Электроника как наука (физическая электроника) занимается изучением электронных явлений и процессов, связанных с изменением концентрации и перемещением заряженных частиц в различных средах (в вакууме, газах, жидкостях, твердых телах) и условиях (при различной температуре, под воздействием электрических и магнитных полей). Задача электроники как отрасли техники (техническая электроника) – разработка, производство и эксплуатация электронных приборов и устройств самого различного назначения.
В основе развития электроники лежит непрерывное усложнение функций, выполняемых электронными устройствами. На определенных этапах становится невозможным решать новые задачи старыми электронными средствами или, как говорят, средствами на основе существующей элементной базы, например с помощью электронных ламп или дискретных транзисторов. Таким образом, появляются предпосылки для дальнейшего совершенствования элементной базы. Основными факторами, вызывающими необходимость разработки электронных устройств на новой элементной базе, являются повышение надежности, уменьшение габаритов, массы, стоимости и потребляемой мощности.
В зависимости от применяемой элементной базы можно выделить четыре основных поколения развития промышленной электроники, а вместе с ней, соответственно, и электронных устройств.
1 поколение (1904—1950 гг.) характеризуется тем, что основу элементной базы электронных устройств составляли электровакуумные приборы, в которых пространство, изолированное газонепроницаемой оболочкой, имеет высокую степень разрежения или заполнено специальной рабочей средой (парами или газами) и действие которых основано на использовании электрических явлений в вакууме или газе. В соответствии с характером рабочей среды электровакуумные приборы подразделяют на электронные и ионные.
Электронный электровакуумный прибор — прибор, в котором электрический ток создается только свободными электронами,
Ионный электровакуумный прибор — прибор с электрическим разрядом в газе или парах. Этот прибор называют также газоразрядным.
Семейство электронных электровакуумных приборов весьма обширно и объединяет такие группы приборов, как электронные лампы, электронно-лучевые приборы, электровакуумные фотоэлектрические приборы и др. Наиболее широко в элементной базе электронных устройств 1-го поколения применялись электронные лампы — электровакуумные приборы, предназначенные для различного рода преобразований электрического тока. Электронные устройства, выполненные на лампах, имели сравнительно большие габариты и массу. Число элементов в единице объема (плотность монтажа) электронных устройств 1-го поколения составляло γ=0,001 ...0,003 эл/см3. Сборка таких электронных устройств осуществлялась, как правило, вручную, путем соединения электровакуумных приборов между собой и с соответствующими пассивными элементами (резисторами, катушками индуктивности и конденсаторами) с помощью проводов.
11 поколение (1950 —начало 60-х годов) характеризовалось применением в качестве основной элементной базы дискретных полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов и тиристоров). Сборка электронных устройств 11-го поколения осуществлялась обычно автоматически с применением печатного монтажа, при котором полупроводниковые приборы и пассивные элементы располагались на печатной плате — диэлектрической пластине с металлизированными отверстиями (для подсоединения полупроводниковых приборов и пассивных элементов), соединенными между собой проводниками. Проводники выполнялись путем осаждения медного слоя на плату по заранее заданному печатному рисунку, соответствующему определенной электронной схеме, Плотность монтажа электронных устройств 11-го поколения за счет применения малогабаритных элементов составляла γ≈0,5 эл/см3.
III поколение электронных устройств (I960—1960 гг.) связано с бурным развитием микроэлектроники — раздела электроники, охватывающего исследование и разработку качественно нового типа электронных приборов — интегральных схем — и принципов их применения. Основой элементной базы этого поколения электронных устройств стали интегральные схемы и микросборки.
Интегральная схема представляет собой совокупность нескольких взаимосвязанных элементов (транзисторов, резисторов, конденсаторов и др,), изготовленных в едином технологическом цикле, т. е. одновременно, на одной и той же несущей конструкции (подложке), и выполняющих определенную функцию преобразования информации. Микросборка представляет собой ИС, в состав которой входят однотипные элементы (например, только диоды или только транзисторы).
Широкое развитие нашла блочная конструкция электронных устройств — набор печатных плат, на которые монтируют ИС и микросборки. Плотность монтажа электронных устройств III-го- поколения составляет γ≤ 50 эл/см3. Этот этап развития электронных устройств характеризуется не только резким уменьшением габаритов, массы и энергопотребления, но и резким повышением их надежности, в том числе и за счет сведения к минимуму ручного труда при изготовлении электронных устройств.
IV поколение (с 1980 г. по настоящие время) характеризуется дальнейшей микроминиатюризацией электронных устройств на базе применения больших интегральных микросхем (БИС) и сверхбольших интегральных микросхем (СБИС), когда уже отдельные функциональные блоки выполняются н одной интегральной схеме, представляющей собой готовое электронное устройство приема, преобразования или передачи информации. Такие электронные устройства, выполненные в виде СБИС, в ряде случаев позволяют полностью обеспечить требуемый алгоритм обработки исходной информации и существенно повысить надежность их функционирования.
Плотность монтажа электронных устройств IV-гo поколения γ =1000 эл/см3 и выше.
