Начало электроники: Начала Электроники

ТЕРМИНАТОР: НАЧАЛО…СЬ? попытки связать электронику с живой материей

 Сюжеты о полулюдях-полуроботах, хоть и представляют собой область научной фантастики, но, тем не менее, часто бывают крайне невеселы. Несмотря на это, в реальности исследователи всё же пытаются продвигаться в данном направлении и предпринимают всё более изощрённые методы для встраивания электроники в живое тело. 

Ну, шутки шутками, а с точки зрения учёных перспективы развития таких устройств гораздо более радужны и полезны для человека, чем в апокалиптичных воззрениях писателей: так называемая киберорганика может отслеживать развитие опухоли, помогать повреждённым тканям выполнять свои функции или даже заменять их в этом.  Но вся штука в том, что подключение электроники напрямую к тканям человека связано с огромными проблемами. Традиционные материалы, используемые для производства микроэлектроники (такие, как кремний, золото, нержавеющая сталь и иридий), вызывают образование рубцов при имплантации. Для работы с мышцами или тканями мозга должным образом электрические сигналы должны проходить свободно, но причиняемые внедрением электродов повреждения и получающиеся на их местах шрамы прерывают эту активность. В эту преграду упирались все предыдущие поиски, и вот теперь команда Дэвида Мартина, доктора философии из Университета Делавэра, сообщает о разработке ряда новых покрытий для компонентов, с помощью которых электронике будет легче вписаться в органическую среду. 

Результаты научных изысканий будут представлены нынешней осеньюна выставке Американского химического общества (ACS). 

«У нас возникла идея этого проекта, потому что мы пытались связать жёсткие неорганические микроэлектроды с мозгом, но мозг состоит из органических, солёных, живых материалов, – поясняет Дэвид Мартин, руководитель исследований. – Это не сработало, и мы подумали, что должен быть способ получше». 

И вот, был сделан вывод, что помочь в этом деле может покрытие.

«Мы стали изучать органические электронные материалы, вроде сопряжённых полимеров, которые использовались в небиологических устройствах, – рассказывает Мартин. – Мы обнаружили химически стабильный образец, который продавался в коммерческих целях как антистатическое покрытие для электронных дисплеев». По завершении тестирования у полимера были обнаружены свойства, так необходимые при взаимодействии аппаратных средств и органических тканей.

Оказалось, чтосопряжённые полимеры не только электрически активны, но они также являются ионно активными. «Противоионы дают им <…ионам…> необходимый заряд. Поэтому, когда они <…сопряжённые полимеры…> работают, движутся и электроны, и ионы», – продолжает руководитель группы. Так, полимер, известный как PEDOT, значительно улучшил характеристики медицинских имплантатов. Благодаря снижению импеданса (электрического сопротивления) на два-три порядка, были увеличены качество сигнала и срок службы батареи у пациентов.

С тех пор, путём добавления различных функциональных групп в PEDOT, Мартин и компания разработали методику модификации полимера под специализированные нужды. Например, добавление заместителя карбоновой кислоты, альдегида или малеимида к мономеру этилендиокситиофена (EDOT) придаёт универсальность для создания полимеров со множеством функций, так необходимых исследователям.

«Малеимид особенно силен, потому что мы можем делать химические замены по щелчку, чтобы получить наделённые нужными нам функциями полимеры и биополимеры», – делится Мартин. Смешивание незамещённого мономера с версией, замещённой малеимидом, приводит к получению материала со множеством мест, куда команда может прикрепить пептиды, антитела или ДНК. «Назовите свою любимую биомолекулу, и в принципе вы сможете сделать PEDOT’ную плёнку с любой биофункциональной группой, которая могла бы вас заинтересовать», – уверяет он.

Совсем недавно группа Мартина создала PEDOT’ную плёнку с прикреплёнными к фактору роста эндотелия сосудов (VEGF) антителами. VEGF стимулирует рост кровеносных сосудов после травмы, а опухоли захватывают этот белок, чтобы увеличить кровоснабжение. Полимер, который разработала команда, может действовать как датчик для обнаружения сверхэкспрессии VEGF и, следовательно, ранних стадий заболевания, среди других потенциальных применений.

Другие функционализированные полимеры содержат нейротрансмиттеры, и в этом виде могут помочь распознавать или лечить расстройства мозга или нервной системы. Пока что команда создала полимер с дофамином, который играет роль в аддиктивном поведении, а также другие варианты мономера EDOT, наделённые особыми свойствами посредством дофамина. Дэвид Мартин считает, что эти био-синтетические гибридные материалы когда-нибудь могут оказаться полезными в объединении мозга человека с искусственным интеллектом. 

Говоря о мечте – иметь возможность создавать и настраивать новые микродетекторы, приспосабливая необходимые составляющие, с последующим их вживлением в ткани живого организма – Мартин видит «возможность осуществлять контролируемую полимеризацию внутри живого организма просто захватывающей». Это и медицина, и новые грани познания, и новые способности, – словом, совсем другие горизонты. 

По материалам ACS (Американского химического общества)

электроники | Приборы, факты и история

Теоретические и экспериментальные исследования электричества в 18-19 веках привели к разработке первых электрических машин и началу широкого использования электричества. История электроники начала развиваться отдельно от истории электричества в конце XIX века с идентификации электрона английским физиком сэром Джозефом Джоном Томсоном и измерения его электрического заряда американским физиком Робертом А.Милликен в 1909 году.

Во время работы Томсона американский изобретатель Томас А. Эдисон наблюдал голубоватое свечение в некоторых из своих ранних лампочек при определенных условиях и обнаружил, что ток будет течь от одного электрода в лампе к другому, если второй (анодный) ) были заряжены положительно по отношению к первому (катоду). Работа Томсона и его учеников, а также английского инженера Джона Амброуза Флеминга показала, что этот так называемый эффект Эдисона был результатом испускания электронов из катода, горячей нити накала в лампе.Движение электронов к аноду, металлической пластине, представляет собой электрический ток, которого не существовало бы, если бы анод был отрицательно заряжен.

Это открытие дало толчок развитию электронных ламп, в том числе усовершенствованной рентгеновской трубки американского инженера Уильяма Д. Кулиджа и термоэмиссионного клапана (двухэлектродная вакуумная трубка) Флеминга для использования в радиоприемниках. Обнаружение радиосигнала, который представляет собой переменный ток очень высокой частоты (AC), требует, чтобы сигнал был выпрямлен; я.е., переменный ток должен быть преобразован в постоянный ток (DC) устройством, которое проводит только тогда, когда сигнал имеет одну полярность, но не когда он имеет другую – именно то, что сделал клапан Флеминга (запатентованный в 1904 году). Ранее радиосигналы регистрировались различными эмпирически разработанными устройствами, такими как детектор «кошачьих усов», который состоял из тонкой проволоки (усов), тонко контактирующей с поверхностью природного кристалла сульфида свинца (галенита) или какого-либо другого полупроводниковый материал.Эти устройства были ненадежными, не обладали достаточной чувствительностью и требовали постоянной регулировки контакта усов с кристаллом для получения желаемого результата. Тем не менее, это были предшественники современных твердотельных устройств. Тот факт, что кристаллические выпрямители вообще работают, побудил ученых продолжить их изучение и постепенно получить фундаментальное понимание электрических свойств полупроводниковых материалов, необходимое для создания транзистора.

В 1906 году американский инженер Ли Де Форест разработал вакуумную лампу, способную усиливать радиосигналы.Де Форест добавил сетку из тонкой проволоки между катодом и анодом двухэлектродного термоэмиссионного клапана, сконструированного Флемингом. Таким образом, новое устройство, которое Де Форест назвал Audion (запатентовано в 1907 году), представляло собой трехэлектродную вакуумную лампу. Во время работы на анод в такой вакуумной лампе подается положительный потенциал (положительно смещенный) по отношению к катоду, в то время как сетка смещена отрицательно. Большое отрицательное смещение на сетке не позволяет электронам, испускаемым катодом, достигать анода; однако, поскольку сетка в основном представляет собой открытое пространство, меньшее отрицательное смещение позволяет некоторым электронам проходить через нее и достигать анода.Таким образом, небольшие изменения потенциала сетки могут контролировать большие величины анодного тока.

Электронная лампа позволила разработать радиовещание, междугородную телефонию, телевидение и первые электронные цифровые компьютеры. Эти ранние электронные компьютеры были, по сути, крупнейшими системами на электронных лампах, когда-либо созданными. Возможно, самым известным представителем является ENIAC (электронный числовой интегратор и компьютер), построенный в 1946 году.

