Электроника сыграла огромную роль в истории, начиная от развития радио и телевидения и заканчивая созданием компьютеров и современных технологий. Электронные устройства позволили людям общаться на больших расстояниях, получать информацию о событиях в мире, а также создавать сложные системы и машины.
Электроника также оказала большое влияние на развитие науки и техники, поскольку позволила проводить исследования в области физики, химии, биологии и других областях. Кроме того, электроника стала основой для создания новых технологий, таких как интернет, мобильные телефоны, GPS-навигаторы и многие другие.
Электрические устройства и электронные устройства - в чем разница?
Термины «электрический» и «электронный» часто пересекаются и используются как синонимы. На самом деле, эти два термина имеют разные значения.
В 1893 году Алан Макмастер из Эдинбурга в Шотландии, изобрел первый электрический тостер. Нагревательные элементы тостера преобразуют электричество в тепло, так что любой человек мог с его помощью самостоятельно испечь хлеб. Разница между электрическими и электронными устройствами - процесс манипуляцией физической энергией.
Электрические устройства принимают энергию в виде электрического тока - потока электронов в проводнике - а затем просто преобразуют ее в другую форму энергии - чаще всего в свет, тепло или движение. Электрическое устройство - это устройство, которое для выполнения своих функций напрямую использует электрическую энергию.
Электронные устройства не предназначены для простого преобразования электрической энергии в свет, тепло или движение, а для управления электрическим током таким образом, что этот ток несет некоторую информацию в дополнение к энергии.
Вернемся к примеру электронного тостера. В нем используются те же нагревательные элементы, пружины и решетки для хлеба, что и в электрическом тостере, но он может содержать гораздо более сложные компоненты, такие как электронный дисплей, показывающий, например, процесс поджаривания, или электронный термостат, который поддерживает постоянную температуру в тостере.
Электроника относится к технологии, которая работает за счет более совершенного управления движением электронов - способами, которые выходят за рамки простых физических явлений, таких как напряжение и ток.
Обычно, если что-то использует электричество только в качестве энергии, это электрическое устройство. Если он использует электричество как средство манипулирования информацией, это почти наверняка электронное устройство.
Электрические и электронные устройства состоят из разных, но очень часто пересекающихся групп элементов. Кроме того, помните, что все электронные устройства также являются электрическими устройствами, но не наоборот.
Подробно об этом смотрите здесь: Чем отличается электротехника от электроники
Что такое электроника
Электроника — область науки и техники, охватывающая изучение и применение электронных и ионных явлений, протекающих в вакууме, газах, жидкостях, твердых телах и плазме, а также на их границах.
Электроника состоит из двух основных разделов:
-
физической электроники, предметом которой являются теоретические и экспериментальные исследования электронных и ионных явлений, принципы построения электронных, устройств и установок, принципы получения, преобразования и передачи электрической энергии с помощью электронных приборов и устройств, механизм воздействия потоков электронов, ионов, квантов и электромагнитных полей на вещество;
-
технической (прикладной) электроники, предметом которой является теория и практика применения электронных приборов, устройств, систем и установок в различных областях человеческой деятельности — науке, промышленности, связи, сельском хозяйстве, строительстве, транспорте и др.
Электронику условно делят на информационную (аналого-цифровую, слаботочную) и энергетическую (силовую, сильноточную).
Первая занимается разработкой маломощных приборов, интегральных микросхем и устройств на их базе, используемых в электронно-вычислительных машинах (ЭВМ), информационно-измерительной технике, системах связи, для управления преобразователями электроэнергии и др.
Вторая занимается разработкой мощных приборов, блоков, сборок, столбов, матриц и преобразователей электроэнергии, использующихся в электроснабжении, электроприводе, электрических и сельскохозяйственных машинах и др.
Электронные приборы и устройства
Электронные приборы и устройства занимают центр, место в электронике. Они являются прямыми или косвенными объектами исследований в физической электронике и служат основными элементами при инженерных разработках в технической электронике.
Электронные устройства, под которыми понимают совокупность электронных элементов, компонентов и монтажных соединений, объединенных в единую конструкцию, как правило, состоят из активных и пассивных электронных компонентов (изделий электроники). При этом в качестве активных компонентов применяют многие полупроводниковые приборы и интегральные схемы, пассивных — резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы и др.
Физические явления, связанные с движением электронов, но не реализованные в электронных приборах (например, космические лучи, распространение радиоволн и др.), относятся не к физической электронике, а к соответствующим разделам физики (в частности, радиофизики).
Аналогично электрическую аппаратуру, даже содержащую отдельные электронные узлы в качестве вспомогательных, но в принципе не основанную на свойствах электронных приборов, например, электромашинный усилитель, магнитный усилитель, а электроннолучевые осциллографы, рентгеновские установки, радиолокаторы, анализаторы энергетических спектров частиц и т. п. — к технической электронике (смотрите — Виды электронных устройств, Что такое силовая электроника).
Зарождение и развитие электроники
Зарождению электроники предшествовало открытие электрической дуги (1802), тлеющего разряда в газах (1850), катодных лучей (1859), изобретение лампы накаливания (1873) и др.
Однако как самостоятельная область науки и техники электроника начала развиваться в конце 19 — начале 20 веков после открытия термоэлектронной эмиссии (1883) и фотоэлектронной эмиссии (1888) и разработки электроннолучевой трубки (1897), вакуумного диода (1904), вакуумного триода (1907), кристаллического детектора (1900 — 1905) (Смотрите — История, принцип действия, конструкция и применение электронных ламп).
