Одной из характернейших особенностей развития науки и техники нашего века является развитие электроники. Без электронных устройств ныне не может существовать ни одна отрасль промышленности, транспорта, связи. Усиленное развитие и применение электроники стимулируются решениями съездов КПСС, постановлениями правительства СССР. Проблемы электроники обсуждаются на представительных и авторитетных всесоюзных и международных научных конференциях. Достижения электроники влияют не только на экономическое развитие нашего общества, но и на социальные процессы, распределение рабочей силы, образование, электронные устройства, все шире применяются в быту.
Что же такое электроника? Это отрасль науки и техники, занимающаяся изучением физических основ функционирования, исследованием, разработкой и применением приборов, работа которых основана на протекании электрического тока в твердом теле, вакууме и газе. Такими приборами являются полупроводниковые (протекание тока в твердом теле), электронные (протекание тока в вакууме) и ионные (протекание тока в газе) приборы. Главное место среди них в настоящее время занимают полупроводниковые приборы. Общим свойством всех названных приборов является то, что они являются существенно нелинейными элементами, нелинейность их вольт-амперных характеристик, как правило, является признаком, определяющим важнейшие их свойства.
Промышленная электроника - это часть электроники, занимающаяся применением полупроводниковых, электронных и ионных приборов в промышленности. Несмотря на различие областей применения и многообразие режимов работы промышленных электронных устройств, они строятся на основе общих принципов и состоят из ограниченного числа функциональных узлов. Общие принципы построения этих функциональных узлов-электронных схем - и рассматривает промышленная электроника.
Промышленная электроника делится на две обширные области:
1. Информационная электроника, занимающаяся устройствами для передачи, обработки и отображения информации. Усилители сигналов, генераторы напряжений различной формы, логические схемы, счетчики, индикаторные устройства и дисплеи вычислительных машин - все это устройства информационной электроники. Характерными чертами современной информационной электроники являются сложность и многообразие решаемых задач, высокое быстродействие и надежность. Информационная электроника в настоящее время неразрывно связана с применением интегральных микросхем, развитие и совершенствование которых в главной мере определяет уровень развития этой отрасли электронной техники.
2. Энергетическая электроника (преобразовательная техника), занимающаяся преобразованием одного вида электрической энергии в другой. Почти половина электроэнергии, производимой в СССР, потребляется в виде постоянного тока или тока нестандартной частоты. Большая часть преобразований электрической энергии в настоящее время выполняется полупроводниковыми преобразователями. Основными видами преобразователей являются выпрямители (преобразование переменного тока в постоянный), инверторы (преобразование постоянного тока в переменный), преобразователи частоты, регулируемые преобразователи постоянного и переменного напряжений.
Развитие электроэнергетики и электротехники тесно связано с электроникой. Сложность процессов в энергосистемах, высокая скорость их протекания потребовали широкого внедрения для расчета режимов и управления процессами электронных вычислительных машин (ЭВМ), связанных с системой сложными электронными устройствами и снабженных развитыми устройствами для отображения информации. Основные процессы производства автоматизируются на основе современных устройств информационной электроники, в которых в последние годы широко применяются интегральные микросхемы и микропроцессоры. Не менее тесно связана с энергетикой и электромеханикой энергетическая электроника. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии являются одним из основных нагрузочных элементов сетей, их работа во многом определяет режимы работы сетей. Вентильные преобразователи используются для питания электроприводов и электротехнологических установок, для возбуждения синхронных электрических машин и в схемах частотного пуска гидрогенераторов. На основе полупроводниковых вентильных преобразователей созданы линии электропередач постоянного тока большой мощности и вставки постоянного тока.
Таким образом, электронные устройства являются важными и весьма сложными компонентами энергетических и электромеханических установок и систем, и для их создания необходимо привлекать специалистов в области промышленной электроники, автоматики и вычислительной техники. Однако инженеры, специализирующиеся в области электроэнергетики и электротехники, не могут устраниться от решения вопросов, связанных с электроникой. Во-первых, они должны уметь четко сформулировать задачу для разработчика электронных схем и представлять те трудности, с которыми может столкнуться разработчик. Не полно заданные требования могут привести к созданию неработоспособного устройства, а неоправданное завышение требований - к повышению стоимости и снижению надежности электронного оборудования. Для того чтобы говорить с разработчиком электронной аппаратуры на одном языке, надо отчетливо представлять себе, что может выполнить электроника и какой ценой и какими способами это достигается. Последнее необходимо также для квалифицированного выбора оборудования, выпускаемого промышленностью.
Во-вторых, возникает необходимость грамотной эксплуатации электронных устройств. В-третьих, инженеры-электрики принимают активное участие в работах по монтажу и наладке оборудования, в том числе электроники. В-четвертых, проектирование ряда энергетических установок, в том числе линий передач постоянного тока, требует совместной работы специалистов по энергетике и преобразовательной технике.
Все это требует больших знаний в области промышленной электроники. Основу этих знаний закладывает изучение курса "Промышленная электроника". В нем изложены сведения о современных схемах информационной и энергетической электроники. Курс поможет принятию грамотных решений в инженерной практике. Однако не следует переоценивать результат проработки этого курса: в нем даны только основные решения, наиболее типовые и распространенные варианты. Для сохранения и постоянного повышения своей инженерной квалификации инженер должен регулярно следить за научной литературой. Особенно это касается такой бурно изменяющейся области, как промышленная электроника. Инженер должен сознавать ограниченность своих знаний и не пытаться принимать решений в той области, где его компетенция ограничена. Поэтому одной из задач курса является подготовка к чтению специальной литературы в области схемотехнической электроники.
Многие важнейшие проблемы науки и техники возникают на стыках наук. Электроника, электротехника и энергетика ныне соприкасаются очень близко, требуют совместной работы ученых и инженеров, больших знаний в смежных областях. Для многих инженеров наш курс будет только первым шагом в проблеме электроники.
Электронная техника непрерывно развивается, каждую задачу можно решить на основе различных схемных вариантов: можно построить схему на дискретных компонентах, можно выполнить ее на интегральных микросхемах, применить микропроцессорный комплект, провести обработку информации в цифровом или аналоговом виде. Какое решение выбрать? В конечном счете все решает экономический анализ, и принятие неверного решения (скажем, отказ от использования микросхем) может не помешать решению локальной технической задачи, но в итоге окажется убыточным для народного хозяйства: увеличится стоимость оборудования, или возрастет стоимость его эксплуатации, или уменьшится срок службы. Почти каждый инженер на своем месте воздействует па техническую политику в своей области и при разработке и отстаивании технических решений должен выступать не только как специалист, но и как гражданин.
В общем курсе "Промышленная электроника" используется весьма простой математический аппарат. Его упрощение связано со стремлением четче выявить основные закономерности, присущие электронным схемам. Но и этот аппарат дает возможность квалифицированного определения основных параметров и характеристик электронных узлов. Овладение расчетными приемами является обязательным при изучении курса, поэтому среди контрольных вопросов к разделам учебника много расчетных задач, решение которых порой требует не только простой подстановки данных в формулы, но и размышлений над этими формулами. Эти расчетные задачи'-первый шаг в овладении методами анализа и синтеза электронных схем, для расчета которых современная наука разработала серьезный математический аппарат, позволяющий создать системы автоматизированного проектирования (САПР) электронных узлов.
