elektronik - Electronics

Yüzeye monte elektronik bileşenler

Elektronik içermektedir fizik , mühendislik , teknoloji emisyon ile anlaşma, akış ve kontrolü o ve uygulamalar elektronlar içinde vakum ve madde . Bu tarafından kontrol elektron akışından etkin cihazları kullanan amplifikasyon ve düzeltme klasik ayıran, elektrik mühendisliği gibi pasif etkileri kullanan direnç , kapasite ve indüktans kontrol etmek için , mevcut akış.

Elektronik, modern toplumun gelişimi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. 1897'de elektronun tanımlanması, ardından küçük elektrik sinyallerini yükseltip düzeltebilen vakum tüpünün icadıyla birlikte elektronik alanını ve elektron çağını başlattı. Bu ayrım ile buluşa 1906 civarında başlayan Lee De Forest ve triyot elektrik yapılmış, amplifikasyon zayıf radyo sinyalleri olmayan bir mekanik cihaz ile mümkün ve ses sinyallerinin. 1950'ye kadar bu alana " radyo teknolojisi " adı verildi çünkü başlıca uygulaması radyo vericileri , alıcıları ve vakum tüplerinin tasarımı ve teorisiydi .

Dönem " solid-state elektronik ilk çalışma sonrasında" ortaya transistör tarafından icat edilmiştir William Shockley , Walter Houser Brattain ve John Bardeen de Bell Labs 1947 yılından de MOSFET ( MOS transistör sonra tarafından icat edilmiştir) Mohamed atalla ve Dawon Kahng Bell Laboratuarlarında MOSFET, elektronik endüstrisinde devrim yaratan ve mikroelektronik devriminde ve Dijital Devrimde merkezi bir rol oynayan , çok çeşitli kullanımlar için minyatürleştirilebilen ve seri üretilebilen ilk gerçek kompakt transistördü . MOSFET o zamandan beri çoğu modern elektronik ekipmanın temel unsuru haline geldi ve dünyada en yaygın kullanılan elektronik cihazdır.

Elektronik, bilgi işleme , telekomünikasyon ve sinyal işlemede yaygın olarak kullanılmaktadır . Elektronik cihazların anahtar görevi görme yeteneği, dijital bilgi işlemeyi mümkün kılar. Gibi ara bağlantı teknolojileri devre , elektronik ambalaj teknolojisi ve iletişim alt yapısı komple devre işlevsellik diğer çeşitli formları ve karışık dönüşümü elektronik bileşenleri normal bir çalışma içine sistemi bir adı, elektronik sistem ; örnekler bilgisayarlar veya kontrol sistemleridir . Bir elektronik sistem, başka bir mühendislik sisteminin parçası veya bağımsız bir cihaz olabilir. 2019 itibariyle çoğu elektronik cihaz , elektron kontrolünü gerçekleştirmek için yarı iletken bileşenler kullanır. Genellikle elektronik cihazlar , pasif elemanlarla desteklenen aktif yarı iletkenlerden oluşan devreler içerir ; böyle bir devre elektronik devre olarak tanımlanır . Elektronik , vakum tüpleri , transistörler , diyotlar , entegre devreler , optoelektronik ve sensörler , ilgili pasif elektrik bileşenleri ve ara bağlantı teknolojileri gibi aktif elektrik bileşenlerini içeren elektrik devreleriyle ilgilenir . Doğrusal olmayan aktif bileşenler ve kontrol elektron kabiliyetleri davranışı mümkün zayıf sinyaller markaları amplifikasyonu akar.

Çalışma yarıiletken cihazların ve ilgili teknoloji dalı olarak kabul edilir katı hal elektroniği .

elektronik dalları

Elektronik aşağıdaki gibi dallara sahiptir:

  1. Dijital elektronik
  2. Analog elektronik
  3. mikroelektronik
  4. Devre tasarımı
  5. Entegre devreler
  6. Güç elektroniği
  7. optoelektronik
  8. Yarı iletken cihazlar
  9. Gömülü sistemler
  10. ses elektroniği
  11. Telekomünikasyon
  12. Nanoelektronik
  13. biyoelektronik

Elektronik cihazlar ve bileşenler

1914'te De Forest tarafından inşa edilen en eski Audion radyo alıcılarından biri .
Elektronik Teknisyeni , USS Abraham Lincoln (CVN-72) uçak gemisindeki hava seyrüsefer ekipman odasındaki bir güç devre kartında voltaj kontrolü yapıyor .

