MŰSZAKI HORIZONT

Korszerű tartalom, hagyományos forma az elektronika fejlődése során


Az elektronika új eredményei sokszor csak a régebbi berendezések egy alkatrészének kicserélését tették lehetővé, máskor az új megoldás régebbi külsőben jelent meg. A megszokás, a nosztalgia játszik ilyenkor szerepet vagy átgondolt mérnöki döntés eredményezi ezeket a különleges megoldásokat? Ezeket a kérdéseket vizsgálja a szerző.

1. Néhány utalás az elektronika fejlődésének ütemére

Az elektronika ma már életünk minden területén jelen van, kiszolgál, elkényeztet bennünket. Egyre újabb területeken könnyíti meg életünket, mivel újabb és újabb meglepő képességeket mutat fel. Ez a fejlődés szédítő és ráadásul egyre gyorsuló ütemű, a végeredményeket, a termékeket vizsgálva azonban sokszor bakugrás-jellegű. Egy-egy formai megoldás, megjelenés már régen elavult, az új technológiák új kialakításokat követelnének, de a gyártók tovább termelik a hagyományos, a megszokott árucikkeket esetleg csak egy-egy részletükben, elemükben, alkatrészükben váltanak korszerűbb megoldásokra. Mielőtt a visszafogó hatásokat sorra vennénk, néhány adattal szemléltetjük a fejlődés fokozódó ütemét.

Éppen napjainkban 100 éve, hogy az elektront felfedezték, így az elektronikát is száz évesnek tekintjük. Az integrált áramkörök negyven éve jelentek meg, azóta beszélünk a mikroelektronika koráról. A legújabb kutatások az egyes atomok, molekulák kezelésével foglalkoznak, ez már a nanoelektronika korának nyitánya.

A fejlődés töretlen, sőt egyre gyorsuló. Melyikünk gondolta például tíz éve, hogy 2002-ben egy maroknyi készülékkel bárki, a világ bármely pontjáról a világ bármely pontjára tud telefonálni majd? A mikroelektronika teljesítőképességét a More-törvénnyel szokták szemléltetni, e szerint másfél évente megduplázódik az integrált áramkörökbe bepréselhető tranzisztorok száma. 1994-ben a legnagyobb integrált áramkörök 1 millió tranzisztort tartalmaztak, 1997-ben négymilliót, 2000-ben nyolcmilliót!

A gyorsuló fejlődés a költségeket látványosan csökkenti. 1988-ban 1 000 Ft volt az ára annak, ha fénykábelen át 64 ezer bitet vittünk át másodpercenként. Ugyanekkora adatátviteli mennyiséget 1994-ben egy forintért lehetett továbbítani, a mai rendszerekben a 64 Kbit/s átvitele csak 0,001 Ft-ba kerül. Egymilliószoros arány! Ma ugyanazért az összegért egymilliószor több adatot lehet fénykábelen továbbítani, mint hét éve!

A technológia fejlődésére is álljon itt egy adatsor! Az EPROM tárolókban (1970-ben jelentek meg) egy bitet 10 millió elektron tárol, az 1974 körül kifejlesztett DRAM IC-kben egy bit tárolására egymillió elektront használnak fel, mára pedig a nanoelektronika kutatói már megalkották azt a memóriát, amelyik egy bitet egyetlen elektron mozgatásával képes tárolni.

2. Hatások és ellenhatások

A nyolcvanas évek közepén a mikroelektronika nagy gyártói messze a felhasználások előtt jártak. Közismert ebből az időből az Intel egyik vezetőjének nyilatkozata: egy hónap alatt nagyobb számítástechnikai kapacitást gyárt az Intel, mint amennyit az IBM egy év alatt számítógépeiben piacra visz. A 90-es években már az elektronikus berendezések gyártói diktálták a fejlesztés ütemét, ma pedig az IC-gyártók, a készülék-fejlesztők és a szoftver-fejlesztők közösen tervezik a következő megoldásokat.

