Elektroniikkatekniikan peruskäsitteet. Johdanto. "Elektroniikan" määritelmä
Lisenssisopimus.
Tätä kirjaa saa kopioida, jäljentää ja painaa niin kauan kuin se tehdään ei-kaupallisella perusteella eikä siitä saada voittoa. Jos esimerkiksi haluat myydä, vuokrata tai liisata koko kirjan ”Elektroninen tekniikka” tai sen osan kaupallisessa käytössä, vaaditaan sen tekijän (Jevgeni Anatolyevich Moskatov) suostumus maksua vastaan. Kirjan uudelleenjärjestäminen on kielletty. Kirjan sisällön muuttaminen tai tekijätietojen poistaminen on kielletty. Kirjaa levitetään sellaisenaan, eli sen kirjoittaja ei ole vastuussa mahdollisista vahingoista, menetetyistä voitoista jne. Jos kyseessä on ei-kaupallinen julkaisu (esimerkiksi maksuttomalla materiaalipalvelimella), siitä on ilmoitettava tekijälle ja ilmoitettava selvästi tekijä ja lähde, josta julkaisu on tehty.
Kirjassa esitetty materiaali on jaettu seuraaviin osiin ja aiheisiin.
Osa 1. Elektroni-reikä ja metalli-puolijohde-siirtymät
Aihe 1. Elektronien liike sähkö- ja magneettikentissä
1) Elektronien liike kiihtyvässä sähkökentässä
2) Elektronien liike jarruttavassa sähkökentässä
3) Elektronin liike poikittaissähkökentässä
4) Elektronien liike magneettikentissä
5) Kaistan energiakaavio
Aihe 2. Puolijohteiden sähkönjohtavuus
1) Puolijohteiden rajallinen johtavuus
2) Puolijohteiden epäpuhtauksien johtavuus
3) Poikkeama- ja diffuusiovirrat puolijohteissa
Aihe 3. Elektroni-reikä (p-n) -siirtymä
1) Elektroni-aukkosiirtymän muodostuminen
2) P-n-liitoksen suora ja käänteinen kytkentä
3) P-n-liitoksen ominaisuudet
Aihe 4. Schottky-siirtymä
1) Schottky-siirtymän muodostuminen
2) Schottky-diodien suora ja käänteinen kytkentä
Aihe 5. Joitakin puolijohdeefektejä
1) Tunneliefekti
2) Gan vaikutus
3) Hall-efekti
Osa 2. Puolijohdelaitteet
Aihe 6. Puolijohdediodien suunnittelu, luokitus ja pääparametrit
1) Puolijohdediodien luokitus ja symbolit
2) Puolijohdediodien suunnittelu
3) Puolijohdediodien virta-jännite-ominaisuudet ja pääparametrit
Aihe 7. Tasasuuntaajadiodit
1) Tasasuuntausdiodien yleiset ominaisuudet
2) Tasasuuntausdiodien sisällyttäminen tasasuuntaajapiireihin
Aihe 8. Zener-diodit, varikapit, LEDit ja valodiodit
1) Zener-diodit
2) Varicaps
3) Valodiodit
4) LEDit
Aihe 9. Pulssi-, korkeataajuiset (RF) ja ultrakorkeataajuiset (mikroaalto)diodit
1) Pulssidiodit
2) HF-diodit
3) Mikroaaltodiodit
Osa 3. Bipolaaritransistorit
Aihe 10. Bipolaaristen transistorien suunnittelu, luokitus ja toimintaperiaate
1) Transistorien luokittelu ja merkintä
2) Bipolaaristen transistorien suunnittelu
3) Bipolaaristen transistorien toimintaperiaate
Aihe 11. Piirit bipolaaristen transistorien kytkentään
1) Kytkentäkaavio yhteisellä OB-jalustalla
2) Kytkentäpiiri, jossa on yhteinen emitteri OE
3) Kytkentäkaavio yhteiskeräimellä OK
4) Bipolaaritransistorin vahvistusominaisuudet
Aihe 12. Transistorien staattiset ominaisuudet
1) Transistorin staattiset ominaisuudet OB-piirin mukaan
2) Transistorin staattiset ominaisuudet OE-piirin mukaan
Aihe 13. Transistorin dynaaminen toimintatapa
1) Dynaamisen tilan käsite
2) Dynaamiset ominaisuudet ja toimintapisteen käsite
3) Transistorin näppäinkäyttötapa
Aihe 14. Transistorivastaava piiri
1) Vastaava piiri transistorin kanssa OB
2) OE:llä olevan transistorin vastaava piiri
3) Vastaava piiri transistorin kanssa OK
4) Transistori aktiivisena kvadrupolina
Aihe 15. Transistorin h-parametrijärjestelmä. Y-parametrit
1) h-parametrit ja niiden fyysinen merkitys
2) H-parametrien määrittäminen staattisista ominaisuuksista
3) Transistorien Y-parametrit
Aihe 16. Transistorien lämpötila- ja taajuusominaisuudet. Valotransistorit
1) Transistorien lämpötilaominaisuus
2) Transistorien taajuusominaisuus
3) Fototransistorit
Osa 4. Kenttätransistorit
Aihe 17. Johdatus kenttätransistoreihin
1) Ohjaus-p-n-liitoksella varustettujen kenttätransistorien suunnittelu ja toimintaperiaate
2) Kenttätransistorien ominaisuudet ja parametrit
3) Kenttätransistorit eristetyllä portilla
4) Kenttätransistorit IC:ille, lukumuistilaitteiden uudelleenohjelmointi (RPM)
Osa 5. Tyristorit
1) Dinistorien rakenne ja toimintaperiaate
2) Tyristorien perusparametrit
3) SCR:t
4) Triacin käsite
Osa 6. Sähkötyhjiölaitteet
Aihe 18. Sähkötyhjiödiodi
1) Sähkötyhjödiodi, sähkötyhjödiodin laite ja toimintaperiaate
2) Tyhjiödiodin virta-jännite-ominaisuudet ja pääparametrit
Aihe 19. Triodi
1) Triodin rakenne ja toimintaperiaate
2) Triodin I-V ominaisuudet ja pääparametrit
Aihe 20. Tetrode
1) Laite ja piiri tetrodin kytkemiseksi päälle
2) Dynatron-ilmiö
3) Sädetetrodi
Aihe 21. Pentode
Osa 7. Digitaalinen mikropiiri
Aihe 22. Mikroelektroniikan perusteet
1) Integroitujen piirien (IC) luokitus ja UGO
2) Hybridi-IC:iden (GIS) elementit ja komponentit
3) Puolijohdepiirien elementit ja komponentit
Osa 8. Boolen algebra
Aihe 23. Yksinkertaisimmat loogiset funktiot ja loogiset elementit
1) Loogiset funktiot ja niiden toteutus
2) Yksinkertaisimpien logiikkaelementtien piirisuunnittelu
3) Digitaalisten mikropiirien ominaisuudet ja parametrit
Aihe 24. Transistori-transistori logiikka
1) Logiikan perustyypit ja moniemitteritransistorin käsite
2) Transistori-transistori logiikka (TTL) yksinkertaisella invertterillä
3) TTL monimutkaisella invertterillä
Aihe 25. TTL-logiikkaelementit erikoisnastoilla
1) TTL avoimella keräimellä
2) TTL Z-tilassa
3) TTLSH
4) Optoelektroniset mikropiirit
Aihe 26. MOS-kenttätransistoreihin perustuvat logiikkaelementit - rakenteet
1) Kytkee MOS-transistorit päälle
2) Täydentävä MOS-pari (CMOS)
3) NAND-funktion toteutus CMOS-logiikassa
4) NOR-funktion toteutus CMOS-logiikassa
Aihe 27. Emitter-kytketty logiikka
1) TAI- ja NOR-toimintojen toteutus emitterikytketyssä logiikassa (ECL)
2) Referenssijännitelähde
3) ESL K500 -sarjan peruselementti
Osa 9. Analogiset elektroniset laitteet
Aihe 28. Vahvistimien luokitus ja keskeiset tekniset indikaattorit
1) Vahvistimien luokitus
2) Vahvistimien tärkeimmät tekniset indikaattorit
3) Vahvistimen ominaisuudet
Aihe 29. Transistorin kantapiirin virransyöttö ja toimintapisteen lämpötilan stabilointi
1) Transistorin kantapiirin virransyöttö kiinteällä kantavirralla varustetun piirin mukaisesti
2) Transistorin kantapiirin virransyöttö kiinteällä kantajännitteellä varustetun piirin mukaan
3) Toimintapisteen lämpötilan stabilointi (lämpöstabilointi) termistorin ja puolijohdediodin avulla
4) Toimintapisteen lämpöstabilointi käyttämällä negatiivista takaisinkytkentää (NFB) vakiojännitteelle
5) Toimintapisteen lämpöstabilointi DC OOS:n avulla
Aihe 30. Palaute vahvistimessa
1) Palautteen tyypit
2) Ympäristöpalautteen vaikutus vahvistimen pääparametreihin
Aihe 31. Vahvistinelementtien toimintatavat
1) Suorituskyvyn dynaamisten ominaisuuksien käsite
2) Luokan A käyttötapa
3) Luokan B käyttötapa
4) Luokan AB käyttötapa
5) Luokan C käyttötapa
6) Luokan D käyttötapa
Aihe 32. Vaiheiden väliset liitännät vahvistimissa
1) Vaiheiden välisten yhteyksien tyypit
2) Vahvistinasteen vastaava piiri vastus-kapasitiivisilla kytkennöillä
3) Vastaavan piirin analyysi matalilla, keskisuurilla ja korkeilla taajuuksilla
Aihe 33. Ulostulon vahvistusasteet
1) Yksipäinen lähtömuuntajan vaihe
2) Push-pull-lähtömuuntajan vaihe
3) Push-pull muuntajaton pääteaste
Aihe 34. Suorakytketyt DC-vahvistimet
1) Suorakytketyt DC-vahvistimet
2) Differentiaalikaskadi UPT
Aihe 35. Operaatiovahvistimet
1) Operaatiovahvistimien (operaatiovahvistimien) luokitus ja pääparametrit
2) Op-amp kytkentäpiirit
Osa 10. Tietojen näyttölaitteet
Aihe 36. Katodisädeputket ja kuvaputket
1) Sähköstaattisesti ohjatut katodisädeputket (CRT)
2) CRT sähkömagneettisella ohjauksella
3) Kuvaputket
4) Värilliset kuvaputket
Aihe 37. Indikaattorit
1) Aakkosnumeeriset ilmaisimet
2) Matriisi-indikaattorit
3) Tyhjiö
4) Nestekide-indikaattorit
Johtopäätös
Sovellus
Tyypillisten ongelmien ratkaiseminen kurssilla "Elektroniikkatekniikka"
HUOMAUTUS ELEKTRONIIKKASTA
Elektroniikan rooli integroitujen koneiden ja mekanismien ohjausjärjestelmien luomisessa. Elektroniikkalaitteiden luomisen, tuotannon kehittämisen ja tehokkaan käytön sosioekonominen näkökohta kansantaloudessa. 6
Elektroniikkatekniikan peruskäsitteet. Nykyinen lähde. Jännitteen lähde. Lähteen sovittaminen kuormaan. Sähköpiirin passiiviset elementit ja niiden parametrit. Vastukset, kondensaattorit, kelat ja niiden liitännät. Muuntajat. Passiivielementtien tyypit, niiden ominaisuudet ja käyttöalueet. Kuormituskerroin. Aakkosnumeerinen järjestelmä passiivisten elementtien merkitsemiseen piirikaavioissa ja tuotteissa. 10
Sähköisten signaalien tyypit ja parametrit. Sähköisen värähtelyn amplitudi, tehollinen, jännitteen ja virran keskiarvo. Pulssin kesto, toistojakso, taajuus, toimintajakso, pulssin nousu ja lasku. 16
Sähköpiirit. Erilaistumisen integrointi. Vektorikaaviot jännitteistä ja virroista. Suorakulmaisen signaalin kulku niiden läpi (alipäästösuodatin ja ylipäästösuodatin). Rinnakkais- ja sarjavärähtelypiirit. Virran ja jännitteen resonanssi. Sähköpiirien amplitudi-taajuus- ja vaihetaajuusominaisuudet ja niiden parametrit.. 18
Puolijohteiden sähkönjohtavuuden teorian peruskäsitteet. Elektroni-reikä p-n liitos. Virta-jännite ominaisuudet. Poikkeama- ja diffuusiovirta. P-n-liitoksen este- ja diffuusiokapasitanssi. Niiden käyttömahdollisuus ja vaikutus diodien ominaisuuksiin. Pn-liitoksen erittelytyypit. 18
Puolijohdediodit. Toimintaperiaate. Luokittelu, parametrit. Tasasuuntaajadiodit ja -sillat. Diodien rinnakkais- ja sarjakytkennät. Zener-diodit ja stabilisaattorit. Varicaps. Hahn, Schottky, tunneli, käänteinen, lumivyörylento-diodit. 25
Liitoksettomat puolijohdelaitteet. Termistorit (termistorit, posistorit, epäsuorasti lämmitetyt termistorit), varistorit, jännitysmittarit, magnetorestorit, Hall-anturi, pääominaisuudet. Niiden käyttöalueet. 25
