История и развитие радиотехники

Предметомэлектроннойтехники являетсятеория и практикапримененияэлектронных,ионных и полупроводниковыхприборов вустройствах,системах иустановкахдля различныхобластей народногохозяйства.Гибкость электроннойаппаратуры,высокие быстродействия,точность ичувствительностьоткрывают новыевозможностиво многих отрасляхнауки и техники.

Радио ( отлатинского“radiare” - излучать,испускать лучи) -

1). Способбеспроволочнойпередачи сообщенийна расстояниепосредствомэлектромагнитныхволн ( радиоволн), изобретённый русским учёнымА.С. Поповым в1895 г. ;

2). Областьнауки и техники,связанная сизучениемфизическихявлений, лежащихв основе этогоспособа, и сего использованиемв связи, вещании,телевидении,локации и т.д.

Радио, какуже было сказановыше, открылвеликий русскийучёный АлександрСтепановичПопов. Датойизобретениярадио принятосчитать 7 мая1895 г., когда А.С.Попов выступилс публичнымдокладом идемонстрациейработы своегорадиоприёмникана заседанииФизическогоотделенияРусскогофизико-химическогообщества вПетербурге.

Развитиеэлектроникипосле изобретениярадио можноразделить натри этапа :радиотелеграфный,радиотехническийи этап собственноэлектроники.

В первыйпериод ( около30 лет ) развиваласьрадиотелеграфияи разрабатывалисьнаучные основырадиотехники.С целью упрощенияустройстварадиоприёмникаи повышенияего чувствительностив разных странахвелись интенсивныеразработкии исследованияразличных типовпростых и надёжныхобнаружителейвысокочастотныхколебаний -детекторов.

В 1904 г. былапостроенапервая двухэлектроднаялампа ( диод ),которая до сихпор используетсяв качестведетекторавысокочастотныхколебаний ивыпрямителятоков техническойчастоты, а в1906 г. появилсякарборундовыйдетектор.

Трёхэлектроднаялампа ( триод) была предложенав 1907 г. В 1913 г. быларазработанасхема ламповогорегенеративногоприёмника ис помощью триодабыли полученынезатухающиеэлектрическиеколебания.Новые электронныегенераторыпозволилизаменить искровыеи дуговыерадиостанцииламповыми, чтопрактическирешило проблемурадиотелефонии.Внедрениюэлектронныхламп в радиотехникуспособствовалапервая мироваявойна. С 1913 г. по1920 г. радиотехникастановитсяламповой.

Первые радиолампыв России былиизготовленыН.Д. Папалексив 1914 г. в Петербурге.Из-за отсутствиясовершеннойоткачки онибыли не вакуумными,а газонаполненными( с ртутью ). Первыевакуумныеприёмно - усилительныелампы былиизготовленыв 1916 г. М.А. Бонч-Бруевичем.Бонч-Бруевичв 1918 г. возглавилразработкуотечественныхусилителейи генераторныхрадиоламп вНижегородскойрадиолаборатории.Тогда был созданв стране первыйнаучно - радиотехническийинститут сширокой программойдействий, привлёкшийк работам вобласти радиомногих талантливыхучёных, молодыхэнтузиастоврадиотехники.Нижегородскаялабораториястала подлиннойкузницей кадроврадиоспециалистов,в ней зародилисьмногие направлениярадиотехники,в дальнейшемставшие самостоятельнымиразделамирадиоэлектроники.

В марте 1919 г.начался серийныйвыпуск электроннойлампы РП-1. В 1920 г.Бонч-Бруевичзакончил разработкупервых в мирегенераторныхламп с медныманодом и водянымохлаждениеммощностью до1 кВт,а в 1923 г. - мощностьюдо 25 кВт.В НижегородскойрадиолабораторииО.В. Лосевым в1922 г. была открытавозможностьгенерироватьи усиливатьрадиосигналыс помощьюполупроводниковыхприборов. Имбыл созданбезламповыйприёмник - кристадин.Однако в тегоды не былиразработаныспособы полученияполупроводниковыхматериалов,и его изобретениене получилораспространения.

Во второйпериод ( около20 лет ) продолжалоразвиватьсярадиотелеграфирование.Одновременноширокое развитиеи применениеполучилирадиотелефонированиеи радиовещание,были созданырадионавигацияи радиолокация.Переход отрадиотелефонированияк другим областямпримененияэлектромагнитныхволн стал возможенблагодарядостижениямэлектровакуумнойтехники, котораяосвоила выпускразличныхэлектронныхи ионных приборов.

