Domaines d'application de la radioélectronique. Domaines d'application de l'électronique "Université d'État de Penza"
Conférence n°1
1. Introduction. Sujet et concepts de base de la radioélectronique.
2. Principes de base de la transmission et de la réception d'informations.
Introduction. Sujet et concepts de base de la radioélectronique.
La radioélectronique est le nom collectif d'un large éventail de domaines scientifiques et technologiques liés aux problèmes de transmission, de réception et de conversion d'informations à l'aide d'oscillations électromagnétiques dans la gamme des fréquences radio. Couvertures pour l'électronique radio ingénierie radio, physique radio et électronique, ainsi qu'un certain nombre de nouveaux domaines nés de leur développement et de leur différenciation. Fondamentalement, l'électronique radio est « obligée » au succès du développement de l'ingénierie radio.
Ingénierie radio (du latin radio - émettre des rayons ; du grec techne - art, compétence) est le fondement principal de la radioélectronique, et c'est pourquoi le terme « radioélectronique » est souvent compris comme l'ingénierie radio. Sur le plan technique, l'ingénierie radio est associée au développement de divers systèmes conçus pour transmettre et recevoir des informations à l'aide d'ondes électromagnétiques (y compris optiques).
Les systèmes radio comprennent :
Systèmes de diffusion sonore et télévisuelle ;
Systèmes mondiaux de communication radio spatiale (satellite), de télédiffusion et de radionavigation ;
Systèmes de radiocommunication mobiles utilisant des moyens terrestres - cellulaires,
communications professionnelles (à ressources partagées), de radiomessagerie et sans fil ;
Systèmes de communication avec des objets aéroportés et mobiles au sol,
navires de surface et sous-marins et autres types de communications radio ;
Systèmes de radiocommande, de biotélémétrie et de radiotélémétrie
contrôle de divers objets;
Systèmes d'ingénierie radio de systèmes de radar, de défense aérienne et de défense antimissile ;
Systèmes météorologiques et de mesure de l'information et divers systèmes de surveillance, y compris spatiaux ;
Multimédia et autres systèmes.
L'ingénierie radio comprend également la radioastronomie, la radiographie, la radiovision, la radioreconnaissance et les contre-mesures radio, l'électronique industrielle et
ingénierie radio, ingénierie radio médicale, etc.
Radiophysique - une branche de la physique dans laquelle sont étudiés les fondements physiques de l'ingénierie radio. Les problèmes les plus importants de la radiophysique sont l'étude de l'excitation et de la transformation des signaux électriques et des interférences, ainsi que du rayonnement et de la propagation des oscillations électromagnétiques.
Le développement de l'ingénierie radio est directement lié à la création d'une base élémentaire, notamment avec le développement de dispositifs électroniques pour les systèmes de transmission d'informations à distance utilisant des oscillations électromagnétiques. Le développement ultérieur de l'ingénierie radio a posé en permanence des tâches de création et de mise en œuvre de nouveaux éléments et composants électroniques, ce qui a conduit à l'émergence d'une branche indépendante de la science : l'électronique.
Électronique - la science de l'interaction des particules chargées (électrons, ions) avec les champs électromagnétiques et les méthodes de création d'instruments et dispositifs électroniques utilisés principalement pour la transmission, le stockage et le traitement de l'information, sont apparues au début du 20e siècle. L'électronique sous vide a été initialement développée ; Sur cette base, des appareils à vide électriques ont été créés. L'électronique se divise clairement en électronique d'énergie ou de puissance (redresseurs de puissance, onduleurs, etc.) et en microélectronique. Microélectronique- une section d'électronique associée à la création de circuits intégrés - des produits indivisibles qui remplissent des fonctions spécifiques de conversion et de traitement des signaux et ont une densité de conditionnement élevée
éléments connectés électriquement.
Principes de base de la transmission et de la réception d'informations.
En radioélectronique et en technologie des communications, le transfert d'informations dans l'espace s'effectue à l'aide d'oscillations électromagnétiques (ondes). Selon la définition de K. Shannon : « L'information est un message qui réduit l'incertitude. » L'information est une propriété intangible de la matière et est soumise à certaines lois. La plus importante d’entre elles est la loi de conservation de l’information : « L’information conserve sa signification inchangée tant que le support de l’information, la mémoire, reste inchangé. » Un ensemble de signes (symboles) affichant (transportant) des informations est appelé message. Le message peut être présenté sous la forme du texte d'un télégramme, d'informations transmises par téléphone, radio, télévision et autres types de communications radio, d'un ensemble de données électroniques stockées sur des supports magnétiques - disques, mémoire flash (de l'anglais Flash - « flash » ; mémoire réinscriptible permanente non volatile reprogrammable) utilisée dans les ordinateurs. Le dernier type d'information est appelé électronique. Ils transmettent un message en utilisant un support tangible. Par exemple, lors de l’envoi d’un message par courrier, le support est le papier. Dans l'ingénierie radio et les communications radio, divers signaux sont utilisés comme porteurs. De plus, pour transmettre des informations, des signaux spécifiques sont utilisés - des processus physiques dont les valeurs des paramètres reflètent les messages transmis. Tout processus physique qui change en fonction du message transmis peut être utilisé comme signal. Signal- un processus physique (ou phénomène) qui véhicule des informations sur l'état d'un objet d'observation. De par leur nature physique, les signaux radioélectriques sont électriques, électromagnétiques, optiques, acoustiques, magnétostatiques, etc. Dans l'ingénierie radioélectrique, l'électronique radio et les systèmes de communication, les signaux électriques (ces dernières années également optiques) sont principalement utilisés. La grandeur physique caractérisant un signal électrique est la tension et, plus rarement, le courant (parfois la puissance).
Signal électrique u(t) représente la tension en fonction du temps. Les signaux qui reflètent des informations peuvent affecter les convertisseurs de signaux et les amplificateurs. Les convertisseurs de signaux sont divisés en deux classes. Les convertisseurs d'une classe sont affectés par un processus physique d'une nature (par exemple, un signal audio), et la sortie est un signal de nature différente (notamment un signal électrique à la sortie d'un microphone, d'une caméra de télévision, etc. .). Dans les convertisseurs (et amplificateurs) d'une autre classe, en règle générale, la conversion (et l'amplification) des signaux électriques s'effectue sans modifier leur nature physique. Transmis (ci-après souvent, utile) les signaux sont générés en modifiant certains paramètres du support physique conformément au message transmis. Ce processus de modification des paramètres d'un support de message dans l'ingénierie radio et les communications est appelé modulation. Il est conseillé de saisir les paramètres du signal transmis, qui sont fondamentaux du point de vue de sa transmission. Ces paramètres sont la durée du signal Ts, sa largeur spectrale FC et plage dynamique CC. La durée du signal Tc est son paramètre naturel, qui détermine l'intervalle de temps pendant lequel ce signal existe. La largeur spectrale du signal transmis Fc donne une idée du taux d'évolution de ce signal dans l'intervalle de son existence. Le spectre du signal transmis peut en principe être illimité. Cependant, pour n'importe quel signal, vous pouvez spécifier la plage de fréquences dans laquelle son énergie principale (jusqu'à 90 %) est concentrée. Cette plage détermine la largeur du spectre du signal utile.
La source du message (source d'informations) peut être analogique ou discrète. La sortie d'une source analogique peut être n'importe quelle valeur provenant d'une plage continue d'amplitudes, tandis que la sortie d'une source d'informations discrète peut être constituée de valeurs provenant d'un ensemble fini d'amplitudes.
Dans les deux cas, une onde porteuse est utilisée pour transmettre un message. Le transporteur est nécessaire pour résoudre deux problèmes :
a) réduire la taille des antennes (h=λ/4; λ=3*10 8 / F );
b) mise en ondes d'un grand nombre de stations.
Le processus à la suite duquel un ou plusieurs paramètres de l'oscillation porteuse change selon la loi du message transmis est appelé modulation. L'oscillation haute fréquence modulée est classée comme signal secondaire et est appelée signal radio.
Riz. Chronogrammes pour le processus de modulation d'amplitude :
a - signal modulant ; b - vibration du porteur ; c - Signal AM
Pour un porteur, la dépendance de la tension en fonction du temps est donnée par l'expression
où U H est l'amplitude (la hauteur maximale de la sinusoïde ; notez que l'amplitude du signal est le module de son plus grand écart par rapport à zéro, donc l'amplitude est toujours positive) en l'absence de modulation (l'amplitude de l'oscillation de la porteuse );<ω 0 - угловая (круговая) частота; φ 0 - начальная фаза; Ψ= ω 0 t + φ 0 - полная (текущая или мгновенная) фаза.
Fréquence circulaire ω 0, période d'oscillation T 0 et fréquence cyclique F 0 = 1/T0
sont liés les uns aux autres par la relation
Avec la modulation d'amplitude, l'enveloppe du signal modulé en amplitude (signal AM) U H (t) coïncide en forme avec le signal modulant, l'expression prendra donc la forme :
Ici k A est un coefficient de proportionnalité sans dimension, tel que U H (t) ≥ 0.
Systèmes de radiocommunication analogiques. Un schéma fonctionnel simplifié d'un canal d'un système de communication radio analogique (avec signaux continus) (canal radio) avec ce que l'on appelle la modulation d'amplitude (AM) d'une onde porteuse est illustré à la Fig.
Riz. Schéma fonctionnel simplifié d'un canal de système de communication radio analogique
DANS 
En général, le message initial s = s(t) n'est pas électrique, il peut avoir n'importe quelle nature physique (image animée, vibration sonore, etc.), et doit donc être converti en un signal électrique (primaire) y(t) en utilisant un convertisseur de signal électrophysique (SFSC), plus simple qu'un convertisseur de signal, qui est souvent associé à un dispositif d'encodage - un encodeur. La source du message dans une transmission téléphonique est le locuteur ; pour la télévision - l'image transmise, etc. Lors de la transmission de la parole et de la musique, un microphone sert de convertisseur de signal et d'encodeur ; lors de la transmission d'images - transmission de tubes de télévision ou de matrices spéciales. En télégraphie, lors de la conversion d'un signal, une séquence d'éléments d'un message écrit (lettres) utilisant un appareil télégraphique est remplacée par une séquence de symboles de code (0, 1 ou point, tiret), qui est simultanément convertie en une séquence de symboles directs impulsions électriques actuelles de différentes durées, polarités, etc.
Systèmes de communication radio numériques (discrets) (DCS). Ce sont des systèmes dans lesquels les signaux transmis et reçus sont des séquences de symboles discrets. Un exemple typique d'un tel système est la télégraphie, dans laquelle le message et le signal sont des séquences de points, de tirets et d'espaces entre eux. Dans les systèmes de transmission d'informations numériques (discrets, pulsés), l'énergie du signal utile n'est pas émise en continu (comme avec une porteuse sinusoïdale - une porteuse harmonique), mais sous forme d'impulsions courtes. Cela permet, avec la même énergie totale de rayonnement qu'avec une porteuse continue, d'augmenter la puissance crête (maximale) dans l'impulsion correspondante et ainsi d'augmenter l'immunité au bruit de réception. Dans les systèmes de communications numériques, la tâche du récepteur n'est pas de reproduire avec précision le signal transmis, mais de déterminer, sur la base du signal déformé par le bruit, quel signal de l'ensemble final a été envoyé par l'émetteur. Une séquence périodique d'impulsions vidéo et radio est utilisée comme porteuse du signal primaire e(t) dans les systèmes de communication radio numériques.
Schéma fonctionnel simplifié d'un canal radio d'un système de communication numérique
Riz. Trajectoires de propagation des ondes sous différents angles d'incidence
Riz. Oscillations électromagnétiques du compteur de sauts, propagation des ondes par rayons spatiaux
Riz. Propagation des ondes métriques
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Ministère de la Défense de la Fédération de Russie
École navale supérieure de la mer Noire de l'Ordre de l'Étoile rouge, du nom de P.S. Nakhimova
Faculté d'ingénierie radio et de protection de l'information
Département des systèmes d'ingénierie radio
dans la discipline académique "Introduction à la technologie radio"
sur le thème « Étapes de développement de l'ingénierie radio et de l'électronique »
Effectué
Puzankova S.O.
Vérifié
Krasnov L.M.
Sébastopol 2016
INTRODUCTION
1. HISTOIRE ET DÉVELOPPEMENT DE L'INGÉNIERIE RADIO
2. HISTOIRE DU DÉVELOPPEMENT DE L'ÉLECTRONIQUE
3. ÉTAPES DU DÉVELOPPEMENT DE L'ÉLECTRONIQUE
4. INGÉNIERIE RADIO ET ÉLECTRONIQUE. NOUVEAU DÉVELOPPEMENT
5. COMPRÉHENSION MODERNE DE L'INGÉNIERIE RADIO ET DE L'ÉLECTRONIQUE
LIVRES D'OCCASION
INTRODUCTION
L’électronique est une branche scientifique et technologique en plein développement. Elle étudie la physique et les applications pratiques de divers appareils électroniques. L'électronique physique comprend : les processus électroniques et ioniques dans les gaz et les conducteurs. A l'interface entre le vide et les corps gazeux, solides et liquides. L'électronique technique comprend l'étude de la conception des appareils électroniques et de leur application. Le domaine dédié à l’utilisation des appareils électroniques dans l’industrie est appelé Electronique Industrielle.
Les progrès de l’électronique sont largement stimulés par le développement de la technologie radio. L'électronique et l'ingénierie radio sont si étroitement liées que dans les années 50, elles ont été combinées et ce domaine technologique a été appelé radioélectronique. La radioélectronique est aujourd'hui un complexe de domaines scientifiques et technologiques liés au problème de la transmission, de la réception et de la conversion d'informations à l'aide d'oscillations et d'ondes électroniques/magnétiques dans la gamme de fréquences radio et optiques. Les appareils électroniques constituent les principaux éléments des appareils d'ingénierie radio et déterminent les indicateurs les plus importants des équipements radio. D'un autre côté, de nombreux problèmes liés à l'ingénierie radio ont conduit à l'invention de nouveaux appareils électroniques et à l'amélioration des appareils électroniques existants. Ces appareils sont utilisés dans les communications radio, la télévision, l'enregistrement et la lecture du son, le radar, la radionavigation, la radiotélécommande, les mesures radio et d'autres domaines de l'ingénierie radio.