Особые требования, предъявляемые к различным областям применения электронных ламп, привели к многочисленным улучшениям, позволяющим им обрабатывать большие объемы энергии, работать на очень высокие частоты, имеют надежность выше среднего или должны быть очень компактными (размером с наперсток).Электронно-лучевая трубка, первоначально разработанная для отображения электрических сигналов на экране для инженерных измерений, превратилась в телевизионную кинескоп. Такие трубки работают, формируя электроны, испускаемые катодом, в тонкий пучок, который падает на флуоресцентный экран на конце трубки. Экран излучает свет, который можно увидеть снаружи трубки. Отклонение электронного луча вызывает появление на экране световых узоров, создающих желаемые оптические изображения.

Несмотря на замечательный успех твердотельных устройств в большинстве электронных приложений, существуют определенные специализированные функции, которые могут выполнять только электронные лампы.Обычно они связаны с работой на предельной мощности или частоте.

Вакуумные лампы хрупкие и в конечном итоге изнашиваются в процессе эксплуатации. Отказ возникает при нормальном использовании либо в результате многократного нагрева и охлаждения при включении и выключении оборудования (термическая усталость), что в конечном итоге приводит к физическому разрушению в некоторой части внутренней структуры трубы, либо в результате ухудшения свойств катод остаточными газами в трубке. Кроме того, вакуумным лампам требуется время (от нескольких секунд до нескольких минут), чтобы «нагреться» до рабочей температуры – в лучшем случае неудобство, а в некоторых случаях – серьезное ограничение их использования.Эти недостатки побудили ученых Bell Laboratories искать альтернативу вакуумной лампе и привели к разработке транзистора.

История электроники – История электроники (1745-2019)

История электроники – 1745-2019

История электроники восходит к 1745 году, когда была изобретена банка Лейдена, затем в 1897 году был идентифицирован электрон, а затем была изобретена электронная лампа.

Здесь я кратко опишу истории электроники с 1745-2019 гг. И изобретения, сделанные популярными учеными в этот период, а также использование и важность этих изобретений.

Краткая история электроники – 1745-2019

Вот краткая история электроники 1745-2019 гг., Величайшие инженеры, ученые, физики и изобретатели, а также подробности их вклада в электронику и важность их открытий, изобретений и работ в области электроники.

1745 – Открытие Лейденской банки

Эвальд Георг фон Клейст и Питер ван Мушенбрук открыли Лейденский сосуд в 1745 году. Это был первый электрический конденсатор – механизм накопления электрического заряда.Первые представляли собой стеклянную банку, наполненную водой – две проволоки, подвешенные в воде. Мушенброк получил такой шок от первой банки, с которой он экспериментировал, что чуть не умер.

Позже воду заменили металлической фольгой, обернутой так, чтобы между слоями фольги была изоляция – два провода прикреплены к концам листов фольги.

Musschenbroek работает с лейденской банкой

Бен Франклин (1746-52)

Запуск воздушных змеев, чтобы продемонстрировать, что молния является формой статического электричества (ESD).Он подводил провод к воздушному змею и искры на земле или заряжал лейденскую банку. Это побудило Франклина изобрести громоотвод.

Франклин также сделал несколько электростатических генераторов с вращающимися стеклянными шарами для экспериментов.

Эти эксперименты привели его к формулировке теории электричества с единственной жидкостью ( невесомая жидкость, ). Предыдущие теории утверждали, что существует две электрические жидкости и две магнитные жидкости. Франклин предположил, что во Вселенной существует только одна невесомая электрическая жидкость (, жидкость с сохранением ).

Разница в электрических зарядах объяснялась избытком ( + ) или дефектом ( – ) единой электрической жидкости. Отсюда положительные и отрицательные символы в электрической цепи.

Бенджамин Франклин (Ben Franklin)

Карл Август Кулон (1736-1806)

Изобрел торсионные весы в 1785 году. Торсионные весы представляют собой простое устройство – горизонтальная поперечина установлена ​​на натянутой проволоке. Затем на каждом конце перекладины устанавливается шар.При наличии положительного или отрицательного заряда эти шары будут притягивать или отталкивать другие объекты, несущие заряд. Шарики, реагирующие на эти заряды, будут пытаться перекрутить проволоку, удерживающую перекладину.

Проволока сопротивляется скручиванию, и величина скручивания говорит вам, сколько силы было приложено при притяжении или отталкивании. Кулон показал, что электрическое притяжение и отталкивание подчиняются закону обратных квадратов. Единица заряда ( Coulomb ) названа в его честь.

Шарль Август Кулон

Алессандро Вольта (1745-1827)

Объявил о результатах своих экспериментов по исследованию заявлений Гальвани об источнике электричества в эксперименте с лягушачьей лапой. Он обязался доказать, что может производить электричество без лягушки. Он взял те же биметаллические дуги (, многие из них ) и окунул их в стаканы с рассолом.

Это была первая батарея Вольта, «Couronne des Tasses».

Гальваническая батарея была улучшенной конфигурацией для батареи. Этим он показал, что биметаллические дуги были источником электричества. Его именем названа единица измерения напряжения.

Алессандро Вольта

Андре Мари Ампер (1775-1836)

Дала формализованное понимание отношений между электричеством и магнетизмом с помощью алгебры.Его именем названа установка по току ( ампер, ).

Андре Мари Ампер

Ганс Кристиан Эрстед (1777-1851)

В 1820 году в Дании продемонстрировали взаимосвязь между электричеством и магнетизмом, показав, что электрический провод, по которому проходит ток, отклоняет магнитную стрелку.

Его именем названа установка для измерения напряженности магнитного поля СГС ( Эрстед, ).

Ганс Кристиан Эрстед

Джордж Саймон Ом (1787-1854)

Он хотел измерить движущую силу электрических токов.Он обнаружил, что одни дирижеры работают лучше, чем другие, и количественно оценил различия.

Он довольно долго ждал, чтобы объявить «Закон Ома», потому что его теория не была принята его коллегами. Его именем названа единица измерения сопротивления ( Ом, ).

Джордж Саймон Ом

Майкл Фарадей (1791-1867) – большой вклад в историю электроники

1820-е годы Фарадей постулировал, что электрический ток, движущийся по проводу, создает « силовых полей », окружающих провод.Он считал, что эти « силовых полей », когда они устанавливаются и схлопываются, могут перемещать магнит. Это привело к ряду экспериментов с электричеством в качестве движущей силы ( движущихся ).

В 1821 году Фарадей построил первый электродвигатель – устройство для преобразования электрического тока во вращательное движение.

В 1331 году Фарадей создал первый трансформатор – устройство для индукции электрического тока в проводе, не подключенном к электрическому источнику, также известному как кольцо Фарадея.Он питался от гальванической батареи и использовал ручной ключ для прерывания тока.

Единица емкости ( фарад, ) названа его именем.

Майкл Фарадей

Карл Фридрих Гаусс (1777-1855) Вильгельм Эдуард Вебер (1804-1891)

Гаусс известен как один из величайших математиков всех времен. В очень раннем возрасте он перевернул теории и методы математики 18 века. Начиная с 1830 года Гаусс тесно сотрудничал с Вебером. Они организовали всемирную систему станций для систематических наблюдений за земным магнетизмом.

Наиболее важным результатом их работы в области электромагнетизма было развитие другими людьми телеграфии. Вебер, немецкий физик, также установил систему абсолютных электрических единиц.

Его работа о соотношении электродинамических и электростатических единиц имела решающее значение для электромагнитной теории света Максвелла.

Единица плотности магнитного поля СГС им. Гаусса.

Флюсный агрегат МКС назван в честь Вебера.

Карл Фридрих Гаусс и Вильгельм Эдуард Вебер

Джозеф Генри (1799-1878)

Он был профессором небольшой школы в Олбани, штат Нью-Йорк.Он работал над улучшением электромагнитов и первым наложил катушки с проволокой, намотанной на железный сердечник. Говорят, что он изолировал провод одного из своих магнитов с помощью шелкового платья, принадлежащего его жене.

В 1830 году он наблюдал электромагнитную индукцию, за год до Фарадея. Его резко критиковали за то, что он не опубликовал свое открытие, потеряв известность американской науки. Однако Генри получил приоритет в открытии самоиндукции.

Он получил назначение в Колледж Нью-Джерси (, позже Принстонский университет ) и в 1846 году стал первым директором Смитсоновского института.

Блок индукции [ генри (H) ] назван его именем.

Читать : Основы индуктивности – типы, формула, символ, единица измерения, использование, функция

Джозеф Генри

Генрих Ф. Э. Ленц (1804-1865)

Родился в старом университетском городе Тарту, Эстония (, затем в России ). Он был профессором Санкт-Петербургского университета. Он провел множество экспериментов, следуя примеру Фарадея.

Он увековечен законом, носящим его имя – электродинамическое действие индуцированного тока в равной степени противостоит механическому индуцирующему действию, который позже был признан выражением сохранения энергии.

