Электронные приборы и устройства, зарождение и развитие электроники

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.

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.

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.

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.

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)

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.

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.

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 современных автоматизированных производств.

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.

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.