Elektronica: basisfeiten, rollen en functies van elektronische apparaten

Elektronica: basisfeiten, rollen en functies van elektronische apparaten!

Basis feiten:

Elektronica en de wetenschap van elektriciteit hebben beide te maken met elektrische stroom. Maar elk richt zich op een ander gebruik van stroom. Elektriciteit heeft met name betrekking op stroom als een vorm van energie die verlichting, motoren en andere apparatuur kan bedienen. Elektronica behandelt elektrische stroom voornamelijk als een middel om informatie te dragen. Stromen die informatie bevatten, worden signalen genoemd.

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

Een constante, onveranderlijke elektrische stroom kan energie dragen. Maar de stroom moet op de een of andere manier variëren om als signaal te dienen. Sommige elektronenapparaten veranderen het gedrag van een stroom om signalen te produceren of te wijzigen. Anderen interpreteren de signalen. De signalen kunnen geluiden, afbeeldingen, cijfers, letters of computerinstructies voorstellen. Signalen kunnen ook worden gebruikt om objecten te tellen, tijd of temperatuur te meten of om chemicaliën of radioactieve materialen te detecteren.

De signalen in elektronische schakelingen kunnen worden geclassificeerd als digitaal of analoog. Een digitaal signaal is als een gewone elektrische schakelaar - het is aan of uit. Een analoog signaal kan elke waarde binnen een bepaald bereik hebben.

Analoge signalen worden veel gebruikt om geluiden en afbeeldingen weer te geven, omdat lichtniveaus en de frequenties van geluidsgolven binnen een bepaald bereik een waarde kunnen hebben. Analoge signalen kunnen worden omgezet in digitale signalen en digitale signalen in analoog. Compact-discspelers zetten bijvoorbeeld digitale geluidssignalen op schijven om naar analoge signalen voor weergave via luidsprekers.

De snelle en betrouwbare controle van zowel digitale als analoge signalen door elektronische apparatuur wordt mogelijk gemaakt door de unieke eigenschappen van dergelijke halfgeleidermaterialen zoals silicium en germanium.

Elektronica is afhankelijk van bepaalde zeer gespecialiseerde elektronenapparaten. Een televisie, computer of ander onderdeel van complexe elektronische apparatuur kan van honderden tot miljoenen van deze apparaten bevatten. Het bekendste en belangrijkste elektronische apparaat is de transistor.

Transistors bedienen nog steeds miljoenen stereo's, radio's en televisietoestellen. Maar ingenieurs kunnen nu meer dan honderdduizend transistors op een enkele chip van silicium plaatsen die kleiner is dan een vingernagel. Zo'n chip vormt een geïntegreerd circuit. Chips van dit type kunnen samen op printplaten worden aangesloten om elektronische apparatuur te produceren die kleiner en goedkoper is, maar veel krachtiger dan ooit tevoren.

Elektronische apparaten worden vaak gebruikt in een groot aantal toepassingen die voorheen afhankelijk waren van mechanische of elektrische systemen voor hun werking. Voorbeelden zijn elektronische bediening van automatische camera's, elektronische ontstekingssystemen in auto's en elektronische besturing van huishoudelijke apparatuur, zoals wasmachines.

Functies van elektronische apparaten:

Elektronische apparaten vervullen drie hoofdfuncties: (1) versterking, (2) schakelen en (3) oscillatie, allemaal als onderdeel van circuits. Een circuit bestaat uit een reeks verbonden elektronenapparaten en andere onderdelen. Door de drie functies op verschillende manieren te combineren, ontwerpen ingenieurs elektronische apparatuur die veel andere speciale functies uitvoert, zoals de snelle operaties van computers.

Bepaalde andere functies worden ook uitgevoerd door elektronische apparaten.

Van licht veranderen in elektriciteit:

Wanneer bepaalde materialen, zoals koperoxide of selenium, worden blootgesteld aan licht, produceren ze een elektrische stroom of laten ze er een stroom doorheen stromen. Elektronische apparaten gemaakt van deze materialen kunnen zo licht in elektriciteit veranderen. Dergelijke apparaten worden foto-elektrische apparaten of elektrische ogen genoemd. De stroom van een foto-elektrisch apparaat is meestal extreem zwak. Versterkers moeten de stroom versterken voordat deze kan worden gebruikt.

Produceren en gebruiken van X-Rays:

Speciale soorten elektronenbuizen worden gebruikt om röntgenstralen te produceren. Röntgenstralen kunnen door menselijk weefsel en andere stoffen gaan en een afbeelding achterlaten op een fotografische plaat of op een fluorescerend scherm. Röntgenstralen kunnen zo laten zien welke stoffen er vanbinnen eruitzien. Röntgenfoto's worden gebruikt bij diagnose en therapie.

Diagnose omvat detectie van breuken, vreemd voorwerp in het lichaam, tandholten en ziekelijke aandoeningen zoals kanker. Röntgenstralen worden gebruikt in therapeutische behandeling, ook om de verspreiding van kwaadaardige tumoren tegen te gaan. In de industrie worden röntgenstralen gebruikt om de dikte van de materialen te vinden. Röntgenstralen worden ook gebruikt om elektronenmicroscopie te scannen om een ​​"beeld" te verkrijgen.

Ontwikkeling van elektronica:

Elektronica voornamelijk ontwikkeld van bepaalde elektrische experimenten in de jaren 1800. Deze experimenten omvatten het gebruik van een gasontladingsbuis, dat wil zeggen een rube waaruit een deel van de lucht was verwijderd, waardoor een dun mengsel van gassen achterbleef. De buis had een metalen elektrode (elektrische pool of terminal) aan elk einde.

Toen een batterij werd aangesloten op de twee elektroden, gloeide de buis met heldere kleuren. Wetenschappers geloofden dat de negatieve elektrode, de kathode, onzichtbare stralen afgeeft die de kleuren veroorzaakten. Ze noemden de onzichtbare stralen kathodestralen. Toen wetenschappers nog meer lucht uit de knol verwijderden, werden de buizen voor hun experimenten vacuümbuizen.

In 1895 ontdekte de Duitse natuurkundige Wilhelm Roentgen dat de kathodestralen een heel ander en onbekend soort straal konden produceren. De kathodestralen creëerden deze ongewone stralen wanneer ze tegen het glas aan het eind van de buis tegenover de kathode staken. Tot zijn verrassing ontdekte Roentgen ook dat ray3 op deze manier geproduceerd kon worden door dieren- en plantenweefsel en een indruk achter liet op een fotografische plaat. Hij noemde de mysterieuze röntgenstralen.

In 1897 leidde de ontdekking van elektronen door de Britse fysicus Juseph J. Thomson tot de uitvinding van apparaten die een elektronenstroom of een elektrisch signaal konden regelen en aan het werk konden zetten.

Vacuümbuizen (kleppen):

In 1904 bouwde een Britse wetenschapper, John Ambrose Fleming, de eerste vacuümbuis die commercieel kon worden gebruikt. Het was een tweedraads- of diodebuis die radiosignalen kon detecteren. Na verloop van tijd werden diodebuizen ook op grote schaal gebruikt om wisselstroom te corrigeren.

In 1907 patenteerde de Amerikaanse uitvinder Lee De Forest een drie-elektrode of triode buis. De triode buis werd de eerste elektronische versterker. Een van de eerste toepassingen was in lange afstand telefoonlijnen. In 1912 en 1913 ontwikkelden De Forest en de Amerikaanse radiopionier Edwin H. Armstrong, onafhankelijk werkend, de triode-buis als een oscillator. De uitvinding van een elektronische versterker en oscillator leidde in 1920 tot het begin van radio-uitzendingen in de Verenigde Staten. Deze datum markeert ook het begin van de elektronica-industrie.

Vanaf de jaren 1920 tot de jaren 1950 maakte kennis over vacuümbuizen mogelijk uitvindingen als televisie, films met geluid, radar en elektronische computers. Deze uitvindingen leidden op hun beurt tot de ontwikkeling van nieuwe elektronische apparaten.

Een Amerikaanse wetenschapper met de naam GR Carey had al in 1875 een foto-elektrisch apparaat gebouwd, een foto-elektrische cel. Maar technici maakten er tot begin jaren twintig weinig gebruik van, toen ze hun inspanningen om televisie en films met geluid te ontwikkelen, intensiveerden.

In 1923 combineerde een in Rusland geboren Amerikaanse wetenschapper, Vladimir K. Zworykin, een foto-elektrische cel met een elektronenkanon en maakte zo de eerste succesvolle tv-camerabuis.

In 1921 vond Albert W. Hull, een Amerikaanse ingenieur, een vacuümbuisoscillator uit, een magnetron genaamd. De magnetron was het eerste apparaat dat efficiënt microgolven kon produceren. Radar, die geleidelijk werd ontwikkeld tijdens de jaren 1920 en 1930, zorgde voor het eerste wijdverspreide gebruik van magnetrons.

Het vacuüm buis tijdperk bereikte zijn hoogtepunt met de voltooiing van de eerste algemene elektronische computer in 1946.

The Solid-State Era:

Primitieve halfgeleiderelementen gemaakt van seleen dienden al in 1900 als gelijkrichters. De kristaldetectoren in vroege radio's waren ook halfgeleiders. Maar geen van deze apparaten werkte net zo goed als vacuümbuisgelijkrichters en -detectoren.

