Elektronik: Grundläggande fakta, roll och funktioner hos elektroniska enheter

Elektronik: Grundläggande fakta, roll och funktioner hos elektroniska enheter!

Grundläggande fakta:

Elektronik och elforskningen behandlar både elektrisk ström. Men varje fokuserar på en annan användning av strömmen. Elektricitet handlar om ström huvudsakligen som en form av energi som kan driva ljus, motorer och annan utrustning. Elektronik behandlar elektrisk ström huvudsakligen som ett medel för att transportera information. Strömmar som bär information kallas signaler.

Image Courtesy: buzzsolutions.com/wordpress/wp-content/uploads/2013/05/electronics-appliances-industry.jpg

En stadig, oförändrad elektrisk ström kan bära energi. Men strömmen måste variera på något sätt för att fungera som en signal. Vissa elektronenheter ändrar en strömens beteende för att producera eller modifiera signaler. Andra tolkar signalerna. Signalerna kan representera ljud, bilder, nummer, bokstäver eller datorns instruktioner. Signaler kan också användas för att räkna objekt, mäta tid eller temperatur, eller upptäcka kemikalier eller radioaktiva material.

Signalerna i elektroniska kretsar kan klassificeras som antingen digitala eller analoga. En digital signal är som en vanlig strömbrytare-det är antingen på eller av. En analog signal kan ha något värde inom ett visst område.

Analoga signaler används ofta för att representera ljud och bilder, eftersom ljusnivåer och frekvenserna av ljudvågor kan ha något värde inom ett visst område. Analoga signaler kan konverteras till digitala signaler och digitala signaler till analog. Exempelvis konverterar cd-skivspelare digitala ljudsignaler på skivor till analoga signaler för uppspelning via högtalare.

Den snabba och tillförlitliga kontrollen av både digitala och analoga signaler med elektronisk utrustning möjliggörs av de unika egenskaperna hos sådana halvledarmaterial som kisel och germanium.

Elektronik beror på vissa högspecialiserade elektronenheter. En tv-apparat, dator eller annan komplex elektronisk utrustning kan innehålla var som helst från hundratals till miljontals av dessa enheter. Den mest kända och viktigaste elektroniska enheten är transistorn.

Transistorer driver fortfarande miljontals stereoapparater, radioapparater och tv-apparater. Men ingenjörer kan nu sätta mer än hundra tusen transistorer på ett enda kiselkisel som är mindre än en fingernagel. Ett sådant chip bildar en integrerad krets. Chips av denna typ kan anslutas på kretskort för att producera elektronisk utrustning som är mindre och billigare, men mycket kraftfullare än någonsin tidigare.

Elektroniska enheter används ofta i ett stort antal applikationer som tidigare gällde mekaniska eller elektriska system för deras drift. Exempel är elektroniska kontroller i automatiska kameror, elektroniska tändsystem i bilar och elektronisk kontroll i hushållsutrustning, såsom tvättmaskiner.

Funktioner av elektroniska enheter:

Elektroniska enheter utför tre huvudfunktioner: (1) förstärkning, (2) växling och (3) oscillation, alla som del av kretsar. En krets består av en serie anslutna elektronenheter och andra delar. Genom att kombinera de tre funktionerna på olika sätt, konstruerar ingenjörer elektronisk utrustning som utför många andra specialfunktioner, såsom dators höghastighetsoperationer.

Vissa andra funktioner utförs också av elektroniska enheter.

Byte ljus till el:

När vissa material, såsom kopparoxid eller selen, utsätts för ljus, producerar de en elektrisk ström eller låter ström strömma genom dem. Elektroniska anordningar gjorda av dessa material kan sålunda byta ljus till el. Sådana anordningar kallas fotoelektriska anordningar eller elektriska ögon. Strömmen från en fotoelektrisk enhet är vanligtvis extremt svag. Förstärkare måste stärka strömmen innan den kan användas.

Produktion och användning av X-strålar:

Speciella typer av elektronrör används för att producera röntgenstrålar. Röntgen kan passera genom mänsklig vävnad och andra ämnen och lämna en bild på en fotografisk platta eller på en fluorescerande skärm. Röntgen kan således visa vilka ämnen som ser ut inomhus. Röntgenstrålar används vid diagnos och terapi.

Diagnos inkluderar upptäckt av frakturer, främmande föremål i kroppen, tandhålor och sjukdomar som cancer. Röntgenstrålar används i terapeutisk behandling också för att stoppa spridningen av maligna tumörer. I industrier används röntgenstrålar för att hitta materialets tjocklek. Röntgenstrålar används också för att skanna elektronmikroskopi för att erhålla en "bild".

Utveckling av elektronik:

Elektronik utvecklades främst från vissa elektriska experiment på 1800-talet. Dessa experiment involverade användning av ett gasutloppsrör, det vill säga en ruta från vilken något av luften hade avlägsnats, vilket lämnade en tunn blandning av gaser. Röret hade en metallelektrod (elektrisk pol eller terminal) vid varje ände.

När ett batteri var anslutet till de två elektroderna glödde röret med ljusa färger. Vetenskapsmän trodde att den negativa elektroden, katoden, gav bort osynliga strålar som orsakade färgerna. De namngav de osynliga strålarna katodstrålarna. Som forskare tog bort ännu mer luft från knölen, för sina experiment, blev rören vakuumrör.

1895 upptäckte den tyska fysikern Wilhelm Roentgen att katodstrålarna kunde producera en helt annan och okänd typ av stråle. Katodstrålarna skapade dessa ovanliga strålar när de slog glaset i änden av röret mitt emot katoden. Till sin förvåning fann Roentgen också att ray3 som produceras på detta sätt skulle kunna passera genom djur- och växtvävnad och lämna ett intryck på en fotografisk platta. Han heter de mystiska strålarna.

År 1897 ledde den brittiska fysikern Juseph J. Thomsons upptäckt av elektroner till uppfinningen av anordningar som kunde styra ett elektronflöde eller en elektrisk signal och sätta den på jobbet.

Vakuumrör (ventiler):

1904 byggde en brittisk forskare vid namn John Ambrose Fleming det första vakuumröret som kunde användas kommersiellt. Det var en tvåelektrod- eller diodrör som kunde detektera radiosignaler. I tid användes även diodrör i stor utsträckning för att rätta till växelström.

1907 patenterade den amerikanska uppfinnaren Lee De Forest en tre-elektrod eller triodrör. Triodröret blev den första elektroniska förstärkaren. En av de första ansökningarna var i långdistans telefonlinjer. 1912 och 1913 utvecklade De Forest och den amerikanska radiopionjären Edwin H. Armstrong, som arbetade självständigt, triodröret som en oscillator. Uppfinningen av en elektronisk förstärkare och oscillator ledde till början av radiosändningen i USA 1920. Detta datum markerar också början på elektronikindustrin.

Från 1920-talet till 1950-talet gav kunskap om vakuumrör sådana uppfinningar som tv, filmer med ljud, radar och elektroniska datorer. Dessa uppfinningar ledde i sin tur till utvecklingen av nya elektroniska enheter.

En amerikansk forskare med namnet GR Carey hade byggt en fotoelektrisk enhet, kallad en fotoelektrisk cell, redan i 1875. Men ingenjörer utnyttjade det lite till början av 1920-talet, när de intensifierade sina ansträngningar att utveckla TV och film med ljud.

År 1923 kombinerade en ryskfödd amerikansk forskare med namnet Vladimir K. Zworykin en fotoelektrisk cell med en elektronpistol och gjorde det första framgångsrika TV-kameratubet.

1921 uppfann Albert W. Hull, en amerikansk ingenjör, en vakuumröroscillator som kallades en magnetron. Magnetronen var den första enheten som effektivt kunde producera mikrovågor. Radar, som utvecklades gradvis under 1920- och 1930-talet, gav den första utbredda användningen av mikrovågor.

Vakuumrörets era nådde sin topp med slutförandet av den första allmänt tillgängliga elektroniska datorn 1946.

Solid State-tiden:

Primitiva halvledaranordningar av selen hade fungerat som likriktare så tidigt som 1900. Kristalldetektorerna i tidiga radioer var också halvledare. Men ingen av dessa enheter fungerade liksom vakuumrör likriktare och detektorer.

