elektronika

elektronika (prema elektron), područje znanosti, tehnike i tehnologije koje obuhvaća proučavanje i primjenu gibanja elektrona u vakuumu, plinovima, poluvodičima i vodičima, širenje elektromagnetskih valova u prostoru te razvoj i proizvodnju elektroničkih elemenata, sklopova i sustava. U područje elektronike u širem smislu može se ubrojiti i proučavanje i primjena ionskih izboja u plinovima (npr. u elektronskim cijevima punjenima plinom i sl.). Zbog povijesnih razloga, elektronika se smatra mlađom granom elektrotehnike, koja obuhvaća i primjenu pojava u svezi sa statičkim elektricitetom (mirujući nosioci naboja) i elektromagnetizmom (pokretni nosioci naboja), odnosno pojava vezanih samo uz nakupljanje ili pomicanje elektrona u metalnim vodičima.

Elektronički elementi (sastavnice, komponente) dijelovi su elektroničkih sklopova koji čine dijelove složenijih elektroničkih sustava a razvrstavaju se na aktivne i pasivne. Uobičajeno je aktivnima nazivati one koji omogućavaju pretvorbu pohranjene energije, najčešće istosmjernog izvora napajanja, u vremenski promjenljive signale, ili pak koji pojačavaju slabe signale. To su elektroničke cijevi svih vrsta te poluvodički elementi (tranzistori i integrirani sklopovi). Pasivni elementi ne mogu pojačavati, već samo mijenjaju oblik ili vrstu (naponsko-strujni ili električko-magnetski odnosi) korisnog signala (npr. otpornici, kondenzatori, zavojnice, diode, varistori, magnetski materijali). U njih se često ubrajaju i pretvornici za pretvorbu drugih fizikalnih pojava u elektronički oblik (npr. zvuka, svjetlosti, vibracija, topline, naprezanja, kemijskih pojava).

Elektroničkim sklopom naziva se skup elektroničkih elemenata spojenih međusobno u funkcionalnu cjelinu, a među najvažnijima su: pojačala, oscilatori, ispravljači i stabilizatori, impulsni i digitalni sklopovi (→ digitalna elektronika), sklopovi za oblikovanje ili miješanje signala, za vremenska ograničavanja itd.

Važnost elektronike, elektroničkih sustava i proizvoda i njihova uloga u razvoju gospodarstva i društvenih djelatnosti u neprekidnu je porastu. Ne navodeći kao zasebne grane računalnu tehniku i informacijsku tehnologiju, koje su sada uključene u praktički sve proizvode ili spomenuta osnovna područja primjene, među najvažnija područja elektronike treba ubrojiti: komunikacijske sustave (radijske i televizijske veze, telegrafske i telefonske veze, teletekst, telekopiranje, kabelska televizija, komunikacijski sateliti), mjerno-procesnu i industrijsku elektroniku (nadzor i upravljanje procesima, numeričko upravljanje strojevima, daljinsko mjerenje i upravljanje, alarmi i sigurnosni sustavi, industrijska robotika), uređaje za pomoć u administrativno-trgovačkim poslovima (automatske blagajne, strojevi za obradbu i arhiviranje podataka i teksta, prodajni terminali), medicinsku elektroniku (elektrodijagnostika, elektroterapija, kompjutorizirana tomografija, uređaji na načelu magnetske rezonancije, ultrazvučna dijagnostika, elektrostimulatori srca), integralni transport (nadzor i upravljanje kopnenim i zračnim putovima, distribucija prijevoznih sredstava, rezervacija mjesta i distribucija karata, regulacija prometa), energetske sustave (upravljanje procesima u proizvodnji energije, optimalizacija distribucije energije, nadzor energetskih sustava), istraživanje svemira i vojnu primjenu, elektroničku opremu za široku potrošnju (kućanski uređaji, osobna računala, videouređaji, radijski i tonski uređaji, komunikacijski uređaji).

Brzi razvoj elektroničke tehnologije i mikroelektronike, od izuma mikroprocesora do sada, obilježava minijaturizacija i koncentracija elemenata na malom prostoru, što, uz povećanje brzine rada, omogućava izvedbu sklopova i sustava posve novih svojstava. To se najviše odnosi na područje elektroničkih računala, koje je minijaturizacijom i masovnom proizvodnjom (niža cijena proizvoda) prodrlo u sve oblike ljudske djelatnosti, s utjecajima i posljedicama na razvoj društva koji se danas ne mogu predvidjeti.

