Elektronika

Elektronika ir pētījums par to, kā kontrolēt elektronu plūsmu. Tā nodarbojas ar ķēdēm, kas sastāv no komponentiem, kuri kontrolē elektrības plūsmu. Elektronika ir daļa no fizikas un elektrotehnikas.

Tādi elektriskie komponenti kā tranzistori un releji var darboties kā slēdži. Tas ļauj izmantot elektriskās ķēdes informācijas apstrādei un informācijas pārraidei lielos attālumos. Shēmas var arī uztvert vāju signālu (piemēram, čukstus) un pastiprināt to (padarīt skaļāku).

Lielākā daļa elektronisko sistēmu iedalās divās kategorijās:

Informācijas apstrāde un izplatīšana. Tās sauc par sakaru sistēmām.
Enerģijas pārveidošana un sadale. Tās sauc par vadības sistēmām.

Viens no veidiem, kā aplūkot elektronisko sistēmu, ir sadalīt to trīs daļās:

Ievadi - elektriskie vai mehāniskie sensori, kas saņem signālus no fiziskās pasaules (temperatūras, spiediena utt.) un pārvērš tos elektriskās strāvas un sprieguma signālos.
Signālu apstrādes shēmas - tās sastāv no elektroniskiem komponentiem, kas savienoti kopā, lai manipulētu ar signālos ietverto informāciju, interpretētu un pārveidotu to.
Izejas - izpildmehānismi vai citas ierīces, kas pārveido strāvas un sprieguma signālus atpakaļ cilvēka nolasāmā informācijā.

Piemēram, televizora ievade ir apraides signāls, kas tiek saņemts no antenas, bet kabeļtelevīzijas gadījumā - no kabeļa.

Televizorā esošās signāla apstrādes shēmas izmanto saņemto signālu, lai vadītu televizora izejas ierīces, izmantojot saņemto signāla informāciju par spilgtumu, krāsu un skaņu. Displeja izejas ierīce var būt katodstaru lampa (CRT) vai plazmas vai šķidro kristālu ekrāns. Skaņas izvades ierīce var būt ar magnētiem darbināms audio skaļrunis. Displeja izejas ierīces pārveido signālu apstrādes shēmu sniegto informāciju par spilgtumu un krāsu ekrānā redzamajā attēlā. Audio izvades ierīce apstrādāto skaņas informāciju pārvērš skaņās, ko var dzirdēt klausītāji.

Ķēdes/tīkla analīze ietver ieejas un signāla apstrādes ķēdes izzināšanu un izejas noteikšanu. Ieejas un izejas zināšanu un signāla apstrādes daļas noskaidrošanu vai projektēšanu sauc par sintēzi.

Drukātās shēmas plate.

Vēsture

Cilvēki sāka eksperimentēt ar elektrību jau 600. gadā p.m.ē., kad Taless no Milētas atklāja, ka, berzējot kažokādas ar dzintaru, tās savstarpēji pievilksies.

Sākot ar 1900. gadu, ierīcēs elektrības plūsmas kontrolei izmantoja stikla vai metāla vakuuma lampas. Izmantojot šos komponentus, var izmantot zemu jaudas spriegumu, lai mainītu citu. Tas revolucionizēja radio un ļāva veikt citus izgudrojumus.

Pagājušā gadsimta 60. gados un 70. gadu sākumā tranzistori un pusvadītāji sāka aizstāt elektronlampas. Tranzistorus var izgatavot daudz mazākus nekā vakuumlampas, un tie var darboties, patērējot mazāk enerģijas.

Aptuveni tajā pašā laikā sāka plaši izmantot integrālās shēmas (shēmas, kurās ir liels skaits ļoti mazu tranzistoru, kas izvietoti ļoti plānās silīcija šķēlītēs). Integrētās shēmas ļāva samazināt elektronisko izstrādājumu izgatavošanai nepieciešamo detaļu skaitu un kopumā padarīja izstrādājumus daudz lētākus.

Analogās shēmas

Analogās shēmas tiek izmantotas signāliem, kuru amplitūdas ir dažādas. Kopumā analogās shēmas mēra vai kontrolē signālu amplitūdu. Elektronikas pirmsākumos visās elektroniskajās ierīcēs izmantoja analogās shēmas. Analogajā signālu apstrādē bieži mēra vai kontrolē analogās ķēdes frekvenci. Lai gan tiek izgatavots vairāk digitālo shēmu, analogās shēmas vienmēr būs nepieciešamas, jo pasaule un tās cilvēki darbojas analogā veidā.

Impulsu ķēdes

Impulsu ķēdes izmanto signāliem, kuriem nepieciešami strauji enerģijas impulsi. Piemēram, lidmašīnu un zemes radaru iekārtas darbojas, izmantojot impulsu shēmas, lai radaru raidītāji radītu un nosūtītu lielas jaudas radio enerģijas starus. Īpašas antenas (to formas dēļ tās sauc par "staru" vai "šķīvja" antenām) izmanto, lai raidītu ("pārraidītu") lieljaudas impulsus virzienā, uz kuru ir vērsta staru vai šķīvja antena.

Radara raidītāja impulsi jeb radio enerģijas uzliesmojumi trāpa un atstarojas (tiek "atstaroti") no cietiem un metāla objektiem. Cietie objekti ir, piemēram, ēkas, kalni un kalni. Metāliski objekti ir viss, kas izgatavots no metāla, piemēram, lidmašīnas, tilti vai pat objekti kosmosā, piemēram, satelīti. Atstaroto radara enerģiju uztver radara impulsu uztvērēji, kas izmanto gan impulsu, gan digitālās shēmas. Radara impulsu uztvērēju impulsu un digitālās shēmas tiek izmantotas, lai parādītu to objektu atrašanās vietu un attālumu, kuri ir atstarojuši radara raidītāja lieljaudas impulsus.

