Elektronika

Az elektronika az elektronok áramlásának irányításával foglalkozik. Olyan alkatrészekből álló áramkörökkel foglalkozik, amelyek az elektromosság áramlását szabályozzák. Az elektronika a fizika és az elektrotechnika része.

Az olyan elektromos alkatrészek, mint a tranzisztorok és a relék kapcsolóként működhetnek. Ez lehetővé teszi, hogy elektromos áramköröket használjunk információ feldolgozására és nagy távolságok közötti információátvitelre. Az áramkörök egy gyenge jelet (például suttogást) is képesek felfogni és felerősíteni (hangosabbá tenni).

A legtöbb elektronikus rendszer két kategóriába sorolható:

Az információk feldolgozása és terjesztése. Ezeket nevezzük kommunikációs rendszereknek.
Az energia átalakítása és elosztása. Ezeket vezérlőrendszereknek nevezzük.

Az elektronikus rendszereket három részre lehet bontani:

Bemenetek - Elektromos vagy mechanikus érzékelők, amelyek jeleket vesznek fel a fizikai világból (hőmérséklet, nyomás stb. formájában), és azokat elektromos áram- és feszültségjelekké alakítják.
Jelfeldolgozó áramkörök - Ezek a jelekben lévő információk manipulálására, értelmezésére és átalakítására összekapcsolt elektronikus alkatrészekből állnak.
Kimenetek - működtetők vagy más eszközök, amelyek az áram- és feszültségjeleket visszaalakítják ember által olvasható információvá.

A televízió készülék bemenete például egy antennáról, vagy kábeltelevízió esetén egy kábelről érkező sugárzott jel.

A televíziókészülékben lévő jelfeldolgozó áramkörök a fogadott jelben lévő fényerő-, szín- és hanginformációkat használják fel a televíziókészülék kimeneti eszközeinek vezérlésére. A kijelző kimeneti eszköze lehet katódsugárcső (CRT), plazma- vagy folyadékkristályos képernyő. A hangkimeneti eszköz lehet egy mágneses meghajtású hangszóró. A kijelző kimeneti eszközök a jelfeldolgozó áramkörök fényerő- és színinformációit alakítják át a képernyőn megjelenő látható képpé. A hangkimeneti eszköz a feldolgozott hanginformációkat a hallgatók által hallható hangokká alakítja.

Egy áramkör/hálózat elemzése magában foglalja a bemenet és a jelfeldolgozó áramkör ismeretét, valamint a kimenet megállapítását. A bemenet és a kimenet ismerete és a jelfeldolgozó rész kitalálása vagy megtervezése az úgynevezett szintézis.

Nyomtatott áramköri lap.

Történelem

Az emberek már i. e. 600-ban elkezdtek kísérletezni az elektromossággal, amikor a milétoszi Thalész felfedezte, hogy a borostyán szőrzetének borostyánhoz való dörzsölése vonzza egymást.

Az 1900-as évektől kezdve az eszközök üveg- vagy fémvákuumcsöveket használtak az áramáramlás szabályozására. Ezekkel az alkatrészekkel kis teljesítményű feszültséggel lehet egy másikat megváltoztatni. Ez forradalmasította a rádiózást, és lehetővé tette más találmányokat is.

Az 1960-as években és az 1970-es évek elején a tranzisztorok és a félvezetők kezdték felváltani a vákuumcsöveket. A tranzisztorokat sokkal kisebbre lehet gyártani, mint a vákuumcsöveket, és kevesebb energiával tudnak működni.

Körülbelül ugyanebben az időben kezdték általánosan használni az integrált áramköröket (áramkörök, amelyek nagyon vékony szilíciumszeletre helyezett, nagyszámú, nagyon kicsi tranzisztort tartalmaznak). Az integrált áramkörök lehetővé tették az elektronikai termékek előállításához szükséges alkatrészek számának csökkentését, és általában véve sokkal olcsóbbá tették a termékeket.

Analóg áramkörök

Az analóg áramköröket olyan jelek esetén használják, amelyek amplitúdótartományban vannak. Az analóg áramkörök általában a jelek amplitúdóját mérik vagy szabályozzák. Az elektronika kezdeti időszakában minden elektronikus eszköz analóg áramköröket használt. Az analóg áramkörök frekvenciáját gyakran mérik vagy szabályozzák az analóg jelfeldolgozásban. Bár egyre több digitális áramkör készül, analóg áramkörökre mindig szükség lesz, mivel a világ és az emberek analóg módon működnek.

Impulzus áramkörök

Az impulzusáramköröket olyan jelekhez használják, amelyek gyors energiaimpulzusokat igényelnek. Például a repülőgépek és a földi radarberendezések impulzusáramkörökkel működnek, amelyek a radaradókból nagy teljesítményű rádióenergia-impulzusokat hoznak létre és küldenek. Speciális antennákat (amelyeket alakjuk miatt "sugár-" vagy "tányérantennáknak" neveznek) használnak a nagy teljesítményű impulzusok küldésére ("továbbítására") a sugár- vagy tányérantenna irányába.

A radaradó impulzusai vagy rádióenergia-impulzusai kemény és fémes tárgyakról ütköznek és visszaverődnek (visszaverődnek). A kemény tárgyak olyan dolgok, mint az épületek, dombok és hegyek. A fémtárgyak közé tartozik minden, ami fémből készült, például repülőgépek, hidak, vagy akár az űrben lévő tárgyak, például műholdak. A visszavert radaronergiát a radarimpulzus-vevők érzékelik, amelyek impulzus és digitális áramköröket használnak. A radarimpulzus-vevők impulzus és digitális áramköreit arra használják, hogy megmutassák a radaradó nagy teljesítményű impulzusait visszavert objektumok helyét és távolságát.