Генрих Ф. Э. Ленц

Сэмюэл Финли Бриз Морс (1791-1872)

Он выдвинул на первый план практическую систему телеграфии с использованием электромагнитов и в 1844 году изобрел код, названный его именем.

Хотя в 1837 году сэр У. Ф. Кук и сэр Чарльз Уитстон, которые установили первую систему железнодорожного телеграфа в Англии, уже разработали систему электрического телеграфа, использующую отклоняющую магнитную стрелку, Морс преодолел как недостатки электрической конструкции, так и поток информации. ограничения, позволяющие телеграфу стать жизнеспособной системой связи.

Сэмюэл Финли Бриз Морс

Густав Роберт Кирхгоф (1824–1887)

Он был немецким физиком. Он объявил о законах, которые позволяют рассчитывать ток, напряжение и сопротивление электрических сетей в 1845 году, когда ему был всего 21 год. В дальнейших исследованиях он продемонстрировал, что ток течет по проводнику со скоростью света. Читать: Что такое резистор

Густав Роберт Кирхгоф

Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879)

Он написал математический трактат, формализовавший теорию полей в 1856 году: «О силовых линиях Фарадея».Большинство исследователей в то время не верили в силовые линии Фарадея, но Джеймс Клерк Максвелл верил в

Между 1864 и 1873 годами Максвелл показал, что 20 простых математических уравнений могут выражать поведение электрических и магнитных полей и их взаимосвязанную природу.

В 1873 году Максвелл опубликовал «Электричество и магнетизм», продемонстрировав четыре уравнения в частных производных, полностью описывающих электрические явления. Максвелл также подсчитал, что скорость распространения электромагнитного поля приблизительно равна скорости света.

Он предположил, что явление света, следовательно, является электромагнитным явлением. Поскольку заряды могут колебаться с любой частотой, Максвелл пришел к выводу, что видимый свет составляет лишь небольшую часть всего спектра возможного электромагнитного излучения.

Джеймс Клерк Максвелл

Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц (1821-1894)

Он был всесторонним универсальным ученым и исследователем. Он был одним из величайших ученых XIX века.

В 1870 году, проанализировав все распространенные теории электродинамики, он поддержал теорию Максвелла, которая была малоизвестна на европейском континенте.

Герман Люд-Виг Фердинанд фон Гельмгольц

Сэр Уильям Крукс (1832-1919)

В 1878 году исследовал электрические разряды через сильно откачанные «трубки Крукса ». Эти исследования заложили основу для исследований Дж. Дж. Томсона в конце 1890-х годов, касающихся явлений в газоразрядных трубках и электронов.

Он также открыл элемент таллий и создал радиометр.

Сэр Уильям Крукс

Джозеф Уилсон Свон (1828-1914)

Джозеф Свон продемонстрировал свою электрическую лампу в Великобритании в феврале 1879 года.В нити использовался уголь и был частичный вакуум, что на шесть месяцев предшествовало демонстрации Эдисона.

Джозеф Уилсон Свон

Томас Альва Эдисон (1847-1931) – один из величайших ученых и изобретателей в истории электроники

В 1878 году Эдисон начал работу над электрической лампой и искал материал, который можно было бы электрически нагревать до накала в вакууме. Сначала он использовал платиновую проволоку в стеклянных лампах на 10 вольт. Он подключил эти лампочки последовательно, чтобы использовать более высокое напряжение питания; однако он понял, что для домашнего и офисного использования потребуется независимое управление лампой.

Затем он разработал трехпроводную систему с питанием 220 вольт постоянного тока. Каждая лампа работала от 110 вольт, и для более высокого напряжения требовалось сопротивление, значительно превышающее сопротивление платины.

Эдисон провел обширные поиски материала для нити накала, который заменит платину, пока 21 октября 1879 года он не продемонстрировал лампу, содержащую обугленную хлопковую нить, которая светилась в течение 40 часов.

1882 Эдисон установил первую большую центральную электростанцию ​​на Перл-стрит в Нью-Йорке в 1882 году; его парогенераторы мощностью 900 лошадиных сил обеспечивали мощность 7200 ламп.

Он последовательно боролся с использованием переменного тока переменного тока и продолжал продавать системы постоянного тока постоянного тока. Это в конечном итоге разрушило эту ветвь его маркетинговой империи из-за неадекватных технологий. Во время своих экспериментов с лампой накаливания Эдисон заметил поток электричества от горячей нити накала через вакуум к металлической проволоке. Читайте: Типы электрического тока | AC (переменный ток) | Постоянный ток (постоянный ток)

Этот эффект, известный как термоэлектронная эмиссия или эффект Эдисона, был основой работы, позже усовершенствованной Ли Де Форестом для создания Audion.

Томас Альва Эдисон

Оливер Хевисайд (1850-1925)

Он работал с уравнениями Максвелла, чтобы уменьшить усталость, возникающую при их решении. В процессе он создал форму векторного анализа под названием « Operational Calculus », которая заменила дифференциал d / dt алгебраической переменной p, таким образом преобразовав дифференциальные уравнения в алгебраические уравнения ( Преобразование Лапласа ). Это значительно увеличило скорость решения.

Он также предложил ионизированный слой воздуха, названный в его честь ( слой Хевисидса ), что индуктивность может быть добавлена ​​к линиям передачи, чтобы увеличить расстояние передачи, и что заряды будут увеличиваться в массе при ускорении.

Оливер Хевисайд

Генрих Рудольф Герц (1857-1894)

Он был первым человеком, продемонстрировавшим существование радиоволн. Его вдохновили Гельмгольц и Максвелл.

Герц продемонстрировал в 1887 году, что скорость радиоволн (, также называемых волнами Герца ) равна скорости света. Его именем назван блок частоты ( Гц, ).

Генрих Рудольф Герц

Никола Тесла (1856-1943) – большой вклад в историю электроники

Он разработал многофазные системы переменного тока, которые составляют современную электроэнергетику.В 1884 году Тесла эмигрировал в США. Некоторое время он работал на Томаса Эдисона, который, будучи сторонником постоянного тока, стал неудачным соперником Теслы в развитии электроэнергетики.

В 1888 году Тесла показал, как можно заставить вращаться магнитное поле, если на две катушки, расположенные под прямым углом, подается переменный ток, сдвинутый по фазе на 90 градусов друг с другом с частотой 60 Гц.

Джордж Вестингауз купил права на патенты на этот двигатель и сделал его основой для энергосистемы Вестингауз на Ниагарском водопаде.

Другие изобретения Теслы включали катушку Тесла, своего рода трансформатор, и он проводил исследования в области высоковольтного электричества и беспроводной связи. В 1905 году он продемонстрировал лодку с беспроводным дистанционным управлением, в то время как Маркони все еще передавал азбуку Морзе.

Несмотря на свои многочисленные патенты и гений, он умер бедным. Конгресс объявил Теслу « отцом радио » ( не был беспроводным, поскольку Маркони был ), потому что в четырехканальном радиоприемнике Маркони использовался радиопатент Теслы 1897 года, описывающий четыре настроенных каскада, два на входе и два на выходе.

Его именем названа единица плотности магнитного поля ( тесла, ).

Никола Тесла

Чарльз Протеус Штайнмец (1865-1923)

Обнаружил математику гистерезисных потерь, что позволило инженерам того времени уменьшить магнитные потери в трансформаторах.

Он также применил математику комплексных чисел к анализу переменного тока и, таким образом, поставил инженерное проектирование электрических систем на научную основу, а не на черное искусство.

Вместе с Николой Тесла он отвечает за выведение энергии из неэффективной системы постоянного тока Эдисона в более элегантную систему переменного тока.

Чарльз Протеус Штайнмец

Гульельмо Маркони (1874-1937) – Отец беспроводных технологий в истории электроники

Известный как « отец беспроводного », он был итальянским гражданином, который расширил эксперименты, которые проводил Герц, и считал, что телеграфные сообщения могут передаваться без проводов.

В 1897 году Маркони основал свою компанию беспроводного телеграфа, а в декабре 1901 года он осуществил первую трансатлантическую радиопередачу на азбуке Морзе.Когда Маркони умер, все радиопередатчики в мире молчали две минуты.

Гульельмо Маркони

Вильгельм Конрад Рентген (1845-1923)

Обнаружил рентгеновские лучи, за что получил первую Нобелевскую премию по физике в 1901 году. Он заметил, что кристаллы платиноцианида бария по всей комнате флуоресцируют всякий раз, когда он включает трубку Крука или электронно-лучевую разрядную трубку, даже когда трубка была защищена тонким металлические листы.