Az elektronika fő területei jelenleg a távközlés, a számítástechnika és az elektronikus média- és információtechnológia. E három terület erősen konvergál egymáshoz s a közeljövőben már csak az egységes informatikáról beszélünk majd e felosztás helyett.

A fogyasztók, a felhasználók is befolyásolják az elektronika fejlődését. Egyre kisebb méreteket, egyre kisebb fogyasztást igényelnek - ezért jelentek meg az asztali számítógépek mellett a laptop, a notebook, a palmtop méretű számítógépek is.

A fogyasztók egy része egyszerűen a tavalyi helyett idén újabbat kíván! Egy sajátos igény a paraméter-szindróma, amit jelenleg a PC ipar használ ki. A hatvanas évek végén az első tranzisztoros zsebrádiók világában az volt a kelendőbb készülék, amelyik több tranzisztort tartalmazott. Különösebben nem számított a hangerő, az érzékenység, de az öttranzisztorost jobban vitték, mint a négytranzisztorosokat! Több gyártó ezért fantom-tranzisztorokat ültetett be a készülékébe, a négytranzisztoros rádióra így ráírhatták, hogy hat vagy hét tranzisztort tartalmaz!

De sok olyan hatást is fel lehet sorolni, melyek az új típusok, az új formák, az új készülékek ellen szólnak. A felhasználókban minden időkben erős volt a nosztalgia, ez a hatás ma is tettenérhető. De technikai fékeket is felfedezhetünk. Fékező erő lehet az összekapcsolhatóságra törekvés is. Az elektronika alkatrészeinek, készülékeinek a korábbiakkal együtt kell működniük - ez sokszor fékezi a fejlesztőket, esetleg költségtöbbletet is jelenthet. Az Intel első 16 bites mikroprocesszora a 8086 volt. A következőkben megjelenő 80186, 80286, 80386 mind rendelkezett 86-os üzemmóddal, hogy az előző változatokhoz készített szoftvereket változtatás nélkül az újabbakon is lehessen futtatni. A 80486 chip felületének 15%-át egy rátelepített 386-os foglalta el, a Pentium felületének 4%-án pedig egy teljes 486-os helyezkedik el a felülről kompatibilitás biztosítása érdekében. A PC elektronikája ma már nem +5 V-os tápfeszültségű, időközben megjelentek a 3,3 V-os, majd a 2,7 V-os, sőt, a 2 V-nál kisebb tápfeszültségű áramkörök is. A nyomtatóport azonban máig + 5V-os elemekből épül, hogy a felhasználóknál lévő nyomtatókat az újabb alaplapok is tudják használni.

Korlátot jelenthetnek a fejlesztésben az ergonómiai határok is. A mainál sokkal kisebb maroktelefonokat felnőtt ember már nem tudná kezelni.

A következőkben egy-egy termék, eszközcsalád fejlődésén keresztül szemléltetjük a felsorolt hatásokat.

3. A korszerűsítés első lépései: a kiegészítő elemek használata

Amikor az elektronika fejlődése lehetővé teszi egy termék újjáalakítását, a fejlesztők előtt két út áll. Vagy teljesen új termékkel jelennek meg a piacon, vagy a korábbi terméket egészítik ki egy új részlettel (a kis lépések elvét követve), ami már a fejlődést biztosítja, de kisebb költséget jelent, a korábbi készülék további használatát is lehetővé teszi, s ha a fejlesztés nem válik be, a visszaalakítás lehetőségét is tartalmazza. Ez a két lehetőség azonban nemcsak az elektronika fejlődésében figyelhető meg!

1. ábra

Az első gépkocsikat lovas kocsikból alakították ki, levették a kocsirudat és a bak alá került a motor. Hasonlóképpen jelentek meg az első segédmotoros kerékpárok. A biciklire szerelhető segédmotorok egy mozdulattal kiiktathatók voltak, néhány csavarral lehetett fel-, le szerelni ezeket a kétkerekűre. Hazai termék is volt ezek között: a Dongó segédmotor (1. ábra). A 38 köbcentiméteres segédmotort egy mozdulattal lehetett üzembe helyezni, dörzskerékkel forgatta a kereket, az üzemanyagtartályt a csomagtartón lehetett elhelyezni. Napjainkban a nosztalgia jegyében ismét keresik ezeket a motorokat, jelenleg az olasz Mosquito termékeket lehet beszerezni.

