इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग का इतिहास: Difference between revisions

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इस लेख में मुख्यतः इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग के इतिहास का विवरण है। चेम्बर्स ट्वेंटिएथ सेंचुरी डिक्शनरी (1972) इलेक्ट्रॉनिक्स को " निर्वात (वैक्यूम), गैस, या अर्धचालक (सेमीकंडक्टर), और उस पर आधारित उपकरणों में बिजली के संचालन का विज्ञान और प्रौद्योगिकी" के रूप में परिभाषित करता है।[1]

इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग 19 वीं सदी के अंत में टेलीग्राफ उद्योग में और 20 वीं सदी की शुरुआत में रेडियो और टेलीफोन उद्योगों में तकनीकी सुधार से उत्पन्न हुई है। लोगों ने रेडियो की ओर रुख किया, जो इसे प्राप्त करने और फिर प्रसारित करने में प्रेरित तकनीकी आकर्षण से आकर्षित हुआ।[2] 1920 के दशक में कई प्रसारक प्रथम विश्व युद्ध से पहले "शौकिया" बन गए थे।[3] इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग का आधुनिक अनुशासन बड़े पैमाने पर टेलीफोन, रेडियो- और टेलीविजन उपकरण विकास और द्वितीय विश्व युद्ध की अवधि में रडार, सोनार, संचार प्रणालियों और उन्नत युद्धपोतों के हथियार प्रणालियों के साथ बड़ी मात्रा में इलेक्ट्रॉनिक-प्रणाली (सिस्टम) विकास से पैदा हुआ था। युद्धों के बीच के वर्षों में, इस विषय को रेडियो इंजीनियरिंग कहा जाता था। इलेक्ट्रॉनिक्स शब्द का प्रयोग 1940 के दशक में प्रारम्भ हुआ था।[4] वर्ष 1950 के दशक के उत्तरार्ध में, इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग शब्द का उदय हुआ।

रेडियो, टेलीविजन और टेलीफोन उपकरण (उदाहरण के लिए: बेल लैब्स) के उद्योगों में बड़े निगमों द्वारा बनाई और आर्थिक सहायता-प्राप्त (सब्सिडी) इलेक्ट्रॉनिक प्रयोगशालाओं ने इलेक्ट्रॉनिक प्रगति की एक श्रृंखला पर मंथन करना शुरू कर दिया गया था। 1948 में पहले ट्रांजिस्टर, 1959 में एकीकृत सर्किट चिप,[5] [6] और सिलिकॉन MOSFET (मॉसफेट) (धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) के आविष्कारों से इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में क्रांति आई थी। यूके में, इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग का विषय वर्ष 1960 के आसपास यूनिवर्सिटी-डिग्री विषय के रूप में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग से अलग हो गया था। (इस समय से पहले, इलेक्ट्रॉनिक्स और संबंधित विषयों जैसे रेडियो और दूरसंचार के छात्रों को विश्वविद्यालय के इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग विभाग में दाखिला लेना पड़ता था क्योंकि किसी भी विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रॉनिक्स विभाग नहीं थे। इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग ही निकटतम विषय था जिसके साथ इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग को जोड़ा जा सकता था, हालांकि अन्तर्गत किए गए विषयों में समानताएं (गणित और विद्युत चुंबकत्व को छोड़कर) केवल तीन साल के पाठ्यक्रम के पहले वर्ष तक ही चलीं।

इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग (इसका नाम हासिल करने से पहले) ने वायरलेस टेलीग्राफी, रेडियो, टेलीविजन, रडार, कंप्यूटर और माइक्रोप्रोसेसर सहित कई तकनीकों के विकास की सुविधा प्रदान की थी।

बेतारी टेलीग्राफी और रेडियो

Main article: रेडियो का इतिहास

बेतारी (वायरलेस) टेलीग्राफी को सक्षम करने वाले कुछ उपकरणों का आविष्कार वर्ष 1900 से पहले किया गया था। इनमें डेविड एडवर्ड ह्यूजेस वर्ष (1880)[7] और हेनरिक रुडोल्फ हर्ट्ज़ वर्ष (1887 से 1890)[8] द्वारा प्रकाशित निष्कर्षों के साथ कोहेरर और एडौर्ड ब्रैनली, निकोला टेस्ला, ओलिवर लॉज, जगदीश चंद्र बोस और फर्डिनेंड ब्रौन द्वारा क्षेत्र में स्पार्क-गैप ट्रांसमीटर और अतिरिक्त परिवर्धन सम्मिलित हैं।[9] वर्ष 1896 में, गुग्लिल्मो मार्कोनी ने पहली व्यावहारिक और व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली रेडियो तरंग-आधारित संचार प्रणाली विकसित की थी।[10][11]

