Elektronik: Grundlæggende Fakta, Rolle og Funktioner af Elektroniske Enheder

Elektronik: Grundlæggende Fakta, Rolle og Funktioner af Elektroniske Enheder!

Grundlæggende fakta:

Elektronik og videnskaben om elektricitet håndterer både elektrisk strøm. Men hver fokuserer på en anden brug af nuværende. Elektricitet beskæftiger sig med strømmen hovedsagelig som en form for energi, der kan betjene lys, motorer og andet udstyr. Elektronik behandler elektrisk strøm hovedsagelig som et middel til at bære information. Strømme, der bærer information kaldes signaler.

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

En stabil, uændret elektrisk strøm kan bære energi. Men strømmen skal variere på en eller anden måde for at tjene som et signal. Nogle elektronenheder ændrer en nuværende adfærd for at producere eller modificere signaler. Andre fortolker signalerne. Signalerne kan repræsentere lyde, billeder, tal, bogstaver eller computer instruktioner. Signaler kan også bruges til at tælle objekter, måle tid eller temperatur, eller registrere kemikalier eller radioaktive materialer.

Signalerne i elektroniske kredsløb kan klassificeres som enten digitale eller analoge. Et digitalt signal er som en almindelig elektrisk switch - den er enten tændt eller slukket. Et analogt signal kan have nogen værdi inden for et bestemt område.

Analoge signaler anvendes meget til at repræsentere lyde og billeder, fordi lysniveauer og frekvenserne af lydbølger kan have nogen værdi inden for et givet interval. Analoge signaler kan konverteres til digitale signaler og digitale signaler til analog. For eksempel konverterer cd-afspillere digitale lydsignaler på diske til analoge signaler til afspilning gennem højttalere.

Den hurtige og pålidelige styring af både digitale og analoge signaler ved hjælp af elektronisk udstyr er muliggjort af de unikke egenskaber ved sådanne halvledermaterialer som silicium og germanium.

Elektronik afhænger af visse højt specialiserede elektronenheder. Et fjernsyn, computer eller andet kompleks elektronisk udstyr kan indeholde alt fra hundredvis til millioner af disse enheder. Den mest kendte og vigtigste elektroniske enhed er transistoren.

Transistorer opererer stadig millioner af stereoanlæg, radioer og tv-apparater. Men ingeniører kan nu lægge mere end hundrede tusinde transistorer på en enkelt chip af silicium, der er mindre end en negle. En sådan chip udgør et integreret kredsløb. Chips af denne type kan kobles sammen på printkort til at producere elektronisk udstyr, der er mindre og billigere-men langt mere kraftfuldt-end nogensinde før.

Elektroniske enheder anvendes almindeligvis i et stort antal applikationer, som tidligere var afhængige af mekaniske eller elektriske systemer til deres drift. Eksempler er elektroniske styringer i automatiske kameraer, elektroniske tændingssystemer i biler og elektronisk kontrol i husholdningsudstyr, såsom vaskemaskiner.

Funktioner af elektroniske enheder:

Elektroniske enheder udfører tre hovedfunktioner: (1) forstærkning, (2) switching og (3) oscillation, alle som led i kredsløb. Et kredsløb består af en række tilsluttede elektronenheder og andre dele. Ved at kombinere de tre funktioner på forskellige måder designer ingeniører elektronisk udstyr, der udfører mange andre specielle funktioner, såsom computerens højhastighedsoperationer.

Visse andre funktioner udføres også af elektroniske enheder.

Ændring af lys til el:

Når visse materialer, såsom kobberoxid eller selen, udsættes for lys, producerer de en elektrisk strøm eller tillader en strøm at strømme gennem dem. Elektroniske enheder fremstillet af disse materialer kan således skifte lys til el. Sådanne indretninger kaldes fotoelektriske enheder eller elektriske øjne. Strømmen fra en fotoelektrisk enhed er normalt ekstremt svag. Forstærkere skal styrke strømmen, før den kan bruges.

Produktion og brug af X-Stråler:

Særlige typer elektronrør bruges til at producere røntgenstråler. Røntgenbilleder kan passere gennem menneskevæv og andre stoffer og efterlade et billede på en fotografisk plade eller på en fluorescerende skærm. Røntgenbilleder kan således vise, hvilke stoffer der ligner indeni. Røntgenstråler anvendes til diagnose og terapi.

