مقاله تاریخچه علم الکترونیک ‌

[peyman sadeghian 30,244]

تاریخچه الکترونیک باکشف اشعه کاتدی آغازشدوهمچنان درحال ادامه میباشد.این تاریخچه تشکیل شده از سرگذشت جالب افرادبسیاری نظیرریاضی دانها فیزیک دانها مهندسین و مخترعین وبالاخره تمام کسانی که درزحمت ساختن این صنعت منسجم شرکت داشته اند.

وقتی هیتورف(Hittorf)وکروکس(Crookes)پرتوکاتدیک را مطالعه میکردند(1912),(Maxwell)ماکسول نظریه ریاضی تشعشع الکترومغناطیس خودرابسط میداد.بزودی بعدازاینکه ادیسون درسال 1883هدایت الکتریکی رادرخلأ مشاهده کرد هرتز(hertz)درسال1888وجودامواج رادیویی راکه توسط ماکسول پیشگویی شده بودنشان داد.زمانی که تامسون(Thomson)کمیتe/mرااندازه گیری میکرد(1897)مارکونی(Marconi)علاقمندبه بیسیم بودودرارتباط مخابراتی بین دوطرف اقیانوس اطلس درسال1901موفق گردید.وقتی انیشتین(Einstin)اثرفتوالکتریک راعمومیت میداد فلمینگ (fleming)درسال1904اولین لامپ الکترونی را اختراع نمود.این لامپ عبارت بودازیک دیودآشکارسازحساس که درآن از اثرادیسون استفاده میشد.اختراع لامپ سه قطبی به وسلیه دی فورست(deforest)(1906)تقویت سیگنالهای الکترونیکی را ممکن نمودومنجربه ساخت آشکارسازحساس آرمسترانگ ونوسانساز گردید.

اختراع لامپ تصویر توسط زورکین(Zworykin)(1929)وچندبرابرکننده نوری درسال1939زمینه های جدیدی را به روی علم الکترونیک گشود.نظریه واتسون وات(Watson-watt) برای آشکارسازی امواج رادیوی ورادارتحت فشارجنگ جهانی دوم به سرعت توسعه یافت نیزمندیهای بعدازجنگ ووافزایش اطلاعات درموردفیزیک نیمرساناهامنجربه اختراع ترانزیستورگردیدتوسط شوکلی(Shockley)باردین(bardin)وبراتین(Brattain)درسال1947وباتری خورشیدی سیلیکنی توسط پیرسن(pearson)درسال9154گردید.

مدارهای مجتمع(integrated circuit)یا بطورخلاصه آی سی که توسط کیل بای (KILBY)درسال1958پی ریزی شدند به ما این اجازه را میدهدکه یک شبکه شامل چندین وسیله مداری فعال وغیرفعال بطورهمزمان به صورت یک قطعه منفردبسازیم.و نویس(noyce)درسال1958روش ساخت یک شتکه کامل را که شامل تعدادی قطعات نیمرساناروی یک تراشه بود ارائه نمود.انیشتین درسال1917امکان صدورتشعشع رااز جسم تحریک شده تذکرداد وتاونس (towenes) این مفهوم رابرای کاراندازی می زر(maser)به کاربرد.تاونس(towenes)وشاولو(Schawlow)درسال1958 دستگاهی ارائه نمودندکه بااستفاده ازآن اصول می زر رابه ناحیه اپتیکی میتوان گسترش دادوسرانجام می من(maiman)درسال1960باساختن لیزریاقوتی درانجام این کارموفق شد.اکرت(Eckert)وماچلی(mauchly)انقلاب کامپیوتررابه با بکارانداختن کامپوترالکرونیکی دیجیتال18000لامپی ENIACخودشان شروع کردند.هوف(HOFF)درسال1969قدرتاانطباقENIACراباریزکامپیوترخودش روی یک تراشه کوچک سیلیکن انجام دادباامکان دسترسی به کامپیوترهای کوچک ارزان وقدرتمنددرسال1970انقلابی د محاسبات-مخابرات—پردازش اطلاعات وکنترل به وجودآمد.