Kotimaisten ja maahan tuotujen puolijohdelaitteiden (diodit, tyristorit, transistorit, elektroniset mikropiirit) merkintäjärjestelmä 34
Valosähköiset ja puolijohdelaitteet, jotka säteilevät näkyvällä, IR- ja UV-alueella. Optoelektroniset parit. Niiden sovellus. Dynaamiset näyttöjärjestelmät. 38
Tyristorit. Suunnittelu ja toimintaperiaate. Toimintatapa, luokitus, nimitys, parametrit. Diodi-, triodi-, tetrodi-, päälle- ja ei-on-transistorit. Tyristorin IV-ominaisuudet, siirtyminen suljetusta tilasta avoimeen tilaan ja takaisin. Tyristorien tyypit, symbolit. Tyristorin toiminta tasavirtapiireissä. Tyristoreiden vaiheohjaus. Tyristoreiden jännitesäätimet ja stabilisaattorit. 45
Bipolaaritransistorit (BPT). Sähköiset ja toimintaparametrit. Tulo-, lähtö- ja virtausominaisuudet. Transistoriekvivalenttipiirit ja niiden differentiaaliset parametrit. BPT:n tilastolliset ominaisuudet (h-parametrit). Piirit BPT:n kytkemiseen (yhteisellä emitterillä, yhteisellä kollektorilla, yhteisellä pohjalla). Niiden vertaileva analyysi ja käyttöalueet. Ebers-Moll-yhtälö, kollektorivirran lämpötilakerroin, sisäinen emitterin vastus, maksimi jännitevahvistus Varhainen vaikutus, Millerin vaikutus. 50
Unipolaariset (kenttävaikutteiset) transistorit (FET). P-n-liitoksella varustetun PT:n toimintaperiaate. PT:n tyhjennys (lähtö) ja tyhjennysportin (läpi) ominaisuudet, pääparametrit. PT metalli - dielektrinen - puolijohde (MDS) ja metalli - oksidi - puolijohde (MOS) sisäänrakennetuilla ja indusoiduilla kanavilla, suunnittelu, ominaisuudet ja parametrit. Syötettyjen jännitteiden napaisuus ja PT:n käytön ominaisuudet. Piirit PT:n kytkemiseen päälle yhteisellä lähteellä (CS), yhteisellä nielulla (CS), yhteisellä portilla (G). BPT:n ja PT:n vertaileva analyysi. IGBT-transistorit.. 56
Elektronisten vahvistimien perusparametrit ja ominaisuudet. Yleistä tietoa. Vahvistimen perusominaisuudet, luokitus ja rakenne. Amplitudi-taajuus, amplitudi ja vaiheominaisuudet. Niiden tärkeimmät parametrit. Vahvistimen kohina (lämpö-, laukaus-, välkkymiskohina). Virta- ja jännitekohina. Kriteerit PT:n ja BPT:n käytölle, jotka perustuvat vaatimuksiin kohinan minimoimisesta eri signaalilähteiden impedansseilla. Yhteisen tilan ja vaiheen vastaiset häiriöt. Menetelmät niiden vähentämiseksi ja suojaamiseksi. 58
Vahvistinportaat PT:lle ja BPT:lle. Vahvistinportaan tilastollinen toimintatapa, toimintapisteen valinta, piirit BPT:n esijännitteen asettamiseen. Tasa- ja vaihtovirtakaskadien laskenta OE:llä ja OK:lla. Kaskadien vertaileva analyysi OE, OK, OB. Kaskadi, jossa OE jännite-virtamuuntimena, vaiheinvertoitu kaskadi. Tasavirtavahvistimen portaat, bias-jännitteen asetuspiirit, niiden toiminnan ominaisuudet ja sisällyttäminen. Dynaaminen kuormitus, virtalähde, virtapeilit ja virtaheijastimet DC:ssä ja BPT:ssä. Lämpötilan vaikutuksen ja varhaisen vaikutuksen heikentäminen. Wilsonin virtapeili, virtalähteen lähtöimpedanssi. Käyttöalueet. 63
Palaute vahvistimista. Positiivinen (POS) ja negatiivinen (NOS) palaute. OS-kerroin ja käyttöjärjestelmän syvyys. Käyttöjärjestelmän vaikutus vahvistimien parametreihin ja ominaisuuksiin. Sarja- ja rinnakkainen OOS jännitteelle ja virralle, seuranta PIC. Esimerkkejä piirikaavioista käyttöjärjestelmän kanssa.. 66
Integroidut piirit. Elektronisten komponenttien valmistuksen ja soveltamisen olennainen periaate. Puolijohdeintegroidut piirit, niiden luokittelu, käyttötarkoitus, käyttöalueet. Analogiset, digitaaliset ja analogisesta digitaaliseen mikropiirit... 74
Toissijaisen virtalähteen lähteet elektronisille laitteille. Tasasuuntaajien luokitus ja parametrit. Puoli- ja täysaallon silta- ja keskipiste, yksivaiheiset ja kolmivaiheiset, ohjatut ja ohjaamattomat tasasuuntaajat. Larionovin suunnitelma. Jännitteen kertoimet. Latourin kaava. Anti-aliasing-suodattimet... 77
Jännitteen ja virran stabilisaattorit. Lohkokaavio stabiloidusta virtalähteestä. Parametriset ja kompensaatiot, rinnakkais- ja sarjamuotoiset, säädettävät ja säätelemättömät, yksi- ja moninapaiset jännitteen ja virran stabilisaattorit. Op amp stabilisaattorit. Virta- ja jännitesuoja. Key boost, buck ja inverting (boost-buck) stabilisaattorit. Pienikokoisten laitteiden näppäinvakainten ja kytkentävirtalähteiden toimintakaaviot. Kaavio stabilisaattoreista. 83
Tasavirtavahvistimet (DCA). UPT suoralla liitännällä kaskadien ja modulaatio-demodulaatiotyypin (MDM) välillä. Modulaatiomenetelmät. Differentiaalivahvistimen portaat (DA) BPT:ssä ja PT:ssä. Menetelmät siirtymän ja ajautumisen kompensoimiseksi. Vertaileva analyysi ja sovellusalueet. Kaukosäätimen toiminta samassa ja vastavaiheisessa signaalitilassa ja käytettäessä dynaamista kuormaa. 88
Integroidut operaatiovahvistimet (operaatiovahvistimet) ja niiden sovellukset. Op-vahvistimen tyyppi ja nimitys. Syöttövaiheiden tyypit. Yksinkertaistettu op-amp-piiri. Kaskadien tarkoitus. Yhteisen tilan hylkäyssuhde ja signaalijännitteen vaikutus. Amplitudi-taajuus- ja vaihe-taajuusominaisuudet, operaatiovahvistimen pääparametrit. Menetelmiä leikkaus- ja ajautumisjännitysten vähentämiseksi. Rajavahvistustaajuus ja lähtösignaalin maksimisiirtonopeus. 101
Esimerkkejä analogisten piirien rakentamisesta operaatiovahvistimien avulla (invertoivat ja ei-invertoivat vahvistimet, toistimet, summaimet, vähentäjät, integraattorit, differentiaattorit, yli- ja alipäästösuodattimet, kaistanpäästö- ja lovisuodattimet, kiertolaitteet, virtajännitemuuntimet, tarkkuus tasasuuntaajat, nollaelimet, elektroniset releet, tasasuuntaajat jne.). Op-vahvistimien käyttö robotiikassa ja ohjausjärjestelmissä. 105
Operaatiovahvistimiin perustuvat pulssisignaalien muokkaajat ja generaattorit. Vertailijat, Schmitt-laukaisimet. Generaattorit, joilla on lineaarisesti mitattu jännite operaatiovahvistimessa.. 108
Tehovahvistimet. Vahvistusasteiden toimintatavat (aktiivinen, käänteinen, katkaisu, saturaatio) ja niiden sovellus. Yksipäiset tehovahvistimet. Push-pull muuntaja ja muuntajattomat tehovahvistimet. Lähtöasteet ovat toisiaan täydentäviä ja käyttävät saman johtavuuden omaavia transistoreja. Bassorefleksit. Kapasitiivinen ja galvaaninen yhteys kuormaan. Epälineaariset vääristymät tehovahvistimissa ja menetelmät niiden vähentämiseksi. Luokkien A, B, AB, C, D toimintatavat, vertaileva analyysi ja niiden käyttöalueet. Menetelmät esijännitteen ja lämpötilan stabiloinnin asettamiseen. Transistorien kytkeminen päälle Darlington- ja Szyklai-piireillä. Lämpövastus. PT:n ja BPT:n pääteasteiden lämpöolosuhteiden varmistaminen. 112
Harmonisten värähtelyjen generaattorit. Generaattorien itseherätyksen ehdot (vaihetasapaino ja amplituditasapaino). Autogeneraattorit. Taajuuden ja amplitudin stabilointi itseoskillaattorissa. Multivibraattorit. Rakennusmenetelmät ja keinot. Symmetriset ja epäsymmetriset multivibraattorit, joissa käytetään operaatiovahvistimia. Toimintaperiaate ja ajoituskaaviot. 114
Aktiiviset ja passiiviset suodattimet. Ylipäästösuodattimet (HPF) ja alipäästösuodattimet (LPF). Kaistanpäästö ja notch (stop), LC- ja RC-suodattimet. Passband, stopband, laatutekijä, vaimennus, kaltevuus siirtymäosassa. Suodattimet Butterworth, Bessel, Chebyshev jne. Edut ja haitat. Salen ja Kay suodatin. Rinnakkaiskäyttöjärjestelmäsuodatin, yleis- ja biquad-suodatin, gyrator. 117
Modulaatio. Modulaatiotyypit: amplitudi, taajuus, vaihe. Edut, haitat. Pulssimodulaatiotyypit: pulssin amplitudi (PAM), pulssikoodi (PCM), pulssin leveys (PWM), pulssin vaihe (PPM). Käyttöalueet. Hakkurivirtalähteen lohkokaavio. 117
Avainjännitemuuntimet. Suorakaiteen muotoinen ja kaikuva. Yksitahti ja kaksitahti. Suoralla ja käänteisellä diodiliitännällä. Silta, puolisilta, keskipisteellä. Itsenäisyydellä ja itsestimulaatiolla. Transistori ja tyristori. Käyttöominaisuudet ja käyttöalueet. 117
Digitaalisten laitteiden ja tietokoneiden looginen perusta. Binäärimuuttujat ja kytkentäfunktiot, loogiset perusfunktiot, loogisen algebran peruslait, esitysmuodot ja kytkentäfunktioiden minimointi. 117
Digitaalisten mikropiirien peruspohja. Logiikkaelementit JA, TAI, EI diodeissa, bipolaarisissa ja kenttätransistoreissa. Diodi-transistori, transistori-transistori, emitterikytketyn logiikan peruslogiikkaelementit. Logiikkaelementit perustuvat samanlaisiin ja täydentäviin MOS-transistoreihin. Logiikkaelementit kolmella lähtötilalla. Avoimen keräimen mikropiirit. Eri sarjojen mikropiirien yhdistetty käyttö. 117
Integroidut laukaisimet. Asynkroniset ja synkroniset liipaisimet. RS-, JK-, D- ja T-laukaisimet. Toimintaperiaate, rakenne- ja piirikaaviot, laukaisupiirien ajoituskaaviot, niiden pääparametrit. Liipaisupiirien soveltaminen digitaalisten ohjausjärjestelmien luomiseen. 117
Pulssilaskurit. Binäärilaskurit ja laskurit mielivaltaisilla laskentakertoimilla. Toimintaperiaate, rakenne- ja piirikaaviot, laskurien ajoituskaaviot, niiden pääparametrit. Mittarityypit, mittarien käytön ominaisuudet digitaalisten ohjausjärjestelmien luomisessa. 117
Rekisterit. Rinnakkais-, sarja- ja rinnakkaissarjarekisterit. Erilaisten rekistereiden lohkokaaviot, toimintaominaisuudet ja perusparametrit. Rekisterin käyttö digitaalisissa ohjausjärjestelmissä. 117
Binaariset summaimet. Yksibittiset binaariset summaimet. Rinnakkaiset monibittiset summaimet. Rakennekaaviot, työn piirteet. Pääparametrit. 117
Elektroniikan rooli integroitujen koneiden ja mekanismien ohjausjärjestelmien luomisessa. Elektroniikkalaitteiden luomisen, tuotannon kehittämisen ja tehokkaan käytön sosioekonominen näkökohta kansantaloudessa
Elektroniikka on tieteen ja teknologian ala, joka käsittelee varautuneiden hiukkasten tyhjiössä liikkumista, kaasuja ja kiinteitä aineita (pääasiassa puolijohteita) käyttävien laitteiden kehittämistä ja suunnittelua sekä niihin perustuvien laitteiden luomista. Tämä on tiede, joka on kehittynyt nopeasti 1900-luvun alusta ja jolla on valtava vaikutus sivilisaation kehitykseen.