Kontrolējot to, cik bieži radara raidītājs sūta ātrus radara enerģijas impulsus (to sauc par raidītāja "impulsu laiku") un cik ilgā laikā atstarotā impulsu enerģija atgriežas radara uztvērējā, var noteikt ne tikai to, kur atrodas objekti, bet arī to, cik tālu tie atrodas. Radara uztvērēja digitālās shēmas aprēķina attālumu līdz objektam, zinot laika intervālu starp enerģijas impulsiem. Radara uztvērēja digitālās shēmas aprēķina, cik ilgs laiks paiet starp impulsiem, lai radara uztvērējs varētu uztvert objekta atstaroto enerģiju. Tā kā radara impulsi tiek nosūtīti un saņemti aptuveni ar gaismas ātrumu, attālumu līdz objektam var viegli aprēķināt. To dara digitālajās shēmās, reizinot gaismas ātrumu ar laiku, kas nepieciešams, lai saņemtu no objekta atstaroto radara enerģiju.

Laiks starp impulsiem (bieži saukts par "impulsu ātruma laiku" jeb PRT) nosaka robežu, cik tālu objektu var atklāt. Šo attālumu sauc par radara raidītāja un uztvērēja "diapazonu". Radaru raidītāji un uztvērēji izmanto garus PRT, lai noteiktu attālumu līdz tālu esošiem objektiem. Garie PRT ļauj precīzi noteikt attālumu, piemēram, līdz Mēnesim. Ātrās PRT izmanto, lai noteiktu daudz tuvāk esošus objektus, piemēram, kuģus jūrā, augstu lidojošus lidaparātus vai lai noteiktu ātri braucošu automobiļu ātrumu uz lielceļiem.

Digitālās shēmas

Digitālās shēmas tiek izmantotas signāliem, kas tikai ieslēdzas un izslēdzas, nevis bieži vien darbojas līmeņos starp ieslēgšanu un izslēgšanu. Digitālajās shēmās aktīvajiem komponentiem parasti ir viens signāla līmenis, kad tie ieslēgti, un cits signāla līmenis, kad tie izslēgti. Kopumā digitālajās shēmās komponents ir tikai ieslēgts un izslēgts.

Datori un elektroniskie pulksteņi ir elektronisko ierīču piemēri, kas lielākoties sastāv no digitālajām shēmām.

Pamata bloki:

Loģiskie vārti
Flip-flops
Skaitītāji

Sarežģītas ierīces:

Digitālās shēmas - pussumminātāja - shēma

Saistītās lapas

Elektroenerģētikas un elektronikas inženieru institūts
Elektrība

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir elektronika?

A: Elektronika ir pētījums par elektrību (elektronu plūsmu) un to, kā to izmantot, lai izveidotu tādas lietas kā datori. Tajā izmanto shēmas, kas veidotas no komponentiem un savienojošiem vadiem, lai veiktu noderīgas lietas.

J: Kāda zinātne ir elektronikas pamatā?

A: Elektronikas pamatā ir fizikas zinātne, kas tiek pielietota reālajā dzīvē elektrotehnikas jomā.

J: Kādi ir daži elektronisko komponentu piemēri?

A: Elektronisko komponentu piemēri ir tranzistori, drošinātāji, slēdži, baterijas, motori, transformatori, LED un spuldzes.

J: Kā elektronisko sistēmu var sadalīt daļās?

A: Elektronisko sistēmu var sadalīt trīs daļās - ieejas, signālu apstrādes shēmas un izejas. Ievadi ir elektriskie vai mehāniskie sensori, kas pieņem signālus no fiziskās pasaules un pārveido tos elektriskās strāvas un sprieguma signālos. Signālu apstrādes shēmas sastāv no elektroniskiem komponentiem, kas savienoti kopā, lai apstrādātu, interpretētu un pārveidotu signālos ietverto informāciju. Izejas ir aktutatori vai citas ierīces, kas pārveido strāvas un sprieguma signālus atpakaļ cilvēkam saprotamā informācijā.

J: Kā darbojas televizors?

A: Televizora ievade ir apraides signāls, ko saņem no antenas vai kabeļa kabeļtelevīzijas gadījumā. Televizorā esošās signālu apstrādes shēmas izmanto saņemto signālu spilgtuma, krāsu un skaņas informāciju, lai kontrolētu tā izejas ierīces, piemēram, katodstaru lampu (CRT), plazmas vai šķidro kristālu ekrānu displeja izejas ierīcei; magnētiski darbināmu skaņas skaļruni skaņas izejas ierīcei u. c., kas šos signālus pārvērš attiecīgi ekrānā redzamos attēlos vai klausītāju dzirdamās skaņās.

J: Kas ir shēmas/tīkla analīze?

A: Ķēdes/tīkla analīze ietver gan tās ieejas, gan signāla apstrādes shēmas izzināšanu, lai noskaidrotu, kāds būs tās izvads.

J: Kas ir sintēze elektronikā?

A: Sintezē ietilpst gan ieejas, gan izejas zināšana, pēc tam noskaidrojot vai projektējot, kāda signāla apstrādes daļa būs vajadzīga, lai viss kopā darbotos pareizi.