Elektronika: pagrindiniai faktai, elektroninių įrenginių vaidmuo ir funkcijos

Elektronika: pagrindiniai faktai, elektroninių įrenginių vaidmuo ir funkcijos!

Pagrindiniai faktai:

Elektronika ir elektros mokslas apima ir elektros srovę. Tačiau kiekvienas dėmesys skiriamas skirtingam srovės naudojimui. Elektros energija daugiausia susijusi su energija, kuri gali valdyti šviesas, variklius ir kitą įrangą. Elektronika elektros srovę traktuoja daugiausia kaip informacijos perdavimo priemonę. Srovės, kuriose yra informacija, vadinamos signalais.

Image Courtesy: buzzsolutions.com/wordpress/wp-content/uploads/2013/05/electronics-appliances-industry.jpg

Nuolatinė, nekintanti elektros srovė gali turėti energijos. Tačiau srovė turi būti tam tikra prasme, kad galėtų tapti signalu. Kai kurie elektroniniai įrenginiai keičia esamą elgesį, kad gamintų ar pakeistų signalus. Kiti interpretuoja signalus. Signalai gali rodyti garsus, nuotraukas, numerius, raides arba kompiuterio instrukcijas. Signalai taip pat gali būti naudojami objektų skaičiavimui, laiko ar temperatūros matavimui, cheminių medžiagų ar radioaktyviųjų medžiagų aptikimui.

Elektroninių grandinių signalai gali būti klasifikuojami kaip skaitmeniniai arba analoginiai. Skaitmeninis signalas yra tarsi įprastas elektros jungiklis - jis yra įjungtas arba išjungtas. Analoginis signalas gali turėti bet kokią reikšmę tam tikru intervalu.

Analoginiai signalai plačiai naudojami reprezentuojant garsus ir nuotraukas, nes šviesos lygiai ir garso bangų dažniai gali turėti bet kokią reikšmę tam tikru diapazonu. Analoginiai signalai gali būti konvertuojami į skaitmeninius signalus ir skaitmeniniai signalai į analogą. Pavyzdžiui, kompaktinių diskų grotuvai konvertuoja skaitmeninius garso signalus diskuose į analoginius signalus atkūrimui per garsiakalbius.

Greitą ir patikimą skaitmeninių ir analoginių signalų valdymą elektroninėmis priemonėmis leidžia unikalios tokių puslaidininkinių medžiagų savybės, kaip silicis ir germanis.

Elektronika priklauso nuo tam tikrų labai specializuotų elektroninių prietaisų. Televizorius, kompiuteris ar kitas sudėtingas elektroninės įrangos gabalas gali būti bet kur nuo šimtų iki milijonų šių įrenginių. Geriausiai žinomas ir svarbiausias elektroninis prietaisas yra tranzistorius.

Transistoriai vis dar veikia milijonais stereo, radijo ir televizorių. Tačiau inžinieriai dabar gali įdėti daugiau nei šimtą tūkstančių tranzistorių į vieną silicio mikroschemą, kuris yra mažesnis už nagą. Toks lustas sudaro integruotą grandinę. Tokio tipo lustai gali būti jungiami grandinėse, kad būtų sukurta mažesnė ir pigesnė, bet daug galingesnė elektroninė įranga, nei bet kada anksčiau.

Elektroniniai prietaisai paprastai naudojami daugelyje taikomųjų programų, kurios anksčiau veikė naudojant mechanines ar elektrines sistemas. Pavyzdžiui, automatiniai fotoaparatų, elektroninių uždegimo sistemų automobiliuose valdikliai ir buitinės įrangos, pvz., Skalbimo mašinų, elektroninis valdymas.