वर्ष 1894-1896 की अवधि में जगदीश चंद्र बोस द्वारा पहली बार मिलीमीटर तरंग संचार की जांच की गई, जब वे अपने प्रयोगों में 60 गीगाहर्ट्ज़ (GHz) तक की अत्यधिक उच्च आवृत्तियों तक पहुंचे।[12] उन्होंने जब वर्ष 1901 में रेडियो क्रिस्टल डिटेक्टर का पेटेंट कराया तो उनके द्वारा रेडियो तरंगों का पता लगाने के लिए सेमीकंडक्टर जंक्शनों के उपयोग किया गया था।[13] [14][15]

यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के पहले प्रोफेसर जॉन एम्ब्रोस फ्लेमिंग ने वर्ष 1904 में पहली रेडियो ट्यूब, डायोड का आविष्कार किया था। फिर, रॉबर्ट वॉन लिबेन और ली डे फॉरेस्ट ने 1906 में स्वतंत्र रूप से एम्पलीफायर ट्यूब विकसित की, जिसे ट्रायोड कहा जाता है। इलेक्ट्रॉनिक्स का प्रायः डायोड के आविष्कार के साथ आरंभ माना जाता है। 10 वर्षों के भीतर, डिवाइस का उपयोग रेडियो ट्रांसमीटर और रिसीवर के साथ-साथ लंबी दूरी की टेलीफोन कॉल के लिए प्रणाली (सिस्टम) में किया गया था।

ट्रायोड एम्पलीफायर, जनरेटर और डिटेक्टर के आविष्कार ने रेडियो द्वारा ऑडियो संचार को उपयोगी बना दिया था। (रेजिनाल्ड फेसेंडेन के वर्ष 1906 के प्रसारणों में एक इलेक्ट्रो-मैकेनिकल अल्टरनेटर का उपयोग किया गया था) वर्ष 1912 में, एडविन एच. आर्मस्ट्रांग ने पुनर्योजी प्रतिक्रिया एम्पलीफायर और दोलक का आविष्कार किया; उन्होंने सुपरहेटरोडाइन रेडियो रिसीवर का भी आविष्कार किया और उन्हें आधुनिक रेडियो का जनक माना जा सकता है।[16]

सबसे पहला रेडियो समाचार कार्यक्रम 31 अगस्त 1920 को डेट्रायट, मिशिगन में WWJ (AM) के बिना लाइसेंस वाले पूर्ववर्ती स्टेशन 8MK द्वारा प्रसारित किया गया था। वर्ष 1922 में इंग्लैंड के चेम्सफोर्ड के पास रिटल में मार्कोनी रिसर्च सेंटर में मनोरंजन के लिए वायरलेस प्रसारण हुआ था। द स्ट्रैंड, लंदन से प्रसारण करते हुए स्टेशन को 2MT और फिर 2LO के रूप में जाना जाता था।

जबकि कुछ प्रारम्भिक रेडियो ने वर्ष 1920 के दशक के मध्य तक विद्युत प्रवाह या बैटरी के माध्यम से किसी प्रकार के प्रवर्धन (एम्प्लीफिकेशन) का उपयोग किया था, सबसे सामान्य प्रकार का रिसीवर क्रिस्टल सेट होता था। एम्पलीफाइंग निर्वात नली (वैक्यूम ट्यूब) ने वर्ष 1920 के दशक में रेडियो रिसीवर और ट्रांसमीटर दोनों में क्रांति ला दी।

जब तक बेल लैब्स में विलियम शॉक्ले के लिए काम करने वाले शोधकर्ताओं ने वर्ष 1947 में ट्रांजिस्टर का आविष्कार नहीं किया, तब तक वैक्यूम ट्यूब 40 वर्षों तक पसंदीदा एम्पलीफाइंग उपकरण बना रहा। बाद के वर्षों में, ट्रांजिस्टर ने छोटे पोर्टेबल रेडियो, या ट्रांजिस्टर रेडियो को संभव बनाया, साथ ही अधिक शक्तिशाली मेनफ्रेम कंप्यूटर के निर्माण की अनुमति दी। ट्रांजिस्टर छोटे थे और उन्हें संचालित करने के लिए वैक्यूम ट्यूब की तुलना में कम वोल्टेज की आवश्यकता होती थी।