Elektroniikan (tyhjiöputket: diodi 1903, triodi 1905) kehityksen alku liittyy läheisesti viestinnän ja ennen kaikkea radioviestinnän kehittämistarpeeseen. Voidaan todeta, että ennen vuotta 1939 tyhjiöputkien ja -piirien kehittäminen liittyi niiden käyttöön pääasiassa radiolähetysten tarpeisiin, jotka olivat tuolloin merkittävin elektroniikan kuluttaja. Tuona aikana syntyi suurin osa nykyään tunnetuista elektroniikkaputkista ja peruselektroniikkapiireistä, joita käytetään vielä nykyäänkin erilaisissa muunnelmissa.
Teollisuuselektroniikka, joka käsittelee elektronisten komponenttien ja piirien käyttöä teollisuudessa, on paljon nuorempi tekniikan ala. Ensimmäiset yritykset käyttää lamppupiirejä teollisuudessa, lähinnä mittausasennuksissa, ovat peräisin viime vuosisadan 30-luvulta. Ne eivät kuitenkaan antaneet hyviä tuloksia elektronisten putkien haurauden, suuren massan ja mittojen vuoksi, vaikka näiden laitteiden muut ominaisuudet olivatkin tyydyttäviä. Näiden varhaisten kokeiden tuloksia käytettiin laajassa mittakaavassa vasta toisen maailmansodan aikana, jolloin lisääntyneet tuotantotarpeet joutuivat tyydyttämään ankaran työvoimapulan keskellä. Tuotannon automatisointi, jonka käyttöönotto tuona aikana alkoi, ei onnistunut ilman elektronisia laitteita. Elektroniset piirit ovat myös osoittautuneet välttämättömiksi joissakin mittaus- ja ohjauslaitteistoissa.
Teollisuuden elektroniikan kehitys kiihtyi merkittävästi sodan jälkeisellä kaudella, varsinkin puolijohdelaitteiden laajan käytön jälkeen 50-luvulla (1947 - ensimmäisen transistorin ilmestyminen). Puolijohdelaitteiden tultua mahdolliseksi pienentää laitteita merkittävästi ja vähentää niiden virrankulutusta, lisätä käytettävyyttä jne. Vasta nyt oli mahdollista alkaa rakentaa erittäin monimutkaisia elektronisia laitteita, esimerkiksi pienikokoisia, edullisia ja korkeita tietokoneita. luotettavuus, vastaa teollisuuden vaatimuksia.
Viime vuosina on tunnistettu seuraavat elektronisten piirien pääsovellusalueet teollisuudessa:
· laitteet erilaisten fysikaalisten suureiden, sekä sähköisten että ei-sähköisten, mittaamiseen;
· laitteet materiaalien, kuten metallien, tutkimiseen sähköisillä ja magneettisilla menetelmillä tuhoamatta niitä;
· laitteet erilaisten prosessien tai teollisuuslaitosten säätelyyn ja automaattiseen ohjaukseen sekä erilaisten taloudellisten tilojen hallintaan;
· teollisuustelevisiolaitteistot, joita käytetään erilaisten esineiden tai prosessien ohjaamiseen ja valvontaan;
· apulaitteet, joita käytetään joissakin teknologisissa prosesseissa, esimerkiksi lämpöprosesseissa (kuumennus suurtaajuusvirroilla) tai ultraäänisäteilyn aiheuttamissa prosesseissa (koagulaatio, käsittely, pintapuhdistus jne.).
Sähkösuureita mitattaessa tarvitaan elektronisia piirejä tapauksissa, joissa sähkövaikutukset ovat niin merkityksettömiä, että niitä on mahdotonta tutkia klassisilla menetelmillä. Tämä tapahtuu esimerkiksi mitattaessa pieniä virtoja ja jännitteitä, pieniä kapasitanssin muutoksia jne., jos tavanomaisten volttimittareiden, ampeerimittareiden tai siltojen herkkyys ei ole riittävä mittausten suorittamiseen. Tässä tapauksessa mitattu arvo on vahvistettava tavanomaisilla menetelmillä tallennettuun arvoon. Samanlaisia ongelmia esiintyy usein mitattaessa ei-sähköisiä suureita sähköisillä menetelmillä, kun ensisijaisessa mittausmuuntimessa syntyvät signaalit ovat merkityksettömiä. Tässä tapauksessa vahvistus suoritetaan käyttämällä elektronisia piirejä.
Myös elektroniset laitteet materiaalien ominaisuuksien tutkimiseen eri menetelmin ovat tärkeitä. Monet näistä menetelmistä perustuvat tutkittavien materiaalien mekaanisten ja sähköisten tai magneettisten ominaisuuksien väliseen suhteeseen. Materiaalin tutkiminen voidaan rajoittaa sen ominaisuuksien mittaamiseen magneetti- tai sähkömenetelmällä, mikä on erittäin kätevää, koska tällainen mittaus on helppo suorittaa, se voidaan automatisoida jne. Tässä tapauksessa tutkimus ei johda tuotteen tuhoutumiseen tai vahingoittumiseen. Tämä on erittäin tärkeää, koska koenäytteen tuhoutumiseen, esimerkiksi repeytymiseen, johtavia tutkimuksia voidaan tehdä vain muutamalle kopiolle valmistetusta tuoteerästä. Näin ollen tässä tapauksessa mittaustulokset ovat satunnaisia eivätkä anna täydellistä luottamusta testaamattomien tuotteiden laatuun. Rikkomattomat testausmenetelmät ovat luotettavampia, koska niitä voidaan soveltaa koko valmistettuun erään, eli jokainen valmistettu tuote voidaan testata.
Teknologisten prosessien automaattinen ohjaus ja valvonta on nykyään yksi tekniikan nopean kehityksen tyypillisimpiä piirteitä. Tällä uudella, nopeasti kehittyvällä tekniikan alalla elektroniset laitteet ovat erittäin tärkeä ja usein pakollinen elementti, jonka ominaisuuksista riippuu koko ohjatun järjestelmän laadukas toiminta. Viimeisimmät elektronisten tietokoneiden käyttöön liittyvät automaation edistysaskeleet olisivat mahdottomia nykyisellä teknologian kehitystasolla ilman elektronisia piirejä. Automaation ja elektroniikan välinen läheinen yhteys määrittää näiden molempien tekniikan alueiden oikean edistymisen.
Elektroniikka liittyy myös läheisesti tiettyihin teknologisiin prosesseihin, joissa elektronisia laitteita käytetään tyypillisesti suurtaajuisten virtojen lähteinä. Nämä ovat korkeataajuisia lämmitysprosesseja sekä prosesseja, jotka liittyvät suuritehoiseen ultraäänisäteilyyn. Tällaisen laitteen elektroniikkapiiri toimii vaaditun tehon suurtaajuisten virtojen luomiseen, ja siksi se liittyy vain epäsuorasti tähän teknologiseen prosessiin, mutta se on pakollinen.
Televisiolaitteet voivat välittää kuvan mistä tahansa teollisuuslaitoksesta mielivaltaiselle etäisyydelle, esimerkiksi lähettäjälle tai huoltohenkilöstölle. Teollisuustelevisiolla on tärkeä rooli siellä, missä suorat havainnot toimintaolosuhteiden vuoksi ovat mahdottomia, esimerkiksi myrkytetyssä ilmakehässä, alueilla, joilla on korkea säteilytaso (ydinreaktorit) jne.
Robotiikka uutena tieteellisenä ja teknisenä suunnana syntyi tietotekniikan ja mekaniikan kehityksen valtavan kehityksen seurauksena. Robotit edustavat uutta koneluokkaa, joka suorittaa samanaikaisesti sekä työntekijöiden että tietokoneiden tehtäviä.
Robotiikan syntyä ohjaavat kehittyvän yhteiskunnan tarpeet. Väestön jatkuvasti kasvavien tarpeiden tyydyttäminen on mahdollista vain työn tuottavuuden lisäkasvun pohjalta. Tämän kasvun tärkein reservi työvoimapulan olosuhteissa on tuotannon kokonaisvaltainen mekanisointi ja automatisointi. Suuri edistysaskel koneenrakennuksen automatisoinnissa massa- ja suurtuotannossa, joka perustuu ei-ohjelmoitavien automaattilaitteiden käyttöön, on mahdollistanut korkean työn tuottavuuden minimaalisilla tuotantokustannuksilla. Kuitenkin 70 % nykyaikaisista konepajatuotteista valmistetaan pieninä ja keskikokoisina sarjoina. Näissä olosuhteissa perinteisiä automaatiovälineitä ei voida käyttää ja tarvittava tuotannon joustavuus saavutetaan käyttämällä käsityötä.