Diagnose omfatter afsløring af brud, fremmedlegeme i kroppen, tandhuler og syge tilstande som kræft. Røntgenstråler anvendes også i terapeutisk behandling for at stoppe spredning af maligne tumorer. I industrier anvendes røntgenstråler til at finde materialets tykkelse. Røntgenstråler bruges også til at scanne elektronmikroskopi for at opnå et "billede".

Udvikling af elektronik:

Elektronik udviklet hovedsagelig fra visse elektriske eksperimenter i 1800'erne. Disse forsøg involverede anvendelse af et gasudladningsrør, det vil sige en rube, hvorfra noget af luften var blevet fjernet, hvilket efterlod en tynd blanding af gasser. Røret havde en metalelektrode (elektrisk stang eller terminal) i hver ende.

Når et batteri blev forbundet til de to elektroder, glødede røret med lyse farver. Forskere troede på, at den negative elektrode, katoden, gav os usynlige stråler, der forårsagede farverne. De kaldte de usynlige stråler katodestråler. Som forskere fjernede stadig mere luft fra knolden, blev deres rør vakuumrør til deres eksperimenter.

I 1895 opdagede den tyske fysiker Wilhelm Roentgen, at katodestrålerne kunne producere en helt anden og ukendt slags stråle. Katodestrålerne skabte disse usædvanlige stråler, da de ramte glasset ved enden af ​​røret modsat katoden. Til sin overraskelse fandt Roentgen også, at ray3 produceret på denne måde kunne passere dyre- og plantevæv og efterlade et indtryk på en fotografisk plade. Han kaldte de mystiske stråler X-stråler.

I 1897 førte den britiske fysiker Juseph J. Thomsons opdagelse af elektroner til opfindelsen af ​​anordninger, der kunne styre et elektronstrøm eller elektrisk signal og satte det på arbejde.

Støvsuger (ventiler):

I 1904 byggede en britisk videnskabsmand ved navn John Ambrose Fleming det første vakuumrør, der kunne anvendes kommercielt. Det var en to-elektrode- eller diodrør, der kunne registrere radiosignaler. Med tiden blev diode rør også meget anvendt til at korrigere vekselstrøm.

I 1907 patenterede den amerikanske opfinder Lee De Forest en tre-elektrode eller triode rør. Trioderøret blev den første elektroniske forstærker. En af de første applikationer var i langdistancetelefonlinjer. I 1912 og 1913 udviklede De Forest og den amerikanske radiopioner Edwin H. Armstrong, som uafhængigt af hinanden, udviklingen af ​​trioderøret som oscillator. Opfindelsen af ​​en elektronisk forstærker og oscillator førte til begyndelsen af ​​radiospredningen i USA i 1920. Denne dato markerer også starten på elektronikindustrien.

Fra 1920'erne til 1950'erne kunne viden om vakuumrør muliggøre sådanne opfindelser som fjernsyn, film med lyd, radar og elektroniske computere. Disse opfindelser førte til gengæld til udvikling af nye elektroniske enheder.

En amerikansk videnskabsmand ved navn GR Carey havde bygget en fotoelektrisk enhed, kaldet en fotoelektrisk celle, allerede i 1875. Men ingeniører lavede lidt brug af det indtil begyndelsen af ​​1920'erne, da de intensiverede deres indsats for at udvikle tv og film med lyd.

I 1923 kombinerede en russisk-født amerikansk videnskabsmand ved navn Vladimir K. Zworykin en fotoelektrisk celle med en elektronkanon og gjorde det første succesrige tv-kamera rør.

I 1921 opfandt Albert W. Hull, en amerikansk ingeniør, en vakuumrøroscillator kaldet en magnetron. Magnetronen var den første enhed, som effektivt kunne producere mikrobølger. Radar, som blev udviklet gradvist i 1920'erne og 1930'erne, gav den første udbredt anvendelse af mikrobølger.

Vakuumrøret æra nåede sit højdepunkt med færdiggørelsen af ​​den første almindelige elektroniske computer i 1946.

Solid State Era:

Primitiv halvlederindretninger fremstillet af selen havde tjent som ensretter allerede i 1900. Krystaldetektorerne i tidlige radioer var også halvledere. Men ingen af ​​disse enheder arbejdede såvel som vakuumrør ensrettere og detektorer.

