Istoria ingineriei electronice - History of electronic engineering
Acest articol detaliază istoria ingineriei electronice . Chambers Twentieth Century Dictionary (1972) definește electronica ca „Știința și tehnologia conducerii electricității în vid, gaz sau semiconductor și dispozitive bazate pe acestea”.
Ingineria electronică ca profesie a apărut din îmbunătățirile tehnologice din industria telegrafică de la sfârșitul secolului al XIX-lea și din industria radio și telefonică de la începutul secolului al XX-lea. Oamenii au gravitat la radio, atrași de fascinația tehnică pe care a inspirat-o mai întâi în a primi și apoi în a transmite. Mulți dintre cei care au început să difuzeze în anii 1920 deveniseră „amatori” în perioada de dinaintea Primului Război Mondial . Disciplina modernă a ingineriei electronice s-a născut, în mare măsură, din dezvoltarea echipamentelor de telefonie, radio și televiziune și din cantitatea mare de dezvoltare a sistemelor electronice din timpul celui de-al doilea război mondial de radar , sonar , sisteme de comunicații și muniții avansate și sisteme de arme. În anii interbelici, subiectul era cunoscut sub numele de inginerie radio . Cuvântul electronică a început să fie folosit în anii 1940 La sfârșitul anilor 1950 a început să apară termenul de inginerie electronică .
Laboratoarele electronice ( Bell Labs , de exemplu) create și subvenționate de marile corporații din industria echipamentelor de radio, televiziune și telefonie, au început să producă o serie de progrese electronice. Industria electronică a fost revoluționată de invențiile primului tranzistor în 1948, a circuitului integrat în 1959 și a siliconului MOSFET (tranzistor cu efect de câmp metal-oxid-semiconductor) în 1959. În Marea Britanie, subiectul ingineriei electronice a devenit distinct de ingineria electrică ca subiect universitar - în jurul anului 1960. (Înainte de acest moment, studenții la electronică și discipline conexe precum radio și telecomunicații trebuiau să se înscrie la departamentul de inginerie electrică al universității, deoarece nicio universitate nu avea departamente de electronică. Ingineria electrică era cel mai apropiat subiect cu care ingineria electronică ar putea fi aliniată, deși asemănările la subiectele acoperite (cu excepția matematicii și electromagnetismului) au durat doar în primul an de cursuri de trei ani.)
Ingineria electronică (chiar înainte de a dobândi numele) a facilitat dezvoltarea multor tehnologii, inclusiv telegrafie fără fir , radio , televiziune , radar , calculatoare și microprocesoare .
Telegrafie și radio fără fir
Unele dintre dispozitivele care ar permite telegrafia fără fir au fost inventate înainte de 1900. Acestea includ transmițătorul de scânteie și coerentul cu demonstrații timpurii și descoperiri publicate de David Edward Hughes (1880) și Heinrich Rudolf Hertz (1887-1890) și alte adăugiri la pe teren de Édouard Branly , Nikola Tesla , Oliver Lodge , Jagadish Chandra Bose și Ferdinand Braun . În 1896, Guglielmo Marconi a continuat să dezvolte primul sistem de comunicații bazat pe unde radio, practic și utilizat pe scară largă.
Comunicarea cu unde milimetrice a fost investigată pentru prima dată de Jagadish Chandra Bose în perioada 1894–1896, când a ajuns la o frecvență extrem de mare de până la 60 GHz în experimentele sale. El a introdus , de asemenea , utilizarea de semiconductoare intersecții pentru a detecta undele radio, atunci când el a patentat de radio detector de cristal în 1901.
În 1904, John Ambrose Fleming , primul profesor de inginerie electrică la University College London, a inventat primul tub radio , dioda . Apoi, în 1906, Robert von Lieben și Lee De Forest au dezvoltat independent tubul amplificator, numit triod . Se consideră adesea că electronica a început cu invenția triodei. În decurs de 10 ani, dispozitivul a fost utilizat în emițătoare și receptoare radio , precum și în sisteme pentru apeluri telefonice la distanță .
Invenția amplificatorului triodic, a generatorului și a detectorului a făcut ca comunicarea audio prin radio să fie practică. ( Transmisiile lui Reginald Fessenden din 1906 foloseau un alternator electromecanic .) În 1912, Edwin H. Armstrong a inventat amplificatorul și oscilatorul de feedback regenerativ ; a inventat și receptorul radio superheterodin și ar putea fi considerat tatăl radioului modern.
Primul program de știri radio cunoscut a fost difuzat la 31 august 1920 de postul 8MK, predecesorul fără licență al WWJ (AM) din Detroit, Michigan. Difuzările periodice fără fir pentru divertisment au început în 1922 de la Centrul de Cercetare Marconi de la Writtle lângă Chelmsford , Anglia . Stația era cunoscută ca 2mt și a fost urmată de 2LO , de radiodifuziune din Strand, Londra .
În timp ce unele radiouri timpurii foloseau un anumit tip de amplificare prin curent electric sau baterie, la mijlocul anilor 1920 cel mai comun tip de receptor era setul de cristale . În anii 1920, tuburile de vid de amplificare au revoluționat atât receptoarele radio, cât și emițătoarele.
Tuburile de vid au rămas dispozitivul de amplificare preferat timp de 40 de ani, până când cercetătorii care lucrează pentru William Shockley de la Bell Labs au inventat tranzistorul în 1947. În anii următori, tranzistoarele au făcut posibile radiouri portabile mici sau radiouri cu tranzistoare , precum și permit computere mainframe mai puternice. de construit. Tranzistoarele erau mai mici și necesitau tensiuni mai mici decât tuburile de vid pentru a funcționa.
Înainte de inventarea circuitului integrat în 1959, circuitele electronice erau construite din componente discrete care puteau fi manipulate manual. Aceste circuite neintegrate au consumat mult spațiu și putere , au fost predispuse la eșec și au o viteză limitată, deși sunt încă comune în aplicații simple. În schimb, circuitele integrate au împachetat un număr mare - adesea milioane - de mici componente electrice, în principal tranzistoare , într-un cip mic de dimensiunea unei monede .
Televiziune
În 1927 Philo Farnsworth a făcut prima demonstrație publică a unui televizor pur electronic . În anii 1930, mai multe țări au început să difuzeze și, după cel de-al doilea război mondial , s-a răspândit la milioane de receptoare, în cele din urmă la nivel mondial. De atunci, electronica a fost pe deplin prezentă în dispozitivele de televiziune.
Televizoarele și afișajele video moderne au evoluat de la tehnologia voluminoasă a tuburilor de electroni pentru a utiliza dispozitive mai compacte, cum ar fi afișajele cu plasmă și cristalele lichide . Tendința este pentru dispozitive cu putere chiar mai mică, cum ar fi afișajele cu diode emițătoare de lumină organică , și este cel mai probabil să înlocuiască tehnologiile LCD și plasma.
Locație radar și radio
În timpul celui de-al doilea război mondial s-au depus multe eforturi în localizarea electronică a țintelor și avioanelor inamice. Acestea includ ghidarea cu fascicul radio a bombardierelor, măsurile de măsurare electronice, sistemele radar timpurii etc. În acest timp, s-au depus foarte puține eforturi pentru dezvoltarea electronică de consum.
Tranzistoare și circuite integrate
Primul tranzistor de lucru a fost un tranzistor de contact punct inventat de John Bardeen și Walter Houser Brattain la Bell Telephone Laboratories (BTL) în 1947. William Shockley a inventat apoi tranzistorul de joncțiune bipolar la BTL în 1948. În timp ce tranzistorii de joncțiune timpurii erau dispozitive relativ voluminoase care au fost dificil de fabricat pe o bază de producție în serie , au deschis ușa pentru dispozitive mai compacte.
Procesul de pasivare a suprafeței , care a stabilizat electric suprafețele de siliciu prin oxidare termică , a fost dezvoltat de Mohamed M. Atalla la BTL în 1957. Acest lucru a condus la dezvoltarea cipului monolitic de circuit integrat . Primele circuite integrate au fost circuitul integrat hibrid inventat de Jack Kilby la Texas Instruments în 1958 și cipul de circuit integrat monolitic inventat de Robert Noyce la Fairchild Semiconductor în 1959.
MOSFET (metal-oxid-semiconductor cu efect de câmp tranzistor sau tranzistor MOS) a fost inventat de Mohamed Atalla și Dawon Kahng la BTL în 1959. Acesta a fost primul tranzistor cu adevărat compact , care ar putea fi miniaturizat și produse în masă pentru o gamă largă de utilizări. A revoluționat industria electronică , devenind cel mai utilizat dispozitiv electronic din lume. MOSFET este elementul de bază în majoritatea echipamentelor electronice moderne și a fost esențial pentru revoluția electronică, revoluția microelectronică și revoluția digitală . MOSFET a fost astfel creditat ca nașterea electronicii moderne și, probabil, cea mai importantă invenție în electronică.
MOSFET a făcut posibilă construirea cipurilor de circuite integrate de înaltă densitate . Atalla a propus pentru prima dată conceptul de circuit integrat MOS (MOS IC) în 1960, urmat de Kahng în 1961. Primul chip experimental MOS IC care a fost fabricat a fost construit de Fred Heiman și Steven Hofstein la RCA Laboratories în 1962. Tehnologia MOS activată Legea lui Moore , dublarea tranzistoarelor pe un cip IC la fiecare doi ani, prezisă de Gordon Moore în 1965. Tehnologia MOS cu poartă de silicon a fost dezvoltată de Federico Faggin la Fairchild în 1968. De atunci, producția în masă a MOSFET-urilor de siliciu și a MOS-ului au fost integrate jetoanele de circuit, împreună cu miniaturizarea continuă MOSFET la un ritm exponențial (așa cum a prezis legea lui Moore ), au dus la schimbări revoluționare în tehnologie, economie, cultură și gândire.
Calculatoare
Un computer este o mașină programabilă care primește intrare, stochează și manipulează date și oferă ieșire într-un format util.
Deși exemplele mecanice de computere au existat în mare parte din istoria umană înregistrată, primele computere electronice au fost dezvoltate la mijlocul secolului al XX-lea (1940-1945). Acestea aveau dimensiunea unei camere mari, consumând la fel de multă energie ca câteva sute de computere personale moderne (PC-uri). Computerele moderne bazate pe circuite integrate sunt de milioane până la miliarde de ori mai capabile decât primele mașini și ocupă o fracțiune din spațiu. Calculatoarele simple sunt suficient de mici pentru a se potrivi în dispozitive de buzunar mici și pot fi alimentate de o baterie mică. Calculatoarele personale în diferitele lor forme sunt icoane ale erei informaționale și sunt ceea ce majoritatea oamenilor consideră „computere”. Cu toate acestea, computerele încorporate găsite în multe dispozitive de la playere MP3 la avioane de luptă și de la jucării la roboți industriali sunt cele mai numeroase.
Capacitatea de a stoca și executa liste de instrucțiuni numite programe face computerele extrem de versatile, distingându-le de calculatoare. Teza Church – Turing este o afirmație matematică a acestei versatilități: orice computer cu o anumită capacitate minimă este, în principiu, capabil să îndeplinească aceleași sarcini pe care le poate îndeplini orice alt computer. Prin urmare, computerele care variază de la un netbook la un supercomputer sunt toate capabile să îndeplinească aceleași sarcini de calcul, având în vedere suficient timp și capacitate de stocare.
Microprocesoare
Originile microprocesorului pot fi urmărite până la invenția MOSFET (tranzistor cu efect de câmp metal-oxid-semiconductor), cunoscut și sub numele de tranzistor MOS. A fost inventat de Mohamed M. Atalla și Dawon Kahng la Bell Labs în 1959 și a fost demonstrat pentru prima dată în 1960. În același an, Atalla a propus conceptul de circuit integrat MOS , care era un cip de circuit integrat fabricat din MOSFET-uri. Până în 1964, cipurile MOS au atins o densitate mai mare a tranzistorilor și costuri de fabricație mai mici decât cipurile bipolare . Cipurile MOS au crescut și mai mult în complexitate la un ritm prevăzut de legea lui Moore , ducând la integrarea pe scară largă (LSI) cu sute de tranzistoare pe un singur cip MOS până la sfârșitul anilor 1960. Aplicarea cipurilor MOS LSI la calcul a stat la baza primelor microprocesoare, deoarece inginerii au început să recunoască faptul că un procesor complet de computer ar putea fi conținut pe un singur cip MOS LSI.
Primele microprocesoare multi-cip, sistemele cu patru faze AL1 în 1969 și Garrett AiResearch MP944 în 1970, au fost dezvoltate cu mai multe cipuri MOS LSI. Primul microprocesor cu un singur cip a fost Intel 4004 , lansat pe un singur cip MOS LSI în 1971. Un microprocesor cu un singur cip a fost conceput în 1969 de Marcian Hoff . Conceptul său făcea parte dintr-o comandă a companiei japoneze Busicom pentru un calculator electronic programabil pentru desktop, pe care Hoff dorea să îl construiască cât mai ieftin posibil. Prima realizare a microprocesorului cu un singur cip a fost Intel 4004 , un procesor pe 4 biți lansat pe un singur cip MOS LSI în 1971. A fost dezvoltat de Federico Faggin , utilizând tehnologia sa MOS cu poartă de siliciu , împreună cu inginerii Intel Hoff și Stan Mazor și inginerul Busicom Masatoshi Shima . Acest lucru a aprins dezvoltarea computerului personal . În 1973, Intel 8080 , un procesor pe 8 biți , a făcut posibilă construirea primului computer personal, MITS Altair 8800 . Primul computer a fost anunțat publicului larg pe coperta ediției din ianuarie 1975 a Popular Electronics .
Mulți ingineri electronici se specializează astăzi în dezvoltarea de programe pentru sisteme electronice bazate pe microprocesor, cunoscute sub numele de sisteme încorporate . Specializări hibride, cum ar fi Ingineria computerelor, au apărut datorită cunoașterii detaliate a hardware-ului necesar pentru lucrul pe astfel de sisteme. Inginerii de software nu studiază de obicei microprocesoarele la același nivel cu inginerii de computere și electronici. Inginerii care îndeplinesc exclusiv rolul de a programa sisteme încorporate sau microprocesoare sunt denumiți „ ingineri de sisteme încorporate ” sau „ ingineri de firmware ”.
Vezi si
- Inginerie Electrică
- Inginerie Electronica
- Electronică
- Industria electronică
- Istoria ingineriei electrice
- Cronologia ingineriei electrice și electronice