वर्ष 1959 में एकीकृत परिपथ (इंटीग्रेटेड सर्किट) के आविष्कार से पहले, इलेक्ट्रॉनिक सर्किट का निर्माण असतत घटकों से किया जाता था जिन्हें हाथ से ट्यून किया जा सकता था। इन गैर-एकीकृत परिपथ ने बहुत अधिक स्थान और शक्ति की खपत की, विफलता की संभावना थी, और गति में सीमित थे, हालांकि वे अभी भी सरल अनुप्रयोगों में सामान्य हैं। इसके विपरीत, एकीकृत परिपथों ने बड़ी संख्या में - अक्सर लाखों - छोटे विद्युत घटकों, मुख्य रूप से ट्रांजिस्टर, को एक सिक्के के आकार के चारों ओर एक छोटी चिप में पैक किया गया था।[17]

टेलीविजन

Main article: टेलीविजन का इतिहास

फिलो फार्नवर्थ ने विशुद्ध रूप से इलेक्ट्रॉनिक (विद्युत) टेलीविजन का वर्ष 1927 में पहला सार्वजनिक प्रदर्शन किया था।[18] कई देशों ने वर्ष 1930 के दशक की अवधि में प्रसारण आरम्भ किया, और द्वितीय विश्व युद्ध के बाद यह लाखों प्राप्तकर्ताओं (रिसीवरों) तक पहुँच गया, अंततः तब से दुनिया भर में, टेलीविजन उपकरणों में इलेक्ट्रॉनिक्स पूरी तरह से उपस्थित हैं।

प्लाज्मा और लिक्विड-क्रिस्टल डिस्प्ले जैसे अधिक कॉम्पैक्ट उपकरणों का उपयोग करने के लिए आधुनिक टीवी और वीडियो डिस्प्ले भारी इलेक्ट्रॉन ट्यूब तकनीक से विकसित हुए हैं। प्रवृत्ति निम्नतर बिजली वाले उपकरणों (लोअर पावर डिवाइस) जैसे कि कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड डिस्प्ले के लिए है, और यह एलसीडी (LCD) और प्लाज़्मा प्रौद्योगिकियों को बदलने की सबसे अधिक संभावना है।[19]

रडार और रेडियो स्थान

Main article: रडार का इतिहास

द्वितीय विश्व युद्ध की अवधि में दुश्मन के ठिकानों और विमानों का इलेक्ट्रॉनिक रूप से पता लगाने के कई प्रयास किए गए थे।[20] इनमें बमवर्षक विमान (बॉम्बर्स) के रेडियो बीम मार्गदर्शन, इलेक्ट्रॉनिक काउंटरमेशर्स, प्रारंभिक रडार प्रणाली (सिस्टम) आदि सम्मिलित थे। इस समय के दौरान उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स विकास के किसी भी प्रयास पर बहुत कम व्यय किया गया था।[21]

ट्रांजिस्टर और एकीकृत परिपथ

See also: ट्रांजिस्टर का इतिहास, एकीकृत परिपथ का आविष्कार, and मॉसफेट
जॉन बार्डीन, विलियम शॉक्ले और वाल्टर ब्रेटन ने पहले काम करने वाले ट्रांजिस्टर (1947)

बेल टेलीफोन लेबोरेटरीज (बीटीएल) में जॉन बार्डीन और वाल्टर हाउसर ब्रेटन द्वारा वर्ष 1947 में पहला काम करने वाला ट्रांजिस्टर, बिंदु-संपर्क ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया गया था।[22] विलियम शॉक्ले ने वर्ष1948 में बीटीएल में बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया।[23] जबकि प्रारंभिक जंक्शन ट्रांजिस्टर अपेक्षाकृत भारी उपकरण थे जिनका बड़े पैमाने पर उत्पादन के आधार पर निर्माण करना कठिन था,[24] उन्होंने अधिक कॉम्पैक्ट उपकरणों के लिए द्वार खोल दिया।[25]

संकर एकीकृत परिपथ (हाइब्रिड इंटीग्रेटेड सर्किट) पहला एकीकृत परिपथ था, जिसे वर्ष 1958 में टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स में जैक किल्बी द्वारा आविष्कार किया गया था, और वर्ष 1959 में फेयरचाइल्ड अर्धचालक (सेमीकंडक्टर) में रॉबर्ट नॉयस द्वारा मोनोलिथिकली एकीकृत परिपथ चिप का आविष्कार किया था।[26]

मोहम्मद एम अताला ने सिलिकॉन सरफेस पासेशन प्रक्रिया (1957) विकसित की और MOSFET ट्रांजिस्टर (1959)
File:Dawon Kahng.jpg
Dawon Kahng सह-आविष्कार किया MOSFET ट्रांजिस्टर (1959)

