Elektronikk: Grunnleggende fakta, rolle og funksjoner av elektroniske enheter

Elektronikk: Grunnleggende fakta, rolle og funksjoner av elektroniske enheter!

Grunnleggende fakta:

Elektronikk og vitenskapen om elektrisitet både dekker elektrisk strøm. Men hver fokuserer på en annen bruk av nåværende. Elektrisitet omhandler nåværende hovedsakelig som en form for energi som kan betjene lys, motorer og annet utstyr. Elektronikk behandler elektrisk strøm hovedsakelig som et middel til å bære informasjon. Strømmer som bærer informasjon kalles signaler.

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

En jevn, uendret elektrisk strøm kan bære energi. Men nåværende må variere på en eller annen måte for å tjene som et signal. Noen elektronenheter endrer en nåværende oppførsel for å produsere eller modifisere signaler. Andre tolker signalene. Signalene kan representere lyder, bilder, tall, bokstaver eller datamaskininstruksjoner. Signaler kan også brukes til å telle objekter, måle tid eller temperatur, eller oppdage kjemikalier eller radioaktive materialer.

Signalene i elektroniske kretser kan klassifiseres som enten digitale eller analoge. Et digitalt signal er som en vanlig elektrisk bryter - den er enten på eller av. Et analogt signal kan ha noen verdi innenfor et bestemt område.

Analoge signaler er mye brukt til å representere lyder og bilder fordi lysnivåer og frekvensene av lydbølger kan ha noen verdi innenfor et gitt område. Analoge signaler kan konverteres til digitale signaler, og digitale signaler til analog. For eksempel konverterer CD-spillere spillere digitale lydsignaler på plater til analoge signaler for avspilling gjennom høyttalere.

Den raske og pålitelige kontrollen av både digitale og analoge signaler ved hjelp av elektronisk utstyr gjøres mulig av de unike egenskapene til slike halvledermaterialer som silisium og germanium.

Elektronikk er avhengig av visse høyt spesialiserte elektronenheter. Et fjernsyn, en datamaskin eller et annet kompleks elektronisk utstyr kan inneholde alt fra hundrevis til millioner av disse enhetene. Den mest kjente og viktigste elektroniske enheten er transistoren.

Transistorer opererer fortsatt millioner av stereoanlegg, radioer og TV-apparater. Men ingeniører kan nå sette over hundre tusen transistorer på en enkelt silisiumbit som er mindre enn en fingernail. En slik chip utgjør en integrert krets. Chips av denne typen kan kobles sammen på kretskort for å produsere elektronisk utstyr som er mindre og billigere, men langt sterkere enn tidligere.

Elektroniske enheter brukes ofte i et stort antall applikasjoner som tidligere var avhengige av mekaniske eller elektriske systemer for deres drift. Eksempler er elektroniske kontroller i automatiske kameraer, elektroniske tenningssystemer i biler og elektronisk kontroll i husholdningsutstyr, som vaskemaskiner.

Funksjoner av elektroniske enheter:

Elektroniske enheter utfører tre hovedfunksjoner: (1) forsterkning, (2) bytte og (3) oscillasjon, alle som en del av kretsene. En krets består av en serie tilkoblede elektronenheter og andre deler. Ved å kombinere de tre funksjonene på ulike måter, konstruerer ingeniører elektronisk utstyr som utfører mange andre spesielle funksjoner, for eksempel datamaskinens høyhastighetsoperasjoner.

Visse andre funksjoner utføres også av elektroniske enheter.

Bytte lys til elektrisitet:

Når visse materialer, som kobberoksid eller selen, blir utsatt for lys, produserer de en elektrisk strøm eller tillater en strøm å strømme gjennom dem. Elektroniske enheter laget av disse materialene kan dermed forandre lys til elektrisitet. Slike enheter kalles fotoelektriske enheter eller elektriske øyne. Strømmen fra en fotoelektrisk enhet er vanligvis ekstremt svak. Forsterkere må styrke strømmen før den kan brukes.

Produsere og bruke X-Stråler:

Spesielle typer elektronrør brukes til å produsere røntgenstråler. Røntgenstråler kan passere gjennom menneskevev og andre stoffer og legge et bilde på en fotografisk plate eller på en fluorescerende skjerm. Røntgenstråler kan dermed vise hvilke stoffer som ser ut som inne. Røntgenstråler brukes i diagnose og terapi.

