Electronică

Electronica este studiul modului de a controla fluxul de electroni. Ea se ocupă de circuitele alcătuite din componente care controlează fluxul de electricitate. Electronica face parte din fizică și inginerie electrică.

Componentele electrice, cum ar fi tranzistorii și releele, pot acționa ca întrerupătoare. Acest lucru ne permite să folosim circuite electrice pentru a procesa informații și a transmite informații pe distanțe mari. Circuitele pot, de asemenea, să preia un semnal slab (cum ar fi o șoaptă) și să-l amplifice (să-l facă mai puternic).

Majoritatea sistemelor electronice se împart în două categorii:

Prelucrarea și distribuirea informațiilor. Acestea se numesc sisteme de comunicații.
Conversia și distribuția energiei. Acestea se numesc sisteme de control.

Un mod de a privi un sistem electronic este de a-l separa în trei părți:

Intrări - Senzori electrici sau mecanici, care preiau semnale din lumea fizică (sub formă de temperatură, presiune etc.) și le transformă în semnale de curent electric și tensiune.
Circuite de procesare a semnalelor - Acestea constau din componente electronice conectate între ele pentru a manipula, interpreta și transforma informațiile conținute în semnale.
Ieșiri - Acționări sau alte dispozitive care transformă semnalele de curent și de tensiune în informații lizibile de către om.

Un televizor, de exemplu, are ca intrare un semnal de radiodifuziune primit de la o antenă sau, în cazul televiziunii prin cablu, de la un cablu.

Circuitele de procesare a semnalelor din interiorul televizorului utilizează informațiile privind luminozitatea, culoarea și sunetul conținute în semnalul recepționat pentru a controla dispozitivele de ieșire ale televizorului. Dispozitivul de ieșire a afișajului poate fi un tub catodic (CRT) sau un ecran cu plasmă sau cu cristale lichide. Dispozitivul de ieșire audio poate fi un difuzor audio acționat magnetic. Dispozitivele de ieșire de afișare convertesc informațiile de luminozitate și culoare ale circuitelor de procesare a semnalelor în imaginea vizibilă afișată pe un ecran. Dispozitivul de ieșire audio convertește informațiile sonore procesate în sunete care pot fi auzite de către ascultători.

Analiza unui circuit/rețea presupune cunoașterea intrării și a circuitului de procesare a semnalului, precum și aflarea ieșirii. Cunoașterea intrării și a ieșirii și descoperirea sau proiectarea părții de procesare a semnalului se numește sinteză.

O placă de circuite imprimate.

Istoric

Oamenii au început să experimenteze cu electricitatea încă din anul 600 î.Hr., când Thales din Milet a descoperit că frecarea blănii de chihlimbar le-ar face să se atragă reciproc.

Începând cu anii 1900, dispozitivele au folosit tuburi de vid din sticlă sau metal pentru a controla fluxul de electricitate. Cu aceste componente, o tensiune de putere mică poate fi folosită pentru a schimba o alta. Acest lucru a revoluționat radioul și a permis alte invenții.

În anii 1960 și la începutul anilor 1970, tranzistorii și semiconductorii au început să înlocuiască tuburile cu vid. Tranzistoarele pot fi făcute mult mai mici decât tuburile cu vid și pot funcționa folosind mai puțină energie.

Aproximativ în același timp, circuitele integrate (circuite care au un număr mare de tranzistori foarte mici plasați pe felii foarte subțiri de siliciu) au devenit de uz comun. Circuitele integrate au făcut posibilă reducerea numărului de piese necesare pentru fabricarea produselor electronice și au făcut ca produsele să fie, în general, mult mai ieftine.

Circuite analogice

Circuitele analogice sunt utilizate pentru semnale care au o gamă de amplitudini. În general, circuitele analogice măsoară sau controlează amplitudinea semnalelor. La începuturile electronicii, toate dispozitivele electronice foloseau circuite analogice. Frecvența circuitului analogic este adesea măsurată sau controlată în procesarea analogică a semnalelor. Chiar dacă se fac mai multe circuite digitale, circuitele analogice vor fi întotdeauna necesare, deoarece lumea și oamenii săi lucrează în mod analogic.

Circuite de impulsuri

Circuitele de impulsuri sunt utilizate pentru semnale care necesită impulsuri rapide de energie. De exemplu, echipamentele radar de la sol și de la bordul aeronavelor funcționează cu ajutorul circuitelor de impulsuri pentru a crea și trimite rafale de energie radio de mare putere de la emițătoarele radar. Antene speciale (numite antene "beam" sau "dish" datorită formei lor) sunt folosite pentru a trimite ("transmite") rafalele de mare putere în direcția în care este îndreptată antena beam sau dish.

Impulsurile sau rafalele de energie radio ale emițătorului radar lovesc și ricoșează (sunt "reflectate") în obiectele dure și metalice. Obiectele dure sunt lucruri precum clădiri, dealuri și munți. Obiectele metalice sunt tot ceea ce este făcut din metal, cum ar fi aeronavele, podurile sau chiar obiectele din spațiu, cum ar fi sateliții. Energia radar reflectată este detectată de receptoarele de impulsuri radar care utilizează împreună circuite de impulsuri și circuite digitale. Circuitele de impulsuri și circuitele digitale din receptoarele de impulsuri radar sunt utilizate pentru a arăta locația și distanța obiectelor care au reflectat impulsurile de mare putere ale emițătorului radar.