मॉसफेट (MOSFET) (मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर, या MOS ट्रांजिस्टर) का आविष्कार मोहम्मद अटाला और डॉन कहंग ने 1959 में BTL में किया था। [27] [28] [29] यह पहला सही मायने में कॉम्पैक्ट ट्रांजिस्टर था जिसे कई तरह के उपयोगों के लिए छोटा और बड़े पैमाने पर उत्पादित किया जा सकता था। [30] इसने इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में क्रांति ला दी, [31] [32] दुनिया में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला इलेक्ट्रॉनिक उपकरण बन गया। [28] [33] [34] अधिकांश आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में मॉसफेट (MOSFET) मूल तत्व है। [35] [36]

मॉसफेट (MOSFET) ने उच्च-घनत्व एकीकृत परिपथ चिप बनाना संभव बनाया। [37] सबसे पहले प्रायोगिक एमओएस आईसी चिप (MOS IC chip) का निर्माण आरसीए प्रयोगशालाओं (RCA Laboratories) में फ्रेड हेमैन और स्टीवन हॉफस्टीन द्वारा 1962 में किया गया था। [38] MOS तकनीक ने मूर के नियम को सक्षम किया, हर दो साल में एक IC चिप पर ट्रांजिस्टर का दोहरीकरण, जिसकी भविष्यवाणी गॉर्डन मूर ने 1965 में की थी। [39] सिलिकॉन-गेट एमओएस प्रौद्योगिकी को फेडेरिको फागिन द्वारा 1968 में फेयरचाइल्ड में विकसित किया गया था। [40] तब से, सिलिकॉन MOSFETs और MOS एकीकृत सर्किट चिप्स के बड़े पैमाने पर उत्पादन के साथ-साथ एक घातीय गति से निरंतर MOSFET स्केलिंग लघुकरण (जैसा कि मूर के नियम द्वारा भविष्यवाणी की गई है), ने प्रौद्योगिकी, अर्थव्यवस्था, संस्कृति और सोच में क्रांतिकारी परिवर्तन किए हैं। [41]

कंप्यूटर

Main articles: कंप्यूटिंग का इतिहास and कंप्यूटिंग हार्डवेयर का इतिहास

कंप्यूटर एक ऐसी मशीने है जिसमे प्रोग्राम करने में सक्षम है जिसमे निविष्टियां भंडारण (इनपुट स्टोर) करके डेटा में बदलाव कर एक उपयोगी आउटपुट डेटा  प्राप्त किया जा सकता है

हालाँकि कंप्यूटर के यांत्रिक उदाहरण अधिकांश रिकॉर्ड किए गए मानव इतिहास में उपस्थित हैं, पहले इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर 20 वीं शताब्दी (1940-1945) के मध्य में विकसित किए गए थे। ये एक बड़े कमरे के आकार के थे, जिसमें कई सौ आधुनिक पर्सनल कंप्यूटर (PC) जितनी बिजली की उपभोग, होती थी। एकीकृत परिपथों पर आधारित आधुनिक कंप्यूटर प्रारंभिक मशीनों की तुलना में लाखों से अरबों गुना अधिक सक्षम हैं, और अंतरिक्ष के एक अंश पर कब्जा कर लेते हैं। साधारण कंप्यूटर छोटे पॉकेट उपकरणों में फिट होने के लिए काफी छोटे होते हैं, और एक छोटी बैटरी द्वारा संचालित किए जा सकते हैं। व्यक्तिगत कंप्यूटर अपने विभिन्न रूपों में सूचना युग के प्रतीक हैं और अधिकांश लोग "कंप्यूटर" के रूप में सोचते हैं। हालाँकि, MP3 प्लेयर से लेकर लड़ाकू विमान और खिलौनों से लेकर औद्योगिक रोबोट तक कई उपकरणों में पाए जाने वाले एम्बेडेड कंप्यूटर सबसे अधिक हैं।

प्रोग्राम कहे जाने वाले निर्देशों की सूचियों को संग्रहीत और निष्पादित करने की क्षमता कंप्यूटर को अत्यंत बहुमुखी बनाती है, जो उन्हें कैलकुलेटर से अलग करती है। चर्च-ट्यूरिंग थीसिस इस बहुमुखी प्रतिभा का एक गणितीय कथन है: एक निश्चित न्यूनतम क्षमता वाला कोई भी कंप्यूटर, सिद्धांत रूप में, वही कार्य करने में सक्षम है जो कोई अन्य कंप्यूटर कर सकता है। इसलिए, नेटबुक से लेकर सुपर कंप्यूटर तक के कंप्यूटर पर्याप्त समय और भंडारण क्षमता को देखते हुए समान कम्प्यूटेशनल कार्य करने में सक्षम हैं।

