Elektronika: podstawowe fakty, rola i funkcje urządzeń elektronicznych

Elektronika: podstawowe fakty, rola i funkcje urządzeń elektronicznych!

Podstawowe fakty:

Elektronika i nauka o elektryczności mają do czynienia z prądem elektrycznym. Ale każdy koncentruje się na innym wykorzystaniu prądu. Elektryczność traktuje prąd głównie jako formę energii, która może obsługiwać światła, silniki i inny sprzęt. Elektronika traktuje prąd elektryczny głównie jako środek przenoszenia informacji. Prądy przenoszące informacje nazywane są sygnałami.

Zdjęcie dzięki uprzejmości: buzzsolutions.com/wordpress/wp-content/uploads/2013/05/electronics-appliances-industry.jpg

Stały, niezmienny prąd elektryczny może przenosić energię. Ale prąd musi się w pewien sposób różnić, aby służyć jako sygnał. Niektóre elektrony zmieniają zachowanie prądu, aby wytwarzać lub modyfikować sygnały. Inni interpretują sygnały. Sygnały mogą reprezentować dźwięki, obrazy, cyfry, litery lub instrukcje komputerowe. Sygnały mogą być również używane do zliczania obiektów, pomiaru czasu lub temperatury lub wykrywania chemikaliów lub materiałów radioaktywnych.

Sygnały w obwodach elektronicznych mogą być klasyfikowane jako cyfrowe lub analogowe. Sygnał cyfrowy jest jak zwykły przełącznik elektryczny - jest włączony lub wyłączony. Sygnał analogowy może mieć dowolną wartość w pewnym zakresie.

Sygnały analogowe są szeroko stosowane do reprezentowania dźwięków i obrazów, ponieważ poziomy światła i częstotliwości fal dźwiękowych mogą mieć dowolną wartość w danym zakresie. Sygnały analogowe można konwertować na sygnały cyfrowe, a sygnały cyfrowe na analogowe. Na przykład odtwarzacze płyt kompaktowych konwertują cyfrowe sygnały dźwiękowe na płyty na sygnały analogowe w celu odtwarzania przez głośniki.

Szybka i niezawodna kontrola sygnałów cyfrowych i analogowych przez sprzęt elektroniczny jest możliwa dzięki wyjątkowym właściwościom takich półprzewodnikowych materiałów jak krzem i german.

Elektronika zależy od pewnych wysoce wyspecjalizowanych urządzeń elektronicznych. Zestaw telewizyjny, komputer lub inny skomplikowany sprzęt elektroniczny może zawierać od setek do milionów takich urządzeń. Najbardziej znanym i najważniejszym urządzeniem elektronicznym jest tranzystor.

Tranzystory nadal obsługują miliony zestawów stereo, radia i telewizorów. Ale inżynierowie mogą teraz umieścić ponad sto tysięcy tranzystorów na jednym chipie z krzemu, który jest mniejszy niż paznokieć. Taki układ scalony tworzy układ scalony. Chipy tego typu można łączyć ze sobą na płytkach drukowanych, aby wyprodukować sprzęt elektroniczny, który jest mniejszy i tańszy, ale o wiele mocniejszy niż kiedykolwiek wcześniej.

Urządzenia elektroniczne są powszechnie stosowane w wielu aplikacjach, które wcześniej opierały się na systemach mechanicznych lub elektrycznych do ich działania. Przykładami są elektroniczne sterowniki w automatycznych aparatach fotograficznych, elektroniczne systemy zapłonu w samochodach i elektroniczne sterowanie w domowych urządzeniach, takich jak pralki.

Funkcje urządzeń elektronicznych:

Urządzenia elektroniczne spełniają trzy główne funkcje: (1) wzmocnienie, (2) przełączanie i (3) oscylacja, wszystko jako część obwodów. Obwód składa się z szeregu połączonych urządzeń elektronowych i innych części. Łącząc te trzy funkcje na różne sposoby, inżynierowie projektują urządzenia elektroniczne, które wykonują wiele innych specjalnych funkcji, takich jak szybkie działanie komputerów.

