	G. Markonis	Italija
1897	Elektroninės lempos prototipas – Brauno lempa	K. F. Braunas	Vokietija
1901	Kristalinis radiodetektorius	K. F. Braunas	Vokietija
1904	Lempinis diodas – paprasčiausia elektroninė lempa su kaitinimo katodu	Dž. A. Flemingas	Didžioji Britanija
1906	Triodas – pirmoji stiprinimo lempa su valdymo tinkleliu	L. de Forestas	JAV
1920	Radijo stotis	-	JAV
1926	Televizorius	Dž. L. Berdas	Didžioji Britanija
1933	Elektroninis mikroskopas	E. Ruska, M. Knolis	Vokietija
1935	Radarinė sistema	R. Vatsonas, Dž. Vatas	Didžioji Britanija
1939	Spalvotas televizorius	Dž. L. Berdas	Didžioji Britanija
1946	ESM (kompiuteris)	Dž. Ekertas	JAV
1948	Taškinis tranzistorius	Dž. Bardynas, V. H. Bratenas	JAV
1949	Plokštuminis tranzistorius	V. Šoklis	JAV
1954	Silicio tranzistorių serijinės gamybos pradžia	-	JAV
1958	Mikroschemos	Jack Kilby, Rober Noyce	JAV
1960	Lazeris	T. H. Memonas	JAV
1961	Skaitmeninių mikroschemų serijinės gamybos pradžia	-	JAV
1962	MOP tranzistorius	-	JAV
1965	Analoginių mikroschemų serijinės gamybos pradžia	-	JAV
1971	Mikroprocesorius	Firma „Intel“	JAV
1978	Mikrokompiuterio (16 bitų) serijinės gamybos pradžia	-	JAV

Šaltiniai

1. Ueber die Abhängigkeit des photoelectrischen Stromes vom Einfallswinkel und der Schwingungsrichtung des erregenden Lichtes und seine Beziehung zu der Absorption des Lichtes an der Kathode, Annalen der Physik, Volume 297, 1897

Vikižodynas