Tuotantoprosessin eriyttäminen sarjaksi toistuvia yksinkertaisia operaatioita johti yksitoikkoisiin, työläisiin työtehtäviin, joita ihmiset suorittivat kokoonpanolinjalla. Työssä, joka on vailla luovaa sisältöä, yksitoikkoista ja hengenvaarallista, tulisi olla paljon robotteja.
Mikä on robotti, mikä on tämän termin tieteellinen ja tekninen sisältö? Käsitteelle "robotti" on monia määritelmiä. Heidän analyysinsa osoittaa, että robotin olennaisia ominaisuuksia ovat sen antropomorfismi (samankaltaisuus ihmisen kanssa) vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa: monipuolisuus, älykkyyden elementtien läsnäolo, kyky oppia, muistin läsnäolo, kyky navigoida itsenäisesti ympäristö jne. Näiden ominaisuuksien perusteella muotoillaan seuraava määritelmä. Robotti on automaattinen kone, joka on suunniteltu toistamaan ihmisen motorisia ja henkisiä toimintoja, ja sillä on myös kyky sopeutua ja oppia vuorovaikutuksessa ulkoisen ympäristön kanssa. Tämä on uudenlainen automaattinen kone. Perinteiset koneet on suunniteltu suorittamaan sama toimenpide useita kertoja. Tyypillisiä esimerkkejä ovat automaatit, kolikoiden vaihtokoneet, lippujen myynti, sanomalehdet jne. Sitä vastoin robotit ovat universaaleja monikäyttöisiä järjestelmiä; he pystyvät paitsi suorittamaan monia erilaisia toimintoja, myös oppimaan nopeasti uudelleen operaatiosta toiseen.
Robotit ovat yleisimpiä teollisuudessa ja ensisijaisesti koneenrakennuksessa. Tällaisia robotteja kutsutaan teollisiksi roboteiksi.
Seuraavat edut on syytä huomioida.
Työturvallisuuden parantaminen on yksi robottien päätarkoituksista. Tiedetään, että suurin osa työtapaturmista aiheuttaa käsivammoja, erityisesti lastaus- ja purkutöissä. Robottien käyttö mahdollistaa ihmisten terveydelle mahdollisesti vaarallisten työolojen parantamisen: valimoissa, radioaktiivisten aineiden, haitallisten kemikaalien läsnä ollessa, puuvillaa, asbestia jne. käsiteltäessä.
Robotteja käytettäessä työprosessi tehostuu, työn tuottavuus kasvaa, se vakiintuu työvuoron aikana ja teknisten päälaitteiden vuorosuhdetta kasvatetaan, mikä parantaa tuotannon teknisiä ja taloudellisia indikaattoreita. Tuotteiden laatu paranee. Esimerkiksi hitsin laatu paranee teknisen järjestelmän tiukan noudattamisen ansiosta. Käyttövirheisiin liittyvistä vioista aiheutuvat tappiot vähenevät. Myös materiaalisäästöt ovat mahdollisia. Esimerkiksi kun työntekijä maalaa autoa, vain 30 % maalista pääsee suoraan autoon, loput viedään pois työpaikan ilmanvaihdosta. Robottien avulla luodaan täysin uusia tuotanto- ja teknologisia prosesseja, jotka minimoivat ihmisiin kohdistuvat haitalliset vaikutukset.
Robotin käytön tehokkuus ilmenee kuitenkin vain sen vuorovaikutuksen oikealla organisoinnilla huollettavien laitteiden ja ulkoisen ympäristön kanssa. Robotiikan tehtävänä ei ole vain luoda robotteja, vaan myös organisoida täysin automatisoitu tuotanto.
Robottien käyttöönotto tuotantoon on täynnä tiettyjä vaikeuksia.
Robotit ovat edelleen erittäin kalliita eivätkä aina tarpeeksi tehokkaita. Teollisuusrobotti ei aina pysty täysin korvaamaan teknisiä laitteita huoltavaa tai teknologista toimenpidettä suorittavaa työntekijää, vaan se voi vain vapauttaa hänet yksitoikkoisesta fyysisestä työstä muuttaen sen luonnetta ja sisältöä, tuomalla sen lähemmäksi säätäjän työtä.
Robottien laskennassa huomioon otettavat tärkeimmät taloudellisen tehokkuuden tekijät ovat sekä tuotannolliset että sosiaaliset. Tämä ominaisuus erottaa robotit muista uuden teknologian muunnelmista, ja siksi niiden luomisen ja käytön taloudellisen tehokkuuden arvioimiseksi on kehitetty erityinen toimialojen välinen metodologia.
Elektroniikkatekniikan peruskäsitteet.
Jännitteen lähde
Sähköenergian lähde, jonka ulkoisissa liittimissä on vakiojännite, joka ei riipu tämän lähteen kuluttamasta virrasta.
r– generaattorin sisäinen vastus
R– kuormituskestävyys
E- generaattori EMF
U = E - I r
Tämä saavutetaan, kun lähteen sisäinen vastus on lähellä nollaa tai suhteettoman pieni kuormitusvastukseen verrattuna (ihanteelliset olosuhteet r = 0). R >> r
Tyypillisesti elektronisten laitteiden virtalähteille, vakiokäyttötilojen asettamiseen, R = 10r.
Nykyinen lähde
Sähköenergian lähde, joka syöttää vakiovirtaa ulkoiseen piiriin kuormitusvastuksesta riippumatta. Tämä on mahdollista, kun kuorman ulkoinen vastus on mitätön verrattuna lähteen sisäiseen vastukseen.
Käytetään keräilykuormana: ( kU=Rk/(Re+re0); Rk=ΔU/ΔI; ja differentiaaliportaiden emitteripiirissä. Käytetään myös sähkökemiassa.
Lähteen yhdistäminen kuormaan:
Maksimiteho vapautetaan kuormaan, jos sen vastus on yhtä suuri kuin lähteen vastus.
R = r =>Pн = Pmax
Niitä käytetään lähettimissä maksimaalisen tehon saamiseksi ja suurtaajuisissa piireissä minimaalisen aallonheijastuksen saamiseksi kuormasta.
Passiiviset elementit
(vastukset, kondensaattorit, induktorit) on esitetty kaavioissa resistiivisinä resistanssina R, kontit C, induktanssi L.
Elektroniikka(elektroninen tekniikka) - elektroniikkateoriaan perustuva tiede elektronien vuorovaikutuksesta sähkömagneettisten kenttien kanssa¹ ja menetelmistä sellaisten elektronisten instrumenttien ja laitteiden luomiseksi, joissa tätä vuorovaikutusta käytetään sähkömagneettisen energian muuntamiseen, pääasiassa sähkömagneettisten kenttien siirtoon, käsittelyyn ja varastointiin. tiedot. Elektroniikkaan pohjautuva elektroniikkateollisuus kehittää ja valmistaa elektroniikkalaitteita, tietokoneita ja monia muita tuotteita, joita käytetään kaikilla tieteen, tekniikan ja nykyajan ihmisen toiminnan aloilla.
Elektroniikan syntymisen ja kehityksen historia
Tausta - puhelimen, fonografin, elokuvan keksintö
Yritykset luoda puhelin juontavat juurensa viime vuosisadan toiselle puoliskolle. Sähköteorian, erityisesti sähkömagnetismin teorian, kehityksen myötä sen keksinnölle luotiin tieteellinen perusta. Jo vuonna 1837 amerikkalainen C. Paidus totesi, että magneettinauha voi tuottaa ääntä, jos se altistetaan nopealle magnetoinnin käänteelle. Vuosina 1849-1854. Paris Telegraphin varatarkastaja Charles Bourseul muotoili teoreettisesti puhelinlaitteen periaatteen. Ensimmäinen esimerkki puhelimesta oli saksalaisen fyysikon Philipp Reisin vuonna 1861 suunnittelema laite (kuva 1).
Riisi. 1. Reisin puhelin (1861).
Reisin puhelin koostui kahdesta osasta: lähetys- ja vastaanottolaitteesta, joiden toiminta oli yhdistetty toisiinsa. Lähetyslaitteessa tapahtui lähetyksen aikana ajoittainen virtapiirin avautuminen ja sulkeutuminen, mikä vastaanottolaitteessa vastasi äänen toistavan metallitangon vapinaa. Reisin laitteiston avulla pystyttiin välittämään musiikkia hyvin, mutta puheen välitys oli vaikeaa.
Vuonna 1876 amerikkalainen teknikko A. Bell (1847-1922), kotoisin Skotlannista, loi ensimmäisen tyydyttävän puhelinmallin. Samana vuonna hän sai patentin keksinnölle (kuva 2).
Riisi. 2. Puhelin: A. Bell (1876).
Bellin puhelimet pystyivät kuitenkin välittämään puhetta hyvin vain suhteellisen lyhyen matkan päähän, ja lisäksi niissä oli useita muita haittoja, jotka tekivät niiden käytännön käytön mahdottomaksi. Siihen mennessä ajatus puhelimen luomisesta oli levinnyt laajalle. Esimerkiksi USA:ssa 70-luvulla puhelimille haettiin yli 30 patenttia. Sama tilanne oli Euroopassa.
Monet keksijät pyrkivät parantamaan puhelinta. Merkittävimmät parannukset puhelimeen vuonna 1878 tekivät itsenäisesti englantilainen D. Hughes (1831-1900) ja amerikkalainen T. Edison. He keksivät puhelimen tärkeimmän osan - mikrofonin. Hughes-Edison-mikrofoni oli vain lähetin, joka havaitsi äänivärähtelyjä ja vahvisti Bellin puhelinkelan induktiivista virtaa. Mikrofonin keksimisen myötä tuli mahdolliseksi puhua pitkiä matkoja ja puhelimen ääni oli selkeämpi. Edison ehdotti sitten induktiokelan käyttöä puhelimessa. Kun se tuotiin puhelimeen, sen suunnittelu valmistui periaatteessa. Useiden eri maiden keksijöiden jatkotyö rajoittui olemassa olevien mallien parantamiseen.
Puhelin, toisin kuin muut uudet tekniset keksinnöt, otettiin nopeasti käyttöön lähes kaikissa maissa. Ensimmäinen kaupunkipuhelinkeskus otettiin käyttöön Yhdysvalloissa vuonna 1878 New Havannassa. Vuonna 1879 puhelinverkot olivat saatavilla jo 20 kaupungissa Yhdysvalloissa. Ensimmäinen puhelinkeskus Pariisissa avattiin vuonna 1879 ja Berliinissä vuonna 1881.
Puhelimen pioneeri Venäjällä oli insinööri P. M. Golubitsky (1845-1911), joka toi monia merkittäviä parannuksia puhelimen suunnitteluun. Vuonna 1878 Golubitsky rakensi ensimmäisen sarjan moninapaisia puhelimia. Hän osoitti myös puhelimien kyvyn toimia jopa 350 km:n etäisyydellä.
Vuonna 1881 Venäjälle perustettiin Venäjän osakeyhtiö "puhelinviestien perustamista ja käyttöä varten Venäjän valtakunnan eri kaupungeissa". Venäjän ensimmäiset puhelinlinjat rakennettiin vuonna 1881 samanaikaisesti viiteen kaupunkiin - Pietariin, Moskovaan, Varsovaan, Riikaan ja Odessaan. Tämän ajanjakson mielenkiintoisin keksintö oli fonografi - laite äänen tallentamiseen ja toistoon. Tämä Edisonin vuonna 1877 keksimä laite kykeni tallentamaan ja sitten milloin tahansa toistamaan ja toistamaan siihen tallennettuja äänivärähtelyjä, jotka ovat aiemmin aiheuttaneet ihmisäänen, soittimien jne. (kuva 3).