Bir elektronik bileşen, elektronik sistemin amaçlanan işleviyle tutarlı bir şekilde elektronları veya bunlarla ilişkili alanları etkilemek için kullanılan bir elektronik sistemdeki herhangi bir fiziksel varlıktır . Bileşenlerin genellikle, belirli bir işleve sahip bir elektronik devre (örneğin bir amplifikatör , radyo alıcısı veya osilatör ) oluşturmak için bir baskılı devre kartına (PCB) lehimlenerek birbirine bağlanması amaçlanmıştır . Bileşenler tek tek veya entegre devreler olarak daha karmaşık gruplar halinde paketlenebilir . Bazı yaygın elektronik bileşenler kapasitörler , indüktörler , dirençler , diyotlar , transistörler vb.'dir. Bileşenler genellikle aktif (örn. transistörler ve tristörler ) veya pasif (örn. dirençler , diyotlar , indüktörler ve kapasitörler ) olarak sınıflandırılır .

Elektronik bileşenlerin tarihi

Vakum tüpleri (Termiyonik valfler) en eski elektronik bileşenler arasındaydı. Yirminci yüzyılın ilk yarısının elektronik devriminden neredeyse tamamen onlar sorumluydu. Çok daha karmaşık sistemlere izin verdiler ve bize radyo , televizyon , fonograflar , radar , uzun mesafeli telefon ve çok daha fazlasını verdiler . 1980'lerin ortalarına kadar mikrodalga ve yüksek güç iletimi ile televizyon alıcıları alanında öncü rol oynadılar. O zamandan beri, katı hal cihazları neredeyse tamamen devraldı. Vakum tüpleri, yüksek güçlü RF yükselticileri , katot ışın tüpleri , özel ses ekipmanları, gitar yükselticileri ve bazı mikrodalga cihazları gibi bazı özel uygulamalarda hala kullanılmaktadır .

Çalışan ilk nokta temaslı transistör 1947'de John Bardeen ve Walter Houser Brattain tarafından Bell Laboratuarlarında icat edildi . Nisan 1955'te IBM 608 , transistör devrelerini vakum tüpleri olmadan kullanan ilk IBM ürünüydü ve hepsinin ilk olduğuna inanılıyor. -Ticari pazar için üretilecek transistörlü hesap makinesi . 608, 3.000'den fazla germanyum transistör içeriyordu . Thomas J. Watson Jr. , gelecekteki tüm IBM ürünlerinin tasarımlarında transistör kullanmalarını emretti. O zamandan beri transistörler neredeyse sadece bilgisayar mantığı ve çevre birimleri için kullanıldı. Bununla birlikte, erken bağlantı transistörleri , seri üretim temelinde üretilmesi zor olan ve onları bir dizi özel uygulama ile sınırlayan nispeten hacimli cihazlardı .

MOSFET (MOS transistor) tarafından icat edilmiştir Mohamed atalla ve Dawon Kahng 1959'da Bell Labs MOSFET minyatür ve geniş bir kullanım yelpazesi için seri üretilen olabilir ilk gerçek kompakt transistör oldu. Avantajları arasında yüksek ölçeklenebilirlik , satın alınabilirlik, düşük güç tüketimi ve yüksek yoğunluk sayılabilir . Elektronik endüstrisinde devrim yarattı ve dünyada en yaygın kullanılan elektronik cihaz haline geldi. MOSFET, çoğu modern elektronik ekipmanın temel öğesidir ve elektronik devrimi, mikro elektronik devrimi ve Dijital Devrim'in merkezinde yer almıştır . MOSFET bu nedenle modern elektroniğin doğuşu ve muhtemelen elektronikteki en önemli buluş olarak kabul edildi.

Devre türleri

Devreler ve bileşenler iki gruba ayrılabilir: analog ve dijital. Belirli bir cihaz, bir veya diğerini veya iki tipin bir karışımını içeren devrelerden oluşabilir. Hem analog hem de dijital elektronikte önemli bir elektronik teknik, geri besleme kullanımını içerir . Diğer birçok şeyin yanı sıra bu, yüksek kazançlı çok lineer amplifikatörlerin ve kayıtlar, bilgisayarlar ve osilatörler gibi dijital devrelerin yapılmasına izin verir.

Analog devreler

Hitachi J100 ayarlanabilir frekans sürücü şasi

Radyo alıcıları gibi çoğu analog elektronik cihaz, birkaç tip temel devrenin kombinasyonlarından yapılmıştır. Analog devreler , dijital devrelerde olduğu gibi ayrık seviyelerin aksine sürekli bir voltaj veya akım aralığı kullanır.