L’étape actuelle du développement technologique se caractérise par la pénétration toujours croissante de l’électronique dans toutes les sphères de la vie et des activités des gens. Selon les statistiques américaines, jusqu'à 80 % de l'ensemble de l'industrie est occupé par l'électronique. Les progrès dans le domaine de l'électronique contribuent à la solution réussie des problèmes scientifiques et techniques les plus complexes. Augmenter l'efficacité de la recherche scientifique, créer de nouveaux types de machines et d'équipements. Développement de technologies et de systèmes de contrôle efficaces : obtention de matériaux aux propriétés uniques, amélioration des processus de collecte et de traitement de l'information. Couvrant un large éventail de problématiques scientifiques, techniques et industrielles, l’électronique s’appuie sur les avancées dans divers domaines de la connaissance. Dans le même temps, d'une part, l'électronique lance des défis aux autres sciences et à la production, stimule leur développement ultérieur et, d'autre part, les équipe de moyens techniques et de méthodes de recherche qualitativement nouveaux.
1. HISTOIRE ET DÉVELOPPEMENT DE L'INGÉNIERIE RADIO
Le sujet de l'ingénierie électronique est la théorie et la pratique de l'utilisation de dispositifs électroniques, ioniques et semi-conducteurs dans des appareils, des systèmes et des installations pour divers domaines de l'économie nationale. La flexibilité des équipements électroniques, leur vitesse élevée, leur précision et leur sensibilité ouvrent de nouvelles opportunités dans de nombreuses branches de la science et de la technologie.
Radio (du latin « radiare » - émettre, émettre des rayons) -
1).Une méthode de transmission sans fil de messages à distance utilisant des ondes électromagnétiques (ondes radio), inventée par le scientifique russe A.S. Popov en 1895 ;
2).Le domaine de la science et de la technologie lié à l'étude des phénomènes physiques qui sous-tendent cette méthode et à son utilisation dans les communications, la radiodiffusion, la télévision, la localisation, etc.
La radio, comme mentionné ci-dessus, a été découverte par le grand scientifique russe Alexander Stepanovich Popov. La date de l'invention de la radio est considérée comme étant le 7 mai 1895, date à laquelle A.S. Popov a fait un rapport public et une démonstration du fonctionnement de son récepteur radio lors d'une réunion du Département de physique de la Société physico-chimique russe à Saint-Pétersbourg.
Le développement de l’électronique après l’invention de la radio peut être divisé en trois étapes :
· radiotélégraphe,
· ingénierie radio
· électronique.
Au cours de la première période (environ 30 ans), la radiotélégraphie s'est développée et les fondements scientifiques de l'ingénierie radio ont été développés. Afin de simplifier la conception d'un récepteur radio et d'augmenter sa sensibilité, des développements et des recherches intensifs ont été menés dans différents pays sur différents types de détecteurs simples et fiables d'oscillations haute fréquence - les détecteurs.
En 1904, la première lampe à deux électrodes (diode) a été construite, qui est toujours utilisée comme détecteur d'oscillations à haute fréquence et redresseur de courants de fréquence techniques, et en 1906 un détecteur de carborundum est apparu.
Une lampe à trois électrodes (triode) a été proposée en 1907. En 1913, un circuit pour un récepteur régénérateur de lampe a été développé et des oscillations électriques continues ont été obtenues à l'aide d'une triode. De nouveaux générateurs électroniques ont permis de remplacer les stations radio à étincelles et à arc par des stations à tubes, ce qui a pratiquement résolu le problème de la radiotéléphonie. L'introduction des tubes à vide dans l'ingénierie radio a été facilitée par la Première Guerre mondiale. De 1913 à 1920, la technologie radio devient la technologie des tubes.
Les premiers tubes radio en Russie ont été fabriqués par N.D. Papaleksi en 1914 à Saint-Pétersbourg. Faute d'un pompage parfait, ils n'étaient pas sous vide, mais remplis de gaz (avec du mercure). Les premiers tubes récepteurs et amplificateurs à vide ont été fabriqués en 1916 par M.A. Bonch-Bruevitch. Bonch-Bruevich a dirigé en 1918 le développement d'amplificateurs domestiques et de tubes radio générateurs au laboratoire radio de Nijni Novgorod. Ensuite, le premier institut scientifique et d'ingénierie radio a été créé dans le pays avec un vaste programme d'action, qui a attiré de nombreux scientifiques talentueux et de jeunes passionnés d'ingénierie radio pour travailler dans le domaine de la radio. Le laboratoire de Nijni Novgorod est devenu une véritable forge de spécialistes de la radio ; de nombreux domaines de l'ingénierie radio y sont nés, qui sont ensuite devenus des sections indépendantes de l'électronique radio.
En mars 1919, la production en série du tube électronique RP-1 commença. En 1920, Bonch-Bruevich a achevé le développement des premières lampes génératrices au monde avec une anode en cuivre et un refroidissement par eau d'une puissance allant jusqu'à 1 kW, et en 1923 - avec une puissance allant jusqu'à 25 kW. Au laboratoire radio de Nijni Novgorod O.V. Losev a découvert en 1922 la possibilité de générer et d'amplifier des signaux radio à l'aide de dispositifs semi-conducteurs. Il a créé un récepteur tubeless : le Kristadin. Cependant, au cours de ces années, les méthodes de production de matériaux semi-conducteurs n'ont pas été développées et son invention ne s'est pas généralisée.
Durant la seconde période (environ 20 ans), la radiotélégraphie continue de se développer. Dans le même temps, la radiotéléphonie et la radiodiffusion se sont largement développées et utilisées, et la radionavigation et la radiolocalisation ont été créées. Le passage de la radiotéléphonie à d'autres domaines d'application des ondes électromagnétiques est devenu possible grâce aux réalisations de la technologie de l'électrovide, qui a maîtrisé la production de divers dispositifs électroniques et ioniques.
Le passage des ondes longues aux ondes courtes et moyennes, ainsi que l'invention du circuit superhétérodyne, ont nécessité l'utilisation de lampes plus avancées que la triode.
En 1924, une lampe blindée à deux grilles (tétrode) fut développée, et en 1930-1931. - pentode (lampe à trois grilles). Les tubes électroniques ont commencé à être fabriqués avec des cathodes chauffées indirectement. Le développement de méthodes particulières de réception radio nécessite la création de nouveaux types de lampes multigrilles (mélange et conversion de fréquence en 1934 - 1935). La volonté de réduire le nombre de lampes dans un circuit et d'augmenter l'efficacité des équipements a conduit au développement des lampes combinées.
Le développement et l'utilisation des ondes ultracourtes ont conduit à l'amélioration des tubes électroniques connus (apparition de tubes de type gland, triodes métallo-céramique et tubes balises), ainsi qu'au développement de dispositifs à électrovide avec un nouveau principe de contrôle du flux d'électrons - magnétrons multicavités , klystrons, tubes à ondes progressives. Ces réalisations de la technologie de l'électrovide ont conduit au développement du radar, de la radionavigation, des communications radio multicanaux pulsées, de la télévision, etc.
Dans le même temps, on a développé des dispositifs ioniques utilisant une décharge électronique dans un gaz. La valve à mercure, inventée en 1908, a été considérablement améliorée. Apparurent un gastron (1928-1929), un thyratron (1931), une diode Zener, des lampes au néon, etc.
Le développement des méthodes de transmission d'images et des équipements de mesure s'est accompagné du développement et de l'amélioration de divers dispositifs photoélectriques (photocellules, photomultiplicateurs, tubes de télévision émetteurs) et de dispositifs de diffraction électronique pour oscilloscopes, radar et télévision.
Au cours de ces années, l'ingénierie radio est devenue une science d'ingénierie indépendante. Les industries de l'électrovide et de la radio se sont développées de manière intensive. Des méthodes d'ingénierie pour calculer les circuits radio ont été développées et des recherches scientifiques approfondies ainsi que des travaux théoriques et expérimentaux ont été menés.
Et la dernière période (années 60-70) est l’ère de la technologie des semi-conducteurs et de l’électronique elle-même. L'électronique est introduite dans toutes les branches de la science, de la technologie et de l'économie nationale. Étant un complexe de sciences, l'électronique est étroitement liée à la radiophysique, au radar, à la radionavigation, à la radioastronomie, à la radiométéorologie, à la radiospectroscopie, à l'informatique électronique et à la technologie de contrôle, au contrôle radio à distance, à la télémétrie, à la radioélectronique quantique, etc.
Au cours de cette période, l'amélioration des appareils électriques à vide s'est poursuivie. Une grande attention est accordée à l’augmentation de leur résistance, de leur fiabilité et de leur durabilité. Des lampes sans socle (de type doigt) et subminiatures ont été développées, ce qui permet de réduire les dimensions des installations contenant un grand nombre de lampes radio.
Des travaux intensifs se sont poursuivis dans le domaine de la physique du solide et de la théorie des semi-conducteurs ; des méthodes de production de monocristaux de semi-conducteurs, des méthodes de purification et d'introduction d'impuretés ont été développées. L'école soviétique de l'académicien A.F. Ioffe a apporté une grande contribution au développement de la physique des semi-conducteurs.
Les dispositifs à semi-conducteurs se sont rapidement et largement répandus dans les années 50 et 70 dans tous les domaines de l'économie nationale. En 1926, un redresseur CA à semi-conducteur en oxyde cuivreux a été proposé. Plus tard, des redresseurs à base de sélénium et de sulfure de cuivre sont apparus. Le développement rapide de la technologie radio (notamment le radar) pendant la Seconde Guerre mondiale a donné un nouvel élan à la recherche dans le domaine des semi-conducteurs. Des redresseurs de points à courant alternatif micro-ondes à base de silicium et de germanium ont été développés, et plus tard des diodes planaires au germanium sont apparues. En 1948, les scientifiques américains Bardeen et Brattain ont créé une triode point-point (transistor) en germanium, adaptée à l'amplification et à la génération d'oscillations électriques. Plus tard, une triode à pointe de silicium a été développée. Au début des années 70, les transistors point-point n'étaient pratiquement pas utilisés et le principal type de transistor était un transistor planaire, fabriqué pour la première fois en 1951. À la fin de 1952, une tétrode planaire haute fréquence, un transistor à effet de champ et d'autres types de dispositifs semi-conducteurs ont été proposés. En 1953, le transistor à dérive est développé. Au cours de ces années, de nouveaux procédés technologiques de traitement des matériaux semi-conducteurs, des méthodes de fabrication de jonctions p-n et des dispositifs semi-conducteurs eux-mêmes ont été largement développés et étudiés. Au début des années 70, outre les transistors plans et à dérive au germanium et au silicium, d'autres dispositifs utilisant les propriétés des matériaux semi-conducteurs étaient largement utilisés : diodes tunnel, dispositifs de commutation à quatre couches contrôlés et non contrôlés, photodiodes et phototransistors, varicaps, thermistances, etc.
Le développement et l'amélioration des dispositifs semi-conducteurs se caractérisent par une augmentation des fréquences de fonctionnement et une augmentation de la puissance admissible. Les premiers transistors avaient des capacités limitées (fréquences de fonctionnement maximales de l'ordre de centaines de kilohertz et puissances de dissipation de l'ordre de 100 à 200 mW) et ne pouvaient remplir que certaines fonctions des tubes à vide. Pour la même gamme de fréquences, des transistors d'une puissance de plusieurs dizaines de watts ont été créés. Plus tard, des transistors ont été créés, capables de fonctionner à des fréquences allant jusqu'à 5 MHz et dissipant une puissance de l'ordre de 5 W, et déjà en 1972, des échantillons de transistors ont été créés pour des fréquences de fonctionnement de 20 à 70 MHz avec des puissances de dissipation atteignant 100 W. ou plus. Les transistors de faible puissance (jusqu'à 0,5 à 0,7 W) peuvent fonctionner à des fréquences supérieures à 500 MHz. Plus tard, sont apparus des transistors fonctionnant à des fréquences d'environ 1 000 MHz. Parallèlement, des travaux ont été menés pour élargir la plage de températures de fonctionnement. Les transistors fabriqués à base de germanium avaient initialement des températures de fonctionnement ne dépassant pas +55 - 70 °C, et ceux à base de silicium - ne dépassant pas +100 - 120 °C. Les échantillons de transistors à l'arséniure de gallium créés plus tard se sont révélés opérationnels à des températures allant jusqu'à +250 ° C, et leurs fréquences de fonctionnement ont finalement été augmentées jusqu'à 1 000 MHz. Il existe des transistors en carbure qui fonctionnent à des températures allant jusqu'à 350 °C. Dans les années 70, les transistors et les diodes semi-conductrices étaient supérieurs aux tubes à vide à bien des égards et les ont finalement complètement remplacés dans le domaine de l'électronique.
Les concepteurs de systèmes électroniques complexes, comptant des dizaines de milliers de composants actifs et passifs, sont confrontés à la tâche de réduire la taille, le poids, la consommation d'énergie et le coût des appareils électroniques, d'améliorer leurs caractéristiques de performance et, surtout, d'atteindre une fiabilité opérationnelle élevée. Ces problèmes sont résolus avec succès par la microélectronique - une branche de l'électronique qui couvre un large éventail de problèmes et de méthodes associés à la conception et à la fabrication d'équipements électroniques de conception microminiature en raison de l'élimination complète ou partielle des composants discrets.
La principale tendance de la microminiaturisation est « l’intégration » de circuits électroniques, c’est-à-dire la volonté de fabriquer simultanément un grand nombre d'éléments et de composants de circuits électroniques inextricablement liés. Par conséquent, parmi les différents domaines de la microélectronique, la microélectronique intégrée, qui est l'un des principaux domaines de la technologie électronique moderne, s'est avérée la plus efficace. De nos jours, les circuits intégrés ultra-larges sont largement utilisés ; tous les équipements électroniques modernes, en particulier les ordinateurs, etc., sont construits sur eux.
2. HISTOIRE DU DÉVELOPPEMENT DE L'ÉLECTRONIQUE
L’électronique est une branche scientifique et technologique en plein développement. Elle étudie la physique et les applications pratiques de divers appareils électroniques. L'électronique physique comprend : les processus électroniques et ioniques dans les gaz et les conducteurs. A l'interface entre le vide et les corps gazeux, solides et liquides. L'électronique technique comprend l'étude de la conception des appareils électroniques et de leur application. Le domaine dédié à l’utilisation des appareils électroniques dans l’industrie est appelé Electronique Industrielle.