برگرفته از کتاب الکترونیک

تالیف رالف ج.اسمیت

ترجمه سیدمحمدحسینی

[peyman sadeghian 30,244]

تاريخچه علم الکترونيک از آغاز قرن بيستم

لامپ خلع

 

در سال 1882 وقتي اديسون يک جريان الکتريکي بين کاتد و آند در يک لامپ خلع را پديد آورد ، اين امر يک پديده مرموز به شمار مي رفت و هنوز درک نشده بود که چگونه جريان الکتريکي مي تواند از خلع بگذرد. شناخت اشعه کاتدي توسط Thomson به عنوان جرياني از الکترونها معما را حل کرد و منجر به اختراع ديود ترميونيک توسط فلمينگ شد. اختراع تريود توسط DeForest ارتباطات راديويي را منقلب کرد.

 

 

 

Thomas Alva Ediso( 1847-1931 ) او صاحب 1093 حق ثبت اختراع بود. او همچنين مخترع آزمايشگاه صنعتي تحقيقاتي مدرن بود.در سال 1882 ، زماني که يکي از مهندسانش به نام William Hammer ، "اثر اديسون " را در طي درس آزمايشهايي در باره لامپ تابان مشاهده کرد، اديسون به دلايلي که بعدها نمي توانست توضيح دهد،اين کشف را پي گيري نکرد. اما همانطور که بعدها تصديق کرد، در آن زمان او حتي قانو اهم را نمي دانست . اثر اديسون به مدت پانزده سال بي توضيح ماند تا اينکه الکترون کشف شد.

 

 

John Ambrose Fleming (1849-1945) او ابتدا شاگرد ماکسول و بعدها مشاور اديسون و بعد مارکني بود.در سال 1904 فلمينگ بر اساس مشاهدات اديسون مبني بر عبور جريان از فيلامان به يک آنود در يک حباب نوري و همچنين اکتشاف Thomson (که اشعه هاي کاتدي شامل ذرات باردار هستند) ، اولين يکسوساز الکترونيکي يا همان ديود ويا مقدار فلمينگ را اختراع و به نام خود ثبت کرد.هدف از ساخت قطعه رديابي امواج راديويي که توسط جرقه توليد مي شدند بود. اين قطعه توانست جايگزيني براي بقيه قطعاتي شود که توسط دانشمندان قبل از او براي ارتباطات راديويي استفاده مي شدند.فلمينگ در سال 1929 به مقام نجيب زادگي ترفيع داده شد.

 

 

تلويزيون

 

پيشگامان تلويزيون روسها بودند, Nipkow که يک ديسکِ دوار مکانيکي اختراع کرد و Rosing که در سال 1907 از يک Cathod Ray tube براي نمايش تصاويري از يک انتقال دهنده (Transmitter) مکانيکي استفاده کرد. در سال 1923 در انگليس, John Logie Baird شروع به استفاده از ديسک هاي Nipkow در انتقال تلويزيوني کرد. در امريکا, شاگرد Rosing, Vladimir Zworykin, يک Patent براي ساخت تلويزيون الکتريکي به ثبت رساند (1923), ولي اين پروژه توسط Westinghouse متوقف شد و Zworykin مجبور شد تا 1930 براي حمايت RCA صبر کند. در سال 1922, يک دانش آموز از Idaho, به نام Philo Farnsworth يک سيستم الکترونيکي اختراع کرد, و تا سال 1927 موفق به ارسال تصاوير تلويزيوني شد. پيشرفت پروژه kinescope که در RCA انجام مي شد, به علاوه يک قرارداد (License Agreement) بين RCA و Farnsworth در نهايت منتهي به ظهور اولين تلويزيون تجاري در آوريل 1939 در نمايشگاه RCA در نيويورک گشت.

 

 

 

John Logie Baird (1888-1946) از دانشگاه Glascow فارغ التحصيل شد و تا مدتي براي شرکت Glascow Electrical به عنوان مهندس کار مي کرد. در 1920 وي با استفاده از ديسک مکانيکي Nipkow شروع به ساخت تلويزيون کرد. در 1926 او اولين تلويزيون را ساخت. سپس به ساخت تلويزيون رنگي و استريو پرداخت و موفق به ضبط سيگنال هاي ويديويي روي ديسک شد. از 1929 تا 1935 BBC از تلويزيون مکانيکي Baird استفاده مي کرد. در انتهاي اين دوره از ساخت تلويزيونها, تا حدي از سيستمهاي الکترونيکي هم استفاده مي شد. از آنجايي که سيستمهاي مکانيکي به 200 خط در هر frame محدود بودند, نتوانستند در برابر سيستمهاي الکترونيکي دوام بياورند.

