Ценными качествами электрона являются его исключительная подвижность и способность обмениваться энергией с электрическим полем

ВВЕДЕНИЕ

Для освоения какого–либо диапазона радиоволн необходимо уметь:

· Генерировать монохроматические колебания определённой мощности;

· Воспринимать радиоволны очень малой мощности, несущие полезную информацию, и усиливать их;

· Преобразовывать электромагнитные колебания одной частоты в колебания другой частоты;

· Модулировать генерируемые колебания данного диапазона волн колебаниями, несущими полезную информацию;

· Демодулировать принятые и усиленные радиоволны (сигналы) с целью выделения из них модулирующих колебаний, несущих полезную информацию;

· Канализировать радиоволны в линиях передачи и излучать их в свободное пространство;

· Определять потери мощности и различные преобразования сигналов, связанные с распространением радиоволн.

Предметом курса является одна из наиболее важных областей радиоэлектроники, объединяющей две области науки и техники, определяемые словами: «РАДИО» и «ЭЛЕКТРОНИКА»

Первоначально электроника и радиотехника развивались независимо друг от друга. Электронные процессы в вакууме и различных веществах изучались в целях познания их физической сущности. В ходе этого изучения были определены свойства элементарных частиц электричества – иона и электрона.

К ним относятся:

· Испускание электронов твёрдым телом – термоэлектронная эмиссия;

· Зависимость электрической проводимости цепи, состоящей из накалённого и не накалённого электродов, разделённых вакуумным промежутком, от направления тока;

· Взаимный обмен энергией между переменным потоком электронов в вакуумном промежутке и электромагнитным полем, созданном в этом промежутке;

· Ионизация разреженного газа при прохождении потока быстродвижущихся электронов, сопровождающаяся резким увеличением проводимости среды;

· Наличие двух типов электропроводности полупроводников

(электронная и дырочная);

· Существование на границе электронного и дырочного полупроводников переходного слоя, обладающего электрической проводимостью, зависящей от направления тока;

· Инжекция носителей, фотоэффект, электролюминесценция.

Ценными качествами электрона являются его исключительная подвижность и способность обмениваться энергией с электрическим полем.

Параллельно с исследованием свойств электрона развивались и такие области науки как радиофизика и радиотехника:

· Боргман Иван Иванович - русский физик. Электрические и магнитные явления, колебания и разряды в газах, опыты по беспроводной передаче сообщений.

· Д. К. Максвелл – 1855 – 1864 г.г. Теория электромагнитного поля.

· А.Н. Лодыгин – 1873 г. Первый электровакуумный прибор – лампа накаливания.

· Г. Герц - 1886- 1889 г. г. Экспериментальные исследования электромагнитных волн.

· Э. Бранли – изобрёл индикатор электромагнитных волн – когеррер.

· Эдиссон – осуществил связь с движущимся поездом и станцией используя телеграфные провода и катушку Румкорфа с бесискровым промежутком. Открыл явление термоэлектронной эмиссии.

· Флеминг – 1904 г. Вакуумный диод.

· Де Форест –в 1907 г. Вакуумный триод (аудион).

Создателем первой успешной системы обмена информацией с помощью радиоволн в некоторых странах считался итальянский инженер Гульельмо Маркони (1896). В России изобретателем радио считается А.С. Попов, создавший в 1895 г. практичный радиоприёмник. В США таковым считается серб Никола Тесла, запатентовавший в 1983 году радиопередатчик, а в 1985 г. приёмник; его приоритет перед Маркони был признан в судебном порядке в 1943 году. Во Франции изобретателем беспроволочной телеграфии долгое время считался создатель трубки Бранли (1890) Эдуард Бранли. В Англии, в 1894 году первым демонстрирует радиопередачу и радиоприём на расстояние 40 метров изобретатель когерера Оливер Джозеф Лодж. Первым же изобретателем способов передачи и приёма электромагнитных волн (которые длительное время назывались «Волнами Герца - Hertzian Waves»), является сам их первооткрыватель, немецкий учёный Генрих Герц (1888 г.).

Впрочем, в то время не было еще и такого термина – «радио», хотя в 1890 г Э.Бранли уже назвал свою трубку с металлическими опилками "радиокондуктором" (радиоуправляемым проводником), да и термин «радио» постепенно утвердился в науке, технике и в быту лишь после 1903 г, после Международной конференции по беспроволочному телеграфированию, которая рекомендовала термин «радиотелеграфия» взамен бытовавших тогда терминов «беспроводная связь» и «сигнализация без проводов». В последующих изданиях различного назначения литературы слово «радио» трактуется в основном одинаково: радио - это способ передачи и приема информации (сигналов) на расстояние без проводов посредством распространяющихся в пространстве электромагнитных волн (радиоволн).

В честь этого изобретения было принято Постановление Совнаркома СССР от 4 мая 1945 г., в коем констатировалось: «В ознаменование 50-летия со дня изобретения радио русским ученым А. С. Поповым, исполняющегося 7 мая 1945 г., СНК Союза ССР постановил: учитывая важнейшую роль радио в культурной и политической жизни населения и для обороны страны, в целях популяризации достижений отечественной науки и техники в области радио и поощрения радиолюбительства среди широких слоев населения, установить 7 мая ежегодный «День радио».

11 мая 1993 года Правительство России издало Постановление № 434 о проведении 100-летнего юбилея изобретения радио, в котором отмечен приоритет России.

На 27-й сессии Генеральной Ассамблеи ЮНЕСКО было принято предложение Правительства России о международном праздновании в 1995 году 100-летней годовщины создания радио и государства - члены ЮНЕСКО призывались широко отметить эту дату.

