Электронные приборы и их классификация¶

Электронный прибор — устройство, принцип действия которого основан на управляемом движении носителей заряда (электронов, дырок, ионов) в вакууме, газе, полупроводнике или проводнике. К электронным приборам относят компоненты и изделия, предназначенные для генерации, усиления, преобразования, передачи, приёма и хранения информации, представленной в виде электрических сигналов, а также для преобразования видов энергии. Они лежат в основе радиотехники, связи, вычислительной техники, автоматики, измерительной и бытовой аппаратуры.

¶Общая характеристика

Электронные приборы отличаются от «чисто электрических» устройств (резисторов, катушек индуктивности, конденсаторов, соединителей) тем, что их работа связана с движением заряженных частиц в активной среде и с нелинейными вольт-амперными характеристиками. Это позволяет реализовать усиление, выпрямление, генерацию и переключение сигналов.

Основные параметры приборов:

• вольт-амперная характеристика (ВАХ) — зависимость тока от напряжения;
• крутизна, коэффициент усиления;
• входное и выходное сопротивление;
• рабочий диапазон частот;
• быстродействие (для импульсных и цифровых приборов);
• рассеиваемая мощность и КПД;
• надёжность и срок службы.

¶Историческое развитие

Начало электроники связывают с открытием термоэлектронной эмиссии (Т. Эдисон, 1883) и созданием вакуумного диода Дж. Флемингом (1904). В 1906—1907 годах Ли де Форест предложил трёхэлектродную лампу — триод, ставший основой первых усилителей и радиопередатчиков. В 1920—1940-е годы развивались многосеточные лампы, электронно-лучевые трубки, фотоэлементы.

Переломным стало изобретение транзистора (У. Шокли, Дж. Бардин, У. Браттейн, 1947—1948). С 1960-х годов началось массовое производство интегральных микросхем, что привело к миниатюризации и появлению микропроцессоров, а затем — к цифровой электронике и вычислительным системам.

В России электронная промышленность сформировалась в 1930—1950-е годы; были созданы отечественные приёмно-усилительные лампы, полупроводниковые приборы, а позднее — интегральные схемы и элементная база для вычислительной техники.

¶Классификация

¶По активной среде

¶По назначению

• Выпрямительные и преобразовательные — диоды, тиристоры, выпрямительные столбы.
• Усилительные — транзисторы, электронные лампы, операционные усилители.
• Генерирующие — генераторные лампы, магнетроны, кварцевые генераторы.
• Переключающие и логические — транзисторные ключи, логические элементы, микропроцессоры.
• Индикаторные и отображающие — электронно-лучевые трубки, светодиодные и жидкокристаллические дисплеи.
• Измерительные и датчиковые — фотоэлементы, терморезисторы, датчики Холла.

¶По степени интеграции

Различают дискретные приборы (один элемент в корпусе) и интегральные схемы, содержащие от десятков до миллиардов элементов на одном кристалле. По типу обрабатываемого сигнала выделяют аналоговые, цифровые и смешанные приборы.

¶Устройство и принцип действия

В полупроводниковых приборах используется свойство p-n-перехода пропускать ток преимущественно в одном направлении. Биполярный транзистор содержит два перехода и управляется током базы; полевой транзистор управляется напряжением на затворе и отличается высоким входным сопротивлением. В вакуумных лампах поток электронов эмитируется нагретым катодом и управляется потенциалом сетки. В газоразрядных приборах ток переносится электронами и ионами в газовой среде.

¶Применение

Электронные приборы применяются практически во всех отраслях:

• связь и телекоммуникации — передатчики, приёмники, усилители, модуляторы;
• вычислительная техника — процессоры, память, контроллеры;
• промышленность — силовые преобразователи, приводы, системы управления;
• энергетика — выпрямители, инверторы, стабилизаторы;
• медицина — диагностическая и терапевтическая аппаратура;
• бытовая техника — телевизоры, компьютеры, смартфоны;
• транспорт и космонавтика — бортовые системы, радиолокация, навигация.

¶Значение и тенденции

Развитие электронных приборов определило научно-технический прогресс XX—XXI веков. Ключевые направления современности — уменьшение размеров элементов, повышение быстродействия и энергоэффективности, освоение широкозонных полупроводников (карбид кремния, нитрид галлия), силовая и оптоэлектроника, гибкая электроника. В России действуют предприятия и научные центры, разрабатывающие элементную базу для связи, вычислительной техники и специальных применений.

¶Источники

• Физическая энциклопедия.
• Большая российская энциклопедия.
• Учебники по электронике и схемотехнике.
• Отраслевые справочники по полупроводниковым приборам.