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.

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.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 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