A radaradó által kibocsátott gyors impulzusok gyakoriságának (az adó "impulzus időzítésének") és a visszavert impulzusok energiájának a radarvevőhöz való visszajutási idejének a szabályozásával nemcsak azt lehet megmondani, hogy hol vannak a tárgyak, hanem azt is, hogy milyen messze vannak. A radarvevő digitális áramkörei az energiaimpulzusok közötti időintervallum ismeretében számítják ki az objektum távolságát. A radarvevő digitális áramkörei azt számolják, hogy az impulzusok között mennyi idő telik el, amíg a radarvevő érzékeli a tárgy visszavert energiáját. Mivel a radarimpulzusokat megközelítőleg a fénysebességgel küldik és fogadják, a tárgy távolsága könnyen kiszámítható. Ez a digitális áramkörökben úgy történik, hogy a fénysebességet megszorozzuk a tárgyról visszavert radaronergia fogadásához szükséges idővel.

Az impulzusok közötti idő (gyakran "impulzussebesség-idő" vagy PRT) határozza meg, hogy milyen messziről érzékelhető egy tárgy. Ezt a távolságot nevezzük a radaradó és -vevő "hatótávolságának". A radaradók és -vevők hosszú PRT-időket használnak a messze lévő objektumok távolságának meghatározására. A hosszú PRT lehetővé teszi például a Hold távolságának pontos meghatározását. A gyors PRT-ket a sokkal közelebbi objektumok, például a tengeren lévő hajók, a magasan repülő repülő repülőgépek, vagy az autópályákon gyorsan haladó autók sebességének meghatározására használják.

Digitális áramkörök

A digitális áramköröket olyan jeleknél használják, amelyek csak be- és kikapcsolnak, ahelyett, hogy gyakran a be- és kikapcsolás közötti szinteken működnének. A digitális áramkörökben az aktív komponensek jellemzően egy jelszinttel rendelkeznek, amikor be vannak kapcsolva, és egy másik jelszinttel, amikor ki vannak kapcsolva. Általában a digitális áramkörökben egy komponens csak be- és kikapcsol.

A számítógépek és az elektronikus órák olyan elektronikus eszközök, amelyek többnyire digitális áramkörökből állnak.

Alapvető blokkok:

Logikai kapuk
Flip-flopok
Számlák

Komplex eszközök:

Fél összeadó, digitális áramkör ábrája

Kapcsolódó oldalak

Elektromérnökök és Elektronikai Mérnökök Intézete
Villamosenergia

Kérdések és válaszok

K: Mi az elektronika?

V: Az elektronika az elektromosság (az elektronok áramlása) tanulmányozása, és annak felhasználása olyan dolgok építésére, mint a számítógépek. Hasznos dolgok elvégzéséhez alkatrészekből és összekötő vezetékekből készített áramköröket használ.

K: Milyen tudomány áll az elektronika hátterében?

V: Az elektronika mögött álló tudomány a fizika tanulmányozásából származik, és az elektrotechnika területén keresztül a valós életben is alkalmazzák.

K: Milyen példák vannak az elektronikus alkatrészekre?

V: Az elektronikus alkatrészek közé tartoznak például a tranzisztorok, biztosítékok, megszakítók, elemek, motorok, transzformátorok, LED-ek és izzók.

K: Hogyan lehet egy elektronikus rendszert részekre bontani?

V: Egy elektronikus rendszer három részre bontható: bemenetekre, jelfeldolgozó áramkörökre és kimenetekre. A bemenetek elektromos vagy mechanikus érzékelők, amelyek jeleket vesznek fel a fizikai világból, és azokat elektromos áram- és feszültségjelekké alakítják. A jelfeldolgozó áramkörök olyan elektronikus alkatrészekből állnak, amelyek a jelekben lévő információk manipulálására, értelmezésére és átalakítására vannak összekapcsolva. A kimenetek olyan működtetők vagy más eszközök, amelyek az áram- és feszültségjeleket visszaalakítják ember által olvasható információvá.

K: Hogyan működik egy televízió?

V: A televíziókészülék bemenete az antennáról vagy kábeltelevízió esetén a kábeltelevízióról érkező sugárzott jel. A televíziókészülékben lévő jelfeldolgozó áramkörök a fogadott jelben lévő fényerő-, szín- és hanginformációkat használják fel a kimeneti eszközök, például a katódsugárcsöves (CRT), plazma- vagy folyadékkristályos kijelző képernyőjének vezérlésére; a mágneses meghajtású hangszóró hangkimeneti eszközének vezérlésére; stb., amelyek ezeket a jeleket a képernyőn megjelenő látható képpé, illetve a hallgató által hallható hanggá alakítják.

K: Mi az áramkör/hálózat elemzése?

V: Egy áramkör/hálózat elemzése magában foglalja mind a bemeneti, mind a jelfeldolgozó áramkör ismeretét annak érdekében, hogy megtudjuk, mi lesz a kimenete.

K: Mi a szintézis az elektronikával kapcsolatban?

V: A szintézis magában foglalja a bemenet és a kimenet ismeretét, majd annak megállapítását vagy megtervezését, hogy milyen jelfeldolgozó részre lesz szükség ahhoz, hogy az egész megfelelően működjön együtt.