elektronika
 
Encyklopedia
elektronika
[gr.],
dziedzina nauki i techniki, zajmująca się wykorzystaniem zjawisk związanych z ruchem elektronów swobodnych w próżni, gazach i ciałach stałych (głównie półprzewodnikach);
obejmuje teorię działania oraz metody wytwarzania przyrządów elektronowych (próżniowych i półprzewodnikowych), a także zbudowanych z nich układów i urządzeń elektronicznych.
Elektronika dzieli się ze względu na ośrodek, w którym odbywa się ruch elektronów, na elektronikę próżniową (obejmującą również przyrządy, w których elektrony poruszają się w środowisku gazowym), oraz elektronikę półprzewodnikową. Elektronika próżniowa zajmuje się lampami elektronowymi (próżniowymi i gazowanymi) oraz innymi próżniowymi przyrządami elektronicznymi, jak mikroskopy elektronowe, akceleratory cząstek naładowanych; z elektroniką próżniową ściśle wiąże się optyka elektronowa i optyka jonowa. Elektronika półprzewodnikowa obejmuje zagadnienia związane z działaniem przyrządów opartych na wykorzystaniu właściwości elektronowych półprzewodników; do przyrządów tych należą m.in.: tranzystor, układ scalony, tyrystor, dioda półprzewodnikowa, ogniwo fotoelektryczne, termistor, halotron. Szczególnie dynamicznie rozwijającym się działem elektroniki półprzewodnikowej jest obecnie mikroelektronika, obejmująca zagadnienia związane z otrzymywaniem i wykorzystaniem układów scalonych; coraz większego znaczenia nabiera elektronika dużych powierzchni, zwana niekiedy makroelektroniką, zajmująca się przyrządami o dużych powierzchniach, np. ogniwami fotowoltaicznymi i złożonymi z nich bateriami słonecznymi, matrycami tranzystorów cienkowarstwowych (stosowanymi m.in. do budowy ekranów ciekłokrystalicznych), scalonymi analizatorami obrazu (stosowanymi w kamerach telewizyjnych i cyfrowych aparatach fotograficznych).
Ze względu na rodzaj występujących zjawisk i obszar zastosowań wyodrębnia się m.in.: elektronikę kwantową — obejmującą zagadnienia generacji, wzmacniania i detekcji promieniowania elektromagnetycznego przez układy wzbudzonych atomów, cząsteczek lub jonów (laser, maser); elektronikę plazmy — zajmującą się zachowaniem się nośników ładunku (elektronów i jonów) w plazmie, a także konstrukcją urządzeń wykorzystywanych w technice plazmy, m.in. generatorów magnetohydrodynamicznych, palników i silników plazmowych. Ponadto na pograniczu elektroniki i in. dziedzin nauki i techniki powstały m.in.: energoelektronika, teleelektronika, radioelektronika, akustoelektronika, piezoelektronika, optoelektronika, bioelektronika.
Zakres zastosowań elektroniki jest obecnie bardzo szeroki i obejmuje niemal wszystkie dziedziny działalności ludzkiej. Urządzenia elektroniczne umożliwiają badanie nie tylko przestrzeni pozaziemskiej (np. radioteleskop), ale również bardzo małych cząstek materialnych (np. mikroskop elektronowy). W dziedzinie medycyny wykorzystuje się je w diagnostyce, terapii i rehabilitacji. Są też stosowane w dziedzinie telekomunikacji i automatyki, w metrologii, w komunikacji lotniczej i morskiej oraz w technice wojskowej, ułatwiają działanie przedsiębiorstw (komputeryzacja), usprawniają prowadzenie gospodarstw domowych. W powszechnym użyciu jest tzw. elektroniczny sprzęt powszechnego użytku (ESPU), np.: radioodbiorniki, telewizory, magnetofony, gramofony cyfrowe, magnetowidy, kamery wideo, kalkulatory, radiotelefony. Wykorzystaniem urządzeń elektronicznych w nowoczesnym przemyśle zajmuje się elektronika przemysłowa; do urządzeń tych należą m.in. roboty przemysłowe i sterowane numerycznie maszyny (np. obrabiarki, maszyny włókiennicze, papiernicze, poligraficzne). Elektronika jest też wykorzystywana w systemach zbierania, gromadzenia i przetwarzania danych.
Dzięki rozwojowi elektroniki powstało w ostatnich latach wiele nowych wyrobów, np.: dyskofony, mikrokomputery, cyfrowe aparaty fotograficzne, kamerowidy, telefony komórkowe, minitelewizory i telewizory projekcyjne (kino domowe), a także produkty multimedialne (słowniki i encyklopedie elektroniczne, gry elektroniczne) oraz instrumenty muzyczne z syntezą dźwięku.