Derefter producerede et team af amerikanske fysikere i begyndelsen af ​​1940'erne de første succesfulde halvlederdioder. Holdet bestod af John Bardeen, Walter H. Brattain og William Shockley. I 1947 opfandt dette team transistoren. Producenter begyndte at bruge transistorer som forstærkere i høreapparater og lommestørrelsesradioer i begyndelsen af ​​1950'erne. Ved 1960'erne havde halvlederdioder og transistorer erstattet vakuumrør i meget elektronisk udstyr.

Mikroelektronik:

I slutningen af ​​1950'erne begyndte militær- og rumprogrammerne at kræve mere kompakt elektronisk udstyr. Selvom producenterne havde reduceret størrelsen af ​​elektronenheder, dannede hver enhed stadig en separat komponent i et kredsløb Som følge heraf; Elektronisk udstyr var for stort til kravene i militær- og rumprogrammerne. Elektroniske virksomheder begyndte at arbejde på at udvikle langt mindre kredsløb. Deres arbejde førte til mikroelektronik-design og produktion af integrerede kredsløb og udstyr, der brugte integrerede kredsløb.

I 1960 var ingeniører og forskere i stand til at opbygge et integreret kredsløb. Det havde alle funktionerne i et konventionelt kredsløb pakket i en halvlederkrystal, 1000 gange mindre end et konventionelt kredsløb.

Elektronikens rolle:

Elektronik har en vigtig rolle i et lands udviklingsproces i dag. Elektronik spiller en katalytisk rolle i at øge produktionen og produktiviteten i nøglesektorer i økonomien, hvad enten det drejer sig om infrastruktur, procesindustrier, kommunikation eller endog mandskabsuddannelse. Højteknologiske områder er i dag stærkt afhængige af elektronik.

Elektronik klassificeres konventionelt i forbrugs-, industri-, forsvars-, kommunikations- og informationsforarbejdningsindustrien. I de senere tid er medicinsk elektronik og systemer til transport og elværktøjer blevet vigtige segmenter alene.

Forbrugerelektronik er den ældste sektor i feltet, som begyndte med udviklingen af ​​radiomodtagere efter triodens opfindelse. Den internationale konkurrenceevne på dette område kræver konstant innovation.

Dette felt er udvidet bemærkelsesværdigt i de sidste par år med udviklingen af ​​ting som cd-afspillere, digitale lydbånd, mikrobølgeovne, vaskemaskiner og satellit-tv-modtagelsessystemer. Alle disse emner gør dog brug af avancerede teknologier og teknikker til fremstilling som halvlederlasere og mikrobølgeapparater.

Industriell elektronik er orienteret mod fremstilling af produkter, der kræves af modemindustrien-processtyringsudstyr, numerisk styrede maskiner og robotter samt udstyr til test og måling. Laboratorierne kræver også præcisionsinstrumenter. Dette felt har stort potentiale for vækst og udvikling.

Avanceret infrastruktur inden for materialevidenskab og sofistikeret elektronik er begge relevante for forsvaret, hvor omkostningerne generelt ikke er en begrænsende faktor. Udstyr skal være hård nok til at modstå miljøbelastninger udover at være præcise og følsomme også.

Forsvar-elektronik er selvfølgelig strategisk; det har også værdifulde spin-offs at tilbyde industrien. Bharat Electronics Ltd. (BEL), en forsvarsfinansieret organisation, har bidraget meget til udviklingen af ​​transistoren og tv'et i Indien.

Kommunikationselektronik er et hurtigt voksende felt med stort rum for innovation og industriel anvendelse. Kommunikationsudstyr har haft stor gavn af udviklingen af ​​effektive halvlederlasere, optisk fiberteknologi, digitale teknikker og kraftfulde mikroprocessorer.

Informationsteknologi er igen klart afhængig af elektronik. Det integrerede kredsløb er bunden af ​​computere, som igen bruges til at designe bedre meget omfattende integrerede (VLSI) kredsløb, især mikroprocessorer og minder. Bedre computere hjælper igen med at forbedre kommunikationssystemerne, mens hurtige og effektive kommunikationer fører til distribuerede computernetværk, der giver en adgang til specialiserede data i en fjern computer fra sin arbejdsplads.

På det medicinske område har elektronik muliggjort EKG (Electrocardiogram) optageren samt NMR (Nuclear Magnetic Resonance) scanneren ud over andet måleudstyr.