Riisi. 3. T. A. Edisonin fonografi, (1877)
Fontografin rakenne ja toimintaperiaate ovat seuraavat. Fonografissa olevat äänivärähtelyt välitettiin hyvin ohuelle lasi- tai kiillelevylle ja siihen kiinnitetyn kirjoitusneulan (safiirikärkisellä leikkurilla) avulla ne siirrettiin pyörivän rullan pinnalle, joka oli kääritty folioon tai kalvoon. päällystetty erityisellä vahakerroksella. Kirjoitusneula yhdistettiin kalvoon, joka vastaanotti tai lähetti äänivärähtelyjä. Fonographin rullan akselilla oli kierre, ja siksi jokaisella kierroksella rulla siirtyi pyörimisakselia pitkin saman verran. Tämän seurauksena kirjoitusneula puristi vahakerroksen kierteisen uran. Liikkuessaan tätä uraa pitkin neula ja siihen liittyvä kalvo suorittivat mekaanista tärinää toistaen tallennetut äänet. Fonografin pohjalta syntyi sitten gramofoni ja muut mekaanisessa äänentallennuksessa käytetyt instrumentit.
XIX vuosisadan 90-luvulla. elokuva ilmestyy yhdistämällä useita keksintöjä ja löytöjä, jotka mahdollistivat valokuvatun liikkeen toistamiseen tarvittavien perusprosessien suorittamisen. Elokuvan lähimmät edeltäjät, jotka mahdollistivat elokuvausprosessin toteuttamisen, olivat venäläisen keksijän Timtšenkon (1893) "stroboskooppisten ilmiöiden analysointilaitteisto", joka yhdisti projisoinnin valkokankaalle ajoittaiseen kuvien vaihtamiseen. , ranskalaisen fysiologin J. Demenyn kronovalokuva, joka yhdisti kronovalokuvauksen filmillä ja projisoinnin valkokankaalle (1894), sekä amerikkalaisen keksijän W. Lathamin vuonna 1895 luoman "panoptikumin", joka yhdisti kronokuvauksen ja projisoinnin näyttöä ja muita keksintöjä.
Laitteen, joka yhdisti kaikki elokuvan peruselementit, keksi ensimmäisenä Ranskassa Louis J. Lumière (1864-1948). Vuonna 1895 hän kehitti yhdessä veljensä Augusten kanssa elokuvakameran kuvausta varten. Lumiere kutsui keksintöään elokuvaksi. Tällä laitteella filmille kuvatun elokuvan kokeellinen esittely tapahtui maaliskuussa 1895, ja saman vuoden joulukuussa ensimmäinen elokuvateatteri aloitti toimintansa Pariisissa. 90-luvulla elokuva ilmestyi muissa maissa, ja melkein jokaisessa Euroopan maassa oli oma tämän laitteen keksijä. Saksassa elokuvan pioneerit olivat M. Skladanowski (1895) ja O. Mester (1896); Englannissa - R. Pole (1896); Venäjällä - A. Samarsky (1896) ja I. Akimov (1896); Yhdysvalloissa - F. Jenkinson (1897) ja T. Armat (1897).
Yksi suurimmista löydöistä tekniikan alalla oli radion keksintö. Sen keksinnön kunnia kuuluu suurelle venäläiselle tiedemiehelle A. S. Popoville (1859-1906). Vuonna 1886 saksalainen tiedemies G. Hertz (1857-1894) oli ensimmäinen, joka todisti kokeellisesti sähkömagneettisten aaltojen säteilyn. Hän totesi, että sähkömagneettiset aallot noudattavat samoja peruslakeja kuin valoaallot. 90-luvun lopulla N. Tesla luki useita raportteja Euroopassa ja Amerikassa kokeiden esittelyjen ohella. Hän kiihotti pitkiä aaltoja käyttämällä korkeataajuisia generaattoreita, sytytti lamppuja ja lähetti signaaleja kaukaa. Tesla ennusti luottavaisesti mahdollisuutta käyttää näitä aaltoja puheluihin ja jopa sähköenergian siirtoon. Vuonna 1889 Popov, joka työskenteli sähkömagneettisten värähtelyjen tutkimuksen alalla, ilmaisi ensimmäisen kerran ajatuksen mahdollisuudesta käyttää sähkömagneettisia aaltoja signaalien välittämiseen etäisyyden yli.
7. toukokuuta 1895 A. S. Popov esitteli radiovastaanotinta ensimmäistä kertaa Venäjän fysiikan ja matematiikan seuran kokouksessa Pietarissa. Työssään sähkömagneettisten värähtelyjen havaitsemiseen tarkoitettujen instrumenttien herkkyyden lisäämiseksi Popov seurasi omaa alkuperäistä polkuaan. Hän käytti ensimmäisenä antennia ja näki vibraattoreiden epätäydellisyyden sähkömagneettisten aaltojen lähteinä ja mukautti vastaanottimen tallentamaan ilmakehän sähkön salamapurkauksia. Popovin keksimää radiovastaanotinta hän kutsui salamanilmaisimeksi (kuva 4).
Riisi. 4. Radiovastaanotin A. S. Popov (1895).
Salamanilmaisimen rakenne oli seuraava: akkupiiriin oli kytketty metalliviilauksella varustettu putki ja rele. Normaaliolosuhteissa relekelan virta oli heikko eikä releen ankkuri vetänyt. Mutta ukkosmyrskyn aikana salamapurkaukset aiheuttivat sähkömagneettisten aaltojen ilmaantumista. Tämä johti siihen, että putken sahanpurun resistanssi putosi ja rele aktivoitui yhdistäen sähkökellon, joka ilmoitti sähkömagneettisten aaltojen saapumisesta. Popovin salamanilmaisin mahdollisti radioaaltojen vastaanottamisen useiden kilometrien etäisyydeltä. A. S. Popovin raportti toukokuussa 1895 julkaistiin kokonaisuudessaan muutamaa kuukautta myöhemmin Journal of the Russian Physico-Chemical Society -lehden tammikuun numerossa otsikolla "Laite sähköisten värähtelyjen havaitsemiseen ja tallentamiseen". Tämä raportti julkaistiin sitten vuonna 1896 "Electricity"- ja "Meteorological Bulletin" -lehdessä. Lukuisten kokeiden tuloksena Popov suoritti 24. maaliskuuta 1896 maailman ensimmäisen radiolennätinlähetyksen. Hänen Physicochemical Societyn raporttiin liittyi salamanilmaisin, joka vastaanotti lennätinsignaaleja 250 metrin etäisyydeltä Lähetyksessä käytettiin lähetys- ja vastaanottoantenneja. Vuonna 1897 Popov loi yhteyden alusten "Afrikka" ja "Eurooppa" välille 5 km:n etäisyydellä. Ja syksyllä 1899 pelastaessaan kiviin törmännyt taistelulaiva Admiral General Apraksin, A. S. Popov loi jatkuvan radiolennätinyhteyden yli 46 km:n etäisyydelle. A. S. Popov ei julkaissut yksityiskohtaista raporttia kokeistaan. Venäjän sotilasosasto ehdotti tämän työn luokittelemista salaiseksi. Vuosi Popovin ensimmäisen raportin jälkeen ja kaksi kuukautta toisen raportin jälkeen, vuonna 1897, italialainen G. Marconi haki Englannissa patentin langattomille lennätyslaitteille. Kuvauksesta käy selvästi ilmi, että Marconin radiovastaanotin toisti erittäin tarkasti A. S. Popovin salamanilmaisimen. Vuonna 1897 Englantiin perustettiin erityinen osakeyhtiö hyödyntämään Marconin keksintöä. Popovin ja Marconin kohtalot osoittautuivat toisin. Vaikka Marconi, saatuaan taloudellista tukea, pystyi suorittamaan laajamittaista työtä radiolaitteiden parantamiseksi, A. S. Popov joutui työskentelemään erittäin vaikeissa olosuhteissa. Hänen nerokkaan keksintönsä parantamiseen osoitettiin vähän varoja, ja hänen työnsä tuloksia ei juuri käsitelty lehdistössä. Radiotekniikka, jonka perusta A. S. Popovin työ loi, alkoi kehittyä erityisen nopeasti ensimmäisen maailmansodan jälkeen, jolloin radioviestinnästä tuli tärkein viestintämuoto armeijassa ja laivastossa. Radiota käytettiin silloin laajasti siviilitarkoituksiin. Näillä tekniikan aloilla ei ollut tarkastelujaksolla suurta merkitystä, mutta merkityksettömästä roolistaan huolimatta ne olivat teknisen kehityksen huippua 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa. ja niistä tuli modernin aikakauden teknologisen kehityksen lähtökohtia.
Elektroniikka syntyi 1900-luvun alussa. sähködynamiikan perustan luomisen (1856–73), termionisen emission (1882–1901), fotoelektroniemission (1887–1905), röntgensäteilyn (1895–97), elektronin löytämisen (J. J. Thomson, 1897) ominaisuuksien tutkimisen jälkeen ), elektroniteorioiden luominen (1892-1909). Elektroniikan kehitys alkoi putkidiodin (J. A. Fleming, 1904), kolmielektrodisen putkitriodin (L. de Forest, 1906) keksimisellä; triodin käyttäminen sähköisten värähtelyjen tuottamiseen (saksalainen insinööri A. Meissner, 1913); tehokkaiden vesijäähdytteisten generaattoriputkien kehittäminen (M. A. Bonch-Bruevich, 1919–25) pitkän matkan radioviestintä- ja lähetysjärjestelmissä käytettäviä radiolähettimiä varten.
Tyhjiövalokennot (kokeellisen mallin loi A. G. Stoletov, 1888; teolliset mallit loivat saksalaiset tiedemiehet J. Elster ja G. Heitel, 1910); valoelektronikertoimet - yksivaiheinen (P. V. Timofejev, 1928) ja monivaiheinen (L. A. Kubetsky, 1930) - mahdollistivat äänielokuvan luomisen ja toimivat perustana lähetävien televisioputkien kehitykselle: vidicon (idea ehdotettiin vuonna 1925, A. A. Chernyshev), ikonoskooppi (S.I. Kataev ja hänestä riippumatta V.K. Zvorykin, 1931-32), superikonoskooppi (P.V. Timofejev, P.V. Shmakov, 1933), superorticon (kaksipuolinen kohde ehdotettiin sellaiselle putkelle Neuvostoliiton tiedemies G.V. Braude kuvaili ensimmäisen kerran amerikkalaiset tiedemiehet A. Rose, P. Weimer ja H. Low vuonna 1946) jne.
Moniontelomagnetronin (N.F. Alekseev ja D.E. Maljarov, M.A. Bonch-Bruevitšin johdolla, 1936–1937), heijastavan klystronin (N.D. Devyatkov ja muut, ja heistä riippumatta Neuvostoliiton insinööri V.F. Kovalenko, 1940) luominen tutkan kehittämisen perusta senttimetrin aallonpituusalueella; lentoklystronit (ajatuksen esitti vuonna 1932 D. A. Rozhansky, kehittivät vuonna 1935 Neuvostoliiton fyysikko A. N. Arsenjeva ja saksalainen fyysikko O. Heil, toteuttivat vuonna 1938 amerikkalaiset fyysikot R. ja Z. Varian ym.) ja liikkuvat aaltolamput (Yhdysvaltalainen tiedemies R. Kompfner, 1943) varmisti radioreleviestintäjärjestelmien, hiukkaskiihdyttimien jatkokehityksen ja osallistui avaruusviestintäjärjestelmien luomiseen. Samanaikaisesti tyhjiöelektroniikkalaitteiden kehittämisen kanssa luotiin ja parannettiin kaasupurkauslaitteita (ionilaitteita), esimerkiksi elohopeaventtiilejä, joita käytetään pääasiassa vaihtovirran muuntamiseen tasavirraksi tehokkaissa teollisuuslaitoksissa; tyratronit voimakkaiden sähkövirtapulssien tuottamiseen pulssiteknologialaitteissa; kaasupurkausvalonlähteet.
