Od tuby radiowej do mikroczipu — historia elektroniki
Jak słaby prąd przechodził od dużych, gorących rur do tranzystorów, obwodów scalonych i cyfrowego świata, w którym żyjemy
Wstęp
Elektronika dotyczy sterowania sygnałami elektrycznymi — często małych, słabych sygnałów niosących informację lub sterowanie zamiast mocy. To różnica między mocą, która napędza silniki i światła, a słabą mocą, która każe urządzeniu myśleć. To zawód młody, ale w mniej niż sto lat zmienił świat. Tutaj podróż się zaczyna.
Rurki radiowe — niemowlęctwo elektroniki
Na początku XX wieku nauczono się sterować prądem elektrycznym za pomocą elektronowej lampy (radia tuby). Rura mogła wzmocnić słaby sygnał i sterować większym prądem – główną ideę stojącą za całą elektroniką. To umożliwiło radio, wczesne komputery i wiele więcej. Ale rury były duże, gorące, kruche i żarłoczne na prąd; wczesny komputer mógł wypełnić cały pokój i zużywać ogromne ilości prądu.
Tranzystor zmienia wszystko
Przełomowy przełom nastąpił w 1947 roku, gdy naukowcy z Bell Labs w USA wynaleźli tranzystor. Potrafił robić to samo, co lampa radiowa — wzmacniać i sterować sygnałami — ale był małenki, chłodny, trwały i zużywał tylko ułamek prądu. Tranzystor jest kamieniem węgielnym całej nowoczesnej elektroniki, a jego wynalezienie jest uważane za jeden z najważniejszych przeskoków technologicznych w czasach współczesnych.
Zintegrowany obwód
Następny krok to zbieranie wielu tranzystorów na jednym małym kawałku materiału półprzewodnikowego — układzie scalonym (IC), wynalezionego pod koniec lat pięćdziesiątych. Zamiast lutować setki poszczególnych części razem, można było teraz wytwarzać całe obwody na chipie mniejszym niż paznokieć. Czyniło to elektronikę tańszą, mniejszą i znacznie bardziej niezawodną, i utorować drogę szybkiemu wzrostowi złożoności.
Mikroprocesor i cyfrowy świat
Na początku lat siedemdziesiątych udało się zmieścić całą jednostkę obliczeniową komputera na jednym chipie — mikroprocesor. Teraz można było wbudować małą 'mózg' we wszystko: kalkulatory, urządzenia pomiarowe, maszyny i później komputer domowy. Jednocześnie elektronika stała się cyfrowa: zamiast pracować z sygnałami, które płynnie się poruszają w górę i w dół (analogowo), elektronika cyfrowa pracuje z wyraźnymi stanami jeden i zero, które są mniej wrażliwe na szumy i łatwe do przetwarzania za pomocą logiki.
Elektronika staje się niewidzialna i wszechobecna
W ostatnich dziesięcioleciach elektronika stała się tak tania i mała, że weszła do prawie wszystkiego: samochodów, urządzeń domowych, zabawek, oświetlenia, alarmów, sprzętu medycznego i świata czujników, które mierzą i raportują zwrotnie. Wiele z tego jest połączone w sieci. Przedmiot przeszedł od budowania pojedynczych aparatów do uzyskania elektroniki, oprogramowania i komunikacji, aby grały razem w systemach.
Oś czasu — wielki przesunięcie w zawodzie elektroniki
| Okres | Co się stało |
|---|---|
| Początek XX wieku | Lampa elektronowa radiowa umożliwia wzmacnianie i sterowanie sygnałami — dzieciństwo elektroniki |
| 1947 | Tranzystor wynaleziony w Bell Labs: mały, chłodny, wytrzymały — kamień węgielny nowoczesnej elektroniki |
| Koniec lat 1950. XX wieku | Obwód zintegrowany zbiera wiele tranzystorów na jednym chipie |
| Początek lat 1970. | Mikroprocesor zbiera jednostkę obliczeniową na jednym chipie; elektronika staje się cyfrowa |
| Ostatnie dziesięciolecia | Elektronika staje się tania, mała i wszechobecna; czujniki i sieci łączą wszystko |
| Dziś | Elektronika, oprogramowanie i komunikacja grają razem w systemach wszędzie wokół nas |
Co historia uczy technika elektroniki
Elektronika przeszła od dużych, gorących lamp do chipów, które ledwo widzisz, ale podstawowa idea jest taka sama: kontrolowanie sygnałów elektrycznych, aby nosiły informacje i sterowanie. Jeśli rozumiesz, że tranzystor jest w gruncie rzeczy małym przełącznikiem i wzmacniaczem, rozumiesz istotę wszystkiego od pierwszej lampy radiowej do najnowszego mikroczipu. Szczegóły się zmieniają — zasada pozostaje.
“Cały świat cyfrowy opiera się na prostej idei: sterowania prądem za pomocą innego. Nauczyliśmy się tego za pomocą lampy radiowej i udoskonaliliśmy za pomocą tranzystora.”
— Profesjonalna ocena korzeni elektroniki