Les progrès de l’électronique sont largement stimulés par le développement de la technologie radio. L'électronique et l'ingénierie radio sont si étroitement liées que dans les années 50, elles ont été combinées et ce domaine technologique a été appelé radioélectronique. La radioélectronique est aujourd'hui un complexe de domaines scientifiques et technologiques liés au problème de la transmission, de la réception et de la conversion d'informations à l'aide d'oscillations et d'ondes électroniques/magnétiques dans la gamme de fréquences radio et optiques. Les appareils électroniques constituent les principaux éléments des appareils d'ingénierie radio et déterminent les indicateurs les plus importants des équipements radio. D'un autre côté, de nombreux problèmes liés à l'ingénierie radio ont conduit à l'invention de nouveaux appareils électroniques et à l'amélioration des appareils électroniques existants. Ces appareils sont utilisés dans les communications radio, la télévision, l'enregistrement et la lecture du son, le revêtement radio, la navigation radio, la télécommande radio, les mesures radio et d'autres domaines de l'ingénierie radio.
Le stade actuel du développement technologique se caractérise par la pénétration toujours croissante de l’électronique dans toutes les sphères de la vie et des activités des gens. Selon les statistiques américaines, jusqu'à 80 % de l'ensemble de l'industrie est occupé par l'électronique. Les progrès dans le domaine de l'électronique contribuent à la solution réussie des problèmes scientifiques et techniques les plus complexes. Augmenter l'efficacité de la recherche scientifique, créer de nouveaux types de machines et d'équipements. Développement de technologies et de systèmes de contrôle efficaces : obtention de matériaux aux propriétés uniques, amélioration des processus de collecte et de traitement de l'information. Couvrant un large éventail de problématiques scientifiques, techniques et industrielles, l’électronique s’appuie sur les avancées dans divers domaines de la connaissance. Dans le même temps, d'une part, l'électronique lance des défis aux autres sciences et à la production, stimule leur développement ultérieur et, d'autre part, les équipe de moyens techniques et de méthodes de recherche qualitativement nouveaux. Les sujets de recherche scientifique en électronique sont :
1. Etude des lois d'interaction des électrons et autres particules chargées avec les champs électriques/magnétiques.
Développement de méthodes de création de dispositifs électroniques dans lesquels cette interaction est utilisée pour convertir de l'énergie dans le but de transmettre, de traiter et de stocker des informations, d'automatiser les processus de production, de créer des dispositifs énergétiques, de créer des équipements de contrôle et de mesure, des moyens d'expérimentation scientifique et à d'autres fins.
L'inertie exceptionnellement faible de l'électron permet d'utiliser efficacement l'interaction des électrons, à la fois avec les macrochamps à l'intérieur du dispositif et les microchamps à l'intérieur de l'atome, de la molécule et du réseau cristallin, pour générer la conversion et la réception d'oscillations électriques/magnétiques avec une fréquence de jusqu'à 1000 GHz. Ainsi que les rayonnements infrarouges, visibles, X et gamma. La maîtrise pratique et cohérente du spectre des oscillations électriques/magnétiques est un trait caractéristique du développement de l’électronique.
2. Fondation pour le développement de l'électronique
Les bases de l'électronique ont été posées par les travaux des physiciens des XVIIIe et XIXe siècles. Les premières études mondiales sur les décharges électriques dans l'air ont été réalisées par les académiciens Lomonosov et Richman en Russie et, indépendamment d'eux, par le scientifique américain Frankel. En 1743, Lomonossov, dans son ode « Réflexions du soir sur la grandeur de Dieu », expose l'idée de la nature électrique de la foudre et des aurores boréales. Déjà en 1752, Frankel et Lomonosov montraient expérimentalement, à l'aide d'une « machine à tonnerre », que le tonnerre et les éclairs sont de puissantes décharges électriques dans l'air. Lomonossov a également établi que des décharges électriques existent dans l'air même en l'absence d'orage, car et dans ce cas, il était possible d'extraire des étincelles de la « machine à tonnerre ». La « machine à tonnerre » était une jarre de Leyde installée dans un salon. L'une des plaques était reliée par un fil à un peigne ou une pointe métallique fixée sur un poteau dans la cour.
En 1753, au cours d'expériences, le professeur Richman, qui menait des recherches, fut tué par la foudre qui frappa un poteau. Lomonossov a également créé une théorie générale des phénomènes orageux, qui est un prototype de la théorie moderne des orages. Lomonossov a également étudié la lueur de l'air raréfié sous l'influence d'une machine à friction.
En 1802, Vasily Vladimirovich Petrov, professeur de physique à l'Académie médicale et chirurgicale de Saint-Pétersbourg, découvre et décrit pour la première fois, plusieurs années avant le physicien anglais Davy, le phénomène d'un arc électrique dans l'air entre deux électrodes de carbone. . En plus de cette découverte fondamentale, Petrov est chargé de décrire différents types de lueur de l'air raréfié lorsqu'un courant électrique le traverse. Petrov décrit ainsi sa découverte : « Si 2 ou 3 charbons de bois sont placés sur une dalle de verre ou un banc avec des pieds en verre, et si des guides métalliques isolés reliés aux deux pôles d'une énorme batterie sont rapprochés les uns des autres à une distance d'un à trois lignes, alors une lumière ou une flamme blanche très brillante apparaît entre elles, à partir de laquelle ces charbons s'enflamment plus rapidement ou plus lentement, et à partir de laquelle la paix sombre peut être éclairée. " Les œuvres de Petrov n'étaient interprétées qu'en russe ; elles n'étaient pas accessibles aux scientifiques étrangers. En Russie, l’importance de ces œuvres n’a pas été comprise et elles ont été oubliées. La découverte de la décharge en arc a donc été attribuée au physicien anglais Davy.
Le début de l'étude des spectres d'absorption et d'émission de divers corps a conduit le scientifique allemand Plücker à la création des tubes Heusler. En 1857, Plücker établit que le spectre d'un tube Heussler étendu dans un capillaire et placé devant une fente du spectroscope caractérise sans ambiguïté la nature du gaz qu'il contient et découvre les trois premières raies de la série spectrale dite de Balmer de l'hydrogène. . Hittorf, l'élève de Plücker, étudia la décharge luminescente et publia en 1869 une série d'études sur la conductivité électrique des gaz. Avec Plücker, il fut responsable des premières études sur les rayons cathodiques, qui furent poursuivies par l'Anglais Crookes.
Un changement important dans la compréhension du phénomène de décharge gazeuse a été provoqué par les travaux du scientifique anglais Thomson, qui a découvert l'existence d'électrons et d'ions. Thomson a créé le laboratoire Cavendish d'où sont issus de nombreux physiciens pour étudier les charges électriques des gaz (Townsen, Aston, Rutherford, Crookes, Richardson). Par la suite, cette école a apporté une contribution majeure au développement de l’électronique. Parmi les physiciens russes qui ont travaillé sur l'étude de l'arc et son application pratique à l'éclairage : Yablochkov (1847-1894), Chikolev (1845-1898), Slavyanov (soudage, fusion des métaux à l'arc), Bernardos (utilisation d'un arc pour l'éclairage). Un peu plus tard, Lachinov et Mitkevich étudièrent l'arc. En 1905, Mitkevich a établi la nature des processus à la cathode d'une décharge d'arc. Stoletov (1881-1891) ne s'est pas occupé du rejet d'air indépendant. Au cours de son étude classique de l'effet photoélectrique à l'Université de Moscou, Stoletov a construit expérimentalement un « élément air » (A.E.) avec deux électrodes dans l'air, produisant un courant électrique sans introduire de force électromotrice étrangère dans le circuit uniquement lorsque la cathode est éclairée de l'extérieur. Stoletov a appelé cet effet actinoélectrique. Il a étudié cet effet à haute et basse pression atmosphérique. Des équipements spécialement construits par Stoletov ont permis de créer une pression réduite allant jusqu'à 0,002 mm. art. pilier Dans ces conditions, l’effet actinoélectrique n’était pas seulement un photocourant, mais également un photocourant renforcé par une décharge gazeuse indépendante. Stoletov a terminé son article sur la découverte de cet effet comme suit : « Quelle que soit la manière dont on doit finalement formuler l'explication des décharges actinoélectriques, on ne peut s'empêcher de reconnaître des analogies particulières entre ces phénomènes et les phénomènes familiers depuis longtemps, mais encore mal compris, décharges de tubes Heusler et Crookes. Bien que lors de mes premières expériences pour naviguer parmi les phénomènes représentés par mon condensateur maillé, je me suis dit involontairement que devant moi se trouvait un tube Heussler, qui pouvait agir sans raréfier l'air avec de la lumière étrangère. et là, les phénomènes électriques sont étroitement liés aux phénomènes lumineux. Ici et là, la cathode joue un rôle particulier apparemment dispersé. L'étude des décharges actinoélectriques promet d'éclairer les processus de propagation de l'électricité dans les gaz en général... » Ces propos de Stoletov étaient tout à fait justifiés.
En 1905, Einstein interpréta l’effet photoélectrique associé aux quanta de lumière et établit la loi qui porte son nom. Ainsi, l'effet photoélectrique découvert par Stoletov est caractérisé par les lois suivantes :
Loi de Stoletov - le nombre d'électrons simulés par unité de temps est proportionnel, toutes choses égales par ailleurs, à l'intensité de la lumière incidente à la surface de la cathode. Des conditions égales doivent ici être comprises comme un éclairage de la surface de la cathode avec une lumière monochromatique de la même longueur d'onde. Ou une lumière de même composition spectrale. électronique radio lampe mesure
Maximum vitesse des électrons quittant la surface cathode à externe effet photoélectrique est déterminé par la relation :
L'ampleur du quantum d'énergie du rayonnement monochromatique incident sur la surface de la cathode.
Le travail d’extraction d’un électron quittant un métal.
La vitesse des photoélectrons quittant la surface de la cathode ne dépend pas de l'intensité du rayonnement incident sur la cathode.
L'effet photoélectrique externe a été découvert pour la première fois par le physicien allemand Hertz (1887). Expérimenter avec le champ électromagnétique qu'il a découvert. Hertz a remarqué que dans l'éclateur du circuit de réception, une étincelle qui détecte la présence d'oscillations électriques dans le circuit saute, toutes choses égales par ailleurs, plus facilement si la lumière d'une décharge d'étincelle dans le circuit générateur tombe sur l'éclateur
En 1881, Edison découvre pour la première fois le phénomène d’émission thermoionique. Réalisant diverses expériences avec des lampes à incandescence au carbone, il construisit une lampe contenant sous vide, en plus du filament de carbone, une plaque métallique A à partir de laquelle était tiré le conducteur P si le fil est connecté via un galvanomètre à l'extrémité positive du fil. filament, puis le courant circule à travers le galvanomètre, s'il est connecté au négatif, alors aucun courant n'est détecté. Ce phénomène s’appelle l’effet Edison. Le phénomène d'émission d'électrons à partir de métaux chauds et d'autres corps dans le vide ou dans un gaz était appelé émission thermoionique.
3. ÉTAPES DU DÉVELOPPEMENT DE L'ÉLECTRONIQUE
Étape 1. La première étape comprenait l’invention de la lampe à incandescence en 1809 par l’ingénieur russe Ladygin.
Découverte en 1874 par le scientifique allemand Brown de l'effet redresseur dans les contacts métal-semi-conducteur. L'utilisation de cet effet par l'inventeur russe Popov pour détecter les signaux radio lui a permis de créer le premier récepteur radio. La date de l'invention de la radio est considérée comme étant le 7 mai 1895, lorsque Popov a fait un rapport et une démonstration lors d'une réunion du département de physique de la Société physico-chimique russe à Saint-Pétersbourg. Et le 24 mars 1896, Popov transmet le premier message radio sur une distance de 350 m. Les succès de l'électronique durant cette période de son développement ont contribué au développement de la radiotélégraphie. Parallèlement, les fondements scientifiques de l'ingénierie radio ont été développés afin de simplifier la conception du récepteur radio et d'augmenter sa sensibilité. Dans différents pays, le développement et la recherche ont été menés sur différents types de détecteurs simples et fiables de vibrations à haute fréquence - les détecteurs.
2. La deuxième étape du développement de l'électronique a commencé en 1904, lorsque le scientifique anglais Fleming a conçu une diode électrique à vide. Les parties principales de la diode (Fig. 2) sont deux électrodes situées dans le vide. Une anode métallique (A) et une cathode métallique (K) sont chauffées par un courant électrique jusqu'à une température à laquelle se produit une émission thermoionique.
Sous vide poussé, la décharge du gaz entre les électrodes est telle que le libre parcours moyen des électrons dépasse largement la distance entre les électrodes, donc, lorsque la tension Va à l'anode est positive par rapport à la cathode, les électrons se déplacent vers l'anode, provoquant un courant Ia dans le circuit anodique. Lorsque la tension anodique Va est négative, les électrons émis reviennent à la cathode et le courant dans le circuit anodique est nul. Ainsi, la diode à vide a une conductivité unidirectionnelle, qui est utilisée lors du redressement du courant alternatif. En 1907, l'ingénieur américain Lee de Forest établit qu'en plaçant un treillis métallique (c) entre la cathode (K) et l'anode (A) et en lui appliquant une tension Vc, le courant anodique Ia peut être contrôlé pratiquement sans inertie et avec faible consommation d'énergie. C'est ainsi qu'est apparu le premier tube d'amplification électronique, une triode (Fig. 3). Ses propriétés en tant que dispositif d'amplification et de génération d'oscillations à haute fréquence ont conduit au développement rapide des communications radio. Si la densité du gaz remplissant le cylindre est si élevée que le libre parcours moyen des électrons est inférieur à la distance entre les électrodes, alors le flux d'électrons, passant par la distance interélectrodes, interagit avec le milieu gazeux, ce qui entraîne les propriétés du milieu changent fortement. Le milieu gazeux est ionisé et se transforme en un état plasma, caractérisé par une conductivité électrique élevée. Cette propriété du plasma a été utilisée par le scientifique américain Hell dans le gastron qu'il a développé en 1905 - une puissante diode de redressement remplie de gaz. L'invention du gastron a marqué le début du développement des appareils électriques à vide à décharge gazeuse. La production de tubes à vide a commencé à se développer rapidement dans différents pays. Ce développement a été particulièrement fortement stimulé par l’importance militaire des communications radio. Par conséquent, la période 1913-1919 fut une période de développement rapide de la technologie électronique. En 1913, l'ingénieur allemand Meissner développa un circuit pour un récepteur régénérateur à tube et, à l'aide d'une triode, obtint des oscillations harmoniques non amorties. De nouveaux générateurs électroniques ont permis de remplacer les stations radio à étincelles et à arc par des stations à tubes, ce qui a pratiquement résolu le problème de la radiotéléphonie. Depuis, la technologie radio est devenue la technologie des tubes. En Russie, les premiers tubes radio ont été fabriqués en 1914 à Saint-Pétersbourg par Nikolai Dmitrievich Papaleksi, consultant auprès de la Société russe de télégraphie sans fil, futur académicien de l'Académie des sciences de l'URSS. Papaleksi est diplômé de l'Université de Strasbourg, où il a travaillé sous la direction de Brown. Les premiers tubes radio Papaleksi, faute d'un pompage parfait, n'étaient pas sous vide, mais remplis de gaz (mercure). De 1914 à 1916 Papaleksi a mené des expériences sur la radiotélégraphie. Il a travaillé dans le domaine des communications radio avec les sous-marins. Il a dirigé le développement des premiers échantillons de tubes radio nationaux. De 1923 à 1935 Avec Mandelstam, il a dirigé le département scientifique du laboratoire radioélectrique central de Leningrad. Depuis 1935, il était président du conseil scientifique de radiophysique et d'ingénierie radio de l'Académie des sciences de l'URSS.