Kiteisten puolijohteiden käyttö radiovastaanottimien ilmaisimina (1900–05), kuprox- ja seleenivirtatasasuuntaajien ja valokennojen luominen (1920–1926), kristadiinin keksintö (O. V. Losev, 1922), transistorin keksintö ( W. Shockley, W. Brattain, J. Bardeen, 1948) määritteli puolijohdeelektroniikan muodostumisen ja kehityksen. Puolijohderakenteiden tasomaisen teknologian (50-luvun loppu - 60-luvun alku) ja menetelmien kehittäminen monien peruslaitteiden (transistorit, diodit, kondensaattorit, vastukset) integroimiseksi yhdelle yksikiteiselle puolijohdelevylle johti uuden suunnan luomiseen elektroniikassa - mikroelektroniikka(integroitu elektroniikka). Integroidun elektroniikan alan tärkeimmät kehityssuunnat tähtäävät integroitujen piirien luomiseen - mikr(vahvistimet, muuntimet, tietokoneprosessorit, elektroniset tallennuslaitteet jne.), jotka koostuvat sadoista ja tuhansista elektronisista laitteista, jotka on sijoitettu yhdelle puolijohdesirulle. pinta-ala useita mm 2. Mikroelektroniikka on avannut uusia mahdollisuuksia ratkaista ongelmat, kuten teknologisen prosessin ohjauksen automatisointi, tietojenkäsittely, tietokonetekniikan parantaminen jne., joita nykyaikaisen sosiaalisen tuotannon kehitys on tuonut esiin. Kvanttigeneraattoreiden (N.G. Basov, A.M. Prokhorov ja niistä riippumatta C. Townes, 1955) luominen - kvanttielektroniikan laitteet - määritti laadullisesti uusia elektroniikan mahdollisuuksia, jotka liittyvät optisen alueen voimakkaan koherentin säteilyn lähteiden (laserien) käyttöön. rakentaminen erittäin tarkat kvanttitaajuusstandardit.
Neuvostoliiton tutkijat antoivat suuren panoksen elektroniikan kehitykseen. Perustutkimuksen elektronisten laitteiden fysiikan ja tekniikan alalla suorittivat M. A. Bonch-Bruevich, L. I. Mandelstam, N. D. Papaleksi, S. A. Vekshinsky, A. A. Chernyshev, M. M. Bogoslovsky ja monet muut .; sähköisten värähtelyjen, säteilyn, radioaaltojen etenemisen ja vastaanoton herättämisen ja muuntamisen ongelmista, niiden vuorovaikutuksesta tyhjiössä, kaasuissa ja kiinteissä aineissa - B. A. Vvedensky, V. D. Kalmykov, A. L. Mints, A. A. Raspletin, M. V. Shuleikin ja muut; puolijohdefysiikan alalla - ; luminesenssi ja muut fyysisen optiikan alueet - S. I. Vavilov; kvanttiteoria valon sironnasta, säteilystä, valosähköisestä vaikutuksesta metalleissa - I. E. Tamm ja monet muut.
Elektroninen tiede ja teknologia
Elektroniikka perustuu moniin fysiikan haaroihin - sähködynamiikkaan, klassiseen ja kvanttimekaniikkaan, solid-state-fysiikkaan, optiikkaan, termodynamiikkaan sekä kemiaan, kristallografiaan ja muihin tieteisiin. Näiden ja useiden muiden osaamisalojen tuloksia hyödyntäen elektroniikka toisaalta asettaa uusia tehtäviä muille tieteille ja vauhdittaa siten niiden jatkokehitystä, toisaalta se luo uusia elektronisia instrumentteja ja laitteita ja varustaa siten tiedettä. laadullisesti uusilla tutkimusvälineillä ja -menetelmillä.
Elektroniikka on tiedettä menetelmistä luoda elektronisia instrumentteja ja laitteita, joissa tätä vuorovaikutusta käytetään sähkömagneettisen energian muuntamiseen. Yleisimmät sähkömagneettisen energian muunnostyypit ovat sähkömagneettisten värähtelyjen, joiden taajuus on enintään 10 12 Hz, sekä infrapuna-, näkyvä-, ultravioletti- ja röntgensäteilyn (10 12 - 10 20 Hz) synnyttäminen, vahvistaminen ja vastaanotto. . Muuntaminen tällaisille korkeille taajuuksille on mahdollista elektronin, pienimmän tällä hetkellä tunnetun varautuneen hiukkasen, poikkeuksellisen alhaisen inertian ansiosta. Elektroniikassa elektronien vuorovaikutuksia tutkitaan sekä elektroniikkalaitteen työtilassa olevien makrokenttien että atomin, molekyylin tai kidehilan sisällä olevien mikrokenttien kanssa.
Elektroniikkasovellukset: elektronisten instrumenttien ja laitteiden kehittäminen, jotka suorittavat erilaisia toimintoja tiedon muuntamis- ja siirtojärjestelmissä, ohjausjärjestelmissä, tietotekniikassa sekä energialaitteissa; elektroniikkalaitteiden tuotantoteknologian ja elektroniikka- ja ioniprosesseja ja -laitteita käyttävän tekniikan tieteellisten perusteiden kehittäminen eri tieteen ja tekniikan aloille.
Elektroniikalla oli johtava rooli tieteellisessä ja teknologisessa vallankumouksessa. Elektronisten laitteiden käyttöönotto ihmisen toiminnan eri aloilla on merkittävästi (usein ratkaisevasti) myötävaikuttanut monimutkaisten tieteellisten ja teknisten ongelmien menestykselliseen kehittämiseen, fyysisen ja henkisen työn tuottavuuden kasvuun sekä tuotannon taloudellisten indikaattoreiden paranemiseen. Elektroniikan saavutuksiin perustuen se kehittää, valmistaa elektroniikkalaitteita erityyppisiin viestintä-, automaatio-, televisio-, tutka-, tietotekniikka-, prosessinohjausjärjestelmiin, instrumenttien valmistukseen sekä valaistuslaitteita, infrapunatekniikkaa, röntgentekniikkaa ja monet muut.
Elektroniikka sisältää 3 tutkimusaluetta:
Jokainen alue on jaettu useisiin osiin ja useisiin suuntiin. Osio yhdistää homogeenisten fysikaalisten ja kemiallisten ilmiöiden ja prosessien komplekseja, jotka ovat erittäin tärkeitä monien tämän alan elektroniikkaluokkien kehitykselle. Ohje kattaa menetelmät elektronisten laitteiden suunnittelussa ja laskennassa, jotka liittyvät toimintaperiaatteiltaan tai niiden suorittamiin toimintoihin, sekä menetelmät näiden laitteiden valmistamiseksi. Elektroniikka on intensiivisessä kehitysvaiheessa, jolle on ominaista uusien alueiden syntyminen ja uusien suuntien luominen olemassa oleville alueille.
Elektroninen laitetekniikka . Elektroniikkalaitteiden suunnittelu ja valmistus perustuu materiaalien erilaisten ominaisuuksien sekä fysikaalisten ja kemiallisten prosessien yhdistelmään. Siksi on tarpeen syvällisesti ymmärtää käytetyt prosessit ja niiden vaikutus laitteiden ominaisuuksiin ja osata ohjata näitä prosesseja tarkasti. Fysikaalisen ja kemiallisen tutkimuksen ja tekniikan tieteellisten perusteiden kehittymisen poikkeuksellinen merkitys elektroniikassa johtuu ensinnäkin elektroniikkalaitteiden ominaisuuksien riippuvuudesta työstön pinnoille sorboituneiden materiaalien ja aineiden epäpuhtauksien esiintymisestä. laitteiden elementit sekä kaasun koostumus ja näitä elementtejä ympäröivän ympäristön harvinaisuusaste; toiseksi elektroniikkalaitteiden luotettavuuden ja kestävyyden riippuvuus käytettyjen lähdemateriaalien stabiiliudesta ja tekniikan hallittavuudesta. Tekniikan kehitys antaa usein sysäyksen uusien suuntausten kehittymiselle elektroniikassa. Kaikille elektroniikan osa-alueille yhteisiä teknologiapiirteitä ovat elektroniikkateollisuudessa asetetut poikkeuksellisen korkeat (muihin tekniikan aloihin verrattuna) vaatimukset käytettyjen raaka-aineiden ominaisuuksille; tuotteiden suojan taso saastumiselta tuotantoprosessin aikana; geometrinen tarkkuus elektronisten laitteiden valmistuksessa. Ensimmäisen näistä vaatimuksista täyttäminen liittyy monien erittäin puhtaiden ja täydellisen rakenteen omaavien materiaalien luomiseen, joilla on ennalta määrätyt fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet - yksittäisten kiteiden erikoisseokset, keramiikka, lasit jne. Tällaisten materiaalien luominen ja niiden ominaisuuksien tutkiminen on erityisen tieteellisen ja teknisen tieteenalan – elektronisen materiaalitieteen – aihe. Yksi kiireellisimmistä toisen vaatimuksen täyttämiseen liittyvistä teknologisista ongelmista on kamppailu sen kaasuympäristön pölypitoisuuden vähentämiseksi, jossa tärkeimmät teknologiset prosessit tapahtuvat. Joissakin tapauksissa sallittu pölypitoisuus on enintään kolme alle 1 mikronin kokoista pölyhiettä 1 m3 kohti. Geometrisen tarkkuuden vaatimusten tiukkuudesta elektroniikkalaitteiden valmistuksessa todistavat esimerkiksi seuraavat luvut: joissakin tapauksissa suhteellinen mittavirhe ei saa ylittää 0,001 %; Integroitujen piirielementtien mittojen ja suhteellisten paikkojen absoluuttinen tarkkuus saavuttaa mikronin sadasosat. Tämä edellyttää uusien, kehittyneempien materiaalien käsittelymenetelmien, uusien keinojen ja valvontamenetelmien luomista. Elektroniikassa teknologialle on ominaista uusimpien menetelmien ja keinojen laajan käytön tarve: elektronisuihku, ultraääni- ja laserkäsittely ja hitsaus, fotolitografia, elektroni- ja röntgenlitografia, sähkökipinöiden käsittely, ioni-istutus, plasmakemia, molekyyliepitaksi, elektronimikroskopia, tyhjiölaitteistot, jotka tuottavat jäännöspainekaasuja 10-13 mm Hg asti. Taide. Monien teknisten prosessien monimutkaisuus edellyttää subjektiivisen ihmisen vaikutuksen poissulkemista prosessiin, mikä tekee elektronisten laitteiden tuotannon automatisoinnin tietokoneiden avulla kiireellisestä ongelmasta. Nämä ja muut elektroniikan tekniikan erityispiirteet johtivat tarpeeseen luoda koneenrakennuksessa uusi suunta - elektroniikkatekniikka.