Toen, begin jaren veertig, produceerde een team van Amerikaanse natuurkundigen de eerste succesvolle halfgeleiderdiodes. Het team bestond uit John Bardeen, Walter H. Brattain en William Shockley. In 1947 vond ditzelfde team de transistor uit. Fabrikanten begonnen in het begin van de jaren vijftig transistors te gebruiken als versterkers in hoorapparaten en zakformaat radio's. Tegen de jaren zestig hadden halfgeleiderdiodes en transistors vacuümbuizen vervangen in veel elektronische apparatuur.

Microelectronics:

Aan het einde van de jaren vijftig begonnen militaire en ruimtevaartprogramma's steeds meer compacte elektronische apparatuur te eisen. Hoewel fabrikanten de grootte van elektronenapparaten hadden verkleind, vormde elk apparaat nog steeds een afzonderlijke component in een schakeling. elektronische apparatuur was te groot voor de eisen van de militaire en ruimtevaartprogramma's. Elektronische bedrijven zijn begonnen met het ontwikkelen van veel kleinere circuits. Hun werk leidde tot micro-elektronica - het ontwerp en de productie van geïntegreerde schakelingen en van apparatuur die gebruik maakte van geïntegreerde schakelingen.

In 1960 waren ingenieurs en wetenschappers erin geslaagd een geïntegreerd circuit te bouwen. Het had alle functies van een conventioneel circuit verpakt in een halfgeleiderkristal, 1000 keer kleiner dan een conventioneel circuit.

Rol van elektronica:

Elektronica speelt tegenwoordig een uiterst belangrijke rol in het ontwikkelingsproces van een land. Elektronica speelt een katalyserende rol bij het verbeteren van productie en productiviteit in belangrijke sectoren van de economie, of het nu gaat om infrastructuur, procesindustrieën, communicatie of zelfs mankrachttraining. High-tech gebieden zijn tegenwoordig sterk afhankelijk van elektronica.

Elektronica wordt conventioneel ingedeeld in de sectoren consumenten, industrie, defensie, communicatie en informatieverwerking. De laatste tijd zijn medische elektronica en systemen voor transport- en energiebedrijven op zichzelf belangrijke segmenten geworden.

Consumentenelektronica is de oudste sector van het veld die begon met de ontwikkeling van radio-ontvangers na de uitvinding van de triode. Het internationale concurrentievermogen op dit gebied vereist voortdurende innovatie.

Dit veld is de afgelopen jaren opmerkelijk uitgebreid met de ontwikkeling van items zoals compact-disc (CD) -spelers, digitale audiotape, magnetrons, wasmachines en satelliettelevisie-ontvangstsystemen. Al deze items maken echter gebruik van geavanceerde technologieën en fabricagetechnieken zoals halfgeleiderlasers en microgolfapparaten.

Industriële elektronica is gericht op het vervaardigen van producten die vereist zijn door moderne industrie-procesbesturingsapparatuur, numeriek bestuurde machines en robots, en apparatuur voor testen en meten. Laboratoria hebben ook instrumenten van precisie nodig. Dit veld heeft een groot potentieel voor groei en ontwikkeling.

Geavanceerde infrastructuur in materiaalwetenschappen en geavanceerde elektronica zijn beide relevant voor het verdedigingsveld, waar kosten doorgaans geen beperkende factor zijn. Apparatuur moet sterk genoeg zijn om bestand te zijn tegen omgevingsdruk, naast dat het nauwkeurig en gevoelig is.

Defensie-elektronica is natuurlijk strategisch; het heeft ook waardevolle spin-offs om de industrie aan te bieden. Bharat Electronics Ltd. (BEL), een door defensie gefinancierde organisatie, heeft veel bijgedragen aan de ontwikkeling van de transistor en televisie in India.

Communicatie-elektronica is een snel groeiend veld met veel ruimte voor innovatie en industriële toepassing. Communicatie-apparatuur heeft enorm geprofiteerd van de ontwikkeling van efficiënte halfgeleiderlasers, optische vezeltechnologie, digitale technieken en krachtige microprocessors.

Informatietechnologie is wederom duidelijk afhankelijk van elektronica. Het geïntegreerde circuit is de basis van computers die op hun beurt worden gebruikt voor het ontwerpen van betere, zeer grootschalige geïntegreerde (VLSI) circuits, met name microprocessors en geheugens. Betere computers helpen wederom om communicatiesystemen te verbeteren, terwijl snelle en efficiënte communicatie leidt tot gedistribueerde computernetwerken die toegang geven tot gespecialiseerde gegevens in een verre computer vanaf de werkplek zelf.

Op medisch gebied heeft de elektronica de ECG (Electrocardiogram) -recorder en de NMR-scanner (Nucleaire Magnetische Resonantie) naast andere meetapparatuur mogelijk gemaakt.