Prin controlul frecvenței cu care sunt trimise impulsurile rapide de energie radar de către un emițător radar (numită "sincronizarea impulsurilor" emițătorului) și a timpului necesar pentru ca energia pulsului reflectată să revină la receptorul radar, se poate spune nu numai unde se află obiectele, ci și la ce distanță se află acestea. Circuitele digitale dintr-un receptor radar calculează distanța până la un obiect cunoscând intervalul de timp dintre impulsurile de energie. Circuitele digitale ale receptorului radar numără cât timp este nevoie între impulsuri pentru ca energia reflectată a unui obiect să fie detectată de receptorul radar. Deoarece impulsurile radar sunt trimise și recepționate cu aproximativ viteza luminii, distanța până la un obiect poate fi calculată cu ușurință. Acest lucru se realizează în circuitele digitale prin înmulțirea vitezei luminii cu timpul necesar pentru a recepționa energia radar reflectată de un obiect.

Timpul dintre impulsuri (adesea numit "timp de frecvență a impulsurilor" sau PRT) stabilește limita la care poate fi detectat un obiect. Această distanță se numește "raza de acțiune" a unui emițător și a unui receptor radar. Emisoarele și receptoarele radar utilizează PRT-uri lungi pentru a afla distanța până la obiectele aflate la mare distanță. PRT-urile lungi fac posibilă determinarea cu precizie a distanței până la Lună, de exemplu. PRT-urile rapide sunt utilizate pentru a detecta obiecte care sunt mult mai aproape, cum ar fi navele pe mare, avioanele care zboară la mare înălțime sau pentru a determina viteza automobilelor care se deplasează rapid pe autostrăzi.

Circuite digitale

Circuitele digitale sunt utilizate pentru semnale care se activează și se dezactivează, în loc să funcționeze adesea la niveluri undeva între activat și dezactivat. Componentele active din circuitele digitale au, de obicei, un nivel de semnal când sunt activate și un alt nivel de semnal când sunt dezactivate. În general, în circuitele digitale, o componentă este doar pornită și oprită.

Calculatoarele și ceasurile electronice sunt exemple de dispozitive electronice care sunt alcătuite în mare parte din circuite digitale.

Blocuri de bază:

Porți logice
Flip-flops
Contoare

Dispozitive complexe:

Diagrama unui semiagregator, un circuit digital

Pagini conexe

Institutul Inginerilor Electrici și Electroniști
Electricitate

Întrebări și răspunsuri

Î: Ce este electronica?

R: Electronica este studiul electricității (fluxul de electroni) și al modului în care se poate utiliza pentru a construi lucruri precum computerele. Ea utilizează circuite realizate cu componente și fire de conectare pentru a face lucruri utile.

Î: Ce știință stă la baza electronicii?

R: Știința care stă la baza electronicii provine din studiul fizicii și este aplicată în moduri reale prin intermediul domeniului ingineriei electrice.

Î: Care sunt câteva exemple de componente electronice?

R: Printre exemplele de componente electronice se numără tranzistori, siguranțe, întrerupătoare de circuit, baterii, motoare, transformatoare, LED-uri și becuri.

Î: Cum poate fi descompus un sistem electronic în părți?

R: Un sistem electronic poate fi împărțit în trei părți - intrări, circuite de procesare a semnalelor și ieșiri. Intrările sunt senzori electrici sau mecanici care preiau semnale din lumea fizică și le convertesc în semnale de curent electric și tensiune. Circuitele de procesare a semnalelor constau din componente electronice conectate între ele pentru a manipula, interpreta și transforma informațiile conținute în semnale. Ieșirile sunt actuatori sau alte dispozitive care transformă din nou semnalele de curent și tensiune în informații lizibile de către om.

Î: Cum funcționează un televizor?

R: Un televizor are ca intrare un semnal de radiodifuziune primit de la o antenă sau de la un cablu pentru televiziunea prin cablu. Circuitele de procesare a semnalelor din interiorul televizorului utilizează informațiile privind luminozitatea, culoarea și sunetul conținute în semnalul recepționat pentru a controla dispozitivele de ieșire ale acestuia, cum ar fi un tub catodic (CRT), un ecran cu plasmă sau cu cristale lichide pentru dispozitivul de afișare, un difuzor audio acționat magnetic pentru dispozitivul de ieșire audio etc., care transformă aceste semnale în imagini vizibile afișate pe un ecran sau, respectiv, în sunete auzite de ascultători.

Î: Ce este analiza unui circuit/rețea?

R: Analiza unui circuit/rețea presupune cunoașterea atât a circuitului de intrare, cât și a circuitului de procesare a semnalului, pentru a afla care va fi ieșirea acestuia.

Î: Ce este sinteza în ceea ce privește electronica?

R: Sinteza implică cunoașterea atât a intrării, cât și a ieșirii, apoi aflarea sau proiectarea părții de procesare a semnalelor care va fi necesară pentru ca totul să funcționeze corect.