माइक्रोप्रोसेसर

Main articles: माइक्रोप्रोसेसर कालक्रम and एमओएस (MOS) एकीकृत परिपथ

1964 तक, एमओएस चिप (MOS Chip) द्विध्रुवीय चिप की तुलना में उच्च ट्रांजिस्टर घनत्व और कम विनिर्माण लागत तक पहुंच गए थे। मूर के नियम द्वारा अनुमानित दर से एमओएस चिप (MOS Chip) जटिलता में और बढ़ गए, जिससे 1960 के दशक के अंत तक एक एकल एमओएस (MOS) पर सैकड़ों ट्रांजिस्टर के साथ बड़े पैमाने पर एकीकरण (LSI) हो गया था। कंप्यूटिंग के लिए एमओएस एलएसआई चिप (MOS LSI Chip) का आवेदन पहले माइक्रोप्रोसेसरों का आधार था, क्योंकि इंजीनियरों ने यह पहचानना शुरू कर दिया था कि एक एकल एमओएस एलएसआई चिप (MOS LSI Chip) पर एक पूर्ण कंप्यूटर प्रोसेसर सम्मिलित हो सकता है। [42]

1969 में पहला मल्टी-चिप माइक्रोप्रोसेसर, फोर-फेज प्रणाली (सिस्टम) AL1 और 1970 में गैरेट ऐरिसर्च MP944, कई एमओएस एलएसआई चिप के साथ विकसित किए गए थे। पहला सिंगल-चिप माइक्रोप्रोसेसर इंटेल 4004 था, जो 1971 में एकल एमओएस एलएसआई चिप पर जारी किया गया था। [43] 1969 में मार्सियन हॉफ द्वारा सिंगल-चिप माइक्रोप्रोसेसर की कल्पना की गई थी। उनकी अवधारणा जापानी कंपनी Busicom द्वारा एक डेस्कटॉप प्रोग्रामयोग्य इलेक्ट्रॉनिक कैलकुलेटर के लिए एक आदेश का हिस्सा थी, जिसे हॉफ यथासंभव सस्ते में बनाना चाहता था। सिंगल-चिप माइक्रोप्रोसेसर का पहला अहसास इंटेल 4004 था, जो एक 4-बिट प्रोसेसर था जो 1971 में एकल एमओएस एलएसआई चिप पर जारी किया गया था। इसे फेडरिको फागिन ने अपनी सिलिकॉन-गेट एमओएस तकनीक का उपयोग करते हुए इंटेल इंजीनियरों हॉफ और स्टेन माजोर और बुसीकॉम इंजीनियर मासातोशी शिमा के साथ विकसित किया था। [43] इसने पर्सनल कंप्यूटर के विकास को प्रज्वलित किया। 1973 में, 8-बिट प्रोसेसर, Intel 8080 ने पहले पर्सनल कंप्यूटर, MITS Altair 8800 के निर्माण को संभव बनाया। पॉपुलर इलेक्ट्रॉनिक्स के जनवरी 1975 के अंक के कवर पर आम जनता के लिए पहले पीसी की घोषणा की गई थी।

कई इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियर आज माइक्रोप्रोसेसर-आधारित इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली (सिस्टम) के लिए कार्यक्रमों के विकास में विशेषज्ञ हैं, जिन्हें एम्बेडेड प्रणाली (सिस्टम) के रूप में जाना जाता है। कंप्यूटर इंजीनियरिंग जैसे हाइब्रिड विशेषज्ञता ऐसे प्रणाली (सिस्टम) पर काम करने के लिए आवश्यक हार्डवेयर के विस्तृत ज्ञान के कारण उभरी हैं[44] सॉफ्टवेयर इंजीनियर आमतौर पर कंप्यूटर और इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियरों के समान स्तर पर माइक्रोप्रोसेसरों का अध्ययन नहीं करते हैं।इंजीनियर जो विशेष रूप से प्रोग्रामिंग एम्बेडेड प्रणाली (सिस्टम) या माइक्रोप्रोसेसरों की भूमिका को अंजाम देते हैं, उन्हें एम्बेडेड प्रणाली (सिस्टम) इंजीनियरों, या फर्मवेयर इंजीनियरों के रूप में संदर्भित किया जाता है।

यह भी देखें

संदर्भ

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