Les premiers tubes radio électriques de réception et d'amplification sous vide en Russie ont été fabriqués par Bonch-Bruevich. Il est né à Orel (1888). En 1909, il est diplômé de l'école d'ingénieurs de Saint-Pétersbourg. En 1914, il est diplômé de l'école d'ingénieurs électriques des officiers. De 1916 à 1918, il se consacre à la création de tubes électroniques et organise leur production. En 1918, il dirige le Laboratoire radio de Nijni Novgorod, réunissant les meilleurs spécialistes radio de l'époque (Ostryakov, Pistolkors, Shorin, Losev). En mars 1919, la production en série du tube à vide électrique RP-1 a commencé au laboratoire radio de Nijni Novgorod. En 1920, Bonch-Bruevich a achevé le développement des premières lampes génératrices au monde avec anode en cuivre et refroidissement par eau, d'une puissance allant jusqu'à 1 kW. D'éminents scientifiques allemands, s'étant familiarisés avec les réalisations du laboratoire de Nijni Novgorod, ont reconnu la priorité de la Russie dans la création de puissantes lampes génératrices. Des travaux approfondis sur la création d'appareils électriques à vide ont commencé à Petrograd. Chernyshev, Bogoslovsky, Vekshinsky, Obolensky, Shaposhnikov, Zusmanovsky, Alexandrov ont travaillé ici. L’invention d’une cathode chauffée a joué un rôle important dans le développement de la technologie du vide électrique. En 1922, une usine de vide électrique a été créée à Petrograd, qui a fusionné avec l'usine de lampes électriques de Svetlana. Dans le laboratoire de recherche de cette usine, Vekshinsky a mené des recherches multiformes dans le domaine de la physique et de la technologie des appareils électroniques (sur les propriétés émissives des cathodes, le dégagement gazeux du métal et du verre, etc.).
Le passage des ondes longues aux ondes courtes et moyennes, l'invention du superhétérodyne et le développement de la radiodiffusion ont nécessité le développement de tubes plus avancés que les triodes. Une lampe blindée à deux grilles (tétrode), développée en 1924 et améliorée en 1926 par l'américain Hell, et une lampe électrique à vide à trois grilles (pentode), proposée par lui en 1930, résolvèrent le problème de l'augmentation des fréquences de fonctionnement de la radio. diffusion. Les pentodes sont devenues les tubes radio les plus courants. Le développement de méthodes spéciales de réception radio a provoqué l'émergence de nouveaux types de tubes radio à conversion de fréquence multi-grilles en 1934-1935. Une variété de tubes radio combinés est également apparue, dont l'utilisation a permis de réduire considérablement le nombre de tubes radio dans le récepteur. La relation entre l'électrovide et l'ingénierie radio est devenue particulièrement claire à l'époque où l'ingénierie radio s'est tournée vers le développement et l'utilisation de la gamme VHF (ondes ultra-courtes - gammes métriques, décimétriques, centimétriques et millimétriques). À cette fin, les tubes radio déjà connus ont été considérablement améliorés. Deuxièmement, des dispositifs électriques à vide ont été développés avec de nouveaux principes de contrôle des flux d’électrons. Il s'agit notamment des magnétrons multicavités (1938), des klystrons (1942) et des lampes BWO à ondes inverses (1953). De tels dispositifs pourraient générer et amplifier des oscillations à très haute fréquence, y compris dans la gamme des ondes millimétriques. Ces progrès dans la technologie de l'électrovide ont conduit au développement d'industries telles que la radionavigation, le revêtement radio et les communications multicanaux pulsées.
En 1932, le radiophysicien soviétique Rozhansky proposa la création de dispositifs modulant la vitesse du flux d'électrons. Sur la base de son idée, Arsenyev et Heil ont construit en 1939 les premiers dispositifs permettant d'amplifier et de générer des oscillations micro-ondes (ultra hautes fréquences). Les travaux de Devyatkov, Khokhlov, Gurevich, qui en 1938 - 1941 ont conçu des triodes avec des électrodes à disque plat, ont été d'une grande importance pour la technologie des ondes décimétriques. Selon le même principe, les lampes en métal-céramique ont été fabriquées en Allemagne et les lampes à balise ont été fabriquées aux États-Unis.
Créé en 1943 Les tubes à ondes progressives (TWT) de Compfner ont assuré le développement ultérieur des systèmes de communication par relais radio micro-ondes. Pour générer de puissantes oscillations micro-ondes, un magnétron a été proposé en 1921 par Hell. Les recherches sur le magnétron ont été menées par des scientifiques russes - Slutsky, Grekhova, Steinberg, Kalinin, Zusmanovsky, Braude, au Japon - Yagi, Okabe. Les magnétrons modernes sont nés en 1936-1937, lorsque, sur la base de l'idée de Bonch-Bruevich, ses collaborateurs, Alekseev et Molyarov, ont développé des magnétrons multicavités.
En 1934, les employés du laboratoire radio central Korovin et Rumyantsev ont mené la première expérience sur l'utilisation de la radiolocalisation et la détermination d'un avion en vol. En 1935, les fondements théoriques de la radiolactation ont été développés à l'Institut de physique et de technologie de Leningrad par Kobzarev. Parallèlement au développement des appareils électriques à vide, lors de la deuxième étape du développement de l'électronique, des appareils à décharge gazeuse ont été créés et améliorés.
En 1918, grâce aux travaux de recherche du Dr Schröter, l'entreprise allemande Pintsch produisit les premières lampes à incandescence industrielles à 220 V. À partir de 1921, l'entreprise néerlandaise Philips produisit les premières lampes à incandescence au néon à 110 V. Aux États-Unis , les premières lampes néon miniatures sont apparues en 1929
4. INGÉNIERIE RADIO ET ÉLECTRONIQUE. NOUVEAU DÉVELOPPEMENT
Dans les années d'après-guerre, la création d'un réseau de télévision électronique et la production de récepteurs de télévision destinés à un usage de masse, l'introduction des communications radio dans divers secteurs de l'économie nationale, des transports, de l'exploration géologique et de la construction ont commencé. Des outils de télémétrie multicanal sont en cours de création pour les satellites de la Terre, le suivi radio et la communication avec eux depuis diverses zones terrestres et l'océan mondial.
À cette époque, l’ère des tubes électroniques prend fin et l’ère de la technologie des semi-conducteurs commence. Cela nécessite une restructuration du système de formation des spécialistes, de la conception et de la production de produits de l'industrie radiophonique basée sur de nouveaux principes et bases élémentaires. Le début des années 70 remonte à l’apparition des circuits intégrés, de la technologie des microprocesseurs, des communications radio spatiales à très longue portée et des radiotélescopes géants capables de capter les signaux radio des profondeurs de l’espace. Grâce aux succès de la technologie des fusées et de la radiotélémétrie, les astronomes ont appris beaucoup plus sur les planètes du système solaire que dans toute l'histoire séculaire de cette science.
L'ingénierie radio moderne est l'un des domaines avancés de la science et de la technologie, engagée dans la recherche de nouvelles applications des processus oscillatoires électriques dans une grande variété de domaines, le développement d'équipements radio, sa production et sa mise en œuvre pratique. Grâce aux efforts de plusieurs milliers de scientifiques et de concepteurs, tant nationaux qu'étrangers, basés sur les réalisations de l'électronique et de la microélectronique, l'ingénierie radio a récemment connu un autre saut qualitatif dans littéralement toutes ses directions.
En continuant à développer les domaines d'application traditionnels - radiodiffusion, télévision, radar, radiogoniométrie, radiotélémétrie, communications par relais radio - les spécialistes ont réussi à améliorer considérablement tous les indicateurs de qualité des équipements radio, les rendant plus modernes et plus pratiques à utiliser. Le champ d'utilisation de l'ingénierie radio s'est également élargi : en médecine - pour le traitement des maladies causées par des courants ultra-hautes fréquences, en biologie - pour étudier le comportement et la migration des animaux, des poissons et des oiseaux à l'aide de méthodes de radiogoniométrie, en génie mécanique - pour durcissement à haute fréquence de pièces métalliques.
L'ingénierie radio moderne est également une énorme industrie d'ingénierie radio, produisant des millions de téléviseurs noir et blanc et couleur, des récepteurs d'une grande variété de marques et de catégories, sans parler des équipements spéciaux pour la recherche scientifique, des stations de radio polyvalentes - des puissantes diffusion sur mobile portable et portable.
Les entreprises d'ingénierie radio fabriquent également une partie importante des composants des équipements radio : bobines de boucle, transformateurs à usages divers, commutateurs de bande, diverses fixations et bien plus encore, nécessaires aux équipements modernes. Ils se caractérisent donc par un large éventail de professions, dont beaucoup nécessitent une formation dans le système d'enseignement professionnel. Par exemple, les estampeurs de produits métalliques et plastiques. Ces métiers sont extrêmement nécessaires à la fabrication de boîtiers d'instruments, de pièces de structure et de pièces de configurations complexes. En fait, ce sont des opérateurs de presses spéciales qui contrôlent les organes de travail qui régulent le rythme de travail, la vitesse d'approvisionnement du matériau et des pièces.
La nécessité d'augmenter la vitesse des ordinateurs oblige les spécialistes à rechercher de plus en plus de nouveaux moyens d'améliorer la technologie de production des microcircuits, en optimisant leur organisation architecturale et les principes physiques de traitement de l'information numérique et logique. Les moyens déjà connus d'électronique terrestre et spatiale, de télévision, de téléphonie et de télémétrie évoluent considérablement.
Les méthodes numériques de traitement du signal, le passage aux ultra-hautes fréquences, la généralisation des systèmes satellitaires comme répéteurs de télévision multi-programmes, les systèmes de navigation ultra-précis pour une assistance rapide aux personnes en détresse en mer, les services de prévision météorologique et dans le L'étude des ressources naturelles est de plus en plus introduite dans ces domaines de la technologie électronique.
De nombreux progrès dans le domaine de la microélectronique ont donné lieu à la nécessité de réviser les normes établies pour tous les composants utilisés dans divers équipements - résistances et condensateurs, éléments semi-conducteurs et connecteurs, pièces de télémécanique et d'automatisation. Les exigences en matière de précision des paramètres électriques et des caractéristiques mécaniques des produits associés évoluent également fondamentalement. Par exemple, les appareils électroménagers produits en série - lecteurs, magnétophones, magnétoscopes - sont aujourd'hui des appareils très précis, en fait un alliage d'électronique complexe et de mécanique de haute qualité.
Si nous parlons d'équipements spéciaux, de machines-outils, d'équipements de précision, de robots modernes utilisés dans la production de microcircuits, les exigences en matière de précision sont encore plus élevées. Par conséquent, de nombreux types de produits électroniques modernes sont fabriqués à l’aide de microscopes et de systèmes de surveillance vidéo, qui fournissent des images de haute qualité des pièces fabriquées sur un grand écran de télévision.
La technologie des semi-conducteurs, ainsi que de nombreux autres composants électroniques, est produite à partir de matériaux spéciaux ultra-purs : silicium, saphir, arséniure de gallium, éléments des terres rares, métaux précieux et leurs alliages. Les opérations technologiques les plus critiques dans la production de circuits intégrés semi-conducteurs se déroulent dans des locaux présentant une propreté stérile, une température constante et une pression d'air excessive pour exclure toute source externe de contamination. Dans de telles productions, tous les ouvriers portent des costumes spéciaux et des chaussures appropriées. Ils ont absolument besoin d’une bonne vision et les tremblements des mains sont contre-indiqués.
La miniaturisation et l'automatisation de l'industrie électronique permettent, même à ce stade, d'utiliser des éléments de technologie sans pilote, lorsque certains types de produits électroniques sont fabriqués sans participation humaine directe : les matières premières sont fournies à l'entrée d'une ligne ou d'une section de production, et le produit fini est obtenu en sortie. Mais la plupart des types de produits sont toujours fabriqués avec la participation humaine, de sorte que la liste des professions est assez longue. La complexité croissante de la production de produits est généralement associée à une augmentation des opérations technologiques obligatoires et de leur spécificité. Cela implique la nécessité d'une spécialisation professionnelle des travailleurs dans leur maîtrise d'équipements industriels complexes et leur connaissance de tout ce qui sous-tend cette opération technologique, ainsi que de tous les facteurs affectant la qualité des produits fabriqués.
Les professions les plus courantes et les plus nécessaires sont celles d'opérateur de procédés de pulvérisation sous vide, d'opérateur de procédés de diffusion, d'ajusteur de pièces et d'appareils, de testeur de pièces et d'appareils, etc.
Les produits microélectroniques augmentent chaque année et il est peu probable que cette tendance change dans un avenir prévisible. C'est la production de microcircuits à haut degré d'intégration qui peut satisfaire les besoins toujours croissants de notre économie nationale. C'est la perspective du développement de l'industrie électronique.
5. COMPRÉHENSION MODERNE DE L'INGÉNIERIE RADIO ET DE L'ÉLECTRONIQUE
Dans le monde moderne, nous avons la possibilité de trouver instantanément la bonne personne vivant à l'autre bout du monde, de trouver les informations requises sans nous lever de notre chaise et de plonger dans le monde fascinant du passé ou du futur. Tous les travaux de routine et à forte intensité de main-d'œuvre ont longtemps été confiés à des robots et des machines. L'existence n'est plus aussi simple et compréhensible qu'auparavant, mais nettement plus divertissante et éducative.
Notre vie regorge de technologie radio et d'électronique, elle est traversée par des fils et des connexions par câbles sans fin, nous sommes affectés par les signaux électriques et les rayonnements électromagnétiques. C'est le résultat du développement rapide de l'électronique et de la technologie radio. Les communications mobiles ont effacé toutes les frontières spatiales et temporelles, le service de livraison par coursier de la boutique en ligne nous a privé de courses et de files d'attente difficiles et fastidieuses. Tout cela est devenu si fermement ancré dans nos vies qu'il est difficile d'imaginer comment les gens ont pu s'en passer pendant des siècles. Le développement de l'ingénierie radio et de l'électronique a contribué à l'introduction des ordinateurs à microprocesseur, à l'automatisation complète de certains types de production et à l'établissement de connexions avec les points les plus inaccessibles destinées à réaliser des échanges d'informations.
Chaque jour, le monde prend conscience des innovations en matière d’ingénierie électronique et radio. Bien que, dans l'ensemble, ils ne deviennent pas de véritables innovations, puisque seules les caractéristiques quantitatives changent, obtenues en plaçant un plus grand nombre d'éléments sur une unité de surface fixe, et l'idée elle-même peut dater d'il y a un an ou plus. Le progrès intéresse sans aucun doute de nombreuses personnes, il est donc très important que toutes les personnes intéressées puissent s'unir, partager des observations et des découvertes, créer et mettre en œuvre des inventions véritablement nouvelles et populaires visant à améliorer le niveau de vie des populations du monde entier.
En utilisant une variété d'équipements et d'appareils dans la vie quotidienne, nous entendons souvent parler de concepts tels que l'ingénierie radio et l'électronique. Pour comprendre la structure ou le fonctionnement d’un élément particulier, nous devons recourir à l’aide d’Internet, de divers magazines et livres spécialisés.
Le développement de la science de l’ingénierie radio a commencé avec l’apparition des premières stations de radio fonctionnant sur des ondes radio courtes. Au fil du temps, les communications radio se sont améliorées grâce à la transition vers des ondes radio plus longues et à l’amélioration des émetteurs.
Il est impossible d'imaginer le fonctionnement de systèmes de télévision ou de radio sans les dispositifs d'ingénierie radio utilisés dans les domaines industriel et spatial, dans la télécommande, les radars et la radionavigation. De plus, les appareils d'ingénierie radio sont utilisés même en biologie et en médecine. Tablettes, lecteurs audio et vidéo, ordinateurs portables et téléphones : voici une liste incomplète de ces appareils radio que nous rencontrons quotidiennement. La gestion des investissements est un élément important de l’économie de tout pays. L'industrie de l'ingénierie radio, comme l'électronique, ne reste pas immobile : elle se développe constamment, les anciens modèles sont améliorés et des appareils complètement nouveaux apparaissent.
Il convient de noter que toutes sortes d'appareils d'ingénierie radio et d'électronique nous facilitent la vie, la rendant beaucoup plus intéressante et riche. Et on ne peut que se réjouir du fait qu'aujourd'hui de nombreux jeunes, désireux d'avoir une bonne compréhension de l'ingénierie radio et de l'électronique, entrent dans divers établissements d'enseignement supérieur et secondaire dans les facultés concernées. Cela suggère qu'à l'avenir, ces branches de la science et de la technologie ne resteront pas immobiles, mais continueront à s'améliorer et à remplir nos vies d'appareils et d'appareils encore plus intéressants.
LIVRES D'OCCASION
1. Dictionnaire de mots étrangers. 9e éd. Maison d'édition « Langue russe » 1979, rév. - M. : « Langue russe », 1982 - 608 p.
2. Vinogradov Yu.V. « Fondamentaux de la technologie électronique et des semi-conducteurs. » Éd. 2ème, ajoutez. M., « Énergie », 1972 - 536 p.
3. Revue radiophonique, numéro 12, 1978
4. Articles modernes provenant de magazines sur l'ingénierie radio et l'électronique.
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Conditions préalables à l'émergence du génie électrique. Premières expériences avec l'électricité. Application d'appareils mathématiques à la description de phénomènes ouverts. Création d'un moteur électrique et d'un télégraphe. Démonstration publique du récepteur radio par le scientifique russe A.S. Popov en mai 1895
résumé, ajouté le 09/08/2015
Étapes et tendances du développement de la microélectronique. Le silicium et le carbone comme matériaux des systèmes techniques et vivants. Nature physique des propriétés des solides. Semi-conducteurs ioniques et électroniques. Matériaux prometteurs pour l'électronique : étain gris, tellurure de mercure.
résumé, ajouté le 23/06/2010
Histoire de l'invention et du développement de l'appareil photo. Une étude des principales fonctions, avantages et inconvénients des appareils photo numériques intégrés, compacts et reflex numériques. Examen des moyens d'enregistrer des images sur des supports numériques. Caractéristiques du processus de sélection d'un mode de prise de vue.
1.doc
INTRODUCTION
L'ingénierie radio, son rôle dans le développement de la science, de la science, de la technologie et de la technologie.
Perspectives de développement et moyens d'améliorer l'ingénierie radio.
Ingénierie radio - est la science des oscillations électromagnétiques et la branche de la technologie dans laquelle ces oscillations sont utilisées pour transmettre, recevoir et récupérer des informations contenues dans les signaux reçus..Radio (du latin « radiare » - émettre, émettre des rayons) -
1). Méthode de transmission sans fil de messages à distance utilisant des ondes électromagnétiques (ondes radio), inventée par le scientifique russe A.S. Popov en 1895 ;
2). Domaine de la science et de la technologie associé à l'étude des phénomènes physiques qui sous-tendent cette méthode et à son utilisation dans les communications, la radiodiffusion, la télévision, la localisation, etc.
Depuis ses débuts, la technologie radio a fait un bond important et accompagne les hommes partout sous la forme de divers dispositifs techniques. Les domaines dans lesquels l'ingénierie radio est utilisée sont les suivants :
communication radio - communication électrique réalisée par ondes radio. La transmission des messages (signaux) s'effectue à l'aide d'un émetteur radio et d'une antenne émettrice, et la réception s'effectue à l'aide d'une antenne de réception et d'un récepteur radio ;
communication radiotéléphonique - la communication électrique, dans laquelle les messages téléphoniques (vocaux) sont transmis via des ondes radio ;
communication radiotélégraphique - la communication électrique, dans laquelle des messages discrets sont transmis via des ondes radio - alphabétiques, numériques, symboliques ;
diffusion - l'un des médias ;
radar - observation de divers objets (cibles) par des méthodes d'ingénierie radio ;
radioastronomie - étude des corps célestes par leur émission radio à l'aide de radiotélescopes ;
radiographie - étude d'objets divers (produits, minéraux, organismes, etc.) en utilisant les effets du rayonnement d'un isotope radioactif traversant la substance de l'objet ;
la télé - transmission d'images lumineuses d'objets en mouvement ;
vision radio - l'observation visuelle, à l'aide d'ondes radio, réfléchies ou émises, d'objets invisibles à l'œil nu ;
radiotélémétrie - transmission de signaux vers des objets distants et réception des données obtenues lors de mesures automatiques ;
reconnaissance radio et contre-mesures radio - obtenir des données sur les équipements radio ennemis et créer des interférences avec eux ;
radionavigation - l'utilisation de méthodes et moyens d'ingénierie radio pour la conduite des navires, des avions et d'autres objets en mouvement ;
électronique radio industrielle - les appareils radio-électroniques utilisés dans l'industrie et les transports.
Ces dernières années ont été caractérisées par un développement rapide des communications radio et un regain d'intérêt pour les technologies radio. Le désir de mondialisation et de personnalisation, le désir des consommateurs d'avoir des communications n'importe où, à tout moment et avec n'importe quelle personne sur la planète ont provoqué l'émergence des communications radio cellulaires avec des objets mobiles, et l'amélioration et la réduction du coût des circuits les ont rendus économiquement rentables. d'utiliser l'accès radio ou, comme on dit aujourd'hui, une solution au problème du « dernier kilomètre » basée sur les technologies radio.
Un progrès significatif a également été constaté dans le développement de technologies radio traditionnelles telles que la télévision, la radiodiffusion et les communications par relais radio. Par exemple, les principes de la télévision haute définition (TVHD), de la télévision d'information, etc. ont été développés.
Les progrès dans le domaine des technologies radio sont largement couverts dans la littérature - des articles paraissent dans des revues spécialisées et des monographies sont publiées.
Il convient de noter qu'à l'heure actuelle, il est assez difficile d'identifier les domaines de connaissances qui seraient nécessaires aux activités pratiques uniquement pour les spécialistes des communications filaires ou, au contraire, sans fil. Cela s’applique particulièrement aux questions théoriques.
Ainsi, les dispositifs d'ingénierie radio sont largement utilisés dans divers domaines scientifiques et technologiques. Tous ces appareils unit une caractéristique commune liée à ce qui se passe dans chacun d'eux travailler avec l'information par transmission, réception et traitement électrique signaux, qui sont des ondes électromagnétiques.
Le sujet de l'ingénierie électronique est la théorie et la pratique de l'utilisation de dispositifs électroniques, ioniques et semi-conducteurs dans des appareils, des systèmes et des installations pour divers domaines de l'économie nationale. La flexibilité des équipements électroniques, leur vitesse élevée, leur précision et leur sensibilité ouvrent de nouvelles opportunités dans de nombreuses branches de la science et de la technologie.
La radio, comme mentionné ci-dessus, a été découverte par le grand scientifique russe Alexander Stepanovich Popov. La date de l'invention de la radio est considérée comme étant le 7 mai 1895, date à laquelle A.S. Popov a fait un rapport public et une démonstration du fonctionnement de son récepteur radio lors d'une réunion du Département de physique de la Société physico-chimique russe à Saint-Pétersbourg.
Le développement de l’électronique après l’invention de la radio peut être divisé en trois étapes : le radiotélégraphe, l’ingénierie radio et l’étape de l’électronique elle-même.
Au cours de la première période (environ 30 ans), la radiotélégraphie s'est développée et les fondements scientifiques de l'ingénierie radio ont été développés. Afin de simplifier la conception du récepteur radio et d'augmenter sa sensibilité, des développements et des recherches intensifs ont été menés dans différents pays sur différents types de détecteurs simples et fiables de vibrations haute fréquence - détecteurs
En 1904, la première lampe à deux électrodes (diode) a été construite, qui est toujours utilisée comme détecteur d'oscillations à haute fréquence et redresseur de courants de fréquence techniques, et en 1906 un détecteur de carborundum est apparu.
Une lampe à trois électrodes (triode) a été proposée en 1907. En 1913, un circuit pour un récepteur régénérateur de lampe a été développé et des oscillations électriques continues ont été obtenues à l'aide d'une triode. De nouveaux générateurs électroniques ont permis de remplacer les stations radio à étincelles et à arc par des stations à tubes, ce qui a pratiquement résolu le problème de la radiotéléphonie. L'introduction des tubes à vide dans l'ingénierie radio a été facilitée par la Première Guerre mondiale. De 1913 à 1920, la technologie radio devient la technologie des tubes
Les premiers tubes radio en Russie ont été fabriqués par N.D. Papaleksi en 1914 à Saint-Pétersbourg. Faute d'un pompage parfait, ils n'étaient pas sous vide, mais remplis de gaz (avec du mercure). Les premiers tubes récepteurs et amplificateurs à vide ont été fabriqués en 1916 par M.A. Bonch-Bruevitch. Bonch-Bruevich a dirigé en 1918 le développement d'amplificateurs domestiques et de tubes radio générateurs au laboratoire radio de Nijni Novgorod. Ensuite, le premier institut scientifique et d'ingénierie radio a été créé dans le pays avec un vaste programme d'action, qui a attiré de nombreux scientifiques talentueux et de jeunes passionnés d'ingénierie radio pour travailler dans le domaine de la radio. Le laboratoire de Nijni Novgorod est devenu une véritable forge de spécialistes de la radio ; de nombreux domaines de l'ingénierie radio y sont nés, qui sont ensuite devenus des branches indépendantes de l'électronique radio.
En mars 1919, la production en série du tube électronique RP-1 commença. En 1920, Bonch-Bruevich a achevé le développement des premières lampes génératrices au monde avec une anode en cuivre et un refroidissement par eau d'une puissance allant jusqu'à 1 kW, et en 1923 - avec une capacité allant jusqu'à 25 kW. Au laboratoire radio de Nijni Novgorod O.V. Losev a découvert en 1922 la possibilité de générer et d'amplifier des signaux radio à l'aide de dispositifs semi-conducteurs. Il a créé un récepteur tubeless : le Kristadin. Cependant, au cours de ces années, les méthodes de production de matériaux semi-conducteurs n'ont pas été développées et son invention ne s'est pas généralisée.
Durant la seconde période (environ 20 ans), la radiotélégraphie continue de se développer. Dans le même temps, la radiotéléphonie et la radiodiffusion se sont largement développées et utilisées, et la radionavigation et la radiolocalisation ont été créées. Le passage de la radiotéléphonie à d'autres domaines d'application des ondes électromagnétiques est devenu possible grâce aux réalisations de la technologie de l'électrovide, qui a maîtrisé la production de divers dispositifs électroniques et ioniques.
Le passage des ondes longues aux ondes courtes et moyennes, ainsi que l'invention du circuit superhétérodyne, ont nécessité l'utilisation de lampes plus avancées que la triode.
En 1924, une lampe blindée à deux grilles (tétro) fut développée, et en 1930-1931. - pentode (lampe à trois grilles). Les tubes électroniques ont commencé à être fabriqués avec des cathodes chauffées indirectement. Le développement de méthodes particulières de réception radio nécessite la création de nouveaux types de lampes multigrilles (mélange et conversion de fréquence en 1934 - 1935). La volonté de réduire le nombre de lampes dans un circuit et d'augmenter l'efficacité des équipements a conduit au développement de lampes combinées.
Le développement et l'utilisation des ondes ultracourtes ont conduit à l'amélioration des tubes électroniques connus (apparition de tubes de type gland, triodes métallo-céramique et tubes balises), ainsi qu'au développement de dispositifs à électrovide avec un nouveau principe de contrôle du flux d'électrons - magnétrons multicavités , klystrons, tubes à ondes progressives. Ces réalisations de la technologie de l'électrovide ont conduit au développement du radar, de la radionavigation, des communications radio multicanaux pulsées, de la télévision, etc.
Dans le même temps, on a développé des dispositifs ioniques utilisant une décharge électronique dans un gaz. La valve à mercure, inventée en 1908, a été considérablement améliorée. Apparurent un gastron (1928-1929), un thyratron (1931), une diode Zener, des lampes au néon, etc.
^ Le développement des méthodes de transmission d'images et des équipements de mesure s'est accompagné du développement et de l'amélioration de divers dispositifs photoélectriques (photocellules, photomultiplicateurs, tubes émetteurs de télévision) et instruments de diffraction électronique pour oscilloscopes, radar et télévision.
Au cours de ces années, l'ingénierie radio est devenue une science d'ingénierie indépendante. Les industries de l'électrovide et de la radio se sont développées de manière intensive. Des méthodes d'ingénierie pour calculer les circuits radio ont été développées, des recherches scientifiques approfondies, des travaux théoriques et expérimentaux ont été réalisés
Et la dernière période (années 60-70) est l’ère de la technologie des semi-conducteurs et de l’électronique elle-même. L'électronique est introduite dans toutes les branches de la science, de la technologie et de l'économie nationale. Étant un complexe de sciences, l'électronique est étroitement liée à la radiophysique, au radar, à la radionavigation, à la radioastronomie, à la radiométéorologie, à la radiospectroscopie, à l'informatique électronique et à la technologie de contrôle, au contrôle radio à distance, à la télémétrie, à la radioélectronique quantique, etc.
Au cours de cette période, l'amélioration des appareils électriques à vide s'est poursuivie. Une grande attention est portée augmentant leur résistance, leur fiabilité et leur durabilité. Des lampes sans socle (de type doigt) et subminiatures ont été développées, ce qui permet de réduire les dimensions des installations contenant un grand nombre de lampes radio
A continué travail intensif dans le domaine de la physique du solide et la théorie des semi-conducteurs, des méthodes ont été développées pour obtenir des monocristaux de semi-conducteurs, des méthodes pour leur purification et l'introduction d'impuretés. L’Union soviétique a grandement contribué au développement de la physique des semi-conducteurs. école de l'académicien A.F. Ioffe
Les dispositifs à semi-conducteurs se sont rapidement et largement répandus dans les années 50 et 70 dans tous les domaines de l'économie nationale. En 1926, un redresseur CA à semi-conducteur en oxyde cuivreux a été proposé. Plus tard, des redresseurs à base de sélénium et de sulfure de cuivre sont apparus. Développement rapide de la technologie radio(surtout le radar) pendant la Seconde Guerre mondiale a donné de nouveaux impulsion pour la recherche sur les semi-conducteurs. Des redresseurs de points à courant alternatif micro-ondes à base de silicium et de germanium ont été développés, et plus tard des diodes planaires au germanium sont apparues. En 1948, les scientifiques américains Bardeen et Brattain ont créé une triode point-point (transistor) en germanium, adaptée à l'amplification et à la génération d'oscillations électriques. Plus tard, une triode à pointe de silicium a été développée.
Au début des années 70, les transistors point-point n'étaient pratiquement pas utilisés et le principal type de transistor était un transistor planaire, fabriqué pour la première fois en 1951. À la fin de 1952, une tétrode planaire haute fréquence, un transistor à effet de champ et d'autres types de dispositifs semi-conducteurs ont été proposés. En 1953, le transistor à dérive est développé. Durant ces années de nouveaux procédés technologiques pour le traitement des matériaux semi-conducteurs, les méthodes de fabrication ont été largement développées et étudiéesp-n- les transitions et les dispositifs semi-conducteurs eux-mêmes. Au début des années 70, outre les transistors plans et à dérive au germanium et au silicium, d'autres dispositifs utilisant les propriétés des matériaux semi-conducteurs étaient largement utilisés : diodes tunnel, dispositifs de commutation à quatre couches contrôlés et non contrôlés, photodiodes et phototransistors, varicaps, thermistances, etc.
Le développement et l'amélioration des dispositifs semi-conducteurs se caractérisent par une augmentation des fréquences de fonctionnement et une augmentation de la puissance admissible. Les premiers transistors avaient des capacités limitées (fréquences maximales de fonctionnement de l'ordre de centaines de kilohertz et puissances de dissipation de l'ordre de 100 à 200 mw) et ne pouvait remplir que certaines fonctions des tubes à vide. Pour la même gamme de fréquences, des transistors d'une puissance de plusieurs dizaines de watts ont été créés. Plus tard, des transistors ont été créés, capables de fonctionner à des fréquences allant jusqu'à 5 MHz et dissipe une puissance de l'ordre de 5 Mar, et déjà en 1972, des échantillons de transistors ont été créés pour des fréquences de fonctionnement de 20 à 70 MHz avec des pouvoirs de dissipation atteignant 100 Mar et plus. Transistors de faible puissance (jusqu'à 0,5 - 0,7 Mar) peut fonctionner à des fréquences supérieures à 500 MHz. Plus tard, sont apparus des transistors fonctionnant à des fréquences d'environ 1000 MHz. Parallèlement, des travaux ont été menés pour élargir la plage de températures de fonctionnement. Les transistors fabriqués à base de germanium avaient initialement des températures de fonctionnement ne dépassant pas +55 ¸ 70 ° C, et ceux à base de silicium - ne dépassant pas +100 ¸ 120 ° C. Les échantillons de transistors à l'arséniure de gallium créés plus tard se sont révélés opérationnels. à des températures allant jusqu'à +250 ° C , et leurs fréquences de fonctionnement ont finalement été augmentées jusqu'à 1000 MHz. Il existe des transistors en carbure qui fonctionnent à des températures allant jusqu'à 350°C. Les transistors et les diodes semi-conductrices étaient supérieurs aux tubes à vide à bien des égards dans les années 70 et les ont finalement complètement remplacés dans le domaine de l'électronique.
Les concepteurs de systèmes électroniques complexes, comptant des dizaines de milliers de composants actifs et passifs, sont confrontés à tâches de réduction de la taille, du poids, de la consommation d'énergie et du coût des appareils électroniques, d'amélioration de leurs caractéristiques de performance et, ce qui est le plus important, atteindre une fiabilité opérationnelle élevée . Ces problèmes sont résolus avec succès par la microélectronique - une branche de l'électronique qui couvre un large éventail de problèmes et de méthodes associés à la conception et à la fabrication d'équipements électroniques de conception microminiature en raison de l'élimination complète ou partielle des composants discrets.
Basique tendance à la microminiaturisation est « intégration » de circuits électroniques, ceux. la volonté de fabriquer simultanément un grand nombre d'éléments et de composants de circuits électroniques inextricablement liés. Par conséquent, parmi les différents domaines de la microélectronique, la microélectronique intégrée, qui est l'un des principaux domaines de la technologie électronique moderne, s'est avérée la plus efficace. De nos jours, les circuits intégrés ultra-larges sont largement utilisés ; tous les équipements électroniques modernes sont construits sur eux, en particulier les ordinateurs, etc.
Tableau 1. Les étapes les plus importantes du développement de l'ingénierie radio
| Auteur (organisateur). Temps | Événement | Note |
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| brève déclaration | essence | importance |
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| G. Hertz (Allemagne), 1886-1889 | Preuve expérimentale de la possibilité de rayonnement et de l'existence d'un champ électromagnétique se propageant librement | Les systèmes vibrateurs les plus simples pour émettre et recevoir des ondes électromagnétiques ont été construits. La conception des émetteurs électriques émetteurs et récepteurs représentait la première mise en œuvre d'un circuit oscillatoire ouvert. | Confirmation expérimentale de la théorie du champ électromagnétique de Maxwell. Développement des premiers appareils radio | G. Hertz considérait ses expériences comme des recherches purement scientifiques sans valeur pratique. |
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| E. Brandi (France) 1890 | Introduction dans le dispositif expérimental d'un indicateur particulier de l'apparition d'un champ électromagnétique | Au lieu d'un éclateur entre les éléments de l'antenne de réception, un cohéreur a été introduit dans le système résonant Hertz - un tube contenant de la poudre métallique, dont la résistance au courant de la batterie connectée a fortement diminué lorsqu'une CEM était induite dans l'antenne d'un champ électromagnétique externe | Améliorer la technique des expériences physiques avec les ondes électromagnétiques. Augmentation de la sensibilité de l'indicateur de champ électromagnétique | En 1894, le physicien anglais O. Lodge utilisait une agitation périodique du cohéreur dans une installation similaire, ce qui permettait de faire de l'indication de terrain un processus périodique |
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| CA. Popov (Russie), 1895 | Création du premier récepteur radio à des fins pratiques | Le circuit cohéreur comprend un enroulement d'un relais sensible qui ferme un puissant circuit de cloche de signal, ce qui augmente considérablement la sensibilité du récepteur. Le processus périodique d'augmentation du courant dans le circuit du cohéreur, déclenchant le relais, allumant la cloche, secouant le cohéreur, se poursuivait tant que le dispositif de réception était affecté par le champ électromagnétique. | Preuve de la possibilité d'utiliser des ondes électromagnétiques pour transmettre des messages et à d'autres fins pratiques | Plus tard dans la même année 1895, le marqueur de tempête A.S. Popov, amélioré grâce à l'introduction d'une antenne verticale, a commencé à être utilisé pour l'avertissement d'orages à la centrale électrique de Nijni Novgorod. Sa portée était de 30 km |
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| COMME. Popov (Russie), 1896, mars | Confirmation expérimentale de la possibilité de communication sans fil | Utilisant un appareil télégraphique en combinaison avec son appareil de réception, A.S. Popov a fourni la possibilité d'enregistrer les signaux reçus sur une bande télégraphique. Le premier radiogramme au monde était composé des mots « Heinrich Hertz » | Preuve de la possibilité d'un support technique pour la communication télégraphique sans fil | En 1889, l'assistant A.S. Po-pova P.N. Rybkin a découvert la possibilité d'une réception radio à l'oreille, ce qui a considérablement augmenté la portée de communication. |
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| Auteur (organisateur). Temps | Événement | Note |
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| brève déclaration | essence | importance |
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| G. Marconi (Italie), 1896, juillet - août | Dépôt d'une demande de brevet pour un appareil de télégraphie sans fil | Le dispositif émetteur dans la demande était similaire à l'émetteur de G. Hertz, le dispositif récepteur était identique au récepteur A.S. Popova | Marconi a reçu un brevet en 1897. Cela témoigne de la reconnaissance de l'importance pratique de la technologie radio émergente. | |||
| L. S. Popov (Russie), 1900, février | Organisation de la première ligne pratique de communication radio | La communication radio était assurée entre la ville de Sotka et l'île de Gogland, où des travaux étaient en cours pour retirer le cuirassé Amiral General Apraksin des pierres. La longueur de la ligne radio était de 44 km | Le début de l'ingénierie radio pratique des communications radio | Lors du fonctionnement de cette ligne de communication, A.S. Popov a envoyé un radiogramme à bord du brise-glace Ermak avec pour mission (réalisée avec succès et dans les délais) de sauver les pêcheurs emportés sur la banquise. |
||
| Lee de Forest (États-Unis), 1906 | Invention d'un dispositif amplificateur à vide - une triode à tube | Introduction d'une troisième électrode dans la diode à vide entre l'anode et la cathode - une grille de contrôle, qui permettait d'amplifier les signaux radio faibles | Le début de l’ère de la technologie radio « active ». Ouvrir de vastes possibilités pour amplifier les signaux faibles | |||
| Meissner (Allemagne), 1913 | Invention d'un tube générateur d'oscillations électriques | Construction d'un système oscillatoire fermé dans lequel la reconstitution des pertes d'énergie des oscillations électriques et de leur mode était assurée à l'aide d'une triode à tube | Création d'émetteurs à tubes, augmentant leur puissance. Début de l'introduction de la méthode de réception radio hétérodyne | |||
| M. A. Bonch-Bruevich et al. (URSS), 1934 | Développement de la première station radar au monde (radar) | Une équipe d'ingénieurs dirigée par M.A. Bonch-Bruevich a créé le premier radar fonctionnant en mode continu | Début des travaux pratiques sur le développement des principes et techniques du radar | Durant la période 1937-1938. Des radars à impulsions ont été créés aux États-Unis, en Angleterre et en URSS |
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| J. Bardeen, U Brattain (États-Unis), 1948 | Invention du transistor | La connexion de cristaux de germanium avec une semi-conductivité électronique p et « trou » p dans une structure p-n-p ou n-p-p a permis de créer des circuits de contrôle des courants électriques dans des circuits relativement puissants utilisant des courants faibles R. | Élargir les limites des applications, augmenter la fiabilité et l'efficacité des équipements radioélectroniques, réduire considérablement ses dimensions | |||
AGENCE FÉDÉRALE POUR L'ÉDUCATION
Établissement d'enseignement public
Formation professionnelle supérieure
"Université d'État de Penza"
________________________________________________________________
P.G. Andreev, I. Yu. Naumova
Fondamentaux de la conception électronique
Didacticiel
Maison d'édition
État de Penza
université
CDU 621.396.6.001.2
REVISEURS :
Département des technologies et systèmes d'information
GOUVPO "Académie technologique d'État de Penza"
Docteur en sciences techniques, directeur général de l'Entreprise unitaire de l'État fédéral « Institut de recherche sur les dispositifs électroniques et mécaniques »
V. G. Nedorezov
A65 Andreev, P.G.
Fondamentaux de la conception électronique : manuel. allocation / P. G. Andreev, I. Yu. Naumova. – Penza : Maison d'édition Penz. État Université, 2009. – 147 p.
Les principales approches pour définir le processus de conception sont décrites et une approche systématique de la conception de dispositifs électroniques est envisagée. Une grande attention est accordée aux facteurs influençant la conception des appareils électroniques, aux conditions de fonctionnement, à la description des structures porteuses de base et aux problèmes de synthèse et d'analyse dans la conception des appareils électroniques. Les principaux objectifs de la planification des expériences sont décrits de manière suffisamment détaillée.
Le manuel a été préparé au Département de « Conception et production d'équipements radio » et est destiné aux étudiants spécialisés en électronique radio.
CDU 621.396.6.001.2
© Andreev P.G., Naumova I. Yu., 2009
© Maison d'édition Penza
Université d'État, 2009
Introduction
Le but de l'étude de la discipline« Principes fondamentaux de la conception d'appareils électroniques (ES) » vise à préparer les étudiants à la conception d'ES : familiarisation avec une approche systématique de leur développement. La discipline permet de comprendre la méthodologie de conception de systèmes électriques avec l'utilisation généralisée des systèmes de conception assistée par ordinateur (CAO).
Sujet d'étude de la discipline– une méthodologie de conception (« stratégie ») qui définit le design comme un processus et un produit.
Objectifs de l'étude de la discipline :étudier l'ES en tant que grand système technique, l'approche systémique comme base méthodologique pour la conception des structures et des technologies des équipements radioélectroniques (RES), le cadre réglementaire pour la conception, les normes, le flux documentaire, la base élémentaire et de conception.
Cible: préparer les étudiants à un travail indépendant dans le domaine de la conception de systèmes électriques basés sur des systèmes automatisés, en tenant compte de l'effet des documents réglementaires, de l'impact de l'objet d'installation, des facteurs de déstabilisation internes et externes.
Ce qui précède peut être représenté dans la figure 1.
Figure 1 – Sujet, objectifs et finalité de l’étude de la discipline
L'étude de la méthodologie de conception, la conception technique à l'aide d'un ordinateur est la plus importante du système de formation INGÉNIEUR spécialisation en « Conception et technologie des équipements radio-électroniques ».
Le manuel contient des sections sur les principales questions de la discipline « Fondamentaux de la conception d'appareils électroniques ». Les sections sont constituées de chapitres qui fournissent une description détaillée du problème de conception.
Le manuel est rédigé sur la base des conférences que les auteurs donnent depuis plusieurs années sur la discipline « Fondamentaux de la conception électronique ».
Section 1 Problèmes généraux liés à la conception des SE
Chapitre 1 Concepts et définitions de base
Le concept d'ES. Définition du processus de conception. Principales orientations du développement historique d'ES. Domaines d'application de la radioélectronique. Communication de la radioélectronique avec d'autres domaines de la science et de la technologie.
Définition de ES
Un appareil électronique est un produit et ses composants dont le fonctionnement repose sur les principes de conversion de l'énergie électromagnétique.
Le terme « équipement électronique » désigne tout type d'équipement radioélectronique, électronique de calcul et de contrôle construit à base d'éléments microélectroniques.
Dans la littérature pédagogique et scientifique et technique moderne, les termes « équipement radioélectronique (REA) », « ordinateur », « machine informatique électronique - ORDINATEUR », « équipement informatique électronique - EVA », « équipement informatique électronique - ECS », « moyens radioélectroniques - RES", "équipements biomédicaux", etc. Il n'y a pas de différences fondamentales entre ces termes du point de vue de la conception et de la conception technologique. On peut donc utiliser le terme "moyens électroniques - ES".
Les moyens électroniques comprennent à la fois les moyens radioélectroniques et les équipements radioélectroniques.
RES est un produit et ses composants dont le fonctionnement repose sur les principes de l'ingénierie radio et de l'électronique (GOST 26632-85). Exemples de RES : récepteur radio, TV, magnétophone, émetteur radio, station radar, instruments de mesure radio.
REA est un ensemble de moyens techniques utilisés pour transmettre, recevoir et (ou) convertir des informations à l'aide de l'énergie électromagnétique (GOST R 52907–2008).
D'un point de vue cybernétique, le SE (RES) peut être représenté comme une « boîte noire » (Figure 2), qui a 
– les paramètres de sortie (par exemple, pour un récepteur, il s'agit de la puissance de sortie, de la gamme de fréquences, de la sensibilité, du poids, des dimensions hors tout, du coût, des indicateurs de fiabilité), en général, ce sont les principales propriétés du RES ; – paramètres primaires (paramètres des éléments RES : valeurs de résistance des résistances, paramètres des transistors, microprocesseurs, condensateurs, masse des éléments radio électriques - ER, leurs dimensions d'encombrement), affectant les paramètres de sortie ; – paramètres d'entrée (par exemple, niveau du signal d'entrée, tension d'alimentation) ; – paramètres d'influences externes (température, humidité, paramètres d'influences mécaniques, fluctuations de tension dans le réseau).
Figure 2 – Modèle cybernétique d’une « boîte noire » ES
Cette représentation du ES permet d'établir une connexion entre les paramètres de sortie et d'entrée, influences extérieures sous la forme d'une « fonction de communication » :
, (1.1)
Où j= 1, 2, ..., n;je = 1, 2, ..., m, F= 1, 2, ..., l, h = 1, 2, ..., k.
Procédé de design
La complexité du problème de recherche du type d’équation (1) conduit à de nombreuses approches particulières pour la conception des ES.
Qu’est-ce que le design ? Ce:
– « activité ciblée pour résoudre des problèmes » (L. B. Archer) ;
– « une prise de décision dans des conditions d’incertitude avec de graves conséquences en cas d’erreur ! » (A. Azimov) ;
– « satisfaction optimale de la somme des besoins réels dans un certain ensemble de conditions » (E. Matchett) ;
– « un saut inspiré des faits du présent aux possibilités du futur » (J. K. Page).
Il semble qu’il existe autant de processus de conception différents qu’il y a d’auteurs décrivant le processus.
Cependant, le processus de conception est le même, quel que soit ce que nous concevons (avion, char, centrale électrique). Et la nature de la conception change en fonction des circonstances (élaboration de dessins, développement d'idées de conception).
La définition générale de la conception est donnée par J. K. Jones, sur la base des résultats de la conception.
"Le but du design est d'initier des changements dans l'environnement bâti autour des humains." En conséquence, une RES est créée - un objet complexe qui est connecté à l'environnement existant, en dépend et l'influence (Figure 3).
Figure 3 – Objectif de conception
La conception des ES doit être considérée sous deux aspects : en tant que processus d'élaboration d'une description d'un futur produit et en tant que produit final (produit) (Figure 4).
Figure 4 – Approches de conception
La première approche est la conception comme processus d'élaboration d'une description d'un futur produit, c'est-à-dire un ensemble d'actions réalisées par les designers (les activités des designers en tant que telles). Dans ce cas, le résultat de la conception n’est pas l’objet matériel lui-même, mais son modèle. Ce modèle pratique d'objet indique quoi exactement, en quelle quantité, dans quel ordre et de quelle manière il faut prendre et fabriquer pour obtenir un objet technique matériel.
La deuxième approche est le design comme produit de ces actions, c'est-à-dire un objet technique matériel présenté soit sous forme de projet, soit sous forme de maquettes, d'échantillons ou de produit fini.
Principales orientations du développement historique de l'ES
L'histoire de la conception des RES commence en 1895, se compose de neuf étapes principales et est associée à l'émergence des principaux problèmes de conception : réduction des coûts, augmentation de la fiabilité et microminiaturisation complète des RES. L’histoire du développement des conceptions RES doit être analysée sur la base non seulement de la complexité des conceptions et de l’émergence de nouvelles propriétés, mais également de la relation entre la conception des RES et la conception, la technologie et l’exploitation des circuits.
La conception du RES a commencé simultanément avec le développement de l'ingénierie radio.
Le 7 mai 1895 à Saint-Pétersbourg, lors d'une réunion de la Société russe de physique et de chimie, le professeur A. S. Popov a démontré le fonctionnement d'un dispositif de réception d'ondes électromagnétiques. L'apparence du récepteur avec une cloche électrique et le schéma de circuit du récepteur de A. S. Popov sont illustrés à la figure 5.
Figure 5 – Récepteur A. S. Popov :
a) apparence du récepteur avec une cloche électrique, b) schéma électrique du récepteur
En 1906, l'ingénieur américain Lee De Forest a inventé une lampe à trois électrodes (triode), marquant le début du développement des fondements scientifiques et des principes de construction d'appareils électroniques (Figure 6).
Figure 6 – Les premiers tubes à vide à grille de Lee de Forest
En 1907, l'ingénieur anglais H. D. Round, travaillant dans le laboratoire Marconi de renommée mondiale, remarqua accidentellement qu'une lueur apparaissait autour du point de contact d'un détecteur fonctionnel, ce qui marqua le début du développement et de la création des LED.
En 1922, lors de ses veilles radio nocturnes, Oleg Vladimirovitch Losev, radioamateur de 18 ans, découvre la lueur d'un détecteur à cristal, ne se limite pas à constater le fait, tente de lui trouver une application pratique et passe à des expériences originales. . Le détecteur lumineux peut être utilisé comme relais lumineux comme source lumineuse inertielle.
Les premières LED d'importance industrielle ont été créées dans les années 60 du siècle dernier. Le scientifique russe Zh. I. Alferov (1970), qui a reçu le prix Nobel en 2000, a apporté une contribution majeure aux travaux sur l'étude des processus physiques dans le domaine de l'amélioration des LED.
Appareil radioélectronique du début du XXe siècle. Il s'agissait d'une boîte en bois (Figure 5 a), sur les murs de laquelle se trouvaient à l'extérieur les principales pièces : lampes, inductances, résistances filaires, et à l'intérieur l'installation se faisait avec du fil nu. La connexion a été réalisée avec des pièces filetées (boulon, écrou).
Première étape L'histoire du design REA est associée à l'émergence dans les années 20 d'une nouvelle solution de conception : une planche de bois horizontale a été installée dans un caisson - un panneau porteur, des pièces ont été placées dessus et seuls les boutons de commande étaient situés sur l'ébonite. panneau avant. Cette décision était due au fait que c'est au cours de cette période que REA est passé d'un objet d'étude d'ingénieur professionnel et de radioamateur à un objet d'utilisation de masse. Le consommateur souhaitait allumer, régler la station souhaitée, éteindre le récepteur et son apparence.
Déjà dès la première étape de l'histoire de la conception des équipements électroniques, la relation entre la solution de conception (structure) et « l'opérateur humain » est apparue et le besoin s'est fait sentir de prendre en compte les exigences opérationnelles : facilité d'utilisation et exigences esthétiques.
La production d'appareils électroniques de cette période était extrêmement simple : plusieurs pièces de n'importe quelle taille, forme et type étaient connectées les unes aux autres, connectées à l'alimentation et ajustées jusqu'à ce qu'elles commencent à fonctionner normalement.
L'expérience de conception était basée sur les traditions du télégraphe et des équipements électriques.
Deuxième étape historique associé à l'apparition en 1924 d'une lampe à grille écran, et en 1928 d'une lampe à trois grilles - une pentode. La complication fonctionnelle de l'équipement (augmentation du gain, augmentation du nombre d'étages) a conduit à la nécessité d'un blindage. Initialement, les pièces en bois étaient recouvertes d'une feuille métallique à l'aide de clous et de colle, et plus tard, des châssis en tôle de laiton et des blindages inter-étages ont été utilisés pour combiner les exigences structurelles et de blindage. Plus tard, le laiton a été remplacé par le cuivre et l'aluminium et un blindage des inducteurs des étages d'amplification haute et moyenne fréquence a été introduit, qui est encore utilisé aujourd'hui.
À ce stade, REA était un châssis en forme de boîte métallique (plus tard en acier avec protection contre la corrosion) avec un support situé en bas et un panneau avant en métal.
La troisième étape de l'histoire de la conception REA associé à l'introduction dans les années 30 de panneaux standards, de 482 mm de large et un multiple de 43 mm de hauteur, qui permettaient réduire le coût de la norme cadres-racks, armoires, pièces spéciales pour eux. Ce fut le début de l’introduction de la normalisation dans la fabrication des équipements radio, établissant une relation entre la solution de conception et le processus de production. L'introduction d'un nouveau procédé technologique a conduit au remplacement des raccords filetés des éléments de montage par soudure. Les dimensions de l'ensemble de contacts ont diminué, il est devenu possible de rapprocher les éléments, mais les connexions électriques et électromagnétiques indésirables à l'intérieur du REA ont augmenté, et la question s'est posée sur l'influence des dimensions géométriques du REA sur les performances du appareil.
La quatrième étape de l'histoire de la conception REA, la fin des années 30 est caractérisée par un élargissement des domaines d'utilisation du REA. Il est utilisé sur le terrain (Figure 7), il est installé à bord d'un avion, sur des navires et dans des voitures.
L'utilisation de REA sur le terrain posait la tâche de protection contre l'humidité et la protection contre l'influence des influences climatiques, et l'utilisation de REA sur les voitures, les avions, les navires - la tâche de protection contre les influences mécaniques. La question de l’étanchéité du REA a soulevé le défi d’assurer l’évacuation de la chaleur.
Figure 7 – REA sur le terrain
Mais le plus important était que la fiabilité de l’équipement était primordiale. L'équipement a commencé à être développé en fonction de l'objet d'installation. La solution de conception a commencé à dépendre des conditions de fonctionnement et des caractéristiques de « l'opérateur humain ».
La cinquième étape de l'histoire du design associé à l'avènement du câblage imprimé et des méthodes d'assemblage automatique dans les années 40. L'installation imprimée a considérablement réduit la taille du produit, a permis d'utiliser efficacement des pièces standard de petite taille et d'utiliser la soudure automatisée. Cependant, à mesure que la densité d’installation augmentait, le problème de la dissipation thermique se posait. L'utilisation d'éléments passifs miniatures lors de l'utilisation de lampes de haute puissance nie l'idée de miniaturisation.
Dans REA, jusqu'à la fin des années 40, les tubes à vide électroniques étaient utilisés comme élément actif. Cet équipement appartient à 1ère génération Le terme « génération » a été introduit pour les ordinateurs, mais s'est ensuite étendu à tous les types de systèmes électroniques.
