Глава І. Вступ § І. Короткий історичний огляд

Термін "радіо" походить від латинського слова «radiare» що означає "випромінювать". Назва цього терміна підкреслює, що мова йде про застосування випромінювання енергії в відкритому просторі, а саме, генерування електричних коливань, керування цими коливаннями для передачі їх за допомогою потрібних сигна­лів; перетворення їх в електромагнітні хвилі; випромінювання хвиль в простір з подальшим їх прийманням, а також зворотне перетворення хвиль в електричні сигнали.

Друге коло питань, які розглядає цей предмет - це вивчення, як відбувається процес генерування, перетворення і підсилення доливань. Ці процеси відбуваються за рахунок керування рухом електричних зарядів в твердих тілах, вакуумі і в газах. Це до­сягається застосуванням різних електронних приладів транзис­торів, діодів, тиристорів, електронних ламп, електронно-проме­невих трубок і ін.) в різних галузях виробництва, науці, техні­ці. Розробкою наукових основ і практичних принципів застосування електронних приладів в цих галузях займається електроніка. Тому радіоелектроніка являє собою суму двох складових: радіо­техніки і електроніки.

Які ж історичні передумови покляли зародження радіоелектро­ніки⁹

Початком розвитку електроніки як науки і як галузі промисловості послужи я о відкриття О.М. Лодигіним у 1872 р. лампи розжарювання. працюючи над вдосконаленням лампи розжарювання, американський дослідник Т.А.Едісон виявив ефект однобічного проход­ження потоку електронів у вакуумі від розжареної нитки до металевої пластини. Так з'явився прообраз сучасної електронної ла­мпи.

У 1889 p. німецькі фізики Ю.Ольстер і Г.Гейтель розробили діод з підігрівним катодом, а у І90І р. англійський вчений О.У.Ричардсон запропонував теорію електронної емісії, а німе­цький фізик Шотткі відкрив вплив електричного поля на емісію катода і запропонував для її збільшення позривати катоди шаром лужно-земельних металів, необхідно також відзначити, що ще у1887 р. німецький фізик К.Браун сконструював прилад для спо­стереження електричних сигналів, отримавший назву "трубки Брауна", і який став прообразом сучасно осцилографічної трубки. . В останні роки було відкрито незвичайні властивості напів­провідникових переходів, на основі яких були побудовані різні типи діодів. Один з таких діодів був названий у честь німецькогo фізика В.Шотткі - діоди Шотткі.

Застосувавши відкритий Т.А.Едісоном ефект, англійський вче­ний Д.Флемінг за допомогою електровакуумного діода перетворив змінний струм в постійний.

У 1907 р. американець Лі де Форест виготовив перту трьохелектродну лампу - тріод, і вже у I908...І9ІІ p.p. російський ін­женер В.ї.Коваленко застосував тріоди для підсилення низькоча­стотних коливань. В подальшому, v 1913 p. вдалось збудувати на тріоді джерело електричних коливань - ламповий генератор.

Створення електронних ламп сприяло швидкому розвитку радіо­техніки, що в свою чергу стимулювало розробку і удосконалення електронних приладів. Приблизно з 1916 р. починається ламповий період в конструюванні радіoneредаючих і радіоприймальних при­строїв. 8 Росії перші електронні лампи були виготовлені по ан­глійському зразку у 1914 р. акад. М.Д.іїапалескі.

У 1916 р. була створена Нижегорсдська радіолабораторія під керівництвом М.О. Бонч-Бруєвіча, в якій робили видатні вчені і інженери В.П.Вологдін, О.Ф.Шорін, О.В.Лосєв. Тут були освоєні і виготовлені радіоприймальні лампи і потужні лампи для радіо­передавачів, а також створювалась теорія роботи електронної апаратури.

Теорію тріода одночасно і незалежно один від одного розробили німецький вчений Г.Баркгаузен і російський фізик М.О.Бонч-Бpуєвiч у 1919 р. Під керівництвом М.О.Бонч-Бруевіча були створені потужні генераторні лампи з водяним охолодженням.

В наступні роки розвиток електроніки продовжувався дуже швид­кими темпами. У 1924 р. була винайдена чотирьохелєктродна лам­па з двома сітками (тетрод). У 1930 р. з'явився пентод (пя'ти-електродна лампа), прагнення зменшити кількість електронних ламп в апаратурі і підвищити економічність електронних прист­роїв привело до створення комбінованих ламп, які мають дві-три системи в одному балоні, Подальше удосконалення електронних ламп пійло по шляху зниження їх габаритів, збільшення потужно­сті і надійності, поліпшення функціональних можливостей і екс­плуатаційних характеристик. Безперервне удосконалення електрон них ламп продовжується і в теперішній час.

Поряд з розвитком електронних ламп йшов розвиток і інших типів електровакуумних приладів (електронно-проченевих, іон­них, фотоелектронних).

У 1887 р. німецьким вченим Г.І'ерцем було відкрито, що світло впливав на електричні розряди. Роботи російського фізика 0.Г.Столетова по вивченню цього явища у 1887...1889 p.p. при­вели до створення фотоелемента. Поглиблення теорії роботи фо­тоелементів дав у 1995 р. Альберт Ейнштейн.

У 1932...1934 p.p. Л.О.Кубецьким, С.А.Векшінським, П.В.Тімофеевим були розроблені фотоелектронні помножувачі.

Першими іонними приладами, які знайшли застосування в техні­ці, це ртутні прилади, створені у 1901 р. Велика заслуга по впровадженню в техніку ртутних випрямлячів належить В.П.ВОлогдіну.

У 1928...1931 p.p. з'явились газотрони і тіратрони.

В галузі розвитку телебачення основну роль відіграло ство­рення і удосконалення електронно-променевих трубок. Одну з пер тих трубок для осцилографа розробив Д.А..Рожанський у 1910... І9ІІ p.p. Ще у 1907 р. проф. Б.Л.Розгнг запропонував застосувати електронно-променеву трубку для передачі і прийому зображен­ня. Перший передаючий електронно-променевий прилад сконструював v 1923 р. американський вчений В.К.Зворикін. Ідея створення більш сучасних передаючих приладів - відікона і іконоскопа - були практично одночасно запропоновані російськими вченими

1. Ф.Чернишовим, С.П..Константіновим, С.Ї.Катаєвим і американсь­ким вченим В.К.Зворикіним. У І93І...І932 p.p. такі прилади були створені в США, a потім в колишньому СРСр. Створенням передаючих і приймальних телевізійних грубок займались вчені П.В.. Шмаков, П .В.Тімофеев, С.Ї.Катаєв.

Дуже цікава історія розвитку напівпровідникових приладів. Перший напівпровідниковий детектор застосував О.C.Попов у 1900 р. для приймання телеграфних сигналів від іскрового пере­давача. У 1922 р. роботами 0.3.Лосева над генераторами на на­півпровідникових діодах було покладено початок розвитку напів­провідникової електроніки. О.В.Лосев відкрив також світіння запірних шарів при проходженні через них струму.

Вивченню природи запірного тару були присвячені роботи А.Ф.Іоффе, А.В.Іоффе, Б.І .Давидова, В.Е..Лашкарьова, Н.В.Мотта, В.ШОТТКІ, В.ШОКЛІ.

У 1948 р. в СіііА Д.Бардін і В.Браттейн створили напівпровід­никові тріоди (транзистори) і з того часу вони починають набу­вати все бїльше значення в сучасній техніці. Напівпровідникові прилади в теперішній час широко заст^,осовуються в різних галу­зях промисловості, що дозволяє підвісити термін служби, змен­шити споживавму потужність, підвищити ККД і ін.

§ 2. Галузь застосування радіоелектроніки

За нашого часу важко назвати галузь науки, техніки, промис­лового виробництва, культури, де не застосовувалась би радіо­електроніка. Зараз радіоелектроніка розбилася на деякі самос­тійні галузі: радіозв'язок, радіомовлення, телебачення, радіо­локація, радіонавігація, радіоастрономія, обчислювальна техні­ка, кібернетика і ін.

Радіозв'язок має велике значення. Де зв'язок між судами, по­вітряними судами і землею, це зв'язок між містами і континента­ми і в деяких випадках для цього застосовують космічні об'єкти. Радіозв'язок можна використовувати гдя керування різними об'єк­тами, як на землі, так і під водою і в космосі.

Радіомовлення застосовується, як .для мовних передач, тож і звукових. Сьогодні функціонує багате різних радіомовних стан­цій, як державного, так і комерційного характеру. Особлива ува -^а приділяється радіомовленню на УК? і переходу до стереофо­нічних передач.

Телебачення на Україні одержало свій розвиток, починаючи з 1952...1953 p.p., коли почались регулярні телевізійні передачі в м. Київі. Сьогодні в кожному обласному- центрі є свій телеві­зійний центр, з якого ведеться до о і більше телевізійних про­грам. Телебачення являється потужним культурним, політичним і ідеологічним засобом виховання мас. З зростанням 'штучних супут­ників Землі, з'явилась можливість приймати телевізійні програми інших країн. За допомогою телебачення сьогодні стало можливим проводити телемарафони, телемости, телевізійні конференції та ін. Телебачення застосовується і в інших галузях: при дослідженні космоса, морських глубин, розробці і роботі з новими хі­мічними речовинами, при проведенні медичних операцій, при обстеженні людини за допомогою спеціальної апаратури.

Радіолокація - це напрямок радіоелектроніки, який має безпо­середнє відношення до оборони. За допомогою радіолокаційних станцій можна виявити місце, де знаходяться літаки, космічні і інші об'єкти, визначити їх координати, масу, форми і інші відо­мості за цей об'єкт. Великі роботи, як теоретичні, так і прак­тичні, ^ цьому напрямку були проведені в Харьківському інститу­ті радіоелектроніки імені академіка М.К.Янгеля. Крім того, цей інституті стояв на початку створення багатоканального радіозв'яз ку і електрозв'язку.

Радіолокація, як наземна, так і космічна, дозволяє забезпе­чити безаварійне плавання судів, керування рухом літаків, спо­стереження за хмарами та ін.

Радіонавігація - це галузь, яка дозволяє за допомогою спеці­альної апаратури та приладів виконувати вождіння судів і літа­ків в будь-яких метереологічних умовах.

Кібернетика - це наука про загальні закони одержування, збе­рігання, передавання і перетворення інформації в складних ке­руючих системах. Б подальшому загальна кібернетика розділилась "а деякі напрямки. Кібернетика біологічна - це напрям кіберне­тики, який вивчав закони зберігання, переробки й передавання інформації в біологічних системах. Кібернетичний підхід до живого організму розширює можливості штучного керування окремими ^лементами біологічної системи. Кібернетика медична - напрям, який вивчає проблеми, пов'язані з процесами управління в меди­цині Й охороні здоров'я. Одним з важливих додатків кібернетики до медицини являється створення приладів для автоматичної об­робки і аналіза біологічної інформації. Кібернетика економічна

напрям кібернетики, який використовує її методи і засоби для дослідження процесів в економічних системах. Вона вивчає проце­си збирання, нагромаджування, зберігання й переробки інформації про економічні об'єкти або явища. Кібернетика технічна -напрям кібернетики, в якому на основі єдиних для кібернетики в цілому наукових ідей та методів вивчаються технічні системи керування.

Радіоастрономія являється одним з потужних засобів вивчення космосу. За допомогою радіотелескопів ведеться вивчення випро­мінювання Сонця та інших планет. Де необхідно для прогнозування поширення радіохвиль і стійкого радіозв'язку і створення пості­йно діючих супутникових теле- і радіосистем.

Радіоелектроніка широко упроваджується в різні галузі госпо­дарства. Це і сільське господарство, медицина, автоматизація виробничих процесів. Радіоелектроніка розвивається дуже швидко. Один з таких прикладів. Не так давно було відкрито явище гене­рування коливань оптичного діапазону за допомогою, так званих, квантових генераторів. Зараз ці квантові генератори знайшли своє застосування в радіозв'язку, радіонавігації, радіолокації, бу­дівництві, медицині і ін. галузях.

- § 3. Перспективи розвитку радіоелектроніки

Радіоелектроніка являється одним із передових технічних на­прямків із всіх відомих. Це викликано тим, що радіоелектроніка завжди йшла попереду інших напрямів і в теперішній час включає такі передові направлення, як: квантову електроніку, оптоелек­троніку, напівпровідникову і мікроелектроніку, акустоелектроніку і тн.

Візьмемо оптоелектроніку - це одне з найбільш розвинених на­прямків, заснованих на оптичних і фотоелектричних явищах. До деякого часу оптоелектроніка визнавалась, як дуже вузька галузь електроніки. Проте, в останній час поняття "оптоелектроніка" значно розширилось і тепер в нього включають такі направлення, як лазерна техніка, волокона оптика, голографія і ін.

Акустоелектроніка - це нове направлення функціональної мікроелєктроніки, яке засновано на використанні п'єзоелектричного ефекту, а також явищах, пов'язаних в взаємодією електричних полів з хвилями акустичних напруг в п'єзоелектричному напівпро­відниковому матеріалі.

Кріоелектроніка або кріогенна електроніка - одна з зовсім нових і найбільш перспективних галузей науки. її інтенсивному розвитку сприяли широкі дослідження явищ, які відбувалися в твердому тілі при низьких температурах, а також досягнення кріогенної техніки, які дозволили розробити економічні, малогаба­ритні і надійні системи охолодження.

Хемотроніка - це направлення, яке виникло на стику електро­хімії і електроніки. Це наука про будову електрохімічних приладів на основі явиш., пов'язаних з проходженням струму в рідких тілах з іонною провідністю. Зараз вже запропоновано безліч хемотронних приладів і пристроїв: управляємі опори, точкові і пло­щинні електрохімічні діоди і транзистори, інтегратори, блоки пам'яті ЕОМ, каскади підсилення постійного струму і ін. Робота хемотронних приладів і електрохімічних механізмів сприймання, перетворення і збереження інформації в складних системах живих організмів дозволяє розраховувати на створення в майбутньому на рідинній основі біоперетворювачів інформації - своєрідних мо­делей чоловічого інтелекту.

діелектрична електроніка. При вивченні властивостей тонких плівок, різних металевих і неметалевих матеріалів, які застосовуються мікроелектроніці, були виявлені нові фізичні явища.

Біоелектроніка - це направлення мікроелектроніки знаходиться в стані становлення. Сучасна біоелектроніка охоплює проблеми вивчення нервової системи людини, тварини, а також модулювання нервових клітин ( нейронів і нейронних мереж) для подальшого удосконалення електронних приладів і пристроїв, особливо в області електронної обчислювальної техніки.