Extras din curs

Introducere în Electronică

Electronica este o ramură a ştiinţelor tehnice care studiază fenomenele legate de mişca¬rea electronilor în corpuri solide sau în vid şi aplicaţiile practice ale aces¬tor feno¬mene. Electro¬nica s-a individualizat ca disciplină de sine stătătoare, desprinsă din elec¬trotehnică, în jurul anu¬lui 1900. Termenul ca atare a apărut în 1904 în titlul almanahu¬lui “Järbuch der Radioactivität und Elektronik”. În urma unei dez¬voltări explozive, elec¬tronica a ajuns să marcheze toate acti¬vi¬tăţile umane, constituind un factor esenţial al civilizaţiei secolului XX.

Procesul de constituire a acestei discipline a fost lung şi laborios. Au existat două teh¬no¬logii total diferite care au marcat dezvoltarea electronicii: tehnologia tuburilor cu vid şi tehnologia materialelor semiconductoare.

În continuare se prezintă câteva momente cruciale din acest proces [1], [2].

1.1 Dezvoltarea tuburilor electronice cu vid

- 1859: J. Plücher observă radiaţiile catodice din tuburile cu descărcări electrice în gaze de joasă presiune;

- între 1869-1890 se reuşeşte obţinerea, focalizarea şi deflexia fascicolelor de elec¬troni, fără a se lămuri însă natura lor;

- 1883: T.A. Edison, lucrând la perfecţionarea lămpilor cu incandescenţă, descoperă emisia termoelectronică (stabilirea unui curent între filamentul încălzit şi un electrod suplimentar, la aplicarea unei tensiuni) fără a sesiza însă impli¬caţiile descoperi¬rii sale;

- 1897: lordul J.J. Thomson defineşte electronul ca o particulă elementară stabilă încăr¬cată cu sarcina electrică elementară negativă (e = -1,610 -19C) şi având masa de repaus egală cu a 1837-a parte a masei atomului de hidrogen (me = 9,110 -31kg);

- 1897: K. F. Braun inventează tubul cu radiaţie catodică, dispozitiv care va marca profund dezvoltarea aparaturii electronice;

- 1904: John Flemming inventează dioda redresoare cu vid;

- 1906: Lee de Forest inventează trioda cu vid, primul dispozitiv electronic amplifi¬cator, prin adăugarea la diodă a unui electrod suplimentar de comandă;

- 1912: E.H. Armstrong obţine oscilaţii controlate prin aplicarea reacţiei pozitive.

Din acest moment a început o dezvoltare impresionantă a echipamentelor elec¬tronice, mai ales din domeniul telecomunicaţiilor, bazate pe tuburi tot mai complicate (tetroda în 1925, pentoda în 1926, etc.). Ca vârfuri ale realizărilor acestei epoci pot fi menţionate sistemele de radiocomunicaţii şi televiziune, radarul bazat pe tuburi cu microunde şi chiar unele dintre pri¬mele calculatoare electronice.

Dintre aceste realizări se mai menţin în actualitate doar tuburile catodice (CRT- Cathode Ray Tube) şi tuburile pentru microunde (clistronul, magnetronul, etc.).

1.2 Dezvoltarea electronicii bazate pe semiconductoare

- 1833: Michael Faraday observă creşterea conductivităţii sulfurii de argint cu temperatura, fenomen inexplicabil la acea dată;

- 1874: K.F. Braun obţine prima diodă redresoare de tip metal-semiconductor, cu sulfură de plumb (galenă);

- 1888: W. Halwach evidenţiază efectul fotoelectronic;

- 1905: Albert Einstein explică efectul fotoelectronic;

- 1926: Erwin Schrödinger oferă un model teoretic al stărilor electronilor;

- 1930: J.E. Lilienfeld (urmat de O. Heil) concep tranzistorul cu efect de câmp, care vor fi realizat fizic abia cu zeci de ani mai târziu, din cauza barierelor tehnologice;

- 1931: A.H. Wilson enunţă principiile fundamentale ale semiconductoarelor.

Problema centrală a epocii, realizarea “triodei semiconduc¬toare”, capabile să amplifice semnale electrice, a fost rezolvată de firma americană Bell. Spre deosebire de tendinţa generală orientată spre oxidul de cupru, ei s-au concentrat asupra siliciu¬lui, sesizând importanţa impuri¬ficărilor controlate asupra comportării sale electrice. Astfel în 1940 R.S. Ohl a reuşit creşterea primei joncţiuni p-n cu siliciu.

Primul dispozitiv semiconductor amplificator, tranzistorul bipolar cu germaniu cu con¬tacte punctiforme, a fost realizat între 1945-1948 de către un colectiv condus de W. Shockley, J. Bardeen şi W. H. Brattain, recompensaţi în 1956 cu Premiul Nobel pentru fizică. În conti¬nuare dispozitivele electronice semiconductoare s-au dezvoltat continuu, unele repere tempo¬rale fiind:

- 1949: realizarea tranzistoarelor bipolare cu joncţiuni, de către W. Shockley;

- 1956: primele tiristoare;

- 1958: primele tranzistoare cu efect de câmp;

- 1958: Texas Instruments şi Fairchild Semiconductors realizează primele circuite integrate;

- 1971: Intel lansează microprocesoarele 4004.

Etapa actuală se caracterizează prin diversificarea si o rafinarea tehnologiilor, care reu¬şesc să înglobeze chiar şi elemente de inteligenţă artificială. Miniaturizarea a atins nivelul ampli¬ficatoarelor moleculare (Universitatea Toulouse).

Obiectivele esenţiale ale electronicii sunt prelucrarea energiei şi a informaţiei. Proble¬mele aplicative provin din cele mai diverse domenii de activitate: calculul elec¬tronic, măsurarea mărimilor electrice şi neelectrice, transformarea şi controlul energiei, automatizările industriale, telecomunicaţiile, elec¬tronica medicală, etc. De aceea elec¬tronica s-a structurat în mai multe discipline cu specific teoretic sau aplicativ: Tehnolo¬gia dispozitivelor electronice, Tehnologia circuitelor integrate, Semnale circuite şi sis¬teme, Măsurări şi traductoare, Electronica indus¬trială, Tehnica microundelor, etc.

Din electronică s-au desprins la rândul lor, unele discipline ştiinţifice funda¬mentale sau aplicative: Teoria sistemelor, Automatica, Informatica şi ştiinţa calcula¬toarelor, Inteligenţa arti¬ficială, etc.

Acest curs conţine elemente de tehnologie a dispozitivelor electronice, calcul al circuitelor electronice şi aplicaţii fundamentale ale electronicii industriale.