Вакуумный триод
Изобретение радио (1895) стимулировало прогресс и оказало решающее влияние на дальнейшее развитие электроники особенно в период 1913 — 1920 гг.
Женщина слушает радио через наушники (1923 год)
В 1933 — 1935 гг. начали использовать в промышленности тепловые действия токов высокой частоты для целей индукционного нагрева металлов и сплавов и емкостного (диэлектрического) нагрева диэлектриков и полупроводниковых материалов. Во время 2-й мировой войны (1939 — 1945) большую роль в становлении электроники сыграла радиолокация.
Нерадиотехнические применения электронных приборов длительное время развивались под сильным влиянием радиотехники, из которой для них были заимствованы основные элементы, схемы и методы.
Дальнейшее развитие нерадиотехнических приложений электроники пошло по самостоятельным направлениям, особенно в области ядерной техники (с 1943), вычислительной техники (с 1949) и массовой автоматизации производств, процессов.
Первый полупроводниковый транзистор (изобретение транзистора названо самым значимым изобретением 20 века)
С начала 1950-х гг., после изобретения транзистора, начался расцвет полупроводниковой электроники, которая позволила удовлетворить возросшие требования к надежности, экономичности и габаритам сложных электронных устройств и в частности обеспечила развитие нового раздела теоретической и прикладной электроники — микроэлектроники.
«Radionette» — первая модель портативного радио 1958 года, произведенная норвежским производителем Radionette
За последние сто лет электроника претерпела два фундаментальных преобразования — переход от обработки аналоговых сигналов к обработке цифровых и переход от электронных ламп к полупроводниковым приборам.
Тот факт, что эти переходы произошли почти одновременно, не означает, что они неразрывно связаны. Цифровые расчеты проводились с использованием электронных ламп. Аналоговая обработка может быть реализована в полупроводниках.
Аналоговый компьютер - это машина непрерывной (аналоговой) обработки сигналов, используемая для решения математических и других задач (например, технических вопросов, исследования биологических явлений и т. д.) путем моделирования (отображения) соответствующих зависимостей путем средства явлений, происходящих в механических, электрических, электромеханических или электронных системах. Аналого-цифровые компьютеры были развитием аналоговых компьютеров (машин).
Развитие систем искусственного интеллекта не может основываться исключительно на цифровых вычислениях. Нам понадобятся аналоговые вычисления, чтобы создавать более совершенные системы искусственного интеллекта, понимать, как они работают, и эффективно ими управлять.
ARR - анализатор дифференциальных уравнений
Степень внедрения электронной аппаратуры в различные области человеческой деятельности — критерий современного технического прогресса, т. к. электроника позволяет резко повысить производительность физического и умственного труда, улучшить экономические показатели производства, а также решать задачи, которые неразрешимы другими средствами.
Электронные приборы и устройства являются основными элементами современых автоматизированных производств (Частичная, полная и комплексная автоматизация).
Преимущества электронных приборов и устройств
Электронные приборы и устройства по сравнению с механическими, электромеханическими, пневматическими и другими позволяют на много порядков повысить скорость реакции (в частности, скорость переработки информации), обладают значительной чувствительностью к малым сигналам, обеспечивают исключительную гибкость и универсальность отдельных функциональных блоков, не содержат подвижных частей и, как правило, имеют значительно меньшие габариты и вес.
Квадрокоптер — классический пример мехатронного устройства (в нем неразрывно связны в единую систему механические, электрические и электронные элементы)
Электронная аппаратура универсальна и гибка, т. к. одни и те же узлы (усилители, триггеры, генераторы и др.) могут использоваться для решения самых различных задач в совершенно разнородных областях, а параметры узлов и устройств (коэффициент усиления, выходные напряжения, рабочие частоты, уровни срабатывания) регулируются в широких пределах простейшими средствами, что позволяет разрабатывать и использовать унифицированные стандартные блоки, сочетание которых может обеспечить выполнение различных функций в различных областях применения.
Классификация электроники по областям применения электронной аппаратуры
Техническую (прикладную) электронику можно классифицировать по областям применения электронной аппаратуры, рассматривая самостоятельно радиоэлектронику, промышленную электронику, транспортную, медицинскую, геологическую, ядерную и др.
Отличительная особенность радиоэлектроники — старейшей отрасли технической электроники — использование электронных устройств для передачи и приема электромагнитных колебаний в широком диапазоне частот (радиосвязь, радиолокация, телевидение и др.).
Промышленная электроника охватывает разработку и применение электронных приборов в сфере промышленного производства.
Примеры утройств промышленной электроники:
Устройства плавного пуска электродвигателей
Программируемые логические контроллеры
Контроллеры для фотоэлектрических систем
Операторские панели для управления автоматизированными устройствами
Классификация электронных приборов и устройств
Устройства и системы, характерные для технической электроники, можно разделить на три основных класса:
-
информационные, предназначенные для восприятия и сбора, переработки и хранения, передачи и приема информации с целью измерения, контроля и воздействия на технологические процессы;
-
энергетические, предназначенные для получения, преобразования и передачи электрической энергии;
-
технологические, предназначенные для непосредственного воздействия потоков частиц или электромагнитных полей на вещество с целью механической, термической и иной обработки материалов или изделий.
Любая электронная установка, используемая в промышленности, обычно сочетает в себе несколько классов устройств, но последние различаются по структуре, типам используемых электронных приборов и элементов, а также методам проектирования. Поэтому полезно рассматривать каждый класс устройств самостоятельно, выделяя соответствующие разделы технической электронике: информационную электронику, энергетическую электронику и технологическую электронику.
Смотрите также: Компьютерная мехатроника, виды и области применения мехатронных систем