Hlavní navigace

Historický přehled elektroniky v rámci elektronického minima pro rok 1965

Jan Brychta

Objev elektronky se žhavou katodou dal vznik novému oboru – elektronice, která umožnila rozvoj nejen rozhlasu, ale později i samotné televize.

Doba čtení: 6 minut

Pravidelné historické okénko tentokrát čerpá z knihy Mikroelektronika autorů Jiřího Cetkovského, Miroslava Studničky a Jiřího Zímy, kterou v roce 1965 vydalo Státní nakladatelství technické literatury. Příručka vyšla v rámci edice Elektrotechnická minima.


Autor: SNTL

Elektronika ve vojenských službách

Rozmach rozhlasu v době po druhé světové válce umožnil rozšíření elektroniky pro vojenské účely – možnost rádiového spojení, zavedení radarových zařízení a vytvořil také předpoklady pro využití v telekomunikační technice a v některých oborech měření a regulace.

V poválečné době nastal značný rozvoj elektroniky v souvislosti s rozšířením televize. Tento prudký vzrůst výroby a vývoje pak umožnil vytvoření základny pro zavedení elektronických strojů na zpracování informací, zavedení průmyslové automatizace na elektronickém principu a další možnosti využití elektroniky.


Autor: Wikimedia

Přední panel analogového počítače EAI 680 z roku 1965.

Elektronika se rovněž uplatňuje pro spojení a řízení umělých družic a dalších kosmických těles. Současně s širším využíváním elektroniky se také musela rozvíjet součástková základna. Každý pokrok ve využití elektroniky se tedy odrazil v součástkové základně a naopak, každý nový stavební prvek a každá nově použitá technologie umožnily další rozšíření elektroniky do jiných směrů techniky.

Elektronková rudá série

První elektronky před druhou světovou válkou se sériově vyráběly pro rozhlasové přijímače. Typickým představitelem elektronek této doby je takzvaná „rudá série“. Vzhledem k poměrně značným rozměrům těchto elektronek nebyly ani ostatní součástky řešeny s ohledem na rozměry, ale pouze s ohledem na funkci.

V některých případech se sice zmenšily rozměry, ale spíše neúmyslně. Tak například vzduchové cívky z počátku rozhlasu byly nahrazeny většinou cívkami s železovým jádrem. Tím se sice zmenšily rozměry cívky, především se však zlepšily její elektrické parametry.


Autor: Wikimedia

Vzduchová cívka.

Celé období je dnes někdy nazýváno obdobím klasických elektronek a součástek, je charakteristické pro většinu elektronických zařízení před druhou světovou válkou.

Miniaturizace jako požadavek doby

Období druhé světové války je charakteristické nástupem miniaturizace, zvláště v souvislosti s potřebami vojenské techniky. Základem jsou miniaturní elektronky, řešené již s ohledem na malé rozměry a váhu. Výsledky dosažené v tomto období slouží jako základ pro rozvoj televizní techniky.

Televizní přijímače osazené novalovými elektronkami jsou příkladem miniaturizace. Poprvé se zde setkáme se zvýšenou provozní teplotou v zařízení a tím i větším namáháním pasivních součástek. V miniaturní technice se tedy uplatňují nové součástky s definovanými teplotními vlastnostmi a se snahou po větším využití objemu. Ještě větší využití objemu se však pomocí elektronek nepodařilo uskutečnit.

Znemožnily to značné nároky na odvod tepla z elektronek nebo značné nároky na vysoké provozní teploty pasivních součástek. Energetická bilance stupňů s malým pracovním signálem je velmi nepříznivá, z čehož vyplývají značné požadavky na odvod tepla. Elektronkové přístroje pak musí být řešeny i s ohledem na účinné chlazení. Příkladem mohou být některé měřící přístroje, do kterých jsou vestavěny přímo větráky, zaručující nucený oběh vzduchu.

A nastupují tranzistory…

Snaha po dalším zmenšení rozměrů vedla k vypracování technologie subminiaturních elektronek, jejich zavedení do hromadné výroby však bylo zabrzděno objevem a rozšířením tranzistorů po roce 1948. Subminiaturní technika se uplatňuje především u tranzistorových zařízení, současně se zvyšují nároky na kvalitu součástek i obvodů.

Použitím polovodičových prvků se zmenšuje tepelné namáhání součástek, snižují se nároky na velikost stejnosměrného pracovního napětí a vyžadují se nové hodnoty používaných pasivních součástek. Zavádění tranzistorizace je provázeno hromadným použitím feritů, subminiaturních elektrolytických kondenzátorů (hliníkových i tantalových), kondenzátorů z keramiky s velkými permitivitami atd.


Autor: Wikimedia

Nejobvyklejší typy hliníkových a tantalových kondenzátorů.

Spojování se děje většinou pomocí plošných spojů, jejichž přednosti se mohou velmi dobře uplatnit zvláště v souvislosti s tranzistorizací zařízení. Subminiaturní technika je také poslední technikou, kde je možno přistupovat k návrhu obvodů po jednotlivých součástkách a tyto libovolně volit.

Mikrominiaturizace modulových staveb

Při mikrominiaturizaci předchází návrh obvodů návrh přístroje nebo zařízení. V této technice je využíváno hlavně modulové stavby, takže celý modul tvoří samostatný konstrukční prvek při návrhu zařízení. Pro návrh modulů se používají polovodičové prvky a také všechny nové pasivní i konstrukční součástky mnohdy původně vyvinuté pro předchozí techniky. 

V širokém měřítku se uplatňují zejména keramické hmoty s velkou permitivitou, tenké kovové vrstvy a polovodičové materiály a prvky. Všechny tyto materiály a technologie zmenšují váhu a rozměry zařízení, avšak zvětšují jeho provozní spolehlivost. 

Prodloužit dobu života, hlavně však zlepšit provozní spolehlivost, je u složitých elektronických zařízení prvořadý úkol, prozatím se ho žádnou technikou nepodařilo beze zbytku vyřešit. A právě mikrominiaturizace umožňuje podstatně prodloužit dobu života a zvětšit spolehlivost typizací modulů, použitím moderních technologií a možností zařazení náhradních klíčových obvodů v zařízeních.

Tuhá fáze jako vyšší stupeň vývoje

Posledním známým stupněm rozvoje elektroniky je dnešní nejvyšší stupeň – technika obvodů v tuhé fázi. Tato technika má již jako základní jednotku pouze pro funkční celek – moderní modul. Nelze zde také oddělit jednotlivé součástky a mnohdy ani celé obvody, ale spíše jednotlivé funkce.

Použitím polovodičových materiálů, moderních způsobů jejich opracování a zpracování, tenkých vrstev a dokonalého hermetického zapouzdření je zajištěna velká spolehlivost a dlouhá doba života funkčních celků i celých zařízení. Prozatím není vyřešena cena, která je v úzké souvislosti se sériovostí výroby.

Z technického hlediska je však možno považovat za nejvyšší stupeň možnost řešit zařízení pomocí skládání unifikovaných funkčních celků. Zbývá ještě mnoho technických i ekonomických otázek, které bude nutno vyřešit, než tato nová technika ovládne elektronická zařízení tak, jako je ovládly ve své době všechny předchozí techniky.

Jak se vyvíjela elektronika?

Z několika předešlých odstavců by mohl vzniknout dojem, že jednotlivé úseky vývoje elektroniky je možno velmi přesně od sebe oddělit technicky a určit časové hranice jejich hlavního rozmachu.

To není samozřejmě možné, a proto jsou uvedeny pouze hlavní úseky, aby bylo možno se technicky i historicky orientovat. Z technického hlediska je jedním z hlavních znaků, jimiž se jednotlivé stupně od sebe rozlišují, hustota součástek v daném objemu.


Autor: SNTL

Hustota součástek v jednom krychlovém centimetru
u různých technik.

Z výše přetištěného grafu je patrné, že poslední techniky přinášejí vždy nejméně řádové zvětšení hustoty součástek a tím také podstatné zmenšení rozměrů a váhy zařízení. Je třeba si však uvědomit, že toto neúměrné zvětšování hustoty součástek přináší jiné složité problémy, které předchozí techniky neznaly. 

Proto také hustota součástek je pouze hlavním parametrem z celé jejich skupiny. Dalšími parametry jsou spolehlivost, pracnost a z toho vyplývající cena, potřeba drahých nebo úzkoprofilových materiálů atd. Teprve zvážením všech těchto vlivů navzájem je možno hovořit o výhodách a přednostech té které techniky.

Každý obor vyžaduje to své…

Pro každé nové elektronické zařízení dělá vždy konstruktér při návrhu řádnou rozvahu, kterou techniku zvolí. Dnes se již téměř nenavrhují nová zařízení s klasickými elektronkami, i když v provozu ještě taková zařízení jsou. Miniaturní technika je však ještě u některých typů zařízení běžně používána. Tak například měřící přístroje jsou dosud navrhovány pomocí miniaturních elektronek a součástek.

Naopak zařízení určená pro rakety, umělé družice a jiná kosmická tělesa jsou skoro zásadně řešena pomocí mikrominiaturní techniky a pouze výjimečně subminiaturní. V obou případech se uplatňují jiné parametry jako hlavní a jiné jako méně důležité. 

Je samozřejmé, že váha zařízení a jeho velká klimatická a mechanická odolnost je rozhodující u zařízení určených pro letadla, rakety nebo umělé družice. Naopak tyto parametry jsou málo podstatné pro elektronické měřící přístroje pro práci v laboratoři. Zde se uplatňují především spolehlivost, robustnost zařízení, snadná obsluha i vyměnitelnost vadných součástek.

MIF18_témata2

Proč maximálně omezit hmotu

Během vývoje elektroniky se prosazuje stále více snaha maximálně využít hmotu ke splnění funkce zařízení a co nejvíce omezit hmotu potřebnou k mechanické konstrukci součástek i celého zařízení.

Tato snaha, jejíž mírou je právě hustota součástek, je pro vývoj elektroniky typická a vede ke stálému hledání nových, úspornějších, modernějších technologií a nových způsobů návrhu zařízení.

Našli jste v článku chybu?