La sixième étape de développement des conceptions REA commence avec l'avènement du transistor en 1948, développé par les physiciens américains V. Shockley, W. Brattain, J. Bardeen. L'utilisation de transistors a permis d'améliorer significativement certaines caractéristiques du REA, notamment en termes de fiabilité, de consommation électrique et d'encombrement. Dans les années 50, le développement rapide de la technologie informatique électronique a commencé.
L'équipement de cette période remonte à 2ème génération. Pour les REA de deuxième génération, l'unité structurelle principale est le module. Les modules utilisés sont des assemblages sur cartes de circuits imprimés avec des transistors emballés et des éléments montés discrets, ainsi que des assemblages de micromodules de type étagère (Figure 8) et de type plat. Les blocs sont toujours reliés par des faisceaux, des câbles, des broches et des connecteurs.
Figure 8 – Carte de circuit imprimé avec assemblages de micromodules empilés
La septième étape de l'histoire de la conception REA caractérisé par le développement d’équipements capables de résister à des conditions environnementales critiques. Le REA de la fin des années 60 est installé sur des fusées, des satellites artificiels de la Terre (AES), des missiles guidés et des engins spatiaux. La complexité des appareils augmente fortement en raison de la complication des fonctions assurées par les équipements, d'une part, l'expansion des domaines d'utilisation des équipements électroniques augmente les exigences en matière de poids, d'encombrement, de fiabilité, et le coût. Ces contradictions ont conduit à l'émergence de problèmes appelés problème de microminiaturisation complexe.
Après l'apparition du circuit intégré en 1958, REA a commencé à se développer IIIème génération. Les fondements du REA de troisième génération sont les circuits intégrés (CI). Ils contiennent jusqu'à 10 à 40 éléments équivalents et représentent une unité fonctionnelle (déclencheur, conditionneur de signal, amplificateur, etc.) logée dans un boîtier individuel. Le CI est placé sur une carte de circuit imprimé commune (monocouche ou multicouche) (Figure 9).
Figure 9 – Circuit imprimé avec microcircuits
Cette période est caractérisée par des changements fondamentaux dans la construction des structures. De nouvelles méthodes de conception basées sur l’utilisation des dernières technologies ont commencé à être utilisées. La méthode de conception de nœuds fonctionnels avec unification des tailles des nœuds fonctionnels et des blocs s'est généralisée (Figure 10).
Figure 10 – Unité fonctionnelle
L'apparition du laser en 1960 (découverte des scientifiques soviétiques Basov et Prokhorov) a conduit au développement des communications optiques.
La huitième étape de développement des conceptions REA(années 70 du siècle dernier) se caractérise par la complication de la REA. Équipement IVe génération contient des circuits intégrés à grande échelle (LSI) et des circuits intégrés hybrides à grande échelle (LHC). A ce stade, le problème de la microminiaturisation complexe associé au développement de radioéléments électriques (ERE) de petite taille se pose avec acuité.
Une complication supplémentaire des RES est associée à l'introduction de la radioélectronique dans divers domaines de l'activité humaine (en particulier le développement d'équipements biomédicaux).
Neuvième étape(milieu des années 80) – développement des réseaux de distribution Génération V, dans lequel des appareils électroniques fonctionnels sont utilisés.
Les appareils électroniques fonctionnels sont réalisés sur des supports à paramètres distribués. Dans de tels environnements, au bon moment, sous l'influence d'un signal de commande, des inhomogénéités dynamiques apparaissent. Ces inhomogénéités contrôlent le passage du signal. L'utilisation de dispositifs microélectroniques fonctionnels équivaut à une forte augmentation du degré d'intégration par rapport aux circuits intégrés conventionnels.
Les dispositifs électroniques fonctionnels comprennent par exemple les filtres piézocéramiques, les dispositifs de stockage sur domaines magnétiques cylindriques et les microprocesseurs.
Domaines d'application de la radioélectronique
Actuellement, les RES sont utilisés pour les communications radio, la radiodiffusion, la télévision, le radar, la radionavigation, le contrôle radio, la radiotélémétrie, les mesures radio, la radioastronomie, la radiométéorologie et la reconnaissance radio. Les RES sont également utilisées dans l’industrie, la médecine, les laboratoires scientifiques, les transports et la vie quotidienne.
Communications radio, optiques et filaires– réception et transmission de signaux radio d’un abonné à un autre via des lignes de communication radio, optiques ou filaires.
L’équipement doit fournir une communication multicanal sans recherche et une immunité au bruit.
Radiodiffusion et télévision– transmettre des messages vocaux, musicaux ou de divertissement à de grands groupes de personnes.
L'équipement doit offrir une portée suffisante, le nombre de canaux requis et une reproduction du signal de haute qualité (mono, stéréo ou quadriphonique pour l'acoustique, noir et blanc, couleur et surround pour le visuel).
Radionavigation– piloter des avions et des navires (y compris des engins spatiaux) à l'aide de moyens radio.
L'équipement nécessite une grande précision.
Radar– détection, identification et détermination des coordonnées et des paramètres de mouvement de divers objets en mouvement et stationnaires.
L'équipement doit offrir précision et fiabilité en présence d'interférences.
Contrôle radio– contrôle de divers objets et processus à l'aide de signaux radio.
L'équipement doit garantir la simplicité, la précision et le secret du contrôle.
La radiolocalisation et le contrôle radio peuvent être des cas particuliers de radionavigation.
Radiotélémétrie– un cas particulier de communication radio – la transmission d'informations télémétriques, c'est-à-dire des informations sur divers processus et phénomènes se produisant sur des objets éloignés du site de réception (avions, fusées, engins spatiaux).
L'équipement doit être précis, rapide et souvent de petite taille et économique.
Radioastronomie– obtenir des informations sur les objets spatiaux.
L'équipement doit offrir la sensibilité et la bande passante les plus élevées, car elles déterminent la quantité d'informations reçues. Le radar est également utilisé en astronomie.
Radiométéorologie– obtenir des informations sur les conditions météorologiques en divers endroits de la Terre.
L'équipement doit garantir l'exactitude et la rapidité de la réception des données météorologiques.
Renseignement radio– la reconnaissance militaire par moyens radio, notamment la reconnaissance de données sur les équipements radio ennemis (sur leurs emplacements et paramètres des signaux émis).
Exploration géologique– exploration de gisements minéraux par moyens radio.
Contre-mesures radio– l’utilisation d’équipements radio pour interférer avec le fonctionnement normal des équipements radio ennemis.
Mesure radio– mesure à l'aide d'équipements radio des paramètres techniques radio des signaux radio (intensité de champ, puissance, fréquence, phase, profondeur de modulation).
L'équipement doit fournir la précision, la stabilité, le niveau et la vitesse requis, avec un impact minimal sur le paramètre de prix contrôlé.
Electronique radio industrielle– application des SE dans l'industrie et les transports. Cela inclut l'utilisation de la télévision pour le service de répartition dans les usines et les gares, ainsi que pour la surveillance de phénomènes et de processus difficiles d'accès pour l'homme (par exemple, les processus se produisant à des températures élevées ou à de grandes profondeurs), l'utilisation d'appareils photo à haute température. rayonnement de fréquence pour le durcissement de l'acier et le séchage du bois, appareils de traitement de données dans les systèmes de contrôle automatisés, atelier automatique.
L'équipement doit offrir la qualité et la facilité de contrôle requises, une fiabilité élevée et un fonctionnement silencieux.
Radioélectronique médicale– l'utilisation de méthodes et de moyens radioélectroniques pour créer des rayonnements ayant des propriétés curatives dans le traitement de maladies, l'obtention d'informations sur divers processus biologiques à l'aide de moyens radio, la « chirurgie sans couture ».
L'équipement doit offrir une efficacité élevée avec un minimum d'effets indésirables sur le corps, être facile à entretenir et souvent être subminiature.
Radioélectronique pour la recherche scientifique– utilisation de moyens radio pour obtenir des informations sur les processus technologiques, pour l'exploration spatiale, les processus intranucléaires et moléculaires, la recherche biologique ; création de rayonnements pour influencer les matériaux, les objets étudiés, les dispositifs d'enregistrement et de reproduction de signaux : acoustiques, visuels sur divers supports.
L'équipement doit fournir des effets énergétiques sélectifs conformément à sa destination et être miniature.
Informations connexes.
Le concept de « radioélectronique » est né de la combinaison des concepts d'« ingénierie radio » et d'« électronique ».
L'ingénierie radio est un domaine scientifique qui utilise des oscillations électromagnétiques dans la gamme des fréquences radio pour transmettre des informations sur de longues distances.
L'électronique est un domaine scientifique et technologique qui utilise les phénomènes de mouvement des porteurs de charge électrique se produisant dans le vide, les gaz, les liquides et les solides. Le développement de l'électronique a permis de créer une base élémentaire pour la radioélectronique.
Par conséquent, la radioélectronique est le nom collectif d'un certain nombre de domaines scientifiques et technologiques liés à la transmission et à la transformation d'informations basées sur l'utilisation d'oscillations et d'ondes électromagnétiques radiofréquences ; les principaux sont l'ingénierie radio et l'électronique. Les méthodes et moyens de radioélectronique sont utilisés dans la plupart des domaines de la technologie et de la science modernes.
Principales étapes de développement de la radioélectronique
L'anniversaire de la radio est considéré comme le 7 mai 1895, date à laquelle A.S. Popov a présenté « un appareil pour détecter et enregistrer les vibrations électriques ». Indépendamment de Popov, mais plus tard que lui, Marconi répéta à la fin de 1895 les expériences de Popov en matière de radiotélégraphie.
L’invention de la radio était une conséquence logique du développement de la science et de la technologie. En 1831, M. Faraday découvre le phénomène de l'induction électromagnétique en 1860-1865 ; J.C. Maxwell a créé la théorie du champ électromagnétique et proposé un système d'équations électrodynamiques décrivant le comportement du champ électromagnétique. Le physicien allemand G. Hertz fut le premier en 1888 à confirmer expérimentalement l'existence des ondes électromagnétiques et à trouver un moyen de les exciter et de les détecter. La découverte de l'effet photoélectrique interne en 1873 par W. Smith et de l'effet photoélectrique externe en 1887 par G. Hertz a servi de base au développement technique des dispositifs photoélectriques. Les découvertes de ces scientifiques ont été préparées par bien d’autres.
Parallèlement, la technologie électronique se développe. En 1884, T. Edison découvre l'émission thermoionique, et alors que Richardson étudiait ce phénomène en 1901, des tubes cathodiques avaient déjà été créés. Le premier appareil à vide électrique doté d'une cathode thermoionique - une diode - a été développé par D.A. Flamand en 1904 au Royaume-Uni et est utilisé pour rectifier les oscillations haute fréquence dans un récepteur radio. En 1905, Hell invente le gastron, 1906-1907. ont été marqués par la création aux USA par D. Forest d'un appareil électrique à vide à trois électrodes, appelé « triode ». La fonctionnalité de la triode s'est avérée extrêmement large. Il pourrait être utilisé dans des amplificateurs et des générateurs d’oscillations électriques dans une large gamme de fréquences, des convertisseurs de fréquence, etc. Les premières triodes domestiques ont été produites en 1914-1916. peu importe N.D. Papaleksi et M.A. Bonch-Bruevich. En 1919, V. Schottky a développé un appareil à vide à quatre électrodes - une tétrode, dont l'utilisation pratique généralisée a commencé dans la période 1924-1929. Les travaux de I. Langmuir ont conduit à la création d'un dispositif à cinq électrodes - une pentode. Plus tard, des appareils électroniques plus complexes et combinés sont apparus. L'électronique et l'ingénierie radio ont fusionné pour devenir l'électronique radio.
Vers 1950-1955 Un certain nombre d'appareils à électrovide capables de fonctionner à des fréquences allant jusqu'à la gamme des ondes millimétriques ont été créés et mis en production en série. Les progrès dans le développement et la production d'appareils électriques à vide ont permis de créer des systèmes radio assez complexes dès les années quarante du XXe siècle.
La complexité constante des problèmes résolus par les systèmes radioélectroniques a nécessité une augmentation du nombre de dispositifs électriques à vide utilisés dans l'équipement. Le développement des dispositifs semi-conducteurs a commencé un peu plus tard. En 1922, O.V. Losev a découvert la possibilité de générer des oscillations électriques dans un circuit avec une diode semi-conductrice. Les scientifiques soviétiques A.F. Ioffe, B.P. Davydov, V.E. Loksharev.
L’intérêt pour les dispositifs semi-conducteurs a fortement augmenté après 1948-1952. dans le laboratoire de la compagnie Bell-Téléphone sous la direction de W.B. Shockley a créé le transistor. En un temps record, la production massive de transistors a commencé dans tous les pays industrialisés.
De la fin des années 50 au début des années 60. la radioélectronique devient principalement semi-conductrice. La transition des dispositifs semi-conducteurs discrets aux circuits intégrés, contenant jusqu'à des dizaines, voire des centaines de milliers de transistors sur un centimètre carré de surface de substrat et constituant des unités fonctionnelles complètes, a encore élargi les capacités de l'électronique radio dans la mise en œuvre technique de complexes d'ingénierie radio complexes. . Ainsi, l'amélioration de la base d'éléments a permis de créer des équipements capables de résoudre pratiquement tous les problèmes dans le domaine de la recherche scientifique, de l'ingénierie, de la technologie, etc. .
L'importance de la radioélectronique dans la vie de l'homme moderne
La radioélectronique est un outil important dans les technologies de communication. La vie de la société moderne est impensable sans l'échange d'informations, qui s'effectue à l'aide de la radioélectronique moderne. Il est utilisé dans les systèmes de radiocommunication, de radiodiffusion et de télévision, de radar et de radionavigation, de radiocommande et de radiotélémétrie, en médecine et en biologie, dans l'industrie et dans les projets spatiaux. Dans le monde moderne, les téléviseurs, les radios, les ordinateurs, les vaisseaux spatiaux et les avions supersoniques sont inimaginables sans radioélectronique.
Il convient de noter le rôle énorme de l'ingénierie radio dans l'étude de l'atmosphère, de l'espace proche de la Terre, des planètes du système solaire, de l'espace proche et profond. Les récentes réalisations dans l'exploration du système solaire, des planètes et de leurs satellites en sont une confirmation claire.
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