Elektroniikan kehitysnäkymät. Yksi suurimmista elektroniikan ongelmista liittyi vaatimukseen lisätä laskenta- ja elektroniikkajärjestelmien käsittelemän tiedon määrää ja samalla vähentää niiden kokoa ja energiankulutusta. Tämä ongelma ratkaistiin luomalla integroituja puolijohdepiirejä, jotka tarjoavat jopa 10 -11 sekuntia kytkentäajat; lisäämällä yhden sirun integrointiastetta yli miljoonan transistorin, joiden mitat ovat alle 1 mikronin, integrointiastetta; optisten viestintälaitteiden ja optoelektronisten muuntimien, suprajohteiden käyttö integroiduissa piireissä; tallennuslaitteiden kehittäminen, joiden kapasiteetti on useita gigabittejä yhdellä sirulla; laser- ja elektronisuihkukytkennän sovellukset; integroitujen piirien toiminnallisuuden laajentaminen; siirtyminen kaksiulotteisesta (taso) integroidusta piiritekniikasta kolmiulotteiseen (volumetriseen) ja kiinteän aineen eri ominaisuuksien yhdistelmän käyttö yhdessä laitteessa; stereoskooppisen television periaatteiden ja keinojen kehittäminen ja toteuttaminen, sillä siinä on enemmän informaatiosisältöä kuin perinteisessä televisiossa; millimetri- ja submillimetriaaltojen alueella toimivien elektronisten laitteiden luominen laajakaistaisiin (tehokkaampiin) tiedonsiirtojärjestelmiin sekä laitteiden luominen optisiin viestintälinjoihin; tehokkaiden, tehokkaiden mikroaalto- ja laserlaitteiden kehittäminen energeettiseen vaikutukseen aineeseen ja suunnattuihin energiansiirtoihin (esimerkiksi avaruudesta). Yksi elektroniikan kehityksen suuntauksista on sen menetelmien ja keinojen tunkeutuminen biologiaan (elävän organismin solujen ja rakenteen tutkimiseen ja siihen vaikuttamiseen) ja lääketieteeseen (diagnostiikkaan, terapiaan, kirurgiaan). Elektroniikan kehittyessä ja elektroniikkalaitteiden tuotantotekniikan kehittyessä elektroniikan saavutusten käyttöalueet kaikilla elämän ja toiminnan osa-alueilla laajenevat ja elektroniikan rooli tieteellisen ja teknologisen kehityksen kiihdyttäjänä kasvaa.
Suositeltavaa luettavaa
Alferov A.V., Reznik I.S., Shorin V.G., Orgatekhnika, M., 1973.
Vlasov V.F., Elektroniset ja ionilaitteet, 3. painos, M., 1960;
Kushmanov I.V., Vasiliev N.N., Leontyev A.G., Elektroniset laitteet, M., 1973.
Kun he puhuvat elektroniikkatekniikasta, mielikuvitus loihtii esiin kuvia kauniista, kätevistä asennuksista ja laitteista, joita käsittelemme jokapäiväisessä elämässä. Itse asiassa on vaikea kuvitella aikaa, jolloin ei ollut erilaisia ääni- ja videolaitteita, tietokoneita, elektronisia kelloja, sähköisiä soittimia jne. Valtava määrä elektronisia laitteita käytetään eri teollisuudenaloilla, radiotekniikassa, maataloudessa, ilmailussa, astronautiikassa , lääketiede ja navigointi sekä sotilaallinen kehitys.
Tällä hetkellä elektroniikkatekniikalla tarkoitetaan myös elektronivirtoihin ja niiden vuorovaikutukseen aineen ja sähkömagneettisten kenttien kanssa perustuvia instrumentteja ja laitteita.
Elektroniset laitteet perustuvat elektronisiin laitteisiin.
Elektroniset laitteet ovat alkeellisia elektronisia laitteita, jotka suorittavat tiettyjä toimintoja. On tyhjiö- ja solid-state-elektroniikkalaitteita.
Tyhjiöelektroniikkalaitteita ovat elektroniputket, katodisädeputket ja muut sähköiset tyhjiö- ja kaasupurkauslaitteet (magnetronit, valomonistimet, elektronioptiset muuntimet jne.).
Puolijohdelaitteita ja -laitteita ovat puolijohdediodit, transistorit, tyristorit, LEDit, valodiodit, puolijohdelaserit, integroidut piirit, laitteet sähkövirran ja jännitepulssien tuottamiseen jne.
Elektronisella tekniikalla tarkoitetaan myös erilaisia elektroniikkalaitteita, jotka liittyvät elektronisten alkeislaitteiden käyttöön, aina yksinkertaisista vahvistimista monimutkaisiin tietokoneisiin. Erityinen paikka on elektronisilla laitteilla, jotka liittyvät radiosignaalien muodostukseen, tunnistamiseen ja muuntamiseen. Radioelektroniikka opiskelee ja kuvaa niitä.
Tunnusomaista on elektroniikan ala, johon kuuluvat pulssilaitteet sekä digitaali- ja laskentatekniikkaan liittyvät elektroniset laitteet.
Erityisiä ovat myös elektroniikan osat, joissa käsitellään fysikaalisten ilmiöiden tutkimusmenetelmiä, elektronisten laitteiden fysikaalisten suureiden, ominaisuuksien ja parametrien mittauksia sekä niihin liittyviä sähköpiirejä ja sähkömagneettisia kenttiä. Sähköpiireissä ja laitteissa esiintyviä parametreja ja prosesseja mittaavia laitteita kutsutaan elektronisiksi mittauslaitteiksi.
Kaikki tämä antaa aihetta tehdä johtopäätöksiä. että: "Elektroniikka (elektroniikka) on tieteen ja teknologian ala, joka liittyy fysikaalisten ominaisuuksien, tutkimusmenetelmien ja elektronien vuorovaikutukseen sähkö- ja magneettikenttien vuorovaikutukseen tyhjiössä tai kiinteässä kappaleessa perustuvien laitteiden käytön tutkimukseen ja toteuttamiseen. "
Elektroniikkalaitteiden elementit ovat teollisesti valmistettuja elektronisia laitteita ja laitteita, jotka suorittavat tiettyjä toimintoja. Elektroniikkatekniikan elementit ovat kuin rakennuspalikoita, joista rakennetaan monimutkaisempia elektronisia laitteita. Elektroniikkalaitteiden perus- tai peruselementit ovat vastukset, kondensaattorit, diodit, transistorit, mikropiirit jne.
Elektroniikkalaitteiden aktiivisia elementtejä (LEDit, laserit, optoerottimet, ohjausmikropiirit) kutsutaan myös elektronisiksi elementeiksi, mikä korostaa niiden kykyä suorittaa tiettyjä toimintoja.
Elektroniikkalaitteiden elementtikanta on tärkein elektronisten elementtien joukko, jota käytetään monimutkaisten elektronisten laitteiden teollisessa tuotannossa tässä historiallisessa vaiheessa.
Analoginen elektroniikka on elektronista tekniikkaa, joka toimii jatkuvilla signaaleilla (jatkuvasti vaihtelevilla jännitteillä ja virroilla). Analogisia elektroniikkalaitteita ovat muun muassa vahvistimet, sekoittimet, taajuusmuuttajat, suodattimet, jännite-, virta-, taajuuden stabilaattorit sekä harmoniset värähtelygeneraattorit.
Pulssielektroniikka on elektronista tekniikkaa, joka toimii pulssisignaalien (yksittäisten jännite- ja virtapulssien tai pulssijaksojen) kanssa. Esimerkkejä pulssilaitteista ovat pulssivahvistimet ja -generaattorit, jännite-taajuusmuuntimet jne.
Digitaalinen elektroniikka on elektroniikkatekniikkaa, joka toimii yksittäisillä (erillisillä) jännitearvoilla (virrat, taajuudet), jotka esitetään numeroina. Digitaaliset elektroniikkalaitteet sisältävät loogisia laitteita, jotka toimivat 0- ja 1-signaaleilla, analogia-digitaali- ja digitaali-analogiamuuntimet, mikroprosessorit, henkilökohtaiset tietokoneet ja monimutkaiset laskentalaitteet. Digitaalinen elektroniikka liittyy läheisesti pulssiteknologiaan, koska siinä signaalit välitetään pulssijonossa.
Koko elektronisten laitteiden valikoima riippuu käytetystä elementtikannasta, jonka kehittäminen on omistettu monien tutkijoiden töille, heidän tutkimukselleen ja keksinnöilleen. Elektroniikkatekniikan kehityspolku voidaan jakaa useisiin vaiheisiin, jotka alkavat sähkön löytämisestä ja sen jatkotutkimuksesta.
Tämän työn tarkoituksena on jäljittää tätä polkua tarkemmin, tutustua elektronisten laitteiden ja instrumenttien toiminnan perusteisiin, niiden esiintymiseen eri aikakausien tiedemiesten ja fyysikkojen erilaisten sähkön ja ilmiöiden ominaisuuksien tutkimisen prosessissa.
Thesaurus tieteenalalle "Elektroninen suunnittelu"
Elektroniikka on tieteen ja teknologian ala, joka kattaa elektronisten instrumenttien ja laitteiden tutkimuksen, suunnittelun, valmistuksen ja soveltamisen ongelmat.
Elektroniset laitteet ovat laitteita, joissa sähkönjohtavuus suoritetaan varautuneiden hiukkasten (ē tai ionien) kautta puolijohdekiteessä, tyhjiössä tai kaasumaisessa ympäristössä.
Elektronien erityisiä energia-arvoja kutsutaan energiatasot .
Kovalenttisten sidosten katkeamista ja parillisten varauksenkuljettajien (elektroni-aukko) muodostumista, kun ne altistetaan puolijohteen energialähteille, kutsutaan sukupolvi .
Ionisaatio on prosessi elektronien poistamiseksi atomista tai elektronin lisäämisestä atomiin.
Prosessia, jossa katkenneet kovalenttiset sidokset täytetään elektroneilla, kutsutaan rekombinaatio .
Jos kiteen kohdistuu ulkoinen sähkökenttä, elektronien ja reikien liike suuntautuu, eli sisäinen johtavuus .
Puolijohteita, joiden sähkönjohtavuus johtuu positiivisten varausten liikkeestä, kutsutaan reikä (p-tyypin puolijohteet) ja epäpuhtaudet - tunnustaja .
Puolijohteita, joiden sähkönjohtavuus johtuu negatiivisten varausten liikkeestä, kutsutaan elektroninen (n-tyypin puolijohteet) ja epäpuhtaudet - luovuttaja .
Varauksenkuljettajien suunnattua liikettä sähkökenttävoimien vaikutuksesta kutsutaan ajelehtia , ja tämän ilmiön aiheuttama virta on ajelehtia .
Varauksenkuljettajien suunnattua liikettä korkeamman pitoisuuden omaavasta kerroksesta kerrokseen, jossa niiden pitoisuus on pienempi, kutsutaan diffuusio , ja tämän ilmiön aiheuttama virta on diffuusio .
Elektroni-reikä siirtymä (pn-liitos) on ohut siirtymäkerros puolijohdemateriaalissa kahden erityyppisen sähkönjohtavuuden omaavan alueen rajalla.
p-n-liitoksen sisällyttämistä sähköpiiriin, kun virtalähteen plus on kytketty alueeseen p ja miinus alueeseen n, kutsutaan suoraan .
Käynnistystä, jossa virtalähteen miinus on kytketty alueeseen p ja plus alueeseen n, kutsutaan käänteinen .
Puolijohdediodi - tämä on laite, jonka toimintaperiaate perustuu p-n-liitoksen yksisuuntaiseen johtavuuteen.
Pulssidiodi kutsutaan puolijohdediodiksi, jolla on lyhyt transienttiprosessien kesto ja joka on suunniteltu toimimaan pulssitilassa.
Zener diodi - Tämä on puolijohdediodi, jonka jännite riippuu hieman ohitusvirrasta.
Varicap on puolijohdediodi, jonka toiminta perustuu sulkukapasitanssin käyttöön käänteisjännitteellä.
Tunneli diodi – tunnelidiodi on diodi, jonka toimintaperiaate perustuu tunneliefektiin.