Sedan, i början av 1940-talet, producerade ett team av amerikanska fysiker de första framgångsrika halvledardioderna. Teamet bestod av John Bardeen, Walter H. Brattain och William Shockley. År 1947 uppfann det samma laget transistorn. Tillverkare började använda transistorer som förstärkare i hörapparater och fickstorlekar i början av 1950-talet. Vid 1960-talet hade halvledardioder och transistorer ersatt vakuumrör i mycket elektronisk utrustning.

mikroelektronik:

I slutet av 1950-talet började militära och rymdprogram kräva mer kompakt elektronisk utrustning. Även om tillverkare hade minskat storleken på elektronenheter, bildade varje enhet fortfarande en separat komponent i en krets som ett resultat; Elektronisk utrustning var för stor för kraven i militär- och rymdprogrammen. Elektroniska företag började arbeta med att utveckla mindre mindre kretsar. Deras arbete ledde till mikroelektronik-design och produktion av integrerade kretsar och utrustning som använde integrerade kretsar.

Vid 1960 hade ingenjörer och forskare lyckats bygga en integrerad krets. Den hade alla funktioner i en konventionell krets packad i en halvledarkristall, 1000 gånger mindre än en konventionell krets.

Elektronikens roll:

Elektronik har en viktig roll i ett lands utvecklingsprocess idag. Elektronik spelar en katalytisk roll för att öka produktionen och produktiviteten i nyckelområden inom ekonomin, oavsett om det rör infrastruktur, processindustrier, kommunikation eller till och med arbetskraftsträning. Högteknologiska områden beror idag starkt på elektronik.

Elektronik klassificeras konventionellt i konsument-, industri-, försvars-, kommunikations- och informationssektorn. På senare tid har medicinteknik och system för transport och kraftverk blivit viktiga segment på egen hand.

Konsumentelektronik är den äldsta sektorn i fältet som började med utvecklingen av radiomottagare efter triodens uppfinning. Internationell konkurrenskraft på detta område kräver ständig innovation.

Fältet har expanderat anmärkningsvärt de senaste åren med utveckling av saker som cd-spelare, digitala ljudband, mikrovågsugnar, tvättmaskiner och satellit-tv-mottagningssystem. Alla dessa produkter använder emellertid avancerad teknik och tillverkningsteknik, såsom halvledarlaser och mikrovågsenheter.

Industriell elektronik är inriktad på tillverkning av produkter som krävs av modemindustrin-processstyrningsutrustning, numeriskt styrda maskiner och robotar samt utrustning för provning och mätning. Laboratorierna behöver också precisionsinstrument. Detta område har stor potential för tillväxt och utveckling.

Avancerad infrastruktur inom materialvetenskap och sofistikerad elektronik är båda relevant för försvarsområdet där kostnaden i allmänhet inte är en begränsande faktor. Utrustningen måste vara hård nog för att klara miljöbelastningen förutom att vara exakt och känslig också.

Försvarselektronik är självklart strategiskt; Det har också värdefulla spin-offs att erbjuda industrin. Bharat Electronics Ltd. (BEL), en försvarsfinansierad organisation, har bidragit mycket till utvecklingen av transistoren och tv: n i Indien.

Kommunikationselektronik är ett snabbt växande område med mycket utrymme för innovation och industriell tillämpning. Kommunikationsutrustning har gynnats enormt av utvecklingen av effektiva halvledarlaser, optisk fiberteknik, digitala tekniker och kraftfulla mikroprocessorer.

Informationsteknik är återigen tydligt beroende av elektronik. Den integrerade kretsen är basen på datorer som i sin tur används för att utforma bättre mycket stora integrerad (VLSI) kretsar, speciellt mikroprocessorer och minnen. Bättre datorer hjälper till att förbättra kommunikationssystemen samtidigt som snabb och effektiv kommunikation leder till distribuerade datanätverk som ger en tillgång till specialiserade data i en avlägsen dator från sin arbetsplats.

På det medicinska området har elektroniken möjliggjort EKG (elektrokardiogram) -inspelaren samt NMR (Nuclear Magnetic Resonance) -skannern förutom annan mätutrustning.