Как видим, уже в начале 20 века радиофизика вместе с радиотехникой начала перекрещиваться с электроникой и на границе этих научных направлений образовалась новая область – радиоэлектроника.

Развитие радиотехники стало базироваться на использовании злектронных приборов. Электроника в настоящее время настолько пронизывает всю профессиональную деятельность, отдых и быт человека, что стала чуть ли не основным объектом приложения самостоятельных творческих изысканий многих любителей техники.

В первое двадцатилетие 20 века развитие радиотехники базировалось на использовании длинных и средних волн от 15 КГц до 3 МГц. Но уже в середине 20–х годов накопленный опыт в области радиоламповой техники обеспечил бурное освоение коротковолнового диапазона с длинной волны менее 100 м. Радиотехника с этого времени тесно связала свою судьбу с электронной техникой

Следующий шаг в продвижении радиотехники в более коротковолновые диапазоны был вызван развитием радиолокации и телевидения. В этих новых диапазонах частот сеточные приборы – триоды, тетроды, пентоды – уже не могли удовлетворить потребности радиотехники. Исторически последовательность в развитии приборов начинается с попыток приспособления к новым условиям ранее разработанных приборов. Однако в сеточных приборах на сверхвысоких частотах невозможно получить колебания достаточной мощности. Поэтому в конце 30-х годов появились приборы, использующие новый принцип обмена энергией между электронами и электромагнитным полем – длительный, со временем взаимодействия в десятки периодов колебаний электромагнитной волны (магнетроны, клистроны, а далее в 40 – 50 годах ЛБВ и большая группа приборов М - типа и О – типа).

В начале 50-х годов начала интенсивно развиваться электроника твёрдого тела. В отличие от вакуумной электроники здесь движение электронов происходит непосредственно в пределах твёрдого тела, в его кристаллической решётке. Решающее влияние на характер движения электронов оказывают внутренние электрические и магнитные поля, возникающие внутри кристалла. Наиболее ранней ветвью электроники твёрдого тела является полупроводниковая электроника.

Уолтер Браттейн и Джон Бардин, В 1956 году Уильям Шокли, Джон Бардин, Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию "за исследование полупроводников и открытие транзисторного эффекта" Бардин и Браттейн - это точечный транзистор, который тут же и умер. А мой - живет".

«Полупроводники – сравнительно молодая наука – ей нет ещё и тридцати лет. Она носит на себе черты нового времени»

Абрам Фёдорович Иоффе (1956 г.)

«Английский физик Кавендиш опытами доказал, что вода проводит электричество в 400 миллионов раз хуже металла (1776 г.). Не взирая на сие, она ещё не совсем худой проводник электричества. Тела, кои в рассуждении способности проводить электричество, занимающие как бы среднее место между проводниками и непроводниками, обыкновенно называются полупроводниками»

Иван Двигубский Начальные основания опытной физики» (1826 г.)

К "счастью" - для Шокли - точечный транзистор был явно нежизнеспособен, его надо было не усовершенствовать, а отбросить, и на том же принципе создать что-то совсем иное. Шокли это понял сразу и был готов к новому как никто другой - не зря он разрабатывал теорию р-п- перехода. Надо было лишь забыть о своей же идее "эффекта поля" (конечно же, только на время, Шокли от своих идей не отрекался) и переключиться на транзисторный эффект. Его творческая энергия сфокусировалась в одну точку, рождественские каникулы стали его "страстной неделей", и ночью 31 декабря 1947 года ему как бы приснился транзистор с р-п- переходами, будущий биполярный плоскостной транзистор (видимо, так бывает, когда сон и явь становятся неразличимы, вспомним Менделеева, которому "приснилась" Периодическая система элементов). Окончательная концепция сформировалась к 23 января 1948 года, дата патентного приоритета - 26.06.48, экспериментальное подтверждение состоялось в апреле 1949 года, а в 1950-51 годы началось изготовление сплавных германиевых транзисторов. Вот теперь преимущества транзистора перед радиолампой - твердотельность, сверхминиатюрность, неограниченная долговечность - стали явью, а что еще не реализовалось, вполне логично домысливалось. Стало ясно, что транзистор интересен не только и не столько тем, что может заменить радиолампу, сколько тем, что может дать то, на что радиолампа в принципе неспособна. В 1952 году впервые была высказана идея интегральной схемы - транзистор Шокли позволял об этом думать вполне реально.

Вместе с тем полупроводниковая электроника открывает новые возможности использования электронных приборов. Здесь необходимо отметить развитие параметрических устройств на полупроводниковых диодах, устройства на приборах с зарядовой связью, приборы с инжекционным питанием, акустоэлектронные устройства и т.д.

С электроникой твёрдого тела связана и такая перспективная область науки и техники как квантовая электроника, использующая свойства твёрдых тел, связанные со строением атомов молекул и других микрочастиц. Квантовая электроника позволила создать и самые чувствительные усилители (парамагнитные) способные принимать сигналы порядка Вт., и самые мощные источники излучения. Методы квантовой электроники были перенесены из радиодиапазона в инфракрасный и световой диапазоны волн (лазеры). С появлением лазеров радиофизика и радиотехника сомкнулись с другой областью физики – оптикой. Эту область справедливее называть радиооптикой, чем радиоэлектроникой. Но пожалуй самые впечатляющие успехи достигнуты в области микроэлектроники – интегральных микросхемотехники.

Следует отметить, что ни вакуумные, ни полупроводниковые, ни квантовые приборы по отдельности не могут решить всех задач современной радиоэлектроники. Поэтому правильнее определить области, в которых преимущества одних приборов превышают недостатки других.