Utalhatunk a mágneses hangrögzítő (magnetofon) történetére is. Lemezjátszó már minden háztartásban volt, az első magnetofonok viszont igen drágának bizonyultak, nem fogytak. Néhány gyártó (így a magyar BRG is) lemezjátszóra felszerelhető magnó-adaptert fejlesztett ki. A kiegészítőt a lemezjátszóra felhelyezve már be lehetett fűzni a mágneses szalagot az orsókba.

Az automatizálás, a távirányítás is többnyire úgy teszi meg az első lépéseket, hogy a korábbi alapkészülékre csak kiegészítő szerelvények kerülnek. Az első távirányítású traktorokra hidraulikus hengereket szereltek, azok működtették az emberi lábhoz méretezett pedálokat, elektromágnesek mozgatták a kapcsolókat. Ezeket a kiegészítőket kezelte a távirányító egység. Ha bevált az ötlet, később már az alapgépet is áttervezték. Az első automatikus mérőkészüléknél is a kézzel beállítható forgatógombok motoros forgatásával oldották meg a távvezérlést, csak később tervezték át a teljes készüléket.

Hasonló motivációk befolyásolták a nyomtatók történetét is. Az első írógép-terveket már 1714-ben papírra vetették, a legelső megépített készülék fából készült, Kempelen Farkas munkája volt. 1837-ben már fémből, betűkarokkal készítettek írógépet, a legelső Remington pedig 1873-ban jelent meg. A betűgyakoriság szerint kialakított billentyűzet és a betűkaros működtetés bevált, a gépírás elterjedt.

A fejlődés következő állomása az elektromechanikus szerkezetű "villanyírógép", ezt úgy hozták létre, hogy minden betűkarra rászereltek egy-egy elektromágnest, amibe a billentyűzet által működtetett nyomógombbal lehetett áramot vezetni. A leütéshez szükséges erő így 95%-kal csökkent, de a szerkezet ormótlanná vált. Mégis, a számítógépek mellett is először ezek az eszközök jelentek meg. Csak hosszú évek múlva tűntek el a betűkarok, azonnal sok szellemes ötletnek teret engedve - megjelentek a hengerfejes, gömbfejes, margarétakerekes nyomtatók. Ezekben a papír vízszintesen nem mozog, nincs "kocsi", a fej halad a papír előtt; a billentyűzet azonban még ott van a nyomtató-írógépeken. Ismét el kell egy időnek telni, mire a közben önálló számítógép-perifériává vált klaviatúrára hivatkozva a nyomtatóról elmaradhatnak a billentyűk, és az elektronika lehetőségeit teljesen kihasználó új konstrukciók megjelenhetnek (a mátrixfejes, a tintasugaras és a lézeres nyomtató).

4. A hagyományok ereje a villamos alapműszereknél

2. ábra

A villamos alapműszerek korai változatai elektromechanikus kivitelűek, melyekben mozgó mutató jelzi a mért értéket. A legelterjedtebbek a kör alakúak, de sokszor szalag alakú alapműszerrel is találkozunk (2. ábra). Az ergonómia külön fejezete foglalkozik azzal, milyen feladathoz melyik alakot célszerű használni.

Az elektronikus műszereknél számos különféle kijelzési megoldást lehet alkalmazni, így pl. számokat is megjelentethetünk az alapműszeren. Mégis, számos alkalmazásban (így a modern személygépkocsik műszerfalán is) az elektronikus műszerrel is mutatókat alakítanak ki (pl. LCD képernyőn), mert a felhasználók ragaszkodnak a hagyományos megjelenéshez.

5. A karórák fejlesztésének vargabetűi

A karórák története a mechanikus szerkezetekkel kezdődött, az első elektronikus megoldások LED, majd LCD kijelzőn számokkal mutatták az időpontot. Az órák különlegesek voltak, de nem váltak népszerűvé.