Переход отдлинных волнк коротким исредним, а такжеизобретениесхемы супергетеродинапотребовалипримененияламп болеесовершенных,чем триод.

В 1924 г. быларазработанаэкранированнаялампа с двумясетками ( тетрод), а в 1930 - 1931 г.г. - пентод( лампа с тремясетками ). Электронныелампы сталиизготовлятьс катодамикосвенногоподогрева.Развитие специальныхметодов радиоприёмапотребовалосоздания новыхтипов многосеточныхламп ( смесительныхи частотно -преобразовательныхв 1934 - 1935 г.г. ). Стремлениеуменьшить числоламп в схемеи повыситьэкономичностьаппаратурыпривело к разработкекомбинированныхламп.

Освоениеи использованиеультракороткихволн привелок усовершенствованиюизвестныхэлектронныхламп ( появилисьлампы типа“желудь”,металлокерамическиетриоды и маячковыелампы ), а такжеразработкеэлектровакуумныхприборов сновым принципомуправленияэлектроннымпотоком - многорезонаторныхмагнетронов,клистронов,ламп бегущейволны. Эти достиженияэлектровакуумнойтехники обусловилиразвитиерадиолокации,радионавигации,импульсноймногоканальнойрадиосвязи,телевиденияи др.

Одновременношло развитиеионных приборов,в которыхиспользуетсяэлектронныйразряд в газе.Был значительноусовершенствованизобретённыйещё в 1908 г. ртутныйвентиль. Появилисьгазотрон ( 1928-1929г.г. ), тиратрон(1931 г.), стабилитрон,неоновые лампыи т.д.

Развитиеспособов передачиизображенийи измерительнойтехники сопровождалосьразработкойи усовершенствованиемразличныхфотоэлектрическихприборов (фотоэлементы,фотоэлектронныеумножители,передающиетелевизионныетрубки ) иэлектронографическихприборов дляосциллографов,радиолокациии телевидения.

В эти годырадиотехникапревратиласьв самостоятельнуюинженернуюнауку. Интенсивноразвивалисьэлектровакуумнаяпромышленностьи радиопромышленность.Были разработаныинженерныеметоды расчётарадиотехническихсхем, проведеныширочайшиенаучные исследования,теоретическиеи экспериментальныеработы.

И последнийпериод ( 60-е-70-егоды ) составляетэпоху полупроводниковойтехники и собственноэлектроники.Электроникавнедряетсяво все отраслинауки, техникии народногохозяйства.Являясь комплексомнаук, электроникатесно связанас радиофизикой,радиолокацией,радионавигацией,радиоастрономией,радиометеорологией,радиоспектроскопией,электроннойвычислительнойи управляющейтехникой,радиоуправлениемна расстоянии,телеизмерениями,квантовойрадиоэлектроникойи т.д.

В этот периодпродолжалосьдальнейшееусовершенствованиеэлектровакуумныхприборов. Большоевнимание уделяетсяповышению ихпрочности,надёжности,долговечности.Разрабатывалисьбесцокольные( пальчиковые) и сверхминиатюрныелампы, что даётвозможностьснизить габаритыустановок,насчитывающихбольшое количестворадиоламп.

Продолжалисьинтенсивныеработы в областифизики твёрдоготела и теорииполупроводников,разрабатывалисьспособы получениямонокристалловполупроводников,методы их очисткии введенияпримесей. Большойвклад в развитиефизики полупроводниковвнесла советскаяшкола академикаА.Ф.Иоффе.