Рентген правильно предположил, что речь идет о ранее неизвестной форме излучения с очень короткой длиной волны, и что эти рентгеновские лучи (, термин, который он ввел ) заставляли кристаллы светиться. Позже он продемонстрировал металлургическое и медицинское использование рентгеновских лучей, что впоследствии произвело революцию в медицинской науке.

Его именем названа установка радиационного облучения ( рад, ).

Вильгельм Конрад Рентген

Сэр Джозеф Джон Томсон (1856-1940)

Он общепризнан как британский ученый, который открыл и идентифицировал электрон в 1897 году. Томсон продемонстрировал, что катодные лучи на самом деле представляют собой единицы электрического тока, состоящие из отрицательно заряженных частиц субатомного размера.

Он считал их неотъемлемой частью всей материи и теоретизировал модель атомной структуры « сливовый пудинг », в которой некоторое количество отрицательно заряженных электронов было заключено в сферу положительного электричества, причем два заряда нейтрализовали друг друга.

Сэр Джозеф Джон Томсон

Альберт Эйнштейн (1879-1955) – великое имя в истории электроники

В 1905 году Эйнштейн подробно остановился на экспериментальных результатах Макса Планка, который заметил, что электромагнитная энергия, похоже, излучается излучающими объектами в дискретных количествах.

Энергия этих испускаемых величин – так называемых « световых квантов» была прямо пропорциональна частоте излучения, что полностью противоречило классической электромагнитной теории, основанной на уравнениях Максвелла и законах термодинамики.

Эйнштейн использовал квантовую гипотезу Планка для описания видимого электромагнитного излучения или света. Согласно точке зрения Эйнштейна, свет можно представить как состоящий из дискретных пучков излучения.Он использовал эту интерпретацию для объяснения фотоэлектрического эффекта, с помощью которого некоторые металлы испускают электроны при освещении светом с заданной частотой.

Теория Эйнштейна и его последующее развитие легли в основу большей части квантовой механики.

Альберт Эйнштейн

Сэр Джон Амброуз Флеминг (1849-1945)

Он сделал первую диодную лампу, вентиль Флеминга в 1905 году. Устройство имело три вывода: два для нагревателя / катода, а другой – для пластины.

Сэр Джон Амброуз Флеминг

Ли Де Форест (1873-1961)

Он добавил сетчатый электрод к клапану Флеминга и создал трубку триода, позже улучшенную и названную Audion. Это увеличило дальность приема радио на два порядка.

Он был плодовитым изобретателем и получил более 300 патентов в области беспроводной телеграфии, радио, проводной телефонной связи, звука на пленке, передачи изображений и телевидения.

Ли Де Форест

Джек Стрит.Клэр Килби (1923-2005)

Разработал интегральную схему в Texas Instruments. Проводя исследования по миниатюризации, он построил первую настоящую интегральную схему – генератор с фазовым сдвигом с индивидуально подключенными частями. Килби получил патент в 1959 году.

Джек Килби

Роберт Нортон Нойс (1927–1990)

Разработана интегральная схема с более практичным подходом к масштабированию размера схемы. Он стал основателем Fairchild Semiconductor Company в 1957 году.

В 1959 году он и его коллеги разработали конструкцию полупроводникового чипа; та же идея пришла независимо в том же году к Джеку Килби из Texas Instruments. И Нойсу, и Килби были выданы патенты.

В 1968 году он вместе с Гордоном Муром основал Intel, а в 1971 году дизайнер Intel Тед Хофф разработал первый микропроцессор 4004.

Роберт Нортон Нойс

Сеймур Крей (1925-1996)

Также известный как « Отец суперкомпьютера », вместе с Джорджем Амдалом определил индустрию суперкомпьютеров в 1976 году.

Сеймур Крей

Рэй Прасад (1946 – все еще идет 2019)

Рэй Прасад – автор учебника «Технология поверхностного монтажа: принципы и практика». Он внесен в Зал славы IPC, что является высшей наградой в электронной промышленности за его вклад в электронную промышленность. Он также является лауреатом премии президента IPC, награды члена SMTA за выдающиеся достижения, премии Intel за достижения и медали за стипендию IPC Дитера Бергмана.

Как ведущий инженер, г-н.Прасад внедрил SMT в самолеты и системы обороны в Boeing, а в качестве менеджера программы SMT он руководил глобальным внедрением SMT в корпорации Intel. Вы можете Подробнее о Mr. Ray Prasad .

Луч Прасад

Хронология истории электроники – 2000-2019

• 2006 – Выпущены первые игровые консоли WII и PS3.
• 2007 – Выпущены первые Apple iPhone и iPod.
• 2008 – Выпущена первая ОС Android для смартфонов.
• 2008 – Большой адронный коллайдер.
• 2010 – Выпущены первые игровые консоли Apple iPad и Xbox 360.
• 2011 – Революция солнечных панелей как альтернативный и возобновляемый источник энергии.
• 2011 – Кьюриосити, космический аппарат, запущенный НАСА, приземлился на Марсе.
• 2014 – Доступна трехмерная печать в микромасштабах.
• 2018 – НАСА запускает солнечный зонд Parker.
• 2019 – Индия запустила на Луну «Чандраян-2».

PS : Если вы думаете, что я пропустил что-то важное в Краткой истории электроники, не стесняйтесь напомнить через комментарий.Я попробую отредактировать и добавить. Спасибо!

Похожие сообщения:

Джон Эмброуз Флеминг и начало электроники (конференция)

Дилла, Фред и Корнелиуссен, Стив. Джон Эмброуз Флеминг и начало электроники . США: Н. п., 2004. Интернет.

Дилла, Фред и Корнелиуссен, Стив. Джон Эмброуз Флеминг и начало электроники . Соединенные Штаты.

Дилла, Фред и Корнелиуссен, Стив. Пн. «Джон Амброуз Флеминг и начало электроники». Соединенные Штаты. https://www.osti.gov/servlets/purl/837030.

@article {osti_837030,
title = {Джон Эмброуз Флеминг и зарождение электроники},
author = {Дилла, Фред и Корнелиуссен, Стив},
abstractNote = {В 2004 году исполнилось 100 лет со дня выдачи патента Джона Эмброуза Флеминга на термоэлектронный диод, который можно назвать рождением электроники.«Эффект Эдисона» был открыт в 1882 году; Позже было показано, что это результат термоэлектронной эмиссии электронов из нагретой нити накала в вакуум. Эдисон не создавал каких-либо значительных устройств на основе этого открытия, и эффект игнорировался более 8 лет. В 1890 году Флеминг объяснил этот эффект и показал, что термоэлектронный диод можно использовать в качестве выпрямителя. Четырнадцать лет спустя Флеминг подал в 1904 году патент на термоэлектронный диод. Это было первое публичное объявление об электронной лампе; это произвело революцию в развитии радио и привело к изобретению Ли де Фореста термоэмиссионного триода в 1906 году.Будет описана предыстория этих событий.},
doi = {},
url = {https://www.osti.gov/biblio/837030}, journal = {},
number =,
объем =,
place = {United States},
год = {2004},
месяц = ​​{11}
}

: 20 ступеней (с изображениями)

Список деталей:
2N3904 Транзистор PNP
2N3906 Транзистор NPN
47 Ом – резистор 1/4 Вт
1 кОм – резистор 1/4 Вт
470 кОм – 1 / Резистор 4 Вт
10 мкФ электролитический конденсатор
0. 01 мкФ керамический дисковый конденсатор
5 мм красный светодиод
Держатель батареи 3 В AA

Дополнительно:
10 кОм – резистор 1/4 Вт
потенциометр 1 м

Следующая схема может показаться устрашающей, но на самом деле она довольно прямолинейна . Он использует все части, которые мы только что рассмотрели, чтобы автоматически мигать светодиодом.

Для схемы подойдут любые NPN- или PNP-транзисторы общего назначения, но если вы захотите следить за ними дома, я использую транзисторы 293904 (NPN) и 2N3906 (PNP).Я узнал их расположение выводов, просмотрев их таблицы данных. Хороший источник для быстрого поиска таблиц – Octopart.com. Просто найдите номер детали, и вы должны найти изображение детали и ссылку на техническое описание.

Например, из таблицы данных транзистора 2N3904 я быстро смог увидеть, что контакт 1 был эмиттером, контакт 2 был базой, а контакт 3 был коллектором.

За исключением транзисторов, все резисторы, конденсаторы и светодиоды должны легко подключаться. Однако в схеме есть одна хитрость. Обратите внимание на полуарку возле транзистора. Эта дуга указывает на то, что конденсатор перепрыгивает через дорожку от батареи и вместо этого подключается к базе транзистора PNP.

Также при построении схемы не забывайте, что электролитические конденсаторы и светодиоды поляризованы и будут работать только в одном направлении.

После того, как вы закончите построение схемы и включите питание, он должен мигать. Если он не мигает, внимательно проверьте все соединения и ориентацию всех частей.

