Електроника

Електрониката е наука за управление на потока от електрони. Тя се занимава с вериги, съставени от компоненти, които контролират потока на електричество. Електрониката е част от физиката и електротехниката.

Електрически компоненти като транзистори и релета могат да действат като превключватели. Това ни позволява да използваме електрически вериги за обработка на информация и предаване на информация на големи разстояния. Електрическите вериги могат също така да приемат слаб сигнал (например шепот) и да го усилват (да го правят по-силен).

Повечето електронни системи се разделят на две категории:

Обработка и разпространение на информация. Те се наричат комуникационни системи.
Преобразуване и разпределение на енергията. Те се наричат системи за управление.

Един от начините за разглеждане на електронната система е да я разделим на три части:

Входове - Електрически или механични сензори, които приемат сигнали от физическия свят (под формата на температура, налягане и др.) и ги преобразуват в сигнали за електрически ток и напрежение.
Вериги за обработка на сигнали - те се състоят от електронни компоненти, свързани помежду си, за да манипулират, интерпретират и трансформират информацията, съдържаща се в сигналите.
Изходи - Задвижващи устройства или други устройства, които преобразуват сигналите за ток и напрежение обратно в информация, която може да бъде разчетена от човека.

На входа на телевизионния приемник например се подава излъчващ сигнал, получен от антена, а при кабелната телевизия - от кабел.

Веригите за обработка на сигнала в телевизионния приемник използват информацията за яркостта, цвета и звука, съдържаща се в приетия сигнал, за да управляват изходните устройства на телевизионния приемник. Изходното устройство на дисплея може да бъде катодно-лъчева тръба (CRT) или плазмен или течнокристален екран. Звуковото изходно устройство може да бъде звуков говорител с магнитно задвижване. Изходните устройства на дисплея преобразуват информацията за яркостта и цветовете от схемите за обработка на сигнала във видимо изображение, показвано на екрана. Аудиоизходното устройство преобразува обработената звукова информация в звуци, които могат да бъдат чути от слушателите.

Анализът на дадена схема/мрежа включва познаване на входа и на схемата за обработка на сигнала, както и намиране на изхода. Познаването на входа и изхода и намирането или проектирането на частта за обработка на сигнала се нарича синтез.

Печатна платка.

История

Хората започват да експериментират с електричеството още през 600 г. пр.н.е., когато Талес от Милет открива, че триенето на кожа върху кехлибар ще ги накара да се привличат.

От 1900 г. насам в устройствата се използват стъклени или метални вакуумни тръби за контрол на потока на електричество. С помощта на тези компоненти може да се използва напрежение с ниска мощност, за да се промени друго. Това прави революция в радиото и дава възможност за други изобретения.

През 60-те и началото на 70-те години на миналия век транзисторите и полупроводниците започват да изместват вакуумните лампи. Транзисторите могат да бъдат направени много по-малки от вакуумните лампи и могат да работят с по-малко енергия.

Приблизително по същото време започват да се използват интегрални схеми (схеми с голям брой много малки транзистори, разположени върху много тънки парчета силиций). Интегралните схеми позволиха да се намали броят на частите, необходими за производството на електронни продукти, и като цяло ги направиха много по-евтини.

Аналогови вериги

Аналоговите вериги се използват за сигнали, които имат различни амплитуди. Като цяло аналоговите вериги измерват или контролират амплитудата на сигналите. В началото на развитието на електрониката всички електронни устройства използват аналогови схеми. Честотата на аналоговата верига често се измерва или контролира при обработката на аналогови сигнали. Въпреки че се създават все повече цифрови схеми, аналоговите схеми винаги ще бъдат необходими, тъй като светът и хората в него работят по аналогов начин.

Импулсни вериги

Импулсните вериги се използват за сигнали, които се нуждаят от бързи енергийни импулси. Например самолетното и наземното радарно оборудване работи с импулсни вериги за създаване и изпращане на мощни импулси радиоенергия от радарни предаватели. Специални антени (наречени "лъчеви" или "чинии" поради формата си) се използват за изпращане ("предаване") на мощните импулси в посоката, в която е насочена лъчевата или чинийната антена.

Импулсите или изблиците на радиоенергия на радарния предавател се удрят и отскачат (отразяват се) от твърди и метални предмети. Твърди обекти са например сгради, хълмове и планини. Метални обекти са всичко, което е изработено от метал, като самолети, мостове или дори обекти в космоса, като спътници. Отразената радарна енергия се открива от радарни импулсни приемници, които използват заедно импулсни и цифрови схеми. Импулсните и цифровите вериги в радарните импулсни приемници се използват за показване на местоположението и разстоянието до обектите, които са отразили мощните импулси на радарния предавател.