A fogyasztók igényei alapján azonban hamarosan megjelent az elektromechanikus karóra, melyben az oszcillátor pontos frekvenciájú impulzusai egy parányi motor segítségével fogaskerekeket, mutatókat mozgattak. Ezeknek az óráknak sokkal nagyobb volt a kereslete, mint a számkijelzésűeknek. A későbbiekben olyan LCD képernyős kvarcórákat is kifejlesztettek, ahol a mutatókat a képernyőn alakították ki.

Bár ma már rádiótelefont, internetező számítógépet is be lehet építeni az elektronikus karórába, a legnagyobb forgalma a mutatós kijelzésű szerkezeteknek van, sőt, egyre jobban keresik az eredeti, mechanikus kiviteleket is.

6. A régi külsőben megjelenő új technológia

Amikor egy alkatrésznél alakul ki a fejlesztés lehetősége, a csereszabatosság, a régi berendezésekben való felhasználhatóság sokszor arra készteti a gyártókat, hogy az új technológia a korábbi külsővel rendelkezzen.

6.1. Váltás galvánelemekről akkumulátorokra

A galvánelemeknek számos kivitele alakult ki (zseblámpatelep, rádiótelep, gomb-, mikro-, bébi-, ceruza- és góliátelem). Amikor lehetségessé vált kisméretű akkumulátorok gyártása, azokat ugyanilyen külsővel kellett előállítani, hogy a felhasználók a meglévő készülékek elemtartóiba be tudják az új energiaforrásokat helyezni. Csak akkor jelentek meg új külalakok, amikor teljesen új készülékcsaládokat kezdtek forgalmazni (kézi videokamerák, rádiótelefonok).

6.2. Az elektroncső, mint a tranzisztorok trójai falova

Az elektroncsövek tették lehetővé a fogyasztói híradástechnika kialakulását, a rádiózást, a lemezhallgatást. 1948-ban pedig feltalálták a tranzisztort, megkezdődött ennek ipari felhasználása, de a tranzisztoros rádiókat bizalmatlanul fogadták a szakemberek is és a vásárlók is. A szervizek tartottak a teljesen új áramköri elemektől, nem voltak felkészülve a tranzisztoros készülékek javítására.

Több félvezetőgyártó cég ahhoz a praktikához folyamodott, hogy egy-egy elektroncsövet helyettesítő tranzisztoros egységet alakított ki. A tranzisztoros egység paraméterei azonosak voltak a kiválasztott cső adataival, azonos volt a külmérete, a foglalata is, azaz be lehetett dugaszolni az eredeti cső helyére a rádióban! Ezután bebizonyosodott, hogy sokkal levesebbet fogyaszt, sokkal hosszabb az élettartama. Így sikerült a tranzisztorok kedvelőinek táborát szélesíteni, s a 60-as években már a tranzisztoros rádiók is megindultak a maguk diadalútján. A PL802T ma is létező tranzisztoros cső (szilárdtest-cső), a PL802 videó-kimenőcső megfelelője.

6.3. Szilárdtest jelfogók, hagyományos külsőben

Az elektromágneses elemek közül a jelfogók (relék) a legsokoldalúbbak, az első programozható digitális számítógépeket is ezekből építették, s a telefontechnika is a jelfogókra épült. Az elektronikus készülékekben kimeneti egységként szerepelnek a relék.

A félvezető-technika fejlődése lehetővé tette, hogy jelfogó-szerű elektronikus egységeket, ún. szilárdtest-reléket (SSR, Solid-State Relay) gyártsanak. Az SSR elemek jelentős piacát alkotják a hagyományos miniatűr és mikro-jelfogókat kiváltó egységek, melyek egy-egy elektromechanikus típussal azonos alakúak, azonos a kivezetéseik elrendezése is és megegyeznek a működési jellemzőik is. Ezeket az elektronikus egységekben a régi jelfogó helyére egyszerűen be lehet dugaszolni és már használható is az áramkör.