Hajota s - n -siirtyminen – tämä on ilmiö, jossa käänteisvirta risteyksessä kasvaa voimakkaasti, kun käänteisjännite saavuttaa kriittisen arvon.
Lumivyöryn rikkoutuminen on risteyksen sähköinen rikkoutuminen, jonka aiheuttaa varauksenkuljettajien lisääntyminen voimakkaan sähkökentän vaikutuksesta käänteisen esijännityksen alaisena.
Terminen hajoaminen - tämä on hajoaminen, joka johtuu epätasapainosta hajaantuneen lämmön ja virran aikana vapautuvan lämmön välillä.
Bipolaarinen transistori kutsutaan puolijohdelaitteeksi, jossa on kaksi vuorovaikutuksessa olevaa p-n-liitosta ja kolme terminaalia.
Kenttäefektitransistori on puolijohdelaite, jossa käyttövirta määräytyy ohjauselektrodiin syötetyn jännitteen mukaan.
Varauksenkuljettajien käyttöönotto p-n:n kautta - siirtyminen alueelta, jossa ne olivat enemmistö, alueelle, jossa he eivät ole enemmistöä, potentiaaliesteen pienenemisen vuoksi, kutsutaan ns. injektio .
Prosessi, jossa p-n-liitoksen sähkökentällä vangitaan vähemmistövarauksen kantajat ja siirretään ne käänteisellä jännitteellä p-n-liitoksen kautta alueelle, jolla on päinvastainen sähkönjohtavuus, kutsutaan ns. uuttaminen .
Tyristori on puolijohdelaite, jossa on kolme tai useampia p-n-liitoksia, jotka voivat nopeasti vaihtaa suljetusta tilasta avoimeen tilaan ja päinvastoin.
Valoelektroninen laite on elektroninen laite, joka on suunniteltu muuttamaan optisen säteilyn energia sähköenergiaksi.
Valon vaikutusta aineen sähköisiin ominaisuuksiin kutsutaan valosähköinen ilmiö
Valoelektroniemissio on elektronien emissio aineen pinnalta tulevan valon energian vaikutuksesta ( ulkoinen valosähköinen efekti ).
Aurinkosähköefekti – tämä on potentiaalieron ilmaantuminen p-n-liitokseen tulevan valon vaikutuksesta photoemf
Valovastus kutsutaan valoelektroniseksi laitteeksi, jonka toiminta perustuu puolijohteen resistiivisyyden pienenemiseen valon tai näkymätön säteilyn (infrapuna tai ultravioletti) vaikutuksesta.
Valodiodi kutsutaan puolijohdediodiksi, jonka käänteisvirta riippuu p-n-liitoksen valaistuksesta (jonka virtaa ohjaa valovirta).
Valotransistori kutsutaan aurinkosähkösäteilyn vastaanottimeksi kahdella p-n-liitoksella, joka on suunniteltu muuttamaan säteilyvuo sähköisiksi signaaleiksi.
valodiodi (LED) – Tämä on puolijohdelaite, jossa on yksi p-n-liitos, jossa sähköenergian suora muuntaminen optiseksi säteilyenergiaksi suoritetaan.
Tasasuuntaajat ovat laitteita, joissa vaihtovirta muunnetaan tasa- tai sykkiväksi virraksi yhteen suuntaan.
Bolometri – Tämä on termistori, joka on suunniteltu osoittamaan ja mittaamaan sähkömagneettisen säteilyn energiaa optisella tai infrapunataajuusalueella.
Varistori on puolijohdevastus, jolla on symmetrinen epälineaarinen virta-jännite-ominaisuus.
Termistori (termistori) on puolijohteinen lämpölaite, joka pystyy muuttamaan sähkövastusta, kun sen lämpötila muuttuu.
posistor on puolijohdevastus, jolla on positiivinen lämpötilavastus.
Metallin sisällä olevan elektronin maksimienergiaa absoluuttisessa nollalämpötilassa kutsutaan Fermin taso.
Lisäenergiaa, joka tarvitaan elektronin pakenemiseen tyhjiöön, kutsutaan työtoiminto.
Elektroninen putki kutsutaan laitteeksi, jossa johtuminen tapahtuu elektronien liikkeen kautta tyhjiöön sijoitettujen elektrodien välillä.
Sähkötyhjiödiodi - Se on kaksielektrodinen tyhjiöputki, joka on suunniteltu tasasuuntaamaan vaihtovirtaa.
Sähkötyhjiötriodi jota kutsutaan kolmen elektrodin lampuksi, joka on suunniteltu vahvistamaan ja tuottamaan vaihtovirtoja ja -jännitteitä.
Ilmiötä, jossa anodista pakenevat sekundääriset elektronit siirtyvät seulontaverkkoon, jolla on suurempi potentiaali, on ns. dynatronin vaikutus.
Ioniset laitteet – Nämä ovat laitteita, joiden sähkönjohtavuus johtuu elektroneista ja ioneista, jotka syntyvät sähköpurkauksen aikana kaasumaisessa ympäristössä.
Joukkoa ilmiöitä, joita esiintyy kaasussa tai elohopeahöyryssä, kun sähkövirta kulkee niiden läpi, kutsutaan sähköpurkaus kaasussa.
Neon lamput Ne ovat kaksielektrodisia laitteita, joissa on poikkeava hehkupurkaus, ja niitä käytetään osoittamaan jännite tai suurtaajuinen sähkömagneettinen kenttä.
Katodisädeputket (CRT) Niitä kutsutaan sähkötyhjölaitteiksi, joissa sähkö- tai magneettikenttien ohjaamaa elektronivirtaa, joka on muodostettu elektronisäteeksi, käytetään muuntamaan sähköiset signaalit valoksi.
Vahvistin on elektronisiin aktiivisiin elementteihin (lamput, transistorit jne.) rakennettu laite, joka muuntaa virtalähteistä tulevan sähkön vahvistetun signaalin sähköisiksi värähtelyiksi.
Vahvistin on radiolaite, joka vahvistaa sen tuloon syötetyn sähköisen signaalin tehoa, jännitettä tai virtaa.
Vahvistin on laite, joka muuntaa pienitehoiset sähkövärähtelyt sisääntulossa suuritehoisiksi sähköisiksi värähtelyiksi lähdössä.
Vahvistin vaihe - tämä (vahvistimen rakenteellinen linkki) on vahvistinelementti yhdessä muiden passiivisten elementtien kanssa, jotka tarjoavat tarvittavan toimintatavan ja viestinnän signaalilähteen ja kuorman kanssa.
Kutsutaan nimellistulojännitettä, jolla vahvistin antaa tietyn lähtötehon kuormaan vahvistimen herkkyys.
Palaute - Tämä on vahvistimen lähtövärähtelyjen siirtoa sen tuloon.
Dynaaminen amplitudialue on vahvimman ja heikoimman signaalin amplitudien suhde vahvistimen lähdössä.
Saada kutsutaan lähtöparametrin suhteeksi tuloparametriin.
Elektroninen generaattori on laite, joka muuntaa tasavirtalähteen sähköenergian tietyn muodon, tehon ja taajuuden omaavien vaimentamattomien sähköisten värähtelyjen energiaksi.
Itsevärähtelytilassa toimivaa generaattoria kutsutaan yleensä autogeneraattori .
Autogeneraattori – Tämä on vahva positiivisen palautteen vahvistin.
Autogeneraattori on elektroninen generaattori, jonka toimintaperiaate perustuu värähtelyohjaimen käyttämän energian automaattiseen täydentämiseen.
Erottava nimeltään ketju , jossa lähtöjännite on verrannollinen tulon derivaatan kanssa.
Integrointi nimeltään ketju, jonka lähtöjännite on verrannollinen tulon integraaliin.
Impulssi kutsutaan laitteeksi, joka toimii katkonaisessa, pulssitilassa.
Pulssisignaali on lyhytaikainen muutos virrassa tai jännitteessä.
Videopulssi – tämä on jatkuvan polariteetin lyhytaikainen muutos virrassa tai jännitteessä.
Radiopulssi – tämä on lyhytaikainen sinimuotoisen virran tai jännitteen muutos, jonka verhokäyrä seuraa videopulssien muotoa.
Pulssigeneraattorit kutsutaan laitteiksi, jotka tuottavat sähköisiä pulssisignaaleja.
Laukaista on pulssipiiri, jossa on kaksi vakaan tasapainon sähköistä tilaa ja joka on suunniteltu tuottamaan suorakaiteen muotoisia pulsseja.
Laukaista - Tämä on kytkinlaite, joka säilyttää toisen kahdesta vakaan tasapainon tilasta minkä tahansa ajan ja vaihtaa äkillisesti tilasta toiseen ulkopuolelta tulevan signaalin perusteella.
Multivibraattori on relaksaatioitse oskillaattori suorakaiteen muotoisella lähtövärähtelyllä.
Multivibraattori – on ei-sinimuotoisten värähtelyjen generaattori, joka on muodoltaan lähellä suorakaiteen muotoista.
Yksi laukaus on generaattori, joka toimii valmiustilassa ja tuottaa yhden pulssin.
Schmittin laukaisin on epäsymmetrinen liipaisin (emitterikytkennällä), jota käytetään tuottamaan suorakaiteen muotoisia pulsseja sinimuotoisista signaaleista ja muista jaksollisista signaaleista, jotka eivät ole suorakaiteen muotoisia.
Estävä generaattori on relaksaatiogeneraattori muuntajan takaisinkytkennällä, joka tuottaa lyhytaikaisia sähköimpulsseja
Estävä generaattori – itsevärähtelevä järjestelmä, joka tuottaa lyhytaikaisia suorakaiteen muotoisia pulsseja korkealla käyttöjaksolla.
Looginen elementti – tämä on elementti, jossa lähtösignaali on kytketty tuloon loogisen algebran lain mukaisesti.
Mikroelektroniikka on moderni elektroniikan alue, joka kattaa mikroelektronisten laitteiden kehittämiseen, tutkimukseen, valmistukseen ja soveltamiseen liittyvät ongelmat.
IC – suorittaa tietyn signaalin muunnostoiminnon ja edustaa yhtä kokonaisuutta valmistuksen, pakkaamisen, kuljetuksen ja käytön kannalta.
Integraation aste on IC:n monimutkaisuuden indikaattori, joka määräytyy sen sisältämien elementtien ja komponenttien lukumäärän mukaan.
Kristalli Puolijohdetekniikassa on tapana kutsua valmiita puolijohdelaitteita (transistori, diodi) tai mikropiiriä ilman ulkoisia johtoja.
IC-elementti Sitä on tapana kutsua osaksi, joka suorittaa minkä tahansa elementin (transistori, diodi, vastus) tehtävää ja jota ei voida erottaa IC:stä itsenäisenä tuotteena.
IC-komponentti - tämä on osa mikropiiriä, joka suorittaa minkä tahansa sähköisen radioelementin tehtävän ja voidaan erottaa IC:stä itsenäisenä tuotteena.
Pakkaustiheys on elementtien (yleensä transistorien) lukumäärä kiteen pinta- tai tilavuusyksikköä kohti.
IC:n sisältämien elementtien ja komponenttien kokonaismäärää kutsutaan integraation tasoa .
Aktiivinen elementti kutsutaan elementiksi, jolla on ominaisuus muuntaa sähköenergiaa - tasasuuntaa, vahvistaa, tuottaa, ohjata.
Analogiset (lineaariset) IC:t on suunniteltu muuntamaan ja käsittelemään signaaleja, jotka vaihtelevat jatkuvan funktion lain mukaan.
Digitaaliset IC:t on suunniteltu muuntamaan ja käsittelemään signaaleja, jotka vaihtelevat diskreetin funktion lain mukaan.