 

 

Philo Taylor Farnsworth (1906-1971) هنگامي که يک دانش آموز 15 ساله بود, يک سيستم الکترونيکي اختراع کرد و آنرا به استاد شيمي خود عرضه کرد. درسال 1926, وي با استفاده از يک پشتيباني مالي شرکتي براي ساخت تلويزيون تاسيس کرد. در 1927 وي موفق به ساخت اولين تلويزيون الکترونيکي شد و در سال 1936 استوديوي او به حدود 50 خانواده در Philadelphia سرويس مي داد.

 

 

رادار

 

 

 

در زمان قبل از جنگ جهاني دوم, تمامي قدرت هاي بزرگ در حال انجام پروژه هاي "سيستم هاي رديابي راديويي" بودند. هنگامي که انگليسي ها مشغول ساخت سيستم تشخيص و رديابي هوايي بودند,آلمانها سيستم ناوبري هوايي مي ساختند.اگر چه در ابتدا اين دستگاهها بر روي طول موجهايي در حد متر کار ميکردند اما بعدا در اثر پيشرفتهايي در سال 1939, اين کشورها موفق به ساخت سيستمهايي باطول موج هاي در حد سانتيمتر شدند.اين سيستم ها لازمه ساخت رادارهاي پيشرفته بودند. در سال 1940 در امريکا سرمايه گذاري بر روي آزمايشگاه رادار در MIT آغاز شد. بيش از 1300 مهندس و دانشمند در اين آزمايشگاه کار مي کردند و بيش از 100 مدل رادار طراحي شد که شامل سيستمهاي هشدار سريع, رادارهاي ضدهوايي, رادارهاي ضد زيردريايي, زميني, و رادارهايي براي نشانه گيري در بمباران مي شدند.بيش از يک ميليون رادار در امريکا در زمان جنگ ساخته شد. آلمان و ژاپن در اين جنگ تکنولوژيک مغلوب بودند.

 

Robert Alexander Watson-Watt (1892-1973) وي از نوادگان James Watt بود, که مدرکش را در رشته مهندسي برق از دانشگاه St.Andrews, در اسکاتلند دريافت کرد و در سال 1915 شروع به کار در British civil service کرد, وي اولين Patent خود را که يک سيستم رديابي راديويي بود در 1919 به ثبت رساند. در سالهاي بعد او نقش رهبري توسعه پروژه هاي رديابي راديويي هوايي را بازي مي کرد, که همان سلاح مخفي در جنگ بريتانيا بود. در سال 1937, قبل از شروع جنگ, او به همراه همسرش عهده دار کاري خطرناک شدند : سفر به آلمان در لباسهاي بدل, براي پيدا کردن ايستگاههاي رادار در آلمان.

 

 

Edward Mills Purcell (1912-1997) در شهري کوچک در Illinois به دنيا آمد.پدرش مديريت يک شرکت محلي تلفن را به عهده داشت. Purcell مدرک BSEE را در Purdue اخذ کرد و سپس به فيزيک روي آورد. در دانشگاه Harvard به تدريس مي پرداخت که به آزمايشگاه تازه تاسيس رادار ملحق شدو عده داررهبري تيمي شد که بر روي سيستم هاي راداري با طول موج 1 cm کار مي کردند. در آن زمان تحقيقات علمي نشان داده بودند که رطوبت هوا يک عامل محدود کننده مهم براي اين سيستم هاست.اين مطلب او را به کشفي در 1945 که همانا ساخت nuclear magnetic resonance بود, هدايت کرد که پايه اي براي تصويربرداري NMR در پزشکي شد. در 1952 وي جايزه نوبل را براي اين کشف دريافت کرد.

 

 

ترانزيستورها

 

قياس بين ديود و دستگاه هاي Solid State مانند يکسو کننده اکسيد مس و رديابهاي کريستالي در راديو هاي اوليه, به وضوح از قبل مطرح بوده است . در دهه 1920, مخترعان زيادي سعي در ساخت دستگاههايي براي کنترل جريان در ديودهاي Solid State و تبديل آنها به triode انجام دادند، ولي تا بعد از جنگ جهاني دوم نتوانستند موفقيتي کسب کنند. در زمان جنگ, تلاش ها يي براي پيشرفت کريستالهاي سيليکون و ژرمانيوم براي استفاده به عنوان ردياب در رادار انجام شد که به پيشرفتهايي در زمينه ساخت و فهم تئوري حالتهاي مکانيکي کوانتومي حاملان موج در نيمه هادي ها منجر شد. بعد از آن دانشمندان از دامنه پيشرفتِ رادار ها به دامنه Solid State Device روي آوردند.