6.4. Izzólámpa-bőrbe bújtatott LED-ek

Az első fénykeltő diódák (LED-ek) 20 mA-es áram hatására 500 ?Cd fényerősséggel világítottak. A Cd egy gyertya fényerejének felel meg, a korai LED-ekből tehát 2000 darabot kellett volna pontszerűen összezsúfolni, hogy egy gyertyának megfelelő megvilágítási értéket kapjunk. Rövidesen a LED fényereje 3-5 mCd lett, megjelentek a piros, sárga és zöld után az infravörös, később a kék majd a fehér színek is. A mai LED-ek fényereje már több ezer Cd, míg a felvett áram továbbra is csak 15-20 mA.

Először az elektronikában csak állapotjelzésre használták a LED-eket, ma már számlapokat, műszereket világítanak meg velük. Ha egymás mellé több LED-et is elhelyeznek, már komoly világítótestet lehet kialakítani.

3. ábra

Ez adta az ötletet ahhoz, hogy a sokféle foglalatú, teljesítményű izzót helyettesítő szilárdtest-égőket hozzanak piacra. A katalógusok pontosan megadják, melyik LED-égő melyik normál izzót helyettesíti. Gyakorlatilag a kisméretű égők teljes választékát gyártják LED-ből is (3. ábra).

madarasz567.gif (15532 bytes)

4. ábra

A legnagyobb fényerejű LED-ekből akár több tucatnyit egymás mellé helyezve már valóban komoly fényforráshoz jutunk, s ha ezeket a közönséges izzólámpákkal azonos burával és fejrésszel készítik, akkor minden további nélkül betekerhetők a hagyományos foglalatokba. A fogyasztásuk az izzóénak törtrésze, az élettartamuk pedig akár 10 000, 100 000 óra (4. ábra).

6.5. Az energiatakarékos égők fejlesztésének áttekintése

Az argonnal töltött, higanygőzt is tartalmazó fénycső azonos villamos teljesítmény mellett közel négyszer nagyobb fénymennyiséget állít elő, mint az izzólámpa. Működtetéséhez azonban gyújtóegység és előtét is szükséges. A hagyományos gyújtó egy különleges ködfénylámpára épül, rövid az élettartama, bizonytalan a hatása. Idővel kialakították az elektronikus gyújtót is, amit természetesen a hagyományossal azonos külalakkal, csatlakozóval kellett ellátni, hogy a korábbi foglalatokba be lehessen helyezni. A gyártók pedig egyre törték a fejüket, hogyan lehetne a 0,5-1 m hosszú, 30-40 mm átmérőjű fénycsövek helyett kisebb méretűeket készíteni.

Megszülettek az első kisméretű fénycsövek, kb. 1 cm átmérőjű üvegcsővel, amit kettéhajtottak. Így már a fénycső hosszúsága csak 15-20 cm volt. Különleges csatlakozót kapott, s továbbra is a gyújtóval és az előtéttel együtt kellett használni - az izzólámpának nem lehetett versenytársa.

Amikor egy izzólámpának megfelelő fejeléssel (E27-es menettel) elkészültek az első kompakt fénycsövek, beépített gyújtó- és előtét elemekkel, a fogyasztók akkor kezdték el ezeket vásárolni. A gyártók egyre kisebb méreteket tudtak produkálni, ma már a gyertyaizzókat is ki lehet cserélni azonos fényerejű, tízszeres élettartamú, gyertya alakú energiatakarékos égőkre.

7. Elektronikus filmkazettát a fényképezőgépekbe!

A digitális fényképezőgép fő elemei: a fénymérő, a kereső, a lencse, a rekesz, a zárszerkezet, a képérzékelő (szenzor), a vezérlőegység, a memória és az illesztőegység. A hagyományos kamerában az első elemek mind megvannak - felmerült az ötlet, hogy egy megfelelő "elektronikus filmkazetta" behelyezésével esetleg a régi géppel is lehetne digitális képeket készíteni.