Elektroninių įrenginių funkcijos:

Elektroniniai prietaisai atlieka tris pagrindines funkcijas: (1) stiprinimą, (2) perjungimą ir (3) virpesius, visus kaip grandinių dalį. Kontūrą sudaro prijungtų elektronų prietaisų ir kitų dalių serija. Derindami tris funkcijas įvairiais būdais, inžinieriai projektuoja elektroninę įrangą, kuri atlieka daug kitų specialių funkcijų, pavyzdžiui, didelės spartos kompiuterių operacijų.

Tam tikras kitas funkcijas atlieka ir elektroniniai prietaisai.

Šviesos keitimas į elektros energiją:

Kai tam tikros medžiagos, tokios kaip vario oksidas arba selenas, yra veikiamos šviesos, jos sukuria elektros srovę arba leidžia joms tekėti srovė. Tokiu būdu iš šių medžiagų pagaminti elektroniniai prietaisai gali pakeisti šviesą į elektros energiją. Tokie prietaisai vadinami fotoelektriniais įtaisais arba elektrinėmis akimis. Srovė iš fotoelemento paprastai yra labai silpna. Stiprintuvai turi sustiprinti srovę, kol ji gali būti naudojama.

Rentgeno spindulių kūrimas ir naudojimas:

Rentgeno spinduliams gaminti naudojami specialūs elektronų vamzdžių tipai. Rentgeno spinduliai gali prasiskverbti pro žmogaus audinius ir kitas medžiagas ir palikti vaizdą ant fotografijos plokštės arba fluorescencinio ekrano. Tokiu būdu rentgeno spinduliai gali parodyti, kokios medžiagos atrodo viduje. Rentgeno spinduliai naudojami diagnozuojant ir gydant.

Diagnozė apima lūžių aptikimą, svetimkūnį organizme, dantų ertmes ir ligas, pvz., Vėžį. Rentgeno spinduliai naudojami gydymui, taip pat siekiant sustabdyti piktybinių navikų plitimą. Pramonėse medžiagų storiui nustatyti naudojami rentgeno spinduliai. Rentgeno spinduliai taip pat naudojami elektroninės mikroskopijos nuskaitymui, kad būtų gautas „vaizdas“.

Elektronikos plėtra:

Elektronika buvo sukurta daugiausia iš tam tikrų elektrinių eksperimentų 1800-aisiais. Šie eksperimentai buvo atlikti naudojant dujų išleidimo vamzdį, ty rubį, iš kurio buvo pašalinta dalis oro, paliekant ploną dujų mišinį. Vamzdyje kiekviename gale buvo metalinis elektrodas (elektrinis polius arba terminalas).

Kai baterija buvo prijungta prie dviejų elektrodų, vamzdis švytėjo ryškiomis spalvomis. Mokslininkai tikėjo, kad neigiamas elektrodas, katodas, atmetė nematomas spindulių spindulius. Jie pavadino nematomus spindulių katodų spindulius. Kadangi mokslininkai pašalino dar daugiau oro iš gumbų, jų eksperimentams vamzdžiai tapo vakuuminiais vamzdeliais.

1895 m. Vokiečių fizikas Wilhelmas Roentgenas nustatė, kad katodo spinduliai gali sukurti visiškai kitokį ir nepažįstamą spindulį. Katodiniai spinduliai sukūrė šiuos neįprastus spindulius, kai jie nukrito į stiklą vamzdžio, esančio priešais katodą, gale. Nenuostabu, kad Roentgen taip pat nustatė, kad tokiu būdu pagamintas spindulys3 gali praeiti per gyvūnų ir augalų audinius ir palikti įspūdį ant fotografijos plokštės. Jis pavadino paslaptingus rentgeno spindulius.

1897 m. Britų fizikas Juseph J. Thomson elektronų atradimas lėmė išradimą prietaisams, galintiems valdyti elektronų srautą, arba elektrinį signalą, ir įdėti jį į darbą.