Povijesni razvoj

Iako je teško razgraničiti elektroniku od elektrotehnike, može se na osnovi povijesnih činjenica reći da početci elektronike datiraju s kraja XIX. st. God. 1883. T. A. Edison gotovo je slučajno ustanovio da se u vakuumu može uspostaviti tok elektrona, odnosno električna struja koja ne prolazi metalnim vodičima. H. A. Lorentz u svojim teoretskim radovima definirao je 1895. nabijenu česticu, koju je nazvao elektron, a iste je godine W. C. Röntgen objavio otkriće »nepoznatih« zraka iz Crookesove cijevi. God. 1897. J. J. Thomson, a nekoliko godina poslije R. A. Millikan i eksperimentom su dokazali postojanje elektrona. Iste je godine K. F. Braun konstruirao prvu katodnu cijev, a 1904. J. A. Fleming prvu elektronsku cijev, diodu. Užarena katoda emitirala je elektrone, koji su bili privučeni na anodu kada je ona bila na pozitivnom potencijalu, odn. bili odbijeni od nje kada je bila na negativnom potencijalu prema katodi. To svojstvo prve elektronske cijevi moglo se upotrijebiti za ispravljanje amplitudno moduliranoga radiosignala. Osnovna slabost toga izuma bila je potreba za razmjerno velikim naponom (signalom) na cijevi, što je onemogućivalo primjenu diode za komercijalno uporabljiv radioprijenos. Često se kao početak elektronike navodi godina 1906., kada je L. De Forest konstruirao triodu, elektronsku cijev s trima elektrodama: anodom, katodom i rešetkom koja je okruživala katodu. Mala promjena napona između katode i rešetke uzrokovala je veliku promjenu struje između katode i anode, pa su tako elektronske cijevi mogle pojačavati slabe signale.

Razdoblje do II. svj. rata obilježavala je ponajviše upotreba elektroničkih proizvoda u sredstvima komercijalnih komunikacija – radiju i televiziji. Neprekidno su se poboljšavala svojstva elektronskih cijevi i usavršavale tehnike prijenosa radiosignala. Prva javna demonstracija televizije održana je 7. IV. 1927. u kompaniji Bell Telephone Laboratories. Idućih godina televizijska se tehnika intenzivno usavršavala, naročito zahvaljujući radovima V. Zworykina (patent ikonoskopa – prve kvalitetne televizijske kamere) i Alexandera du Monta (1901–65, poboljšanje televizijske katodne cijevi). Komercijalne televizijske stanice pojavile su se 1929. U doba II. svjetskoga rata napori istraživača elektroničara bili su usmjereni prema povećanju brzine (visokoj frekvenciji) signala, omogućavanju rada elektroničkih uređaja pod teškim uvjetima te prema pomoći elektronike u obradbi velike količine informacija. Tih su se godina usavršavali i praktično primjenjivali radar, metode i sustavi za izvlačenje korisnog signala iz šuma, digitalne tehnike prijenosa i obradbe signala, a poduzimali su se i prvi koraci u konstrukciji elektroničkih računala.

Poslijeratni razvoj elektronike obilježava izum točkastoga tranzistora, a vezan je uz istraživanja koja su se do 1945. provodila u Bellovim laboratorijima u SAD-u. Za jednoga pokusa u prosincu 1947. ustanovljeno je da je na komadiću germanija, na koji su bile pritisnute dvije zlatne žice, struja u izlaznom krugu bila veća od struje u ulaznom krugu, odn. da se na taj način može pojačati korisni signal. Istraživači koji su to zapazili, W. B. Shockley, J. Bardeen i W. H. Brattain, shvatili su važnost otkrića, iako je taj prvi tranzistor bio vrlo skromnih svojstava. Nedugo nakon toga Shockley je razradio teoriju spojnoga tranzistora, u kojem su nesigurni žičani kontakti zamijenjeni pouzdanijim PN-spojem (spojem poluvodiča s umjetno izazvanim manjkom, odn. viškom elektrona). To je bio početak razvoja i upotrebe poluvodičkih elektroničkih elemenata, koji je omogućio njihovu minijaturizaciju uz istodobno povećanje pouzdanosti rada. Zamjena germanija silicijem, koji je znatno stabilnijih svojstava, te primjena tzv. planarnoga procesa proizvodnje, omogućila je masovnu proizvodnju, ali i daljnji razvoj novih i sve boljih poluvodičkih elemenata.