Чрез контролиране на честотата на изпращане на бързите импулси на радарна енергия от радарния предавател (нарича се "време на импулса" на предавателя) и времето, необходимо за връщане на отразената енергия на импулса към радарния приемник, може да се определи не само къде се намират обектите, но и колко далеч са те. Цифровите схеми в радарния приемник изчисляват разстоянието до обекта, като познават времевия интервал между енергийните импулси. Цифровите схеми на радарния приемник отчитат колко време е необходимо между импулсите, за да бъде засечена отразената енергия на обекта от радарния приемник. Тъй като радарните импулси се изпращат и приемат приблизително със скоростта на светлината, разстоянието до обекта може лесно да се изчисли. Това се прави в цифровите схеми чрез умножаване на скоростта на светлината по времето, необходимо за получаване на отразената от обекта радарна енергия.

Времето между импулсите (често наричано "време на импулсната честота" или PRT) определя границата на разстоянието, на което може да се открие обект. Това разстояние се нарича "обхват" на радарния предавател и приемник. Радарните предаватели и приемници използват дълги PRT, за да определят разстоянието до обекти, които са далеч. Дългият PRT дава възможност за точно определяне на разстоянието до Луната, например. Бързите PRT се използват за откриване на обекти, които са много по-близо, като кораби в морето, високо летящи самолети или за определяне на скоростта на бързо движещи се автомобили по магистралите.

Цифрови вериги

Цифровите вериги се използват за сигнали, които само се включват и изключват, вместо често да работят на нива между включено и изключено. Активните компоненти в цифровите вериги обикновено имат едно ниво на сигнала при включване и друго ниво на сигнала при изключване. Като цяло в цифровите вериги даден компонент се включва и изключва само при включване и изключване.

Компютрите и електронните часовници са примери за електронни устройства, които се състоят предимно от цифрови вериги.

Основни блокове:

Логически врати
Джапанки
Броячи

Сложни устройства:

Схема на половин суматор, цифрова схема

Свързани страници

Институт на инженерите по електротехника и електроника
Електричество

Въпроси и отговори

В: Какво е електроника?

О: Електрониката е наука за електричеството (потокът от електрони) и как да го използваме за изграждане на неща като компютри. Тя използва схеми, направени от компоненти и свързващи проводници, за да прави полезни неща.

В: Коя наука е в основата на електрониката?

О: Науката, която стои в основата на електрониката, идва от изучаването на физиката и се прилага в реалния живот чрез областта на електротехниката.

В: Какви са някои примери за електронни компоненти?

О: Примери за електронни компоненти са транзистори, предпазители, прекъсвачи, батерии, двигатели, трансформатори, светодиоди и крушки.

В: Как може да се раздели една електронна система на части?

О: Една електронна система може да бъде разделена на три части - входове, вериги за обработка на сигнали и изходи. Входовете са електрически или механични сензори, които приемат сигнали от физическия свят и ги преобразуват в сигнали за електрически ток и напрежение. Веригите за обработка на сигналите се състоят от електронни компоненти, свързани помежду си, за да манипулират, интерпретират и трансформират информацията, съдържаща се в сигналите. Изходните устройства са активатори или други устройства, които преобразуват сигналите за ток и напрежение обратно в информация, която може да се чете от човека.

Въпрос: Как работи телевизорът?

О: На входа на телевизионния приемник се подава излъчван сигнал, получен от антена или кабел за кабелна телевизия. Веригите за обработка на сигналите в телевизионния приемник използват информацията за яркостта, цвета и звука, съдържаща се в приетия сигнал, за да управляват неговите изходни устройства, като например катодно-лъчева тръба (CRT), плазмен или течнокристален екран за изходно устройство; магнитно задвижван аудио високоговорител за аудио изходно устройство и т.н., които преобразуват тези сигнали съответно във видими изображения, показвани на екрана, или звуци, чувани от слушателите.

В: Какво представлява анализът на верига/мрежа?

О: Анализът на дадена схема/мрежа включва познаване на нейния вход и на схемата за обработка на сигнала, за да се установи какъв ще бъде нейният изход.

В: Какво представлява синтезът, когато става въпрос за електроника?

О.: Синтезът включва познаване на входа и изхода, след което се открива или проектира какъв вид част за обработка на сигнала ще е необходима, за да работи всичко заедно правилно.