 

 

 

George Clarke Southworth (1890-1972) در شهري کوچک در Pennsylvania متولد شد. ليسانس و فوق ليسانس خود را از Grove City College دريافت کرد, و سپس براي دکترا به Yale رفت.وي از ابتداي تاسيس Bell Laboratories يعني سال 1934 تا زمان بازنشستگيش در اين شرکت کار کرد. کار وي بر روي امواج هادي (Micro wave waveguides), انگيزه اي براي ساخت رادار شد. هنگامي که او دريافت که triode ها مانند ردياب ها در فرکانس هاي microwave کار نخواهند کرد, به استفاده از ردياب هاي کريستالي که در اولين راديوها استفاده مي شدند, روي آورد. منبع او براي اين کار, راديوهاي دست دوم و پرگردوخاک مغازه هاي Manhattan بود!

 

 

William Bradford Shockley (1910-1989) در لندن متولد شد, ولي در کاليفرنيا بزرگ شد و در Caltech و MIT تحصيل کرد. درسال 1939 وي به آزمايشگاه Bell Telephone Laboratories ملحق شد. در ابتداي 1939, Shockley شروع به يافتن راهي براي تبديل يکسوساز کريستالي به يک دستگاه تقويت کننده کرد. جنگ کار وي را قطع کرد, ولي کار او دوباره در 1945 با بازگشت او به Bell Lab به عنوان رهبر تيم تحقيقاتي Solid State Physics شروع شد. اين گروه شامل Bardeen و Brattain مي شد که ترانزيستور با اتصال نقطه اي (Point Contact Transistor) را اختراع کردند. Shockley ترانزيستور اتصالي (Junction) را چند هفته بعد اختراع کرد. Shockley داراي شخصيت ساينده اي بود و در نهايت Bardeen و Brattain درحالي که آزرده شده بودند گروه را ترک کردند. در دهه 1970, Shockely هنگامي که تئوريي مبني بر دخالت عاملي ژنتيکي در هوشمندي را عرضه داشت طوفاني از انتقادها را برانگيخت. بر مبناي آن نژاد سياه پوستان به عنوان نژادي با ژن پست معرفي مي شد.

 

 

Walter H. Brattain (1902-1987) در چين بدنيا آمد و دريک مدرسه انگليسي زبان در Amoy به تحصيل پرداخت.دوران نوجواني خود را در Washington سپري کرد. او مدارک علمي خود را از کالچ Whitman ، دانشگاه Oregon و دانشگاه Minnesota دريافت کرد. در سال 1929 وي براي کار به Bell Laboratories رفت و تا شروع جنگ بر روي رفتار يکسو کننده هاي اکسيد مس تحقيق مي کرد. بعد مشغول ساخت ردياب رادار سيليکن شد.سپس دوباره به گروه فيزيک حالت جامد پيوست ، گروهي که او و Bardeen ترانزيستور اتصال نقطه اي را اختراع کردند.هر چند Brittain يک آزمايشگرexperimentalist)) حرفه اي بود و Bardeen يک تيوريسين اما آنها در آزمايشگاه بطور صميمانه اي با هم کار مي کردند.

 

 

 

John Bardeen (1908-1991) او فرزند رييس دانشکده پزشکي دانشگاه Wisconsin بود و درجه دکتراي فيزيک رياضي (mathematical physics) را از دانشگاه Princeton دريافت کرد.استاد دانشگاه Minnesota بود ودر طي جنگ جهاني دوم بهترين فيزيکدان در Naval Ordnance Laboratory به حساب مي آمد.بعد از جنگ توسط Bell Telephone Laboratory (با حقوق دو برابر) کرايه شدتا بر روي مسايل نظري در فيزيک حالت جامد کار کند.در سال 1948 کار او منجر به اختراع ترانزيستور هاي اتصال نقطه اي شد که نظريه quantum surface states of electrons شد که بر مبناي آن ثابت شد که لايه اي از بار در سطح آزاد نيمه هاديها وجود دارد. Bardeen در سال 1951 Bell Labs را براي رسيدن به درجه استادي در مهندسي الکترونيک و فيزيک در دانشگاه Illinois ترک کرد. در سال 1956 او به همراه Shockleyو Brattain به علت اختراع مشترک ترانزيستور موفق به دريافت جايزه نوبل شد.وي همچنين در سال 1972 به همراه Cooper و Schrieffer بخاطر نظريه ابر رسانايي جايزه نوبل را دريافت کردو بدين ترتيب اولين فردي بود که دو جايزه نوبل را دريافت کرد.