Diagnose inkluderer gjenkjenning av brudd, fremmedlegeme i kroppen, tannhulen og syke forhold som kreft. Røntgenstråler brukes i terapeutisk behandling også for å stoppe spredning av ondartede svulster. I næringer brukes røntgenstråler til å finne tykkelsen på materialene. Røntgenstråler brukes også til å skanne elektronmikroskopi for å få et "bilde".

Utvikling av elektronikk:

Elektronikk utviklet seg hovedsakelig fra visse elektriske eksperimenter på 1800-tallet. Disse forsøkene involverte bruk av et gassutladningsrør, det vil si en rute hvorfra noe av luften var fjernet, etterlot en tynn blanding av gasser. Røret hadde en metallelektrode (elektrisk pol eller terminal) i hver ende.

Når et batteri var koblet til de to elektrodene, glødde røret med lyse farger. Forskere trodde at den negative elektroden, katoden, ga av usynlige stråler som forårsaket fargene. De kalt de usynlige stråler katodestråler. Som forskere fjernet enda mer luft fra knollen, for deres eksperimenter ble rørene vakuumrør.

I 1895 oppdaget den tyske fysikeren Wilhelm Roentgen at katodestrålene kunne produsere en helt annen og ukjent slags stråle. Katodestrålene opprettet disse uvanlige strålene da de slo glasset på enden av røret motsatt katoden. Til sin overraskelse fant Roentgen også at ray3 produsert på denne måten kunne passere gjennom dyr og plantevev og la et inntrykk på en fotografisk plate. Han heter de mystiske strålene X-stråler.

I 1897 ledet den britiske fysikeren Juseph J. Thomsons oppdagelse av elektroner til oppfinnelsen av enheter som kunne kontrollere en elektronstrøm eller et elektrisk signal og satte det på jobb.

Støvsuger (ventiler):

I 1904 bygget en britisk forsker ved navn John Ambrose Fleming det første vakuumrøret som kunne brukes kommersielt. Det var en to-elektrode- eller diodrør som kunne registrere radiosignaler. I tid ble diodrørene også mye brukt til å korrigere vekselstrøm.

I 1907 patenterte den amerikanske oppfinneren Lee De Forest en tre-elektrode eller triode rør. Trioderøret ble den første elektroniske forsterkeren. En av de første søknadene var i langdistanse telefonlinjer. I 1912 og 1913 utviklet De Forest og den amerikanske radiopioneren Edwin H. Armstrong, som jobbet uavhengig av hverandre, triodøret som en oscillator. Oppfinnelsen av en elektronisk forsterker og oscillator førte til begynnelsen av radiosendingen i USA i 1920. Denne datoen markerer også starten på elektronikkindustrien.

Fra 1920-tallet til 1950-tallet gjorde kunnskap om vakuumrør mulige oppfinnelser som fjernsyn, filmer med lyd, radar og elektroniske datamaskiner. Disse oppfinnelsene førte til ny utvikling av nye elektroniske enheter.

En amerikansk forsker ved navn GR Carey hadde bygget en fotoelektrisk enhet, kalt en fotoelektrisk celle, allerede i 1875. Men ingeniører gjorde lite bruk av det til tidlig på 1920-tallet, da de økte innsatsen for å utvikle TV og film med lyd.

I 1923 kombinerte en russisk-født amerikansk forsker ved navn Vladimir K. Zworykin en fotoelektrisk celle med en elektronpistol og gjorde det første vellykkede TV-kameraet.

I 1921 fant Albert W. Hull, en amerikansk ingeniør, en vakuumrøroscillator kalt en magnetron. Magnetronen var den første enheten som effektivt kunne produsere mikrobølger. Radar, som ble utviklet gradvis i 1920- og 1930-tallet, ga den første utbredt bruk av mikrobølger.

Vakuumrøret æra nådde sin topp med ferdigstillelse av den første generelle elektroniske datamaskinen i 1946.

Solid State-perioden:

Primitiv halvlederinnretninger laget av selen hadde tjent som likriktere så tidlig som 1900. Kristalldetektorer i tidlige radioer var også halvledere. Men ingen av disse enhetene virket så vel som vakuumrør likerettere og detektorer.

Så i begynnelsen av 1940-tallet produserte et team av amerikanske fysikere de første vellykkede halvlederdiodene. Teamet besto av John Bardeen, Walter H. Brattain, og William Shockley. I 1947 fant dette samme team oppfinnelsen av transistoren. Produsenter begynte å bruke transistorer som forsterkere i høreapparater og lommestørrelser i tidlig på 1950-tallet. Ved 1960-tallet hadde halvlederdioder og transistorer erstattet vakuumrør i mye elektronisk utstyr.

Microelectronics:

På slutten av 1950-tallet begynte militære og romprogrammer å kreve mer kompakt elektronisk utstyr. Selv om produsentene hadde redusert størrelsen på elektronenheter, dannet hver enhet fremdeles en separat komponent i en krets som et resultat; elektronisk utstyr var for stort til kravene til militær- og romprogrammene. Elektroniske bedrifter begynte å jobbe med å utvikle langt mindre kretser. Deres arbeid førte til mikroelektronikk-design og produksjon av integrerte kretser og utstyr som brukte integrerte kretser.

I 1960 hadde ingeniører og forskere lykkes i å bygge en integrert krets. Den hadde alle funksjonene til en konvensjonell krets pakket i en halvlederkrystall, 1000 ganger mindre enn en konvensjonell krets.

Elektronikkens rolle:

Elektronikk har en viktig rolle i et lands utviklingsprosess i dag. Elektronikk spiller en katalytisk rolle i å øke produksjon og produktivitet i nøkkelsektorer i økonomien, enten det gjelder infrastruktur, prosessindustri, kommunikasjon eller til og med arbeidskraftstrening. Høyteknologiske områder er i dag avhengig av elektronikk.

Elektronikk er konvensjonelt klassifisert i forbruker-, industri-, forsvars-, kommunikasjons- og informasjonssektoren. I nyere tid har medisinsk elektronikk og systemer for transport og kraftverk blitt viktige segmenter alene.

Forbrukerelektronikk er den eldste sektoren av feltet som begynte med utviklingen av radiomottakere etter oppfinnelsen av trioden. Internasjonal konkurranseevne på dette feltet krever konstant innovasjon.

Dette feltet har utvidet seg bemerkelsesverdig de siste årene med utvikling av elementer som CD-spillere, digitale lydbånd, mikrobølgeovner, vaskemaskiner og satellitt-TV-mottakssystemer. Alle disse elementene bruker imidlertid avanserte teknologier og teknikker for produksjon som halvlederlasere og mikrobølgeapparater.

Industriel elektronikk er orientert mot produksjonsprodukter som kreves av modemindustrien-prosesskontrollutstyr, numerisk styrte maskiner og roboter, og utstyr for testing og måling. Laboratorier også krever instrumenter av presisjon. Dette feltet har stort potensial for vekst og utvikling.

Avansert infrastruktur i materialvitenskap og sofistikert elektronikk er begge relevante for forsvaret, hvor kostnadene generelt ikke er en begrensende faktor. Utstyret må være hardt nok til å tåle miljøbelastning i tillegg til å være presis og sensitiv også.

Forsvar-elektronikk er strategisk selvfølgelig; det har også verdifulle spin-offs å tilby industrien. Bharat Electronics Ltd. (BEL), en forsvarsfinansiert organisasjon, har bidratt mye til utviklingen av transistoren og fjernsynet i India.

Kommunikasjonselektronikk er et raskt voksende felt med stort omfang for innovasjon og industriell bruk. Kommunikasjonsutstyr har hatt stor nytte av utviklingen av effektive halvlederlasere, optisk fiberteknologi, digitale teknikker og kraftige mikroprosessorer.

Informasjonsteknologi, igjen, er tydelig avhengig av elektronikk. Den integrerte kretsen er basen på datamaskiner som i sin tur brukes til å designe bedre, meget store integrerte (VLSI) kretser, spesielt mikroprosessorer og minner. Bedre datamaskiner bidrar igjen til å forbedre kommunikasjonssystemene, mens rask og effektiv kommunikasjon fører til distribuerte datanettverk som gir en tilgang til spesialiserte data i en fjern datamaskin fra ens arbeidsplass.

På det medisinske feltet har elektronikk gjort det mulig for EKG (Electrocardiogram) opptakeren samt NMR (Nuclear Magnetic Resonance) skanneren i tillegg til annet måleutstyr.