ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Электроника – область науки и техники, изучающая электрофизические явления в вакууме, газе, твердом теле и на границе сред; приборы и системы, основанные на этих явлениях.

Современная электроника, опираясь на достижения в различных областях знаний, в свою очередь, обогащает и способствует развитию других наук и производств, вооружая их новыми техническими средствами и методами. Электроника оказывает существенное влияние на жизнь человека, его образ мышления и поведение, на состояние среды обитания.

Можно рассматривать и характеризовать электронику в различных аспектах. Первый из этих аспектов предполагает рассмотрение электроники как части фундаментальной науки – физики. Электроника – это наука, изучающая взаимодействие заряженных частиц между собой, с электромагнитными полями и с веществом. Эта часть науки решает теоретические проблемы и задачи экспериментальных исследований. Второй аспект подразумевает область техники, включающую прикладные применения названного взаимодействия потоков заряженных частиц между собой, с электромагнитными полями и с веществом. Поэтому в качестве содержательного термина используется понятие «электронная техника».

Электроника как фундаментальная наука и ее прикладной аспект развивались в непрерывном взаимодействии. Результат тонкого физического эксперимента в короткий срок приводил к созданию и серийному выпуску нового класса электронных приборов. В свою очередь, электронные приборы позволили реализовать методы наблюдения, измерения процессов в микромире, неосуществимые иными средствами.

Электроника как наука зародилась на рубеже XIX и XX столетий. Ее предметом и по сей день является прежде всего изучение законов взаимодействия свободных и связанных электронов и других заряженных частиц между собой и с электромагнитными полями; разработка принципов, методов и технологий создания электронных приборов, использующих эти взаимодействия для преобразования электромагнитной энергии в собственном рабочем объеме прибора и заполняющей его среде для обеспечения требуемых условий и результатов функционирования. Во второй половине XX в. с большей или меньшей степенью условности оформились три основных направления электроники как науки: электровакуумная (включая плазменную); твердотельная (полупроводниковая); квантовая электроника.

Электроника как область техники решает вопросы создания на основе электронных приборов аппаратуры, систем и комплексов различных видов и поколений для выполнения функциональных задач в многочисленных разветвлениях энергетики, радиотехники, информатики; технологии разработки и производства различной вещественной и информационной продукции; доведения ее до потребителей; прогнозирования и оценки результатов (в том числе побочных) этого потребления и предотвращения (а то и ликвидации) нежелательных последствий.

В зависимости от степени развитости той или иной сферы науки, производства и применения, от доминирующего предназначения и специфичности условий, от удобства классификации, изучения, описания и преподавания, наконец, просто от складывающегося восприятия понятий (в том числе на бытовом уровне) уже появилось и продолжает появляться множество производных терминов от термина «электроника».

Эти производные более или менее адекватно отражают:

частные направления в собственно электронной науке и технике, например: катодная электроника, СВЧ‑электроника, микроэлектроника, функциональная электроника, криоэлектроника, релятивистская электроника и т.д.;

доминирующий признак, объединяющий разнообразные направления электронной науки и техники (например, радиоэлектроника);

особую область применения, например: космическая электроника, авиационная электроника (авионика), бытовая электроника и пр.

Особое место по распространенности, профессиональному уровню, степени влияния на другие области техники и производства, развитию различных структур занимает промышленная электроника. Промышленная электроника как направление электронной техники зародилась в 40‑х годах XX в. Ее появление было своего рода велением времени и неслучайно соответствующие направления с их проблематикой и терминологией появились на разных языках в технической литературе различных стран.

В последние годы определились три основных направления промышленной электроники: энергетическая (силовая) электроника (преобразование электрической энергии), информационная электроника (электронные средства получения информации, ее преобразования, отображения, использования в управлении), технологическая электроника (воздействие на вещество потоками частиц, электромагнитным излучением).

Впервые содержание промышленной электроники было сформулировано основателем кафедры промышленной электроникой МЭИ И.Л. Кагановым в 1947 г. За прошедшие десятилетия по этой дисциплине были подготовлены тысячи специалистов. Помимо МЭИ кафедры промышленной электроники существуют и готовят специалистов более чем в 20 вузах России и бывших республик Советского Союза. Само понятие промышленной электроники оказалось динамичным, и его содержание изменяется с каждым новым шагом технического прогресса.

В 60‑х годах, термин «промышленная электроника» получил более широкое содержательное наполнение, охватывающее преобразовательные электронные устройства и источники электропитания (с соответствующими схемотехническими элементами, электровакуумными и полупроводниковыми приборами), а также информационные системы для электроэнергетики, технологии и управления промышленными объектами.

Промышленная электроника в вышеприведенном ее понимании охватывает все отрасли промышленности. Доминирующими направлениями в ее развитии являются:

1) преобразование тока промышленной (50 Гц) или иной частоты в постоянный (выпрямление) и преобразование постоянного тока в переменный с заданной частотой (инвертирование), а также преобразование переменного тока одной частоты в переменный ток иной частоты;

2) электропитание (вторичные источники) любых промышленных, в том числе радиотехнических, установок с выполнением регулирующих, стабилизирующих, защитных, коммутирующих и других функций; управляемый энергообмен между различными источниками энергии (например, сеть и солнечная батарея) либо между источниками и накопителями энергии (например, сеть и конденсаторная батарея); первое и второе направления объединяют названием «силовая (энергетическая) электроника»;

3) электронные средства систем управления, регулирования, контроля, сбора и отображения информации о состоянии промышленных объектов. В последние годы в связи с широким распространением промышленных микроконтроллеров электронные средства управления включают в себя комплекс аппаратных и программных средств; это направление называют «информационной электроникой»;

4) создание установок и устройств, обеспечивающих технологическое воздействие на материалы, детали машин, биологические и другие объекты и среды за счет использования потоков электронов и ионов, потоков электромагнитного излучения, включая излучение оптического диапазона (в том числе лазерного); это направление называют «технологической электроникой».

Несмотря на всю условность такого подхода, он достаточно полно отражает области применения промышленной электроники и в значительной мере ее элементную базу – электровакуумные (включая газоразрядные) и полупроводниковые электронные приборы, электронные источники, генерирующие потоки заряженных частиц и электромагнитные излучения (включая высокочастотные (ВЧ), ультравысокочастотные (УВЧ), сверхвысокочастотные (СВЧ) и излучения оптического диапазона).