Mogućnost i težnja za minijaturizacijom i koncentracijom što većega broja elemenata na malom prostoru dovela je do razvoja integriranih sklopova. Radeći na problemu minijaturizacije, dvojica američkih istraživača, Jack Kilby i Robert Noyce, došli su 1958. na ideju da bi se prikladnom tehnologijom moglo na istu silicijsku pločicu, gdje su smješteni poluvodički elementi, smjestiti i međusobno spojiti u funkcionalnu cjelinu i druge, pasivne elemente elektroničkih sklopova (otpornike, kondenzatore, diode). Prvi takav komercijalno dostupan monolitni integrirani sklop proizvela je 1961. tvrtka Fairchild. S pojavom integriranih sklopova započelo je razdoblje mikroelektronike. Suvremeni mikroelektronički sklopovi visokog stupnja integracije sadrže i nekoliko stotina tisuća elemenata u jednoj cjelini, popularno zvanoj čip.

Koristeći iskustva računalne tehnike iz doba elektronske cijevi i diskretnih poluvodičkih elemenata (tranzistora), istraživači razmjerno malene i nepoznate tvrtke Intel iz Californije, Fred Faggin i Marcian Hoff, izradili su 1971. prvi mikroprocesor, a 1972. objavili novi proizvod – mikroračunalo, osnovano na novoj koncepciji i izvedbi integriranoga sklopa na jednoj silicijskoj pločici. Mikroprocesor je mogao služiti kao osnovna jedinica za izvedbu elektroničkih računala. Time je otvoreno novo razdoblje sprege mikroelektronike i računalstva. Posljednjih tridesetak godina, osim u poboljšanju svojstava integriranih sklopova, proizvođači se utrkuju u poboljšanju svojstava mikroprocesora, pa je zanimljivo pratiti njihov razvoj, od modela 8080 (1974. god., 6000 tranzistora, 8 bita, 6 MHz) do modela Pentium Pro (1995. god., 5 500 000 tranzistora, 32 bita, 150 MHz) i Merced (2000. god., 15 000 000 tranzistora, 64 bita, 400 MHz).

Povijesni razvoj u Hrvatskoj

Elektrotehnika u Hrvatskoj datira s kraja XIX. st., a prva rendgenska snimka u Hrvatskoj načinjena nepunih mjesec dana nakon povijesnoga predavanja W. C. Röntgena (1896). Prva radiotelegrafska centrala osnovana je u Puli (1909), a radiotelegrafska postaja sagrađena je u Zagrebu (1918). Tehnička visoka škola osnovana je u Zagrebu (1919). U njoj su se (1921/22) pri Elektroinženjerskom odjelu pojavila i četiri predmeta iz područja elektrotehnike, odn. elektronike: enciklopedija elektrotehnike (predavač Rajmund Fantoni), uredba električnih centrala i mreža (Edgar Montina), bežična telegrafija (Robert Tijanić) i teoretska elektrotehnika (J. Lončar). Tehnička visoka škola ušla je 1926. u sastav Sveučilišta u Zagrebu kao Tehnički fakultet. Od 1936. do 1947. postojao je Elektrotehnički smjer Strojarskog odsjeka, a od 1947. Elektrotehnički odsjek, sa smjerovima za jaku i slabu struju. Podjelom Tehničkoga fakulteta osnovan je 1956. Elektrotehnički fakultet (od 1995. Fakultet elektrotehnike i računarstva). God. 1960. osnovan je Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje u Splitu, 1992. Elektrotehnički fakultet u Osijeku, a 1999. studij elektrotehnike pri Tehničkom fakultetu u Rijeci.

Radioklub – Zagreb osnovan je 1924. kad je počelo izdavanje časopisa Radio-šport, a 1926. počela je s radom prva radiopostaja, Radiopostaja Zagreb (350 W, 857 kHz). Nakon rata, 1946., osnovano je u Zagrebu poduzeće »Rade Končar« (industrijska elektronika), 1948. Radioindustrija (poslije RIZ – elektroakustika, odašiljači, elektronički mjerni uređaji, tranzistori i integrirani sklopovi), 1949. »Nikola Tesla« (telekomunikacijski uređaji), 1963. ATM – Automatizacija i tehnika mjerenja (elektronička oprema za automatiku i procesna mjerenja). Sedamdesetih godina bili su se pojavili i TRS – Tvornica računskih strojeva (računala i blagajne) u Zagrebu i Digitron u Bujama (kalkulatori i računala). God. 1950. osnovan je Institut »Ruđer Bošković«, koji je u početku imao jaku aktivnost na području elektronike, osobito »brze« elektronike. God. 1956. počelo je emitiranje televizijskoga programa iz zagrebačkog studija, 1977. proizveden je u poduzeću »Nikola Tesla« prvi digitalni telefonski sustav, a 1981. puštena u promet prva elektronička automatska telefonska centrala.

elektronika. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 7.12.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=17649>.