Полупроводниковыеприборы быстрои широко распространилисьза 50-е-70-е годы вовсе областинародногохозяйства. В1926 г. был предложенполупроводниковыйвыпрямительпеременноготока из закисимеди. Позднеепоявилисьвыпрямителииз селена исернистой меди.Бурное развитиерадиотехники( особеннорадиолокации) в период второймировой войныдало новыйтолчок к исследованиямв областиполупроводников.Были разработаныточечные выпрямителипеременныхтоков СВЧ наоснове кремнияи германия, апозднее появилисьплоскостныегерманивыедиоды. В 1948 г.американскиеучёные Бардини Браттейнсоздали германиевыйточечный триод( транзистор), пригодныйдля усиленияи генерированияэлектрическихколебаний.Позднее былразработанкремниевыйточечный триод.В начале 70-х годовточечные транзисторыпрактическине применялись,а основнымтипом транзистораявлялся плоскостной,впервые изготовленныйв 1951 г. К концу1952 г. были предложеныплоскостнойвысокочастотныйтетрод, полевойтранзистори другие типыполупроводниковыхприборов. В1953 г. был разработандрейфовыйтранзистор.В эти годы широкоразрабатывалисьи исследовалисьновые технологическиепроцессы обработкиполупроводниковыхматериалов,способы изготовленияp-n- переходови самих полупроводниковыхприборов. Вначале 70-х годов,кроме плоскостныхи дрейфовыхгерманиевыхи кремниевыхтранзисторов,находили широкоераспространениеи другие приборы,использующиесвойстваполупроводниковыхматериалов: туннельныедиоды, управляемыеи неуправляемыечетырёхслойныепереключающиеприборы, фотодиодыи фототранзисторы,варикапы,терморезисторыи т.д.

Развитиеи совершенствованиеполупроводниковыхприборовхарактеризуетсяповышениемрабочих частоти увеличениемдопустимоймощности. Первыетранзисторыобладалиограниченнымивозможностями( предельныерабочие частотыпорядка сотникилогерц имощности рассеянияпорядка 100 - 200 мвт) и могли выполнятьлишь некоторыефункции электронныхламп. Для тогоже диапазоначастот былисозданы транзисторыс мощностьюв десятки ватт.Позднее былисозданы транзисторы,способныеработать начастотах до5 МГци рассеиватьмощность порядка5 вт, ауже в 1972 г. былисозданы образцытранзисторовна рабочиечастоты 20 - 70 МГцс мощностямирассеивания,достигающими100 вт иболее. Маломощныеже транзисторы( до 0,5 - 0,7 вт) могут работатьна частотахсвыше 500 МГц.Позже появилисьтранзисторы,работающиена частотахпорядка 1000 МГц.Одновременновелись работыпо расширениюдиапазонарабочих температур.Транзисторы,изготовленныена основе германия,имели первоначальнорабочие температурыне выше +55 ё70 °С,а на основекремния - невыше +100 ё120 °С.Созданные позжеобразцы транзисторовна арсениедегаллия оказалисьработоспособнымипри температурахдо +250 °С,и их рабочиечастоты в итогедовелись до1000 МГц.Есть транзисторына карбиде,работающиепри температурахдо 350 °С.Транзисторыи полупроводниковыедиоды по многимпоказателямв 70-е годы превосходилиэлектронныелампы и в итогеполностьювытеснили ихиз областейэлектроники.

Перед проектировщикамисложных электронныхсистем, насчитывающихдесятки тысячактивных ипассивныхкомпонентов,стоят задачиуменьшениягабаритов,веса, потребляемоймощности истоимостиэлектронныхустройств,улучшения ихрабочих характеристики, что самоеглавное, достижениявысокой надёжностиработы. Этизадачи успешнорешает микроэлектроника- направлениеэлектроники,охватывающееширокий комплекспроблем и методов,связанных спроектированиеми изготовлениемэлектроннойаппаратурыв микроминиатюрномисполненииза счёт полногоили частичногоисключениядискретныхкомпонентов.

Основнойтенденциеймикроминиатюризацииявляется “интеграция”электронныхсхем, т.е. стремлениек одновременномуизготовлениюбольшого количестваэлементов иузлов электронныхсхем, неразрывносвязанных междусобой. Поэтомуиз различныхобластеймикроэлектроникинаиболее эффективнойоказаласьинтегральнаямикроэлектроника,которая являетсяодним из главныхнаправленийсовременнойэлектроннойтехники. Сейчасшироко используютсясверх большиеинтегральныесхемы, на нихпостроено всёсовременноеэлектронноеоборудование,в частностиЭВМ и т.д.

Используемаялитература:

1. Словарьиностранныхслов. 9-е изд.Издательство“Русский язык”1979 г., испр. - М. : “Русскийязык”, 1982 г. - 608 с.

2. ВиноградовЮ.В. “Основыэлектроннойи полупроводниковойтехники”. Изд.2-е, доп. М., “Энергия”,1972 г. - 536 с.

3. Журнал “Радио”,номер 12, 1978 г.

МосковскийЭнергетическийИнститут

Реферат

по курсу

“ОсновыСистемногоАнализа”

студентагруппы Р-4-96

КоптеваИльи Вячеславовича

Тема :

“Историяи развитиерадиотехники”

Москва, 1996 г.