Niektóre inne funkcje są również wykonywane przez urządzenia elektroniczne.

Zmiana światła na elektryczność:

Kiedy niektóre materiały, takie jak tlenek miedzi lub selen, są wystawione na działanie światła, wytwarzają one prąd elektryczny lub umożliwiają przepływ prądu przez nie. Urządzenia elektroniczne wykonane z tych materiałów mogą zatem zmienić światło na energię elektryczną. Takie urządzenia nazywane są urządzeniami fotoelektrycznymi lub elektrycznymi oczami. Prąd z urządzenia fotoelektrycznego jest zwykle bardzo słaby. Wzmacniacze muszą wzmacniać prąd, zanim będzie można go wykorzystać.

Produkcja i używanie promieni X:

Do produkcji promieni rentgenowskich stosowane są specjalne typy lamp elektronowych. Promienie X mogą przechodzić przez ludzką tkankę i inne substancje i pozostawić obraz na płycie fotograficznej lub na ekranie fluorescencyjnym. Zdjęcia rentgenowskie mogą więc pokazać, jakie substancje wyglądają w środku. Promienie rentgenowskie są stosowane w diagnostyce i terapii.

Rozpoznanie obejmuje wykrycie złamań, ciał obcych w ciele, ubytków jamy ustnej i stanów chorobowych, takich jak rak. Promienie rentgenowskie są stosowane w leczeniu terapeutycznym, tak aby zatrzymać rozprzestrzenianie się nowotworów złośliwych. W przemyśle stosuje się promieniowanie rentgenowskie do określenia grubości materiałów. Promienie rentgenowskie są również wykorzystywane do skanowania mikroskopu elektronowego w celu uzyskania "obrazu".

Rozwój elektroniki:

Elektronika rozwijała się głównie dzięki pewnym eksperymentom elektrycznym w XIX wieku. Eksperymenty te polegały na użyciu rurki wyładowczej, czyli rurki, z której usunięto część powietrza, pozostawiając cienką mieszaninę gazów. Rura miała metalową elektrodę (elektryczny biegun lub końcówkę) na każdym końcu.

Kiedy bateria była podłączona do dwóch elektrod, rura jarzyła się jaskrawymi kolorami Naukowcy wierzyli, że elektroda ujemna, katoda, wydzielała niewidzialne promienie, które powodowały kolory. Nazwali niewidzialne promienie promieni katodowych. Gdy naukowcy usunęli jeszcze więcej powietrza z bulwy, do ich eksperymentów, rury stały się lampami próżniowymi.

W 1895 roku niemiecki fizyk Wilhelm Roentgen odkrył, że promienie katodowe mogą wytwarzać zupełnie inny i nieznany rodzaj promienia. Promienie katodowe wytworzyły te nietypowe promienie, gdy uderzyły w szkło na końcu rury naprzeciwko katody. Ku swojemu zaskoczeniu, Roentgen odkrył również, że ray3 wytwarzany w ten sposób może przechodzić przez tkankę zwierzęcą i roślinną i pozostawić wrażenie na płycie fotograficznej. Nazwał tajemnicze promienie rentgenowskie.

W 1897 roku odkrycie elektronów przez brytyjskiego fizyka Jusepha J. Thomsona doprowadziło do wynalezienia urządzeń, które mogłyby kontrolować przepływ elektronów lub sygnał elektryczny i sprawiły, że zadziałał.

Rury próżniowe (zawory):

W 1904 r. Brytyjski naukowiec John Ambrose Fleming zbudował pierwszą lampę próżniową, którą można było wykorzystać komercyjnie. Była to dwuelektrodowa lub diodowa tuba, która mogła wykrywać sygnały radiowe. Z czasem rury diodowe stały się również szeroko stosowane do prostowania prądu przemiennego.

W 1907 roku amerykański wynalazca Lee De Forest opatentował trójelektrodową lub triodową rurkę. Lampa z triodą stała się pierwszym wzmacniaczem elektronicznym. Jednym z pierwszych zastosowań były dalekobieżne linie telefoniczne. W 1912 i 1913 roku De Forest i amerykański pionier radiowy, Edwin H. Armstrong, pracujący niezależnie, opracowali lampę triodową jako oscylator. Wynalezienie elektronicznego wzmacniacza i oscylatora doprowadziło do rozpoczęcia transmisji radiowej w Stanach Zjednoczonych w 1920 roku. Data ta oznacza również początek przemysłu elektronicznego.

Od lat dwudziestych do pięćdziesiątych wiedza na temat lamp próżniowych umożliwiła takie wynalazki jak telewizja, filmy z dźwiękiem, radarem i komputery elektroniczne. Te wynalazki z kolei doprowadziły do ​​opracowania nowych urządzeń elektronicznych.

Amerykański naukowiec, o nazwisku GR Carey, zbudował urządzenie fotoelektryczne, zwane komórką fotoelektryczną, już w 1875 roku. Ale inżynierowie w niewielkim stopniu go wykorzystali do wczesnych lat dwudziestych, kiedy to zintensyfikowali swoje wysiłki na rzecz opracowania telewizji i filmów z dźwiękiem.

W 1923 r. Urodzony w Rosji amerykański naukowiec, Władimir K. Zworykin, połączył komórkę fotoelektryczną z działem elektronowym, dzięki czemu stał się pierwszą udaną lampą telewizyjną.

W 1921 r. Albert W. Hull, amerykański inżynier, wynalazł oscylator lampowy próżniowy zwany magnetronem. Magnetron był pierwszym urządzeniem, które mogło wydajnie wytwarzać mikrofale. Radar, który był rozwijany stopniowo w latach 1920 i 1930, dostarczył pierwsze powszechne zastosowanie mikrofal.

Era lamp próżniowych osiągnęła swój szczyt wraz z ukończeniem pierwszego elektronicznego komputera ogólnego przeznaczenia w 1946 roku.

Era Solid State:

Prymitywne urządzenia półprzewodnikowe z selenu służyły jako prostowniki już w 1900 r. Detektory kryształów we wczesnych radiotelefonach były również półprzewodnikami. Jednak żadne z tych urządzeń nie działało tak dobrze, jak prostowniki i detektory lampowe.

Na początku lat 40. zespół amerykańskich fizyków wyprodukował pierwsze udane diody półprzewodnikowe. Zespół składał się z Johna Bardeena, Waltera H. Brattaina i Williama Shockleya. W 1947 roku ten sam zespół wynalazł tranzystor. Producenci zaczęli używać tranzystorów jako wzmacniaczy w aparatach słuchowych i kieszonkowych radiotelefonach we wczesnych latach pięćdziesiątych. W latach sześćdziesiątych diody półprzewodnikowe i tranzystory zastąpiły lampy próżniowe w wielu urządzeniach elektronicznych.

Mikroelektronika:

Pod koniec lat 50. XX wieku programy wojskowe i kosmiczne zaczęły domagać się bardziej kompaktowego sprzętu elektronicznego. Chociaż producenci zmniejszyli wielkość urządzeń elektronowych, każde urządzenie nadal tworzyło oddzielny komponent w obwodzie W rezultacie; Sprzęt elektroniczny był zbyt duży, aby sprostać wymaganiom programów wojskowych i kosmicznych. Firmy elektroniczne rozpoczęły prace nad opracowaniem znacznie mniejszych obwodów. Ich praca doprowadziła do powstania mikroelektroniki - projektowania i produkcji układów scalonych i urządzeń wykorzystujących układy scalone.

W 1960 roku inżynierom i naukowcom udało się zbudować układ scalony. Miał wszystkie funkcje konwencjonalnego obwodu zapakowanego w półprzewodnikowy kryształ, 1000 razy mniejszy niż konwencjonalny obwód.

Rola elektroniki:

Elektronika odgrywa dziś najważniejszą rolę w procesie rozwoju kraju. Elektronika odgrywa katalityczną rolę we wzmacnianiu produkcji i wydajności w kluczowych sektorach gospodarki, niezależnie od tego, czy chodzi o infrastrukturę, przemysł przetwórczy, komunikację, czy nawet o szkolenie personelu. Obszary high-tech w dzisiejszych czasach w dużym stopniu zależą od elektroniki.

Elektronika jest konwencjonalnie klasyfikowana do sektorów: konsumenckiego, przemysłowego, obronnego, komunikacyjnego i przetwarzania informacji. W ostatnim czasie elektronika medyczna i systemy transportu i energetyki stały się ważnymi segmentami na własną rękę.

Elektronika użytkowa jest najstarszym sektorem w branży, która rozpoczęła się wraz z rozwojem odbiorników radiowych po wynalezieniu triody. Międzynarodowa konkurencyjność w tej dziedzinie wymaga ciągłych innowacji.

Ta dziedzina znacznie się rozwinęła w ciągu ostatnich kilku lat wraz z rozwojem takich produktów, jak odtwarzacze płyt kompaktowych (CD), cyfrowe taśmy audio, kuchenki mikrofalowe, pralki i systemy odbioru telewizji satelitarnej. Wszystkie te elementy wykorzystują zaawansowane technologie i techniki produkcji, takie jak lasery półprzewodnikowe i urządzenia mikrofalowe.

Elektronika przemysłowa jest ukierunkowana na wytwarzanie produktów wymaganych przez nowoczesne urządzenia do sterowania procesem przemysłowym, maszyny i roboty sterowane numerycznie oraz urządzenia do testowania i pomiaru. Laboratoria również wymagają instrumentów precyzyjnych. To pole ma ogromny potencjał wzrostu i rozwoju.

Zaawansowana infrastruktura w dziedzinie nauk materiałowych i zaawansowanej elektroniki ma znaczenie dla dziedziny obrony, w której koszty nie są czynnikiem ograniczającym. Wyposażenie musi być wystarczająco wytrzymałe, aby wytrzymać presję na środowisko, oprócz tego, że jest precyzyjne i czułe.

Obrona-elektronika jest oczywiście strategiczna; ma także cenne źródła uboczne, które oferują przemysł. Bharat Electronics Ltd. (BEL), organizacja finansowana z funduszy obronnych, wniosła wiele do rozwoju tranzystora i telewizji w Indiach.

Elektronika komunikacyjna to szybko rozwijająca się dziedzina, oferująca wiele możliwości w zakresie innowacji i zastosowań przemysłowych. Urządzenia komunikacyjne odniosły ogromny sukces dzięki opracowaniu wydajnych laserów półprzewodnikowych, technologii światłowodów, technik cyfrowych i wydajnych mikroprocesorów.

Technologia informacyjna znowu jest wyraźnie zależna od elektroniki. Układ scalony jest podstawą komputerów, które z kolei są wykorzystywane do projektowania lepszych układów scalonych (VLSI) o dużej skali, w szczególności mikroprocesorów i pamięci. Lepsze komputery ponownie pomagają usprawnić systemy komunikacyjne, a szybka i wydajna komunikacja prowadzi do rozproszonych sieci komputerowych, dając jeden dostęp do wyspecjalizowanych danych na odległym komputerze z samego miejsca pracy.

W dziedzinie medycyny elektronika umożliwiła rejestrację EKG (elektrokardiogram), a także skaner NMR (jądrowy rezonans magnetyczny), oprócz innych urządzeń pomiarowych.