Az Imagek cég 1997-ben kezdte meg a fejlesztést, s 2001 júniusában jelent meg a piacon az (e)film - közben a cég neve Silicon Film Technologies lett. A 35 mm-es kazettás filmen legfeljebb 36 képkocka van, mindegyik kb. 10 millió képpontot tartalmaz. Az (e)film (5. ábra) 24 felvételt tud befogadni, de akár 2 másodpercenként is lehet exponálni. Egy képet 1,3 millió képponttal tárol el.

5. ábra

Az (e)film elektromosan nem csatlakozik a kamerához, ami tükörreflexes gép lehet. A hátlap kinyitását nyomógomb érzékeli, ekkor az elektronika kikapcsol. A zárt hátlap egy standby (pihenő) állapotot jelent, amikor a két eleméből az (e)film csak 15 μA áramot fogyaszt. A tükör felcsapódásának hangjára aktivizálódik az elektronika, mire a zár nyit, már üzemkész (fogyasztása 200 mA). A kép feldolgozása, tárolása 100 mA áramot igényel, majd ismét standby állapot következik. A kézi felhúzású gépek felhúzáskor is erős hangot keltenek, ezért csak motoros kamerákba ajánlják az (e)filmet.

Az elektronikát hajlékony nyomtatott huzalozású lapon (nyák) készítették el, s így lehetett a kisméretű, különös alakú tokba begyömöszölni (képérzékelő, mikrovezérlő, digitális jelfeldolgozó, A/D és D/A konverter, flash memória, hangkezelő áramkör, LCD kijelző van a panelen). A "filmtubus" 75%-át a két elem tölti ki.

Az (e)film kazetta behelyezhető egy (e)port egységbe, így számítógéphez lehet csatlakoztatni (speciális kártyával), de egy további befogadó elem, az (e)box már elemtartót is tartalmaz, s szabványos PC portokkal tud kommunikálni (6. ábra).

6. ábra

Az (e)film használata igen egyszerű, csak be kell helyezni a tükörreflexes, automata felhúzású gépbe, s ugyanúgy lehet fényképezni, ahogyan azt megszoktuk (7. ábra).

7. ábra

A képszenzor jelenleg 12,63 mm x 8,42 mm méretű, a gyártó dolgozik a nagyobb képméret, nagyobb felbontás, nagyobb képszám elérésén.


Összefoglaló

Mint láttuk, az elektronika fejlődése során sokszor tapasztalható, hogy a változások lassabban mennek végbe a lehetségesnél. A szakemberek, a felhasználók gyakran annyira ragaszkodnak a megszokott megoldásokhoz, a bevált kialakításokhoz, hogy ez lesz a meghatározó egy-egy elektronikai fejlesztési lépés során. Gyakran tapasztalható, hogy egy új eredmény hagyományos formában, egy korábbi készülék egy elemeként jelentkezik, majd egy idő után a nosztalgia elhal. Arra is van példa, hogy a korábbi megoldások az új elektronika kereteként is sokáig fennmaradnak.

A szerző példákat vonultatott fel arra, hogyan kísérelték meg a mérnökök az új elektronikai eredményeket a hagyományokhoz ragaszkodó, a nosztalgiát érző felhasználókkal elfogadtatni. Esetenként az is kiderült, hogy a korszerű elektronikus eszközök esetében a hagyományos kialakítás, a korábbi kivitel, forma megtartása nem egyszerűen nosztalgia, hanem átgondolt mérnöki döntés vagy piacpolitikai fogás eredménye.


IRODALOM

1. Dipert, Brian: Electronic film focuses on low power, high image quality. EDN, July 5, 2001. pp. 42-48.

2. Fodor István: Az elektronika ma és holnap, avagy "A jövő lehet szép is, de."
    http://www.kfki.hu/szemle/archivum/fsz9704/fodor.html

3. http://www.ledtronix.com

4. http://vsholding.com/SolidStateRelay.htm

5. http://www.vacuumtubesinc.com/collect.html

6. http://index.hu/totalbike/motorteszt/dongo

7. http://www.siliconfilm.com

 

Madarász László

A laprendszer készítője: UFE