Şimdiye kadar tasarlanan farklı analog devrelerin sayısı çok fazladır, özellikle de bir 'devre' tek bir bileşenden binlerce bileşen içeren sistemlere kadar herhangi bir şey olarak tanımlanabilir.

Analog devrelere bazen lineer devreler denir, ancak mikserler, modülatörler vb. gibi analog devrelerde birçok lineer olmayan efekt kullanılır. Analog devrelerin iyi örnekleri arasında vakum tüplü ve transistör amplifikatörleri, işlemsel amplifikatörler ve osilatörler bulunur.

Tamamen analog olan modern devreler nadiren bulunur. Bu günlerde analog devre, performansı artırmak için dijital ve hatta mikroişlemci tekniklerini kullanabilir. Bu devre türü genellikle analog veya dijital yerine "karma sinyal" olarak adlandırılır.

Bazen, hem doğrusal hem de doğrusal olmayan işlem öğelerine sahip olduklarından, analog ve dijital devreler arasında ayrım yapmak zor olabilir. Bir örnek, sürekli bir voltaj aralığı alan ancak dijital bir devrede olduğu gibi yalnızca iki seviyeden birini veren karşılaştırıcıdır. Benzer şekilde, aşırı tahrikli bir transistör yükseltici, esasen iki çıkış seviyesine sahip olan kontrollü bir anahtarın özelliklerini alabilir . Aslında, birçok dijital devre aslında bu örneğe benzer analog devrelerin varyasyonları olarak uygulanmaktadır - sonuçta, gerçek fiziksel dünyanın tüm yönleri esasen analogdur, bu nedenle dijital efektler yalnızca analog davranışı kısıtlayarak gerçekleştirilir.

Dijital devreler

Dijital devreler, bir dizi ayrık voltaj seviyesine dayanan elektrik devreleridir. Dijital devreler, Boole cebrinin en yaygın fiziksel temsilidir ve tüm dijital bilgisayarların temelidir. Çoğu mühendis için "dijital devre", "dijital sistem" ve "mantık" terimleri, dijital devreler bağlamında birbirinin yerine kullanılabilir. Çoğu dijital devre, "0" ve "1" olarak etiketlenmiş iki voltaj seviyesine sahip bir ikili sistem kullanır . Genellikle "0" mantığı daha düşük bir voltaj olacaktır ve "Düşük" olarak adlandırılırken "1" mantığı "Yüksek" olarak adlandırılır. Ancak, bazı sistemler ters tanımı kullanır ("0", "Yüksek") veya akım tabanlıdır. Çoğu zaman mantık tasarımcısı, tasarımını kolaylaştırmak için uygun gördüğü için bu tanımları bir devreden diğerine tersine çevirebilir. Seviyelerin "0" veya "1" olarak tanımlanması isteğe bağlıdır.

Üçlü (üç durumlu) mantık çalışılmış ve bazı prototip bilgisayarlar yapılmıştır.

Bilgisayarlar , elektronik saatler ve programlanabilir mantık denetleyicileri (endüstriyel süreçleri kontrol etmek için kullanılır) dijital devrelerden yapılmıştır. Dijital sinyal işlemcileri başka bir örnektir.

Yapı taşları:

Son derece entegre cihazlar:

Isı dağılımı ve termal yönetim

Elektronik devre tarafından üretilen ısı , anında arızayı önlemek ve uzun vadeli güvenilirliği artırmak için dağıtılmalıdır. Isı dağılımı çoğunlukla pasif iletim/konveksiyon ile sağlanır. Daha fazla dağıtım elde etmenin yolları, hava soğutma için ısı alıcıları ve fanları ve su soğutma gibi diğer bilgisayar soğutma biçimlerini içerir . Bu teknikler kullanmak konveksiyon , iletim ve radyasyon ve ısı enerjisi .

Gürültü

Elektronik gürültü, bilgi içeriğini gizleme eğiliminde olan yararlı bir sinyalin üzerine bindirilmiş istenmeyen rahatsızlıklar olarak tanımlanır. Gürültü, bir devrenin neden olduğu sinyal bozulması ile aynı şey değildir. Gürültü tüm elektronik devrelerle ilişkilidir. Gürültü , devrenin çalışma sıcaklığı düşürülerek azaltılabilen elektromanyetik veya termal olarak üretilebilir . Atış gürültüsü gibi diğer gürültü türleri, fiziksel özelliklerdeki sınırlamalardan dolayı ortadan kaldırılamaz.

elektronik teorisi

Matematiksel yöntemler elektronik çalışmanın ayrılmaz bir parçasıdır. Elektronikte yetkin olmak için devre analizi matematiğinde de yetkin olmak gerekir.

Devre analizi, belirli bir düğümdeki voltaj veya bir ağın belirli bir dalından geçen akım gibi bilinmeyen değişkenler için genel olarak doğrusal sistemleri çözme yöntemlerinin incelenmesidir . Bunun için yaygın bir analitik araç, SPICE devre simülatörüdür.

Elektronik için ayrıca önemli olan elektromanyetik alan teorisinin incelenmesi ve anlaşılmasıdır .

elektronik laboratuvarı

Elektronik teorisinin karmaşık yapısı nedeniyle, laboratuvar deneyleri elektronik cihazların geliştirilmesinin önemli bir parçasıdır. Bu deneyler, mühendisin tasarımını test etmek veya doğrulamak ve hataları tespit etmek için kullanılır. Tarihsel olarak, elektronik laboratuvarları, fiziksel bir alanda bulunan elektronik cihaz ve ekipmanlardan oluşmaktaydı, ancak daha yakın yıllarda eğilim CircuitLogix , Multisim ve PSpice gibi elektronik laboratuvar simülasyon yazılımlarına doğru oldu .

Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD)

Günümüzün elektronik mühendisleri, güç kaynakları , yarı iletkenler (yani, transistörler gibi yarı iletken cihazlar ) ve entegre devreler gibi önceden üretilmiş yapı taşlarını kullanarak devreler tasarlama yeteneğine sahiptir . Elektronik tasarım otomasyon yazılım programları, şematik yakalama programlarını ve baskılı devre kartı tasarım programlarını içerir. EDA yazılım dünyasındaki popüler isimler NI Multisim, Cadence ( ORCAD ), EAGLE PCB and Schematic, Mentor (PADS PCB and LOGIC Schematic), Altium (Protel), LabCentre Electronics (Proteus), gEDA , KiCad ve diğerleridir.

Paketleme yöntemleri

Yıllar boyunca bileşenleri bağlamak için birçok farklı yöntem kullanılmıştır. Örneğin, erken elektronikler genellikle devreleri oluşturmak için ahşap devre tahtalarına bağlı bileşenlerle noktadan noktaya kablolama kullanıyordu . Kordon konstrüksiyonu ve tel sarma kullanılan diğer yöntemlerdi. Günümüz elektroniklerinin çoğu artık FR4 veya daha ucuz (ve daha az dayanıklı ) Sentetik Reçineli Kağıt ( SRBP , ayrıca Paxoline/Paxolin (ticari markalar) ve FR2 olarak da bilinir) gibi malzemelerden yapılmış baskılı devre kartlarını kullanır . kahverengi. Elektronik montajıyla ilgili sağlık ve çevre sorunları, özellikle Avrupa'ya yönelik ürünler için son yıllarda artan bir ilgi görmüştür.

Elektronik sistem tasarımı

Elektronik sistem tasarımı, cep telefonları ve bilgisayarlar gibi karmaşık elektronik cihazların ve sistemlerin çok disiplinli tasarım konularıyla ilgilenir . Konu, bir elektronik sistemin tasarımı ve geliştirilmesinden ( yeni ürün geliştirme ) doğru işlevi, hizmet ömrü ve imhasına kadar geniş bir yelpazeyi kapsamaktadır . Bu nedenle elektronik sistem tasarımı, kullanıcının belirtilen gereksinimlerini karşılamak için karmaşık elektronik cihazları tanımlama ve geliştirme sürecidir .

Montaj seçenekleri

Elektrikli bileşenler genellikle aşağıdaki şekillerde monte edilir:

Elektronik endüstrisi

Elektronik endüstrisi çeşitli sektörlerde oluşmaktadır. Tüm elektronik endüstrisinin arkasındaki merkezi itici güç , 2018 itibariyle yıllık 481 milyar doları aşan satışı olan yarı iletken sanayi sektörüdür . En büyük sanayi sektörü, 2017 yılında 29 trilyon doların üzerinde gelir elde eden e-ticarettir . En çok üretilen elektronik cihaz 1960 ve 2018 yılları arasında tahmini 13 sekstilyon MOSFET üretilmiş olan metal oksit yarı iletken alan etkili transistördür (MOSFET) . 1960'larda ABD'li üreticiler Sony ve Hitachi gibi üretim yapabilen Japon şirketleriyle rekabet edemiyorlardı. düşük fiyatlarla yüksek kaliteli mallar. Ancak 1980'lerde ABD'li üreticiler yarı iletken geliştirme ve montajında ​​dünya lideri oldular.  

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar