Электронные устройства и приборы

1.

ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕТРОНИКУ

2.

Электронные устройства и приборы
Электроника - это наука, изучающая явления взаимодействия электронов и
других
заряженных
частиц
с
электрическими,
магнитными
и
электромагнитными полями, что является физической основой работы
электронных
приборов
и
устройств
(вакуумных,
газозарядных
полупроводниковых и других).
Электроника - это область науки, техники и производства, охватывающая
исследования, разработку и создание электронных устройств и принципы их
использования.
Электронные устройства - устройства, основанные на электронных
приборов и элементов и выполняющие функции по передаче, обработке и
хранению информации, а также преобразования и генерации напряжений и
токов с нужными параметрами и характеристиками.
Электронные приборы - компоненты электронных устройств, реализующие
различные физико-химические явления и эффекты для получения заданных
функций электронных устройств.

3.

Области использования электронных устройств

4.

Классификация электронных устройств
Электроника
Информационная
(Microelectronics)
Силовая
(Power electronics)
Аналоговая техника
Формирователи
(генераторы)
Радиотехника
Регуляторы
(стабилизаторы)
Импульсная техника
Цифровые устройства
Аналогово - цифровые
устройства
Преобразователи
Усилители

5.

Направления исследований, физические эффекты и явления, а также
материалы, лежащие в основе современной электроники.
Используемые материалы, явления и
эффекты
Эмиссионно-излучательная
электроника
Электронно-вакуумные
приборы
Газоразрядные приборы
Электронно-волновая техника
(магнетрон, ЛБВ, клистрон)
Твердотельная электроника
Полупроводники
Кристаллы
Квантовая электроника
Лазеры и мазеры
Фотоника
Ферромагнетики
Квантовые компьютеры
Диэлектрики
Рентгеноскопия
Квантовые системы связи
Мультиферрики
ЯМР
Опто-волоконная техника
Наноматериалы
Молекулы и атомы

6.

Основные этапы развития электроники
1. В середине 18 века Шарль Франсуа дю - Фай (Дюфе), французский химик, заметил, что электричество может
проводиться в газообразном веществе, то есть плазме, прилегающей к раскаленному телу.
2. Явление было вновь открыто в 1873 году Фредериком Гатри в Великобритании.
3. 1880-х годах американский изобретатель Томас Эдисон подал заявку на патент, относящийся к термоэлектронной эмиссии
в вакууме. Явление было названо «Эффектом Эдисона», хотя сам эдисон не придал ему значения.
4. Джон Амброз Флеминг считается изобретателем первого электровкуумного диода. Это устройство, запатентованное в
1904, стало первым электронным детектором радиоволн, преобразующим радиосигналы переменного тока в постоянный
ток. Открытие Флеминга было первым шагом в эпоху ламповой электронной техники. Эпохи, которая продлилась без
малого до конца XX века.
5. в 1874 году немецким физиком Карлом Брауном открыт выпрямительный эффект кристалла галена (сульфида свинца) в
контакте с острием подпружиненного проводника. Детекторы такого типа (детектором называлось устройство,
использующее выпрямительный эффект Брауна для выделения из модулированного сигнала несущей звуковую
информацию и принятой антенной т.н. детекторного приёмника радиоволны низкочастотного сигнала), использовались
вплоть до середины ХХ века в радиоприёмных устройствах.
6. Ли де Форест — американский изобретатель, в 1906 году запетентовал триод — электронную лампу, которая принимает
на входе относительно слабый электрический сигнал и затем усиливает его. Де - Форест является одним из отцов «века
электроники», потому что триод помог открыть дорогу широкому использованию электроники
7. В 1938 году немецкий физик Вальтер Шоттки из компании Siemens разработал в 1938 г. теорию перехода металлполупроводник. и обосновал выпрямляющее действие контакта металлического проводника и полупроводника наличием
возникающего в месте контакта потенциального барьера, (Ранее В. Шоттки существенно улучшил электронно-авкуумный
триод, добавив в его конструкцию вторую сетку, создав т.н. тетрод.)
8. 16 декабря 1947 года физик-экспериментатор Уолтер Браттейн, работавший с теоретиком Джоном Бардином, собрал
первый работоспособный точечный транзистор. Теорию p-n-перехода и плоскостного транзистора создал в 1948—1950
годах Уильям Шокли. Все трое получили за изобретение транзистора Нобелевскую премию.

7.

Пионеры электронной техники
Шарль Франсуа Дюфе (1698, —1739
Карл Фердинанд Браун (1850 —1918)
Фредерик Гатри ( 1833 - 1886)
Ли де Форест (1873, —1961,)
о́мас А́лва Э́дисон (1847 —1931)
Вальтер Герман Шоттки (1886 —1976)
Сэр Джон Амброз Флеминг (я 1849 —1945
Дж.Бардин, У. Шокли и У. Браттейн

8.

Развитие микропроцессоров, ЭВМ и суперкомпьтеров
№п/п
1
2
3
ЭВМ
ЭНИАК США)
IBM PC (США)
Фугаки (Япония)
Год
выпуск
а
1945
1981
2020
ОЗУ(КБ)
Тактовая
частота
(МГц)
0.1
0.64*10-1
4.7-12.5
0.64*102
2*103
0.5*1011
Кол-во
транзисторо
(ламп)
17.5*103
0.135*109
0.8*1016
Произв-сть
(флопс)
0.36*103
1*106
2*1018

9.

Квантовый компьютинг
Квантовый компьютер—вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики (квантовая
суперпозиция, квантовая запутанность) для передачи и обработки данных. Квантовый компьютер (в отличие от обычного)
оперирует не битами (способными принимать значение либо 0, либо 1), а кубитами, имеющими значения одновременно и 0,
и 1. Теоретически, это позволяет обрабатывать все возможные состояния одновременно, достигая существенного
превосходства над обычными компьютерами в ряде алгоритмов.
Квантовый компьютер по определению использует технологии манипулирования квантовыми объектами для
организации вычислительного процесса. Квантовые объекты могут быть разными. Это частицы света - фотоны, электроны,
атомы, молекулы или специально сконструированные макроструктуры, обладающие свойствами, которые описывает
математическая теория квантовой механики. Квантовые вычислительные технологии позволяют организовать
взаимодействие с такими объектами в информационные логические единицы. В технической англоязычной литературе они
получили называние quantumbit, или qubit, в русскоязычной - кубит.
В соответствии с математической теорией квантовой механики, взаимодействие квантовых объектов создает
промежуточные состояния, содержащие информацию обо всех возможных путях развития этих взаимодействий.
Соответственно эта информация содержится и в кубитах. При правильной организации вычислительного процесса
(программирования) такие свойства позволяют ускорить получение решения по сравнению с самыми мощными
классическими компьютерами, которые используются в науке и технике.
Так, квантовый компьютер обладает значимым преимуществом перед классическим, которое заключается в ускорении
вычислений, специально подготовленных для квантового компьютера. Это относится прежде всего к процессам, которые
описываются квантовой механикой, то есть взаимодействию квантовых объектов. Например, химические реакции являются
квантовыми по своей природе. По прогнозам экспертов, моделирование на квантовых компьютерах открывает новые
перспективы для развития химической отрасли, в частности при создании лекарств или новых материалов.

10.

Квантовые компьютеры

11.

Квантовый канал связи