Vakuuminiai vamzdžiai (vožtuvai):

1904 m. Britų mokslininkas Johnas Ambrose Flemingas pastatė pirmąjį vakuuminį vamzdelį, kurį būtų galima naudoti komerciškai. Tai buvo dviejų elektrodų arba diodų vamzdis, galintis aptikti radijo signalus. Laikui bėgant, diodiniai vamzdžiai taip pat buvo plačiai naudojami kintamajai srovei ištaisyti.

1907 m. Amerikiečių išradėjas Lee De Forest patentavo trijų elektrodų arba triodų vamzdelį. Triodis vamzdis tapo pirmuoju elektroniniu stiprintuvu. Viena iš pirmųjų programų buvo tolimojo telefono ryšio linijose. 1912 m. Ir 1913 m. „De Forest“ ir amerikiečių radijo pradininkas Edwin H. Armstrong, dirbdamas nepriklausomai, sukūrė triodo vamzdį kaip osciliatorių. Elektroninio stiprintuvo ir osciliatoriaus išradimas lėmė radijo transliacijų pradžią Jungtinėse Valstijose 1920 m. Ši data taip pat žymi elektronikos pramonės pradžią.

Nuo 1920 m. Iki 1950 m. Žinios apie vakuuminius vamzdžius leido tokius išradimus kaip televiziją, filmus su garso, radarų ir elektroniniais kompiuteriais. Šie išradimai leido kurti naujus elektroninius prietaisus.

Amerikietis mokslininkas GR Carey jau 1875 m. Pastatė fotoelektrinį prietaisą, vadinamą fotoelektriniu elementu. Tačiau inžinieriai iki 1920 m.

1923 m. Rusijos gimęs amerikiečių mokslininkas Vladimiras K. Zworykinas sujungė fotoelektrinį elementą su elektroniniu ginklu ir taip padarė pirmąjį sėkmingą TV kameros vamzdį.

1921 m. Amerikiečių inžinierius Albert W. Hull išrado vakuuminio vamzdžio osciliatorių, vadinamą magnetronu. Magnetronas buvo pirmasis prietaisas, galintis efektyviai gaminti mikrobangų krosneles. Radaras, kuris buvo sukurtas palaipsniui 1920-aisiais ir 1930-aisiais, suteikė pirmąjį plačiai naudojamą mikrobangų krosnelę.

1946 m. ​​Pirmasis bendrosios paskirties elektroninis kompiuteris pasiekė aukščiausią vakuuminio vamzdžio erą.

Kietosios būsenos laikotarpis:

Pradiniai puslaidininkiniai įtaisai, pagaminti iš seleno, jau 1900 m. Buvo naudojami kaip lygintuvai. Kristaliniai detektoriai ankstyvosiose radijo stotyse taip pat buvo puslaidininkiai. Tačiau nė vienas iš šių prietaisų neveikė, taip pat vakuuminių vamzdžių lygintuvai ir detektoriai.

Tada 1940-ųjų pradžioje amerikiečių fizikų komanda sukūrė pirmuosius sėkmingus puslaidininkinius diodus. Komandą sudarė John Bardeen, Walter H. Brattain ir William Shockley. 1947 m. Ta pati komanda išrado tranzistorių. 1950-ųjų pradžioje gamintojai pradėjo naudoti tranzistorius kaip stiprintuvus klausos aparatuose ir kišeniniuose radijo aparatuose. Iki 1960-ųjų puslaidininkiniai diodai ir tranzistoriai pakeitė vakuuminius vamzdžius daug elektronine įranga.

Mikroelektronika:

1950-ųjų pabaigoje karinės ir kosmoso programos pradėjo reikalauti kompaktiškesnės elektroninės įrangos. Nors gamintojai sumažino elektronų įrenginių dydį, kiekvienas įrenginys vis dar sudarė atskirą komponentą grandinėje. elektroninė įranga buvo per didelė karinių ir kosmoso programų reikmėms. Elektroninės įmonės pradėjo kurti daug mažesnes grandines. Jų darbas lėmė mikroelektroniką - integrinių grandynų ir integrinių grandynų įrangos projektavimą ir gamybą.

Iki 1960 m. Inžinieriams ir mokslininkams pavyko sukurti integruotą grandinę. Jis turėjo visas įprastinės grandinės funkcijas, supakuotas į puslaidininkinius kristalus, 1000 kartų mažesnis nei įprastinė grandinė.

Elektronikos vaidmuo:

Šiandien elektronikos vaidmuo šalies vystymosi procese yra labai svarbus. Elektronika atlieka katalizinį vaidmenį didinant gamybą ir našumą pagrindiniuose ekonomikos sektoriuose, nesvarbu, ar tai susiję su infrastruktūra, procesų pramone, komunikacija, ar net darbo jėgos mokymu. Šiandien aukštųjų technologijų sritys labai priklauso nuo elektronikos.

Elektronika klasifikuojama į vartotojų, pramonės, gynybos, ryšių ir informacijos apdorojimo sektorius. Pastaruoju metu medicinos elektronika ir transporto bei elektros energijos tiekimo sistemos tapo svarbiais segmentais.

Vartojimo elektronika yra seniausias sektoriaus sektorius, prasidėjęs radijo imtuvų kūrimu po triodo išradimo. Tarptautinis konkurencingumas šioje srityje reikalauja nuolatinių naujovių.

Per pastaruosius kelerius metus ši sritis plečiasi, pavyzdžiui, kompaktinių diskų (CD) grotuvai, skaitmeninės garso juostos, mikrobangų krosnelės, skalbimo mašinos ir palydovinės televizijos priėmimo sistemos. Tačiau visi šie elementai naudoja pažangias technologijas ir gamybos būdus, pavyzdžiui, puslaidininkinius lazerius ir mikrobangų įrenginius.

Pramonės elektronika yra orientuota į gaminių, reikalingų modemo pramonės procesų valdymo įrangai, skaitmeniniu būdu valdomoms mašinoms ir robotams, ir bandymų bei matavimo įrangos gamybą. Laboratorijos taip pat reikalauja tikslumo priemonių. Ši sritis turi didelį augimo ir vystymosi potencialą.

Išplėstinė materialinių mokslų ir sudėtingos elektronikos infrastruktūra yra svarbi gynybos srityje, kur sąnaudos paprastai nėra ribojantis veiksnys. Įranga turi būti pakankamai tvirta, kad galėtų atlaikyti aplinkosauginį spaudimą, be to, ji yra tiksli ir jautri.

Žinoma, gynybos elektronika yra strateginė; ji taip pat turi vertingų „spin-off“ įmonių, siūlančių pramonę. Bharat Electronics Ltd. (BEL), gynybos finansuojama organizacija, daug prisidėjo prie tranzistoriaus ir televizijos plėtros Indijoje.

Ryšių elektronika yra sparčiai auganti sritis, turinti daug galimybių naujovėms ir pramoniniam pritaikymui. Ryšių įranga buvo labai naudinga kuriant efektyvius puslaidininkinius lazerius, optinio pluošto technologijas, skaitmenines technologijas ir galingus mikroprocesorius.

Be to, informacinės technologijos aiškiai priklauso nuo elektronikos. Integruotas grandynas yra kompiuterių bazė, kuri, savo ruožtu, yra naudojama geresnėms, labai didelės apimties integruotoms (VLSI) grandinėms, ypač mikroprocesoriams ir atmintims, projektuoti. Geresni kompiuteriai vėl padeda pagerinti ryšių sistemas, o greita ir efektyvi komunikacija leidžia paskirstyti kompiuterinius tinklus, suteikiančius prieigą prie specializuotų duomenų tolimame kompiuteryje pačioje darbo vietoje.

Medicinos srityje elektronika leido EKG (elektrokardiograma) ir NMR (branduolinio magnetinio rezonanso) skaitytuvą be kitų matavimo įrenginių.