Historia. Rozwój elektroniki zapoczątkowało wynalezienie (1904) lampy elektronowej; wkrótce potem, w związku z upowszechnieniem radiofonii, nastąpił szybki rozwój przemysłu lamp elektronowych. Lata 1939–45 przyniosły dalszy rozwój elektroniki spowodowany potrzebami wojennymi (1939 wynaleziono magnetron, 1943 — lampę o fali bieżącej). Intensywnie rozbudowywała się wówczas zwłaszcza technika mikrofalowa, nastąpił również znaczny postęp w pracach nad miniaturyzacją i poprawą niezawodności elementów i urządzeń elektronicznych. Po II wojnie światowej zakres zastosowań elektroniki nadal się rozszerzał w związku z rozwojem automatyki oraz powstaniem nowych dziedzin nauki i techniki, głównie informatyki. Nowy rozdział w historii elektroniki, nazywany często epoką elektroniki półprzewodnikowej, otworzyło wynalezienie (1948–49) tranzystora przez J. Bardeena i W.H. Brattaina oraz W.B. Shockleya (Nagroda Nobla 1956). Tranzystor, dzięki swym zaletom (małe rozmiary, duża trwałość i niezawodność, niskie napięcie zasilania, brak obwodu żarzenia), szybko wyparł lampę elektronową z większości zastosowań, stając się w ciągu kilku lat podstawowym, powszechnie wykorzystywanym elementem urządzeń elektronicznych, nazywanych w związku z tym tranzystorowymi (lub bardziej ogólnie półprzewodnikowymi). Wynalezienie i wprowadzenie do produkcji na początku lat 60. układów scalonych rozpoczęło tzw. erę mikroelektroniki. W porównaniu z urządzeniami złożonymi z elementów indywidualnych (dyskretnych), urządzenia zbudowane z układów scalonych są wielokrotnie mniejsze, lżejsze, bardziej funkcjonalne i niezawodne oraz szybciej działające. Ponadto zużywają mniej energii, a ich produkcja jest znacznie tańsza. Dzięki tym zaletom odgrywają dominującą rolę we współczesnej elektronice użytkowej. Postęp w technologii układów scalonych umożliwił 1971 opracowanie mikroprocesora, co spowodowało, jak się dziś powszechnie uważa, drugą rewolucję przemysłową. Lata 80. przyniosły kolejny przełom w dziedzinie elektroniki, związany z opracowaniem układów ASIC i powszechnym ich wprowadzaniem do urządzeń elektronicznych. Rozwój współczesnej elektroniki jest ściśle związany z postępem w dziedzinie informatyki. Projektowanie układów scalonych o wielkim stopniu scalenia (VLSI, SLSI) oraz sterowanie procesami produkcyjnymi tych układów są bowiem możliwe jedynie przy zastosowaniu komputerów o dużej mocy obliczeniowej; z drugiej strony masowa produkcja coraz doskonalszych i bardziej złożonych przyrządów elektronicznych i układów scalonych umożliwia konstruowanie komputerów o coraz większych mocach obliczeniowych i pojemnościach pamięci operacyjnych.
W Polsce rozwój elektroniki jako nauki rozpoczął się w latach 30. XX w.; prace badawcze (o światowym rozgłosie) z dziedziny techniki próżniowej i generacji drgań elektrycznych prowadzono (J. Groszkowski i S. Ryżko) w Państwowym Instytucie Telekomunikacji i w katedrze radiotechniki Politechniki Warszawskiej. Pełny rozwój elektroniki jako dyscypliny naukowej przypada jednak dopiero na lata powojenne. Obecnie prace badawcze są prowadzone przez placówki PAN (głównie Instytut Fizyki), instytuty i ośrodki przemysłowe oraz placówki szkolnictwa wyższego. Koordynację badań w zakresie elektroniki prowadzi Komitet Elektroniki i Telekomunikacji PAN. Organem zrzeszającym elektroników polskich jest Sekcja Elektroniki Stowarzyszenia Elektryków Polskich. Najważniejszymi czasopismami polskimi z zakresu elektroniki są: „Elektronika” (wydawane od 1960), „Elektronizacja” (wydawane od 1980), „Elektronik” (wydawane od 1997), „Radioelektronik” (wydawane od 1924, początkowo pod nazwą „Radjoamator”).
Mirosław Rusek
Bibliografia
M. Rusek, J. Pasierbiński Elementy i układy elektroniczne, Warszawa 1999;
P. Horowitz, W. Hill Sztuka elektroniki, t. 1–2, Warszawa 1997.
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia