Ηλεκτρονική

Η ηλεκτρονική είναι η μελέτη του τρόπου ελέγχου της ροής των ηλεκτρονίων. Ασχολείται με κυκλώματα που αποτελούνται από εξαρτήματα που ελέγχουν τη ροή του ηλεκτρισμού. Η ηλεκτρονική αποτελεί μέρος της φυσικής και της ηλεκτρολογίας.

Τα ηλεκτρικά εξαρτήματα, όπως τα τρανζίστορ και τα ρελέ, μπορούν να λειτουργήσουν ως διακόπτες. Αυτό μας επιτρέπει να χρησιμοποιούμε ηλεκτρικά κυκλώματα για την επεξεργασία πληροφοριών και τη μετάδοση πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσεις. Τα κυκλώματα μπορούν επίσης να πάρουν ένα ασθενές σήμα (όπως ένας ψίθυρος) και να το ενισχύσουν (να το κάνουν πιο δυνατό).

Τα περισσότερα ηλεκτρονικά συστήματα χωρίζονται σε δύο κατηγορίες:

Επεξεργασία και διανομή πληροφοριών. Τα συστήματα αυτά ονομάζονται συστήματα επικοινωνιών.
Μετατροπή και διανομή της ενέργειας. Αυτά ονομάζονται συστήματα ελέγχου.

Ένας τρόπος εξέτασης ενός ηλεκτρονικού συστήματος είναι ο διαχωρισμός του σε τρία μέρη:

Είσοδοι - Ηλεκτρικοί ή μηχανικοί αισθητήρες, οι οποίοι λαμβάνουν σήματα από τον φυσικό κόσμο (με τη μορφή θερμοκρασίας, πίεσης κ.λπ.) και τα μετατρέπουν σε σήματα ηλεκτρικού ρεύματος και τάσης.
Κυκλώματα επεξεργασίας σήματος - Αποτελούνται από ηλεκτρονικά εξαρτήματα που συνδέονται μεταξύ τους για να χειρίζονται, να ερμηνεύουν και να μετασχηματίζουν τις πληροφορίες που περιέχονται στα σήματα.
Έξοδοι - Ενεργοποιητές ή άλλες συσκευές που μετατρέπουν τα σήματα ρεύματος και τάσης σε πληροφορίες αναγνώσιμες από τον άνθρωπο.

Μια τηλεόραση, για παράδειγμα, έχει ως είσοδο ένα σήμα εκπομπής που λαμβάνεται από μια κεραία ή, για την καλωδιακή τηλεόραση, από ένα καλώδιο.

Τα κυκλώματα επεξεργασίας σήματος στο εσωτερικό της τηλεόρασης χρησιμοποιούν τις πληροφορίες φωτεινότητας, χρώματος και ήχου που περιέχονται στο λαμβανόμενο σήμα για τον έλεγχο των συσκευών εξόδου της τηλεόρασης. Η συσκευή εξόδου της οθόνης μπορεί να είναι μια λυχνία καθοδικών ακτίνων (CRT) ή μια οθόνη πλάσματος ή υγρών κρυστάλλων. Η συσκευή εξόδου ήχου μπορεί να είναι ένα ηχείο ήχου με μαγνητική κίνηση. Οι συσκευές εξόδου οθόνης μετατρέπουν τις πληροφορίες φωτεινότητας και χρώματος των κυκλωμάτων επεξεργασίας σήματος στην ορατή εικόνα που εμφανίζεται στην οθόνη. Η συσκευή εξόδου ήχου μετατρέπει τις επεξεργασμένες ηχητικές πληροφορίες σε ήχους που μπορούν να ακουστούν από τους ακροατές.

Η ανάλυση ενός κυκλώματος/δικτύου περιλαμβάνει τη γνώση της εισόδου και του κυκλώματος επεξεργασίας σήματος και την εύρεση της εξόδου. Η γνώση της εισόδου και της εξόδου και η εύρεση ή ο σχεδιασμός του τμήματος επεξεργασίας σήματος ονομάζεται σύνθεση.

Μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος.

Ιστορία

Οι άνθρωποι άρχισαν να πειραματίζονται με τον ηλεκτρισμό ήδη από το 600 π.Χ., όταν ο Θαλής της Μιλήτου ανακάλυψε ότι η τριβή γούνας με κεχριμπάρι θα προκαλούσε την αμοιβαία έλξη τους.

Ξεκινώντας από το 1900, οι συσκευές χρησιμοποιούσαν γυάλινους ή μεταλλικούς σωλήνες κενού για τον έλεγχο της ροής του ηλεκτρισμού. Με αυτά τα εξαρτήματα μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια τάση χαμηλής ισχύος για να αλλάξει ένα άλλο. Αυτό έφερε επανάσταση στο ραδιόφωνο και επέτρεψε άλλες εφευρέσεις.

Στη δεκαετία του 1960 και στις αρχές της δεκαετίας του 1970 τα τρανζίστορ και οι ημιαγωγοί άρχισαν να αντικαθιστούν τις λυχνίες κενού. Τα τρανζίστορ μπορούν να γίνουν πολύ μικρότερα από τους σωλήνες κενού και μπορούν να λειτουργούν χρησιμοποιώντας λιγότερη ενέργεια.

Περίπου την ίδια εποχή, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα (κυκλώματα που διαθέτουν μεγάλο αριθμό πολύ μικρών τρανζίστορ τοποθετημένων σε πολύ λεπτές φέτες πυριτίου) άρχισαν να χρησιμοποιούνται ευρέως. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα κατέστησαν δυνατή τη μείωση του αριθμού των εξαρτημάτων που απαιτούνται για την κατασκευή ηλεκτρονικών προϊόντων και έκαναν τα προϊόντα πολύ φθηνότερα γενικά.

Αναλογικά κυκλώματα

Τα αναλογικά κυκλώματα χρησιμοποιούνται για σήματα που έχουν εύρος πλάτους. Γενικά, τα αναλογικά κυκλώματα μετρούν ή ελέγχουν το πλάτος των σημάτων. Στις αρχές της ηλεκτρονικής, όλες οι ηλεκτρονικές συσκευές χρησιμοποιούσαν αναλογικά κυκλώματα. Η συχνότητα του αναλογικού κυκλώματος μετράται ή ελέγχεται συχνά στην επεξεργασία αναλογικών σημάτων. Παρόλο που κατασκευάζονται περισσότερα ψηφιακά κυκλώματα, τα αναλογικά κυκλώματα θα είναι πάντα απαραίτητα, αφού ο κόσμος και οι άνθρωποί του λειτουργούν με αναλογικούς τρόπους.

Κυκλώματα παλμού

Τα παλμικά κυκλώματα χρησιμοποιούνται για σήματα που απαιτούν γρήγορους παλμούς ενέργειας. Για παράδειγμα, ο εξοπλισμός ραντάρ αεροσκαφών και εδάφους λειτουργεί με τη χρήση κυκλωμάτων παλμών για τη δημιουργία και αποστολή ριπών ραδιοενέργειας υψηλής ισχύος από πομπούς ραντάρ. Ειδικές κεραίες (που ονομάζονται κεραίες "δέσμης" ή "πιάτου" λόγω του σχήματός τους) χρησιμοποιούνται για την αποστολή ("εκπομπή") των ριπών υψηλής ισχύος προς την κατεύθυνση που είναι στραμμένη η κεραία δέσμης ή το πιάτο.

Οι παλμοί ή οι εκρήξεις ραδιοενέργειας του πομπού ραντάρ προσκρούουν και ανακλώνται (ανακλώνται) από σκληρά και μεταλλικά αντικείμενα. Σκληρά αντικείμενα είναι πράγματα όπως κτίρια, λόφοι και βουνά. Μεταλλικά αντικείμενα είναι οτιδήποτε είναι κατασκευασμένο από μέταλλο, όπως αεροσκάφη, γέφυρες ή ακόμη και αντικείμενα στο διάστημα, όπως δορυφόροι. Η ανακλώμενη ενέργεια του ραντάρ ανιχνεύεται από δέκτες παλμών ραντάρ που χρησιμοποιούν ταυτόχρονα παλμικά και ψηφιακά κυκλώματα. Τα παλμικά και ψηφιακά κυκλώματα στους δέκτες παλμών ραντάρ χρησιμοποιούνται για να δείχνουν τη θέση και την απόσταση των αντικειμένων που έχουν ανακλάσει τους παλμούς υψηλής ισχύος του πομπού ραντάρ.

Ελέγχοντας πόσο συχνά οι γρήγοροι παλμοί ενέργειας του ραντάρ αποστέλλονται από έναν πομπό ραντάρ (που ονομάζεται "χρονισμός παλμών" του πομπού) και πόσος χρόνος χρειάζεται για να επιστρέψει η ανακλώμενη ενέργεια του παλμού στον δέκτη ραντάρ, μπορεί κανείς να πει όχι μόνο πού βρίσκονται τα αντικείμενα, αλλά και πόσο μακριά βρίσκονται. Τα ψηφιακά κυκλώματα σε έναν δέκτη ραντάρ υπολογίζουν την απόσταση από ένα αντικείμενο γνωρίζοντας το χρονικό διάστημα μεταξύ των ενεργειακών παλμών. Τα ψηφιακά κυκλώματα του δέκτη ραντάρ μετρούν πόσος χρόνος μεσολαβεί μεταξύ των παλμών για να ανιχνευθεί η ανακλώμενη ενέργεια ενός αντικειμένου από τον δέκτη ραντάρ. Δεδομένου ότι οι παλμοί του ραντάρ αποστέλλονται και λαμβάνονται περίπου με την ταχύτητα του φωτός, η απόσταση από ένα αντικείμενο μπορεί εύκολα να υπολογιστεί. Αυτό γίνεται στα ψηφιακά κυκλώματα πολλαπλασιάζοντας την ταχύτητα του φωτός με το χρόνο που χρειάζεται για να ληφθεί η ενέργεια του ραντάρ που ανακλάται από ένα αντικείμενο.

Ο χρόνος μεταξύ των παλμών (συχνά αποκαλούμενος "χρόνος ρυθμού παλμών" ή PRT) θέτει το όριο στο πόσο μακριά μπορεί να ανιχνευθεί ένα αντικείμενο. Η απόσταση αυτή ονομάζεται "εμβέλεια" ενός πομπού και δέκτη ραντάρ. Οι πομποί και οι δέκτες ραντάρ χρησιμοποιούν μεγάλους χρόνους PRT για να βρίσκουν την απόσταση σε αντικείμενα που βρίσκονται πολύ μακριά. Οι μεγάλες PRT καθιστούν δυνατό τον ακριβή προσδιορισμό της απόστασης από το φεγγάρι, για παράδειγμα. Οι γρήγορες PRT χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό αντικειμένων που βρίσκονται πολύ πιο κοντά, όπως πλοία στη θάλασσα, αεροσκάφη που πετούν ψηλά, ή για τον προσδιορισμό της ταχύτητας αυτοκινήτων που κινούνται γρήγορα σε αυτοκινητόδρομους.

Ψηφιακά κυκλώματα

Τα ψηφιακά κυκλώματα χρησιμοποιούνται για σήματα που μόνο ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται αντί να λειτουργούν συχνά σε επίπεδα μεταξύ ενεργοποίησης και απενεργοποίησης. Τα ενεργά στοιχεία στα ψηφιακά κυκλώματα έχουν συνήθως μια στάθμη σήματος όταν είναι ενεργοποιημένα και μια άλλη στάθμη σήματος όταν είναι απενεργοποιημένα. Γενικά, στα ψηφιακά κυκλώματα ένα στοιχείο ενεργοποιείται και απενεργοποιείται μόνο.

Οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές και τα ηλεκτρονικά ρολόγια είναι παραδείγματα ηλεκτρονικών συσκευών που αποτελούνται κυρίως από ψηφιακά κυκλώματα.

Βασικά μπλοκ:

Λογικές πύλες
Σαγιονάρες
Μετρητές

Πολύπλοκες συσκευές:

Διάγραμμα ενός μισού αθροιστή, ένα ψηφιακό κύκλωμα

Σχετικές σελίδες

Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών
Ηλεκτρική ενέργεια

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Q: Τι είναι τα ηλεκτρονικά;

A: Η ηλεκτρονική είναι η μελέτη του ηλεκτρισμού (της ροής των ηλεκτρονίων) και του τρόπου χρήσης του για την κατασκευή πραγμάτων όπως οι υπολογιστές. Χρησιμοποιεί κυκλώματα φτιαγμένα με εξαρτήματα και καλώδια σύνδεσης για να κάνει χρήσιμα πράγματα.

Ερ: Ποια επιστήμη διέπει την ηλεκτρονική;

Α: Η επιστήμη πίσω από την Ηλεκτρονική προέρχεται από τη μελέτη της φυσικής και εφαρμόζεται στην πραγματική ζωή μέσω του τομέα της ηλεκτρολογίας.

Ερ: Ποια είναι μερικά παραδείγματα ηλεκτρονικών εξαρτημάτων;

Α: Παραδείγματα ηλεκτρονικών εξαρτημάτων είναι τα τρανζίστορ, οι ασφάλειες, οι διακόπτες κυκλώματος, οι μπαταρίες, οι κινητήρες, οι μετασχηματιστές, οι λυχνίες LED και οι λαμπτήρες.

Ερ: Πώς μπορεί να αναλυθεί ένα ηλεκτρονικό σύστημα σε μέρη;

Α: Ένα ηλεκτρονικό σύστημα μπορεί να αναλυθεί σε τρία μέρη - εισόδους, κυκλώματα επεξεργασίας σήματος και εξόδους. Οι είσοδοι είναι ηλεκτρικοί ή μηχανικοί αισθητήρες που λαμβάνουν σήματα από τον φυσικό κόσμο και τα μετατρέπουν σε σήματα ηλεκτρικού ρεύματος και τάσης. Τα κυκλώματα επεξεργασίας σήματος αποτελούνται από ηλεκτρονικά εξαρτήματα που συνδέονται μεταξύ τους για να χειρίζονται, να ερμηνεύουν και να μετασχηματίζουν τις πληροφορίες που περιέχονται στα σήματα. Οι έξοδοι είναι ενεργοποιητές ή άλλες συσκευές που μετατρέπουν τα σήματα ρεύματος και τάσης σε πληροφορίες αναγνώσιμες από τον άνθρωπο.

Ερ: Πώς λειτουργεί μια τηλεόραση;

Α: Μια τηλεοπτική συσκευή έχει ως είσοδο ένα σήμα εκπομπής που λαμβάνεται από μια κεραία ή ένα καλώδιο για την καλωδιακή τηλεόραση. Τα κυκλώματα επεξεργασίας σήματος στο εσωτερικό της τηλεοπτικής συσκευής χρησιμοποιούν τις πληροφορίες φωτεινότητας, χρώματος και ήχου που περιέχονται στο λαμβανόμενο σήμα για τον έλεγχο των συσκευών εξόδου της, όπως μια οθόνη καθοδικών ακτίνων (CRT), πλάσματος ή υγρών κρυστάλλων για τη συσκευή εξόδου οθόνης, ένα μαγνητικά οδηγούμενο ηχείο ήχου για τη συσκευή εξόδου ήχου κ.λπ., τα οποία μετατρέπουν τα σήματα αυτά σε ορατές εικόνες που εμφανίζονται σε μια οθόνη ή σε ήχους που ακούγονται από τους ακροατές αντίστοιχα.

Ερ: Τι είναι η ανάλυση ενός κυκλώματος/δικτύου;

Α: Η ανάλυση ενός κυκλώματος/δικτύου περιλαμβάνει τη γνώση τόσο της εισόδου όσο και του κυκλώματος επεξεργασίας σήματος, προκειμένου να βρεθεί ποια θα είναι η έξοδός του.

Ερ: Τι είναι η σύνθεση όσον αφορά τα ηλεκτρονικά;

Α: Η σύνθεση περιλαμβάνει τη γνώση τόσο της εισόδου όσο και της εξόδου και, στη συνέχεια, την εύρεση ή το σχεδιασμό του είδους του τμήματος επεξεργασίας σήματος που θα χρειαστεί για να λειτουργήσουν όλα μαζί σωστά.