Уловка для быстрой отладки схемы – это подсчет компонентов в схеме по сравнению с компонентами на вашей макетной плате. Если они не совпадают, вы что-то упустили. Вы также можете проделать тот же трюк с подсчетом количества объектов, подключенных к определенной точке цепи.

Как только он заработает, попробуйте изменить номинал резистора 470K. Обратите внимание, что при увеличении значения этого резистора светодиод мигает медленнее, а при его уменьшении светодиод мигает быстрее.

Причина этого в том, что резистор управляет скоростью, с которой конденсатор 10 мкФ заполняется и разряжается.Это напрямую связано с миганием светодиода.

Замените этот резистор потенциометром 1 МОм, включенным последовательно с резистором 10 кОм. Подключите его так, чтобы одна сторона резистора подключалась к внешнему контакту потенциометра, а другая сторона подключалась к базе транзистора PNP. Центральный штифт потенциометра должен быть заземлен. Частота мигания теперь меняется, когда вы поворачиваете ручку и проходите через сопротивление.

Электроника для начинающих: простое введение

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 27 марта 2021 г.

Они хранят ваши деньги. Они следят ваше сердцебиение. Они несут звук вашего голоса в чужие дома. Они привозят самолеты на землю и безопасно направлять машины к месту назначения – они даже стреляют подушки безопасности, если у нас возникнут проблемы. Удивительно подумать, сколько вещи, которые на самом деле делают «они». «Они» – это электроны: крошечные частицы внутри атомов, которые движутся по определенным путям, известным как цепи, несущие электрическую энергию. Одна из величайших вещей людей научились делать в 20-м веке, было использовать электроны для управления машины и информацию о процессах.Революция электроники, как это как известно, разгонял компьютер революции, и обе эти вещи изменили многие области нашей жизни. Но как именно наноскопически маленькие частицы, слишком маленькие? видеть, достигать таких грандиозных и драматичных вещей? Возьмем присмотритесь и узнайте!

Фото: Компактная электронная плата веб-камеры. Эта плата содержит несколько десятков отдельных электронных компонентов, в основном небольших резисторов и конденсаторов, плюс большой черный микрочип (внизу слева), который выполняет большую часть работы.

В чем разница между электричеством и электроникой?

Если вы читали нашу статью об электричестве, вы узнаете, что это своего рода энергия – очень разносторонний вид энергии, который мы можем производить и использовать всевозможными способами во многих других. Электричество – это создание электромагнитной энергии обтекать цепь так, чтобы она приводила в движение что-то вроде электродвигателя или нагревательного элемента, электропитание таких устройств, как электромобили, чайники, тостеры и лампы. Как правило, электрические приборы нуждаются в большом количестве энергии, чтобы они работают, поэтому они используют довольно большие (и часто довольно опасные) электрические токи.Нагревательный элемент мощностью 2500 ватт внутри электрочайника работает на токе около 10 ампер. Напротив, электронные компоненты используют токи скорее всего, будет измеряться в долях миллиампер (что составляет тысячные доли ампера). Другими словами, типичный электрический прибор, вероятно, будет использовать токи в десятки, сотни или тысячи раз больше, чем типичный электронный.

Электроника – это гораздо более тонкий вид электричества, в котором крошечные электрические токи (и, по идее, отдельные электроны) тщательно направлен на гораздо более сложные схемы для обработки сигналов (например, те, которые носят радио и телепрограммы) или хранить и обрабатывать Информация. Представьте что-то вроде микроволновой печи духовка и легко увидеть разницу между обычным электричество и электроника. В микроволновой печи электричество обеспечивает мощность, генерирующая высокоэнергетические волны для приготовления пищи; электроника контролирует электрическую цепь, которая выполняет приготовление пищи.

Изображение: микроволновые печи питаются от электрических кабелей (серых), которые подключаются к стене. По кабелям подается электричество, питающее сильноточные электрические цепи и слаботочные электронные цепи.Сильноточные электрические цепи питают магнетрон (синий), устройство, которое создает волны, которые готовят вашу еду, и поверните поворотный стол. Слаботочные электронные схемы (красные) управляют этими мощными цепями, и такие вещи, как цифровой дисплей.

Аналоговая и цифровая электроника

Есть два очень разных способа хранения информации, известные как аналоговый и цифровой. Это звучит как довольно абстрактная идея, но это действительно очень просто. Предположим, вы сделали старомодный снимок кто-то с пленочной камерой.Камера фиксирует поток света в через шторку спереди в виде светового узора и темные участки на химически обработанном пластике. Сцена, в которой ты фотографирование превращается в своего рода мгновенную химическую живопись – «аналогия» того, на что вы смотрите. Вот почему мы говорим, что это аналог способ хранения информации. Но если сфотографировать именно та же сцена с цифровой камерой, камера хранит совсем другую запись. Вместо того, чтобы сохранять узнаваемый узор из светлого и темного, он преобразует светлое и темное области в числа и вместо этого сохраняет их.Хранение числового, закодированного версия чего-то известна как цифровая.

Фото: Цифровые технологии: такие большие цифровые часы, как эти, легко и быстро читают бегуны. Фото Джи Л. Скотта любезно предоставлено ВМС США.

Электронное оборудование обычно работает с информацией в любом аналоговом формате. или в цифровом формате. В старомодном транзисторном радиоприемнике широковещательные сигналы поступают в схему радиоприемника через торчащую антенну вне корпуса. Это аналоговые сигналы: это радиоволны, путешествовать по воздуху от дальнего радиопередатчика, который вибрировать вверх и вниз по шаблону, который точно соответствует словам и музыку они несут.Так громкая рок-музыка означает больше сигналов, чем тихая классическая музыка. Радиоприемник сохраняет сигналы в аналоговой форме, так как принимает их, усиливает и превращает обратно в звуки, которые вы можете слышать. Но в современном цифровом радио все происходит по-другому. Во-первых, сигналы передаются в цифровом формате. формат – в виде кодированных чисел. Когда они приходят к вашему радио, числа преобразуются обратно в звуковые сигналы. Это совсем другой способ обработки информации и имеет как преимущества, так и недостатки. Как правило, большинство современных форм электронного оборудования (включая компьютеры, сотовые телефоны, цифровые фотоаппараты, цифровые радиоприемники, слуховые аппараты и телевизоры) использовать цифровая электроника.

Электронные компоненты

Если вы когда-нибудь смотрели на город из окна небоскреба, вы восхищались всеми крошечными домиками под вами и улицы, соединяющие их воедино множеством замысловатых способов. Каждый здание имеет функцию и улицы, по которым люди могут путешествовать из одной части города в другую или посещать разные здания в поверните, заставьте все здания работать вместе. Коллекция здания, их расположение и множество связей между это то, что делает яркий город намного больше, чем сумма его отдельные части.

Цепи внутри электронного оборудования немного похожи на города тоже: они забиты компонентами (похожий на здания), которые выполняют разные работы, и компоненты связаны между собой вместе кабелями или печатными металлическими соединениями (похожий на улицы). В отличие от города, где практически каждое здание уникально. и даже два предположительно идентичных дома или офисных блока могут быть тонко разные, электронные схемы состоят из небольшого количества стандартные компоненты. Но, как и LEGO®, эти компоненты вместе в бесконечном количестве разных мест, поэтому они выполнять бесконечное количество разных работ.

Вот некоторые из наиболее важных компонентов, с которыми вы столкнетесь:

Резисторы

Это самые простые компоненты в любой схеме. Их задача – ограничить поток электронов и уменьшить ток или напряжение, протекающие путем преобразования электрической энергии в тепло. Резисторы бывают разных форм и размеров. Переменные резисторы (также известные как потенциометры) имеют дисковый регулятор, поэтому они измените количество сопротивления, когда вы их поворачиваете. Регуляторы громкости в в аудиооборудовании используются такие переменные резисторы.

Подробнее читайте в нашей основной статье о резисторах.

Фото: Типовой резистор на печатной плате от магнитолы.

Диоды

Электронные эквиваленты улиц с односторонним движением, диоды, пропускающие электрический ток. через них только в одном направлении. Их также называют выпрямителями. Диоды могут использоваться для изменения переменного тока (обратного тока). и далее по кругу, постоянно меняя направление) на прямое токи (те, которые всегда текут в одном направлении).

Подробнее читайте в нашей основной статье о диодах.

Фото: Диоды похожи на резисторы, но работают по-другому. и делать совершенно другую работу. В отличие от резистора, который можно вставить в цепь в любом случае диод должен быть подключен в правильном направлении (соответствует стрелке на этой плате).

Конденсаторы

Эти относительно простые компоненты состоят из двух частей проводящего материала (например, металла), разделенных перемычкой. непроводящий (изолирующий) материал, называемый диэлектриком.Они есть часто используются в качестве таймеров, но они могут преобразовывать электрические токи и другими способами. На радио одна из самых важных должностей, настройка на станцию, которую вы хотите слушать, осуществляется конденсатором.

Подробнее читайте в нашей основной статье о конденсаторах.

Фото: Маленький конденсатор в транзисторной радиосхеме.

Транзисторы

Транзисторы – самые важные компоненты компьютеров. включать и выключать крошечные электрические токи или усиливать их (преобразовывать небольшие электрические токи в гораздо большие).Транзисторы, которые работают поскольку переключатели действуют как память в компьютерах, в то время как транзисторы работают поскольку усилители увеличивают громкость звуков в слуховых аппаратах. Когда транзисторы соединены вместе, они образуют устройства, называемые логическими вентилями, которые могут выполнять очень простые формы принятия решений. (Тиристоры немного похожи на транзисторы, но работать по-другому.)

Подробнее читайте в нашей основной статье о транзисторах.

Фотография: Типичный полевой транзистор (FET) на электронной плате.

Оптоэлектронные (оптико-электронные) компоненты

Существуют различные компоненты, которые могут превращать свет в электричество или наоборот. Фотоэлементы (также известные как фотоэлементы) генерируют крошечные электрические токи, когда на них падает свет, и они используются как лучи “волшебных глаз” в различных типах измерительного оборудования, включая некоторые виды дымовых извещателей. Светодиоды (LED) работают наоборот, преобразовывая небольшие электрические токи в свет. Светодиоды обычно используются на приборных панелях стереосистемы. оборудование.Жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи), например, используемые в ЖК-телевизоры с плоским экраном и ноутбук компьютеры, являются более сложными примерами оптоэлектроники.

Фото: Светодиод, установленный в электронной схеме. Это один из Светодиоды, излучающие красный свет внутри оптической компьютерной мыши.

У электронных компонентов есть нечто очень важное. Какую бы работу они ни выполняли, они работают, управляя потоком электронов. через их структуру очень точным образом.Большинство этих компонентов сделаны из цельных частей частично проводящих, частично изолирующих материалы, называемые полупроводниками (описаны подробнее в нашем статья о транзисторах). Потому что электроника предполагает понимание точные механизмы того, как твердые тела пропускают электроны через себя, это иногда называют физикой твердого тела. Вот почему вы часто будете видеть части электронного оборудования, описанные как «твердотельные».

Электронные схемы и печатные платы

Ключ к электронному устройству – это не только его компоненты. содержит, но то, как они расположены в цепях.Простейший Возможная схема представляет собой непрерывный цикл, соединяющий два компонента, например на одно колье крепятся две бусины. Аналоговые электронные приборы как правило, имеют гораздо более простые схемы, чем цифровые. Базовый транзистор радио может состоять из нескольких десятков различных компонентов и печатной платы вероятно, не больше, чем обложка книги в мягкой обложке. Но в чем-то как компьютер, в котором используются цифровые технологии, схемы намного больше плотные и сложные и включают сотни, тысячи или даже миллионы отдельный пути.Вообще говоря, чем сложнее схема, тем больше сложные операции, которые он может выполнять.

Фото: Электронная плата внутри компьютерного принтера. Какие электронные компоненты ты видишь здесь? Я могу различить конденсаторы, диоды и интегральные схемы (большие черные детали, которые описаны ниже).

Если вы экспериментировали с простой электроникой, вы знаете, что Самый простой способ построить схему – просто соединить компоненты вместе с короткими отрезками медного кабеля.Но чем больше компонентов вам нужно подключать, тем сложнее становится. Вот почему дизайнеры электроники обычно выбирают более систематический способ размещения компонентов на том, что называется монтажная плата. Базовая схема доска просто прямоугольник из пластика с медными соединительными дорожками с одной стороны и участками просверленных отверстий. Вы можете легко соединить компоненты вместе просунув их в отверстия и используя медь, чтобы связать их вместе, удаляя при необходимости кусочки меди и добавляя дополнительные провода сделать дополнительные подключения.Печатные платы этого типа часто называется «макетной платой».

Электронное оборудование, которое вы покупаете в магазинах, развивает эту идею в дальнейшем с использованием печатных плат, которые производятся автоматически на заводах. Точная компоновка схемы нанесена химическим способом на пластиковый платы, при этом все медные дорожки создаются автоматически во время производственный процесс. Затем компоненты просто проталкиваются предварительно просверлил отверстия и закрепил на месте своего рода электрически проводящий клей, известный как припой.Схема, изготовленная таким образом известна как печатная плата (PCB).

Фото: Пайка компонентов в электронный схема. Дым, который вы видите, исходит от плавления припоя и превращения его в пар. Синий пластиковый прямоугольник, на который я припаиваю здесь, представляет собой типичную печатную плату, и вы видите, как из нее торчат различные компоненты, в том числе связка резисторов спереди и большая интегральная схема вверху.

Хотя печатные платы – большой шаг вперед по сравнению с печатными платами с ручной разводкой, их все еще довольно сложно использовать, когда вам нужно подключить сотни, тысячи или даже миллионы компонентов вместе. Причина рано компьютеры были такими большими, энергоемкими, медленными, дорогими и ненадежными. потому что их компоненты были соединены вручную в этом по старинке. Однако в конце 1950-х инженеры Джек Килби и Роберт Нойс самостоятельно разработал способ создания электронных Компоненты в миниатюрной форме на поверхности кусочков кремния. С использованием эти интегральные схемы, это быстро стало можно выжать сотни, тысячи, миллионы, а затем и сотни миллионов миниатюрные компоненты на кремниевых микросхемах размером с ноготь пальца.Так компьютеры стали меньше, дешевле и намного более надежный с 1960-х годов.

Фото: Миниатюризация. Больше вычислительной мощности в микросхеме обработки, которая лежит на моем пальце здесь, чем вы могли бы найти в комнате размером с комнату компьютер 1940-х годов!

Для чего используется электроника?

Электроника сейчас настолько распространена, что о ней почти легче думать. вещи, которые не используют его, чем вещи, которые используют.

Развлечения были одной из первых областей, которые извлекли выгоду из радио (и позже телевидение) оба критически в зависимости от прибытия электронные компоненты.Хотя телефон был изобретен до того, как электроника была должным образом развита, современные телефонные системы, сети сотовой связи, и компьютерные сети в сердце Интернета извлекает выгоду из сложная цифровая электроника.

Попробуйте придумать что-нибудь, что не связано с электроникой и вы можете бороться. Ваш автомобильный двигатель вероятно, есть электронные схемы в нем – а как насчет спутника GPS навигационное устройство, которое подскажет, куда идти? Даже подушка безопасности в твоей рулевое колесо приводится в действие электронной схемой, которая определяет, когда вам нужна дополнительная защита.

Электронное оборудование спасает нашу жизнь и другими способами. Больницы упакованы всевозможными электронными гаджетами, от пульса от мониторов и ультразвуковых сканеров до сложных сканеров головного мозга и рентгеновских машины. Слуховые аппараты были одними из первых устройств, в которых разработка крошечных транзисторов в середине 20-го века, и интегральные схемы все меньшего размера позволили слуховым аппаратам стать меньше и мощнее в последующие десятилетия.

Кто бы мог подумать, что у вас есть электроны. могли бы когда-либо вообразить – изменит жизни людей во многих важных пути?

Краткая история электроники

Фото: сэр Дж.Дж. Томсон, который открыл, что электроны являются отрицательно заряженными частицами, в Кембриджском университете в 1897 году. Томсон получил Нобелевскую премию по физике в 1906 году за свою работу. Фото Bain News Service любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

• 1874: ирландский ученый Джордж Джонстон Стоуни (1826–1911) предполагает, что электричество должно быть «построено» из крошечных электрических обвинения. Он придумал название «электрон» примерно 20 лет спустя.
• 1875: американский ученый Джордж Р. Кэри строит фотоэлемент, который вырабатывает электричество, когда светит Это.
• 1879: англичанин сэр Уильям Крукс (1832–1919) разрабатывает свою электронно-лучевую трубку (похожую на старинную, “ламповое” телевидение) для изучения электроны (которые тогда были известны как «катодные лучи»).
• 1883: Продуктивный американский изобретатель Томас Эдисон (1847–1931) обнаружил термоэлектронную эмиссию (также известную как Эдисон эффект), где электроны испускаются нагретой нитью накала.
• 1887: немецкий физик Генрих Герц (1857–1894) узнал больше о фотоэлектрическом эффекте, связь между светом и электричеством, которую Кэри наткнулся на предыдущее десятилетие.
• 1897: британский физик Дж. Дж. Томсон (1856–1940) показывает, что катодные лучи представляют собой отрицательно заряженные частицы. Томсон называет их «корпускулами», но вскоре они переименованы в электроны.
• 1904: Джон Эмброуз Флеминг (1849–1945), английский ученый, создает клапан Флеминга (позже переименовал диод). Он становится незаменимым компонентом радиоприемников.
• 1906: американский изобретатель Ли Де Форест (1873–1961), идет на один лучше и разрабатывает улучшенный клапан, известный как триод (или аудион), значительно улучшающий конструкцию радиоприемников.Де Фореста часто называют отцом современного радио.
• 1947: американцы Джон Бардин (1908–1991), Уолтер Браттейн (1902–1987) и Уильям Шокли (1910–1989) разработать транзистор в Bell Laboratories. Это революция в электронике и цифровых технологиях. компьютеры во второй половине 20 века.
• 1958: Работая независимо, американские инженеры Джек Килби (1923–2005) из Texas Instruments и Роберт Нойс (1927–1990) из Fairchild Компания Semiconductor (а позже и Intel) разрабатывает интегральные схемы.
• 1971: Марсиан Эдвард (Тед) Хофф (1937–) и Федерико Фаггин (1941–) удается втиснуть все ключевые компоненты компьютера в один чип, на котором производится первый в мире универсальный микропроцессор Intel 4004.
• 1987: американские ученые Теодор Фултон и Джеральд Долан из Bell Laboratories разрабатывают первый одноэлектронный транзистор.
• 2008: Исследователь Hewlett-Packard Стэнли Уильямс создает первый рабочий мемристор, новый своего рода компонент магнитной цепи, который работает как резистор с памятью, впервые представленный американским физиком Леоном Чуа почти четырьмя десятилетиями ранее (в 1971 году).

Введение в базовую электронику, электронные компоненты и проекты

Изучить основы электроники и создавать собственные проекты намного проще, чем вы думаете. В этом руководстве мы дадим вам краткий обзор общих электронных компонентов и объясним их функции. Затем вы узнаете о принципиальных схемах и о том, как они используются для проектирования и построения схем. И, наконец, вы примените эту информацию, создав свою первую базовую схему.

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ КНИГА (PDF) – Информационный пакет Makerspace

Перед тем, как начать, убедитесь, что ваш электронный рабочий стол правильно настроен. Рабочее место не обязательно должно быть изысканным, и вы даже можете собрать свой собственный электронный верстак.

Электронные компоненты могут быть небольшими, и рекомендуется держать все в порядке. Самый популярный вариант – использовать прозрачные пластиковые ящики для хранения деталей. Кроме того, вы можете использовать пластиковые ящики для хранения, которые свешиваются на стойку или помещаются на полку.

Теперь, когда у вас есть хорошее рабочее место, пора снабдить его необходимыми инструментами и оборудованием. Это неполный список, но он выделяет наиболее распространенные элементы, используемые в электронике.

Макет

Макетные платы – важный инструмент для создания прототипов и временных схем. Эти платы содержат отверстия для вставки проводов и компонентов. Поскольку они временны, они позволяют создавать схемы без пайки. Отверстия в макете соединены рядами по горизонтали и вертикали, как показано ниже.

Цифровой мультиметр

Мультиметр – это устройство, которое используется для измерения электрического тока (амперы), напряжения (вольты) и сопротивления (Ом). Он отлично подходит для поиска и устранения неисправностей в цепях и может измерять как переменное, так и постоянное напряжение. Прочтите этот пост, чтобы узнать больше о том, как использовать мультиметр.

Держатели для батарей

Батарейный отсек – пластиковый корпус, вмещающий батарейки от 9В до АА. Некоторые держатели закрыты и могут иметь встроенный выключатель.

Тестовые провода (зажимы типа «крокодил»)

Измерительные провода отлично подходят для соединения компонентов вместе для проверки цепи без пайки.

Кусачки

Кусачки необходимы для снятия изоляции с многожильных и одножильных медных проводов.

Набор прецизионных отверток

Прецизионные отвертки также называются ювелирными отвертками и обычно поставляются в комплекте. Преимущество этих отверток перед обычными – точные наконечники каждой отвертки.Это очень удобно при работе с электроникой, содержащей крошечные винты.

Третья рука помощи

При работе с электроникой кажется, что рук никогда не хватает, чтобы все удержать. Вот здесь-то и пригодится рука помощи (третья рука). Отлично подходит для удержания печатных плат или проводов при пайке или лужении.

Тепловая пушка

Термоусадочный пистолет используется для усадки пластиковых трубок, известных как термоусадка, для защиты оголенных проводов. Термоусадочная лента, которую называют изолентой электроники, пригодится в самых разных сферах применения.

Перемычка

Эти провода используются с макетными платами и макетными платами и обычно представляют собой одножильный провод 22-28 AWG. Провода перемычки могут иметь концы «папа» или «мама» в зависимости от того, как их нужно использовать.

Паяльник

Когда пришло время создать постоянную цепь, вам нужно спаять части вместе. Для этого вам понадобится паяльник. Конечно, паяльник бесполезен, если к нему нет припоя.Вы можете выбрать припой с содержанием свинца или без свинца нескольких диаметров.

Теперь пора поговорить о различных компонентах, которые воплощают в жизнь ваши электронные проекты. Ниже приводится краткое описание наиболее распространенных компонентов и функций, которые они выполняют.

Переключатель

могут быть разных форм, например, кнопочные, кулисные, мгновенные и другие. Их основная функция – прерывание электрического тока путем включения или выключения цепи.

Резистор

Резисторы используются для сопротивления прохождению тока или для управления напряжением в цепи.Величина сопротивления резистора измеряется в Ом. У большинства резисторов есть цветные полосы снаружи, и этот код сообщит вам значение сопротивления. Вы можете использовать мультиметр или калькулятор цветового кода резистора Digikey, чтобы определить номинал резистора.

Переменный резистор (потенциометр)

Переменный резистор также известен как потенциометр. Эти компоненты можно найти в таких устройствах, как диммер или регулятор громкости для радио.Когда вы поворачиваете вал потенциометра, сопротивление в цепи изменяется.

Светозависимый резистор (LDR)

Светозависимый резистор также является переменным резистором, но управляется светом, а не поворотом ручки. Сопротивление в цепи изменяется в зависимости от интенсивности света. Они часто встречаются во внешнем освещении, которое автоматически включается в сумерках и выключается на рассвете.

Конденсатор

Конденсаторы накапливают электричество, а затем разряжают его обратно в цепь при падении напряжения.Конденсатор подобен перезаряжаемой батарее, его можно заряжать, а затем разряжать. Значение измеряется в диапазоне Ф (фарад), нанофарада (нФ) или пикофарада (пФ).

Диод

Диод пропускает электричество в одном направлении и блокирует обратное. Основная роль диода – направлять электричество по нежелательному пути внутри цепи.

Светоизлучающий диод (LED)

Светодиод похож на стандартный диод тем, что электрический ток течет только в одном направлении.Основное отличие заключается в том, что светодиод излучает свет, когда через него проходит электричество. Внутри светодиода находятся анод и катод. Ток всегда течет от анода (+) к катоду (-) и никогда в обратном направлении. Более длинная ветвь светодиода – это положительная (анодная) сторона.

Транзистор

Транзистор – это крошечные переключатели, которые включают или выключают ток при срабатывании электрического сигнала. Помимо того, что он является переключателем, он также может использоваться для усиления электронных сигналов.Транзистор похож на реле, за исключением того, что у него нет движущихся частей.

Реле

Реле – это переключатель с электрическим приводом, который размыкается или замыкается при подаче питания. Внутри реле находится электромагнит, который управляет механическим переключателем.

Интегральная схема (ИС)

Интегральная схема – это схема, размер которой уменьшен, чтобы поместиться внутри крошечного чипа. Эта схема содержит электронные компоненты, такие как резисторы и конденсаторы, но в гораздо меньшем масштабе.Интегральные схемы бывают разных вариаций, таких как таймеры 555, регуляторы напряжения, микроконтроллеры и многое другое. Каждый вывод на ИС уникален с точки зрения своей функции.

Перед тем как разрабатывать электронный проект, вы должны знать, что такое схема и как ее правильно создать.

Электронная схема – это круговой путь проводников, по которому может течь электрический ток. Замкнутый контур похож на круг, потому что он начинается и заканчивается в одной и той же точке, образуя полный цикл.Кроме того, замкнутая цепь позволяет электричеству беспрерывно течь от (+) питания к (-) заземлению.

Напротив, если есть какой-либо перерыв в подаче электроэнергии, это называется обрывом цепи. Как показано ниже, переключатель в цепи может вызывать ее размыкание или замыкание в зависимости от своего положения.

Все схемы должны иметь три основных элемента. Эти элементы представляют собой источник напряжения, токопроводящую дорожку и нагрузку.

Источник напряжения, например аккумулятор, необходим для протекания тока через цепь.Кроме того, должен быть токопроводящий путь, по которому будет проходить электричество. Наконец, для правильной схемы нужна нагрузка, потребляющая энергию. Нагрузкой в ​​приведенной выше схеме является лампочка.

При работе со схемами вы часто встретите нечто, называемое схематической диаграммой. На этих схемах используются символы, показывающие, какие электронные компоненты используются и где они размещаются в цепи. Эти символы представляют собой графические изображения реальных электронных компонентов.

Ниже приведен пример схемы, изображающей схему светодиода, управляемую переключателем. Он содержит символы для светодиода, резистора, батареи и переключателя. Следуя схематической диаграмме, вы можете узнать, какие компоненты использовать и где их разместить. Эти схемы чрезвычайно полезны для новичков при первом изучении схем.

Существует много типов электронных символов, которые незначительно различаются в зависимости от страны.Ниже приведены несколько наиболее часто используемых электронных символов в США.

обычно используются в проектах электроники, и важно знать, какой размер использовать. Чтобы узнать номинал резистора, вам нужно знать напряжение и силу тока для вашего светодиода и батареи.

Для нормальной работы стандартного светодиода обычно требуется напряжение около 2 В и ток 20 мА или 0,02 А. Далее вам нужно узнать, какое напряжение у вашего аккумулятора. В этом примере мы будем использовать батарею на 9 В.Чтобы определить размер резистора, нам нужно использовать формулу, известную как закон Ома, как показано ниже.

Закон Ома – сопротивление (R) = напряжение (В) / ток (I)

• Сопротивление измеряется в Ом (Ом)
• Напряжение измеряется в вольтах (В)
• Ток измеряется в амперах (A)

Используя закон Ома, вам нужно вычесть напряжение светодиода из напряжения батареи. Это даст вам напряжение 7, которое нужно разделить на.02 ампера от светодиода. Эта формула показывает, что вам понадобится резистор 350 Ом.

Отметим, что стандартные резисторы не имеют сопротивления 350 Ом, но доступны в 330 Ом, что вполне подойдет.

Теперь пришло время объединить все, что вы узнали, и создать базовую схему. Этот проект – отличный стартовый проект для начинающих. Мы будем использовать тестовые провода, чтобы создать временную схему без пайки.

Необходимые детали:

Принципиальная схема

Этапы проекта

1. Присоедините зажим аккумулятора к верхней части аккумулятора 9 В.
2. Красный провод от зажима аккумулятора подсоединяется к одному зажиму типа «крокодил» на красном щупе.
3. Другой конец красного щупа подсоединяется к длинной ножке (+) светодиода.
4. Подсоедините один зажим «крокодил» черного тестового провода к короткой ножке (-) светодиода.
5. Другой конец черного измерительного провода зажимается на одной ножке резистора 330 Ом.
6. Закрепите одну сторону другого черного измерительного провода на другой ножке резистора 330 Ом.
7. Противоположный конец черного щупа подсоединяется к черному проводу аккумуляторной батареи.

ВАЖНО – Никогда не подключайте светодиод напрямую к батарее 9 В без резистора в цепи. Это сделать с повреждением / разрушением светодиода. Однако вы можете подключить светодиод к батарее 3 В или меньше без резистора.

Еще один способ создать и протестировать схему – это построить ее на макетной плате. Эти платы необходимы для тестирования и создания прототипов схем, потому что пайка не требуется. Компоненты и провода вставляются в отверстия, образуя временную цепь.Поскольку это не навсегда, вы можете экспериментировать и вносить изменения, пока не будет достигнут желаемый результат.

Под отверстиями каждого ряда находятся металлические зажимы, которые соединяют отверстия друг с другом. Средние ряды идут вертикально, как показано, в то время как внешние столбцы соединяются горизонтально. Эти внешние колонны называются силовыми шинами и используются для приема и подачи питания на плату.

На макетные платы необходимо подавать питание, и это можно сделать несколькими способами.Один из самых простых способов – вставить провода от держателя батареи в шины питания. Это будет подавать напряжение только на ту шину, к которой он подключен.

Для питания обеих шин потребуется перемычка, соединяющая (+) и (-) с рейкой на противоположной стороне.

Теперь мы научимся создавать схему на макетной плате. Эта схема точно такая же, как и раньше, но мы не будем использовать измерительные провода.

Необходимые детали:

Принципиальная схема

Этапы проекта

1. Присоедините зажим аккумулятора к верхней части аккумулятора 9 В.
2. Вставьте красный провод от зажима аккумулятора в F9 макета.
3. Вставьте черный провод зажима аккумулятора в разъем J21 на макетной плате.
4. Согните ножки резистора 330 Ом и поместите одну ножку в F21.
5. Вставьте другую ногу резистора в F15.
6. Вставьте короткую ножку светодиода в J15, а длинную – в J9.

Красные стрелки на изображении ниже помогают показать, как в этой цепи течет электричество.Все компоненты соединены друг с другом по кругу, как при использовании тестовых проводов.

ВАЖНО – Никогда не подключайте светодиод напрямую к батарее 9 В без резистора в цепи. Это сделать с повреждением / разрушением светодиода.

Если вы хотите сделать свою схему постоянной, вам нужно спаять ее вместе. Подробное руководство по пайке электроники можно найти в нашей публикации «Как паять» с полным пошаговым руководством.

В Интернете есть множество отличных мест, где можно найти электронные компоненты, детали и инструменты.Ниже приведен список наших любимых мест для покупок электроники.

Первая вакуумная трубка – История термоэлектронной трубки

Сэр Джон Амброуз Флеминг (1849–1945) был английским инженером-электриком и физиком, известным прежде всего тем, что в 1904 году изобрел первую электрическую лампу . Его также называли термоэмиссионным клапаном, вакуумным диодом, кенотроном, термоэлектронной трубкой или клапаном Флеминга. Флеминг внес большой вклад не только в электронику, но и в фотометрию, электрические измерения и беспроводной телеграф.Он стал консультантом Edison Electric Light Company и популярным преподавателем в Университетском колледже. В 1929 году он был посвящен в рыцари за многие достижения в области электротехники и электроники. Флеминг был автором более сотни научных работ и книг, в том числе влиятельных «Трансформатор переменного тока» (1889 г.), «Принципы электроволновой телеграфии» (1906 г.), «Распространение электрических токов в телефонных и телеграфных проводниках. »(1911 г.) и« Воспоминания о научной жизни »(1934 г.).

В 1904 году Флеминг получил патент Великобритании № 24850 (см. Патент) на Улучшения в приборах для обнаружения и измерения переменного электрического тока. для прототипа вакуумной лампы, в следующем году он получил патент США на то же устройство. Это изобретение (см. Фото одного из первых вакуумных диодов Флеминга) часто считается началом электроники, поскольку это была первая электронная лампа. Диод Флеминга использовался в радиоприемниках и радарах в течение многих десятилетий, пока более 50 лет спустя его не вытеснила твердотельная электронная технология.В первой половине 20-го века электронные лампы позволили развить радиовещание, междугородную телефонную связь, телевидение и первые электронные цифровые компьютеры (см. Азбуку Атанасова и Колосса), которые были крупнейшими системами на электронных лампах за всю историю. построен. Транзисторы заменили их практически во всех приложениях, но они все еще иногда используются в устройствах отображения для телевизоров и компьютеров (электронно-лучевые трубки), в микроволновых печах и в качестве высокочастотных передатчиков на космических спутниках.

Электронная лампа Флеминга была основана на эффекте, который Томас Эдисон впервые обнаружил в 1880-х годах, и в то время он еще не нашел практического применения. Один из изобретателей Эдисона – Уильям Джозеф Хаммер (1858-1934), работавший в лаборатории Томаса Эдисона, заметил эффект выпрямителя, когда он добавил еще один электрод к лампе накаливания с подогревом. Хаммер отвечал за испытания первых световых шаров в 1880–1881 годах и заметил голубое свечение вокруг положительного полюса вакуумной лампы и почернение провода и лампы на отрицательном полюсе.Это неизвестное явление сначала было названо «Призрачная тень Молота», но когда Эдисон запатентовал лампу в 1883 году, он стал известен как «Эффект Эдисона».

Электронная лампа Флеминга состояла из лампы накаливания с дополнительным электродом внутри. Когда нить колбы нагревается до белого каления, электроны выкипают с ее поверхности и попадают в вакуум внутри колбы. Если дополнительный электрод (также называемый «пластиной» или «анодом») сделать более положительным, чем горячая нить накала, через вакуум протекает постоянный ток.