Электроника

Электроника - это исследование того, как контролировать поток электронов. Она имеет дело с цепями, состоящими из компонентов, которые управляют потоком электричества. Электроника - это часть физики и электротехники.

Электрические компоненты, такие как транзисторы и реле, могут выступать в качестве переключателей. Это позволяет нам использовать электрические цепи для обработки информации и передачи информации на большие расстояния. Схемы также могут принимать слабый сигнал (как шепот) и усиливать его (сделать громче).

Большинство электронных систем делятся на две категории:

Обработка и распространение информации. Это называется коммуникационными системами.
Преобразование и распределение энергии. Это называется системами управления.

Один из способов взглянуть на электронную систему - разделить ее на три части:

Входы - электрические или механические датчики, которые принимают сигналы от физического мира (в виде температуры, давления и т.д.) и преобразуют их в сигналы электрического тока и напряжения.
Схемы обработки сигналов - состоят из электронных компонентов, соединенных вместе для манипулирования, интерпретации и преобразования информации, содержащейся в сигналах.
Выходы - приводы или другие устройства, которые преобразуют сигналы тока и напряжения обратно в информацию, считываемую человеком.

Телевизор, например, имеет на входе широковещательный сигнал, принимаемый от антенны, или для кабельного телевидения - кабель.

Схемы обработки сигналов внутри телевизора используют яркость, цветность и звуковую информацию, содержащуюся в принимаемом сигнале, для управления выходными устройствами телевизора. Устройством вывода сигнала может быть катодно-лучевая трубка (ЭЛТ) или плазменный или жидкокристаллический дисплей. Устройство вывода аудиосигнала может представлять собой динамик с магнитным приводом. Устройства вывода изображения преобразуют яркость и цветовую информацию цепей обработки сигнала в видимое изображение, отображаемое на экране. Звуковое выходное устройство преобразует обработанную звуковую информацию в звуки, которые могут быть услышаны слушателями.

Анализ цепи/сети включает в себя знание входа и цепи обработки сигнала, а также обнаружение выхода. Знание входа и выхода и обнаружение или проектирование участка обработки сигнала называется синтезом.

Печатная плата.

История

Люди начали экспериментировать с электричеством еще в 600 г. до н.э., когда Фалес Милетский обнаружил, что натирание янтаря мехом притягивает их друг к другу.

Начиная с 1900-х годов, в устройствах использовались стеклянные или металлические вакуумные трубки для управления потоком электроэнергии. С помощью этих компонентов низкое напряжение питания может быть использовано для замены другого. Это произвело революцию в радио и позволило создать другие изобретения.

В 1960-х и начале 1970-х гг. транзисторы и полупроводники начали заменять вакуумные трубки. Транзисторы могут быть сделаны намного меньше, чем вакуумные трубки, и они могут работать с меньшим потреблением энергии.

Примерно в это же время широкое распространение получили интегральные схемы (схемы с большим количеством очень маленьких транзисторов, размещенных на очень тонких ломтиках кремния). Интегральные микросхемы позволили сократить количество деталей, необходимых для изготовления электронных изделий, и в целом значительно удешевили изделия.

аналоговые схемы

Аналоговые схемы используются для сигналов с разной амплитудой. Как правило, аналоговые цепи измеряют или контролируют амплитуду сигналов. На заре развития электроники во всех электронных устройствах использовались аналоговые схемы. Частота аналоговых цепей часто измеряется или контролируется при аналоговой обработке сигналов. Несмотря на то, что производится больше цифровых схем, аналоговые схемы всегда будут необходимы, так как мир и его люди работают в аналоговом режиме.

Импульсные цепи

Импульсные цепи используются для сигналов, требующих быстрых импульсов энергии. Например, самолеты и наземная радиолокационная аппаратура работают по импульсным цепям для создания и передачи мощных всплесков радиоэнергии от радиолокационных передатчиков. Для передачи ("передачи") мощных всплесков в направлении наведения антенны луча или антенны тарелки используются специальные антенны (из-за своей формы они называются "лучевыми" или "тарелочными").

Импульсы или всплески радиоэнергии радиолокационного передатчика попадают и отскакивают (они "отражаются") от твердых и металлических предметов. Твердые объекты - это такие вещи, как здания, холмы и горы. Металлические объекты - это все, что сделано из металла, например, самолеты, мосты или даже объекты в космосе, например, спутники. Энергия отраженного радара обнаруживается радарными импульсными приемниками, которые используют как импульсные, так и цифровые схемы вместе. Импульсные и цифровые схемы в радиолокационных импульсных приемниках используются для отображения местоположения и расстояния до объектов, которые отразили мощные импульсы радиолокационного передатчика.

Контролируя, как часто радарный передатчик посылает быстрые импульсы энергии радара (так называемый "импульсный тайминг" передатчика), и сколько времени требуется, чтобы энергия отраженного импульса вернулась к радару-приемнику, можно определить не только, где находятся объекты, но и на каком расстоянии они находятся. Цифровые схемы в радиолокационном приемнике вычисляют расстояние до объекта, зная интервал времени между импульсами энергии. Цифровые цепи радара-приемника подсчитывают, сколько времени требуется между импульсами, чтобы энергия отраженного объекта была обнаружена радаром-приемником. Поскольку радарные импульсы посылаются и принимаются приблизительно со скоростью света, расстояние до объекта можно легко рассчитать. Это делается в цифровых цепях путем умножения скорости света на время, необходимое для приема отраженной энергии радара от объекта.

Время между импульсами (часто называемое "временем пульса", или PRT) устанавливает предел того, на каком расстоянии может быть обнаружен объект. Это расстояние называется "дальностью действия" радиолокационного передатчика и приемника. Радарные передатчики и приемники используют длинные PRT, чтобы найти расстояние до объектов, которые находятся на большом расстоянии. Длинные PRT позволяют точно определить расстояние до Луны, например. Быстрые PRT используются для обнаружения объектов, которые находятся гораздо ближе, например, корабли в море, летающие самолеты, или для определения скорости быстро движущихся автомобилей на шоссе.

Цифровые схемы

Цифровые схемы используются для сигналов, которые только включаются и выключаются, вместо того, чтобы часто работать на уровнях где-то между включением и выключением. Активные компоненты в цифровых цепях обычно имеют один уровень сигнала при включении и другой уровень сигнала при выключении. В целом, в цифровых цепях компонент только включается и выключается.

Компьютеры и электронные часы являются примерами электронных устройств, которые состоят в основном из цифровых схем.

Основные блоки:

Логические ворота
Флипфлопс
Счетчики

Сложные устройства:

Схема половинного сумматора, цифровая схема

Связанные страницы

Институт инженеров по электротехнике и электронике
Электричество

Вопросы и ответы

В: Что такое электроника?

О: Электроника - это изучение электричества (потока электронов) и того, как использовать его для создания таких вещей, как компьютеры. В ней используются схемы из компонентов и соединительных проводов для выполнения полезных действий.

В: Какая наука лежит в основе электроники?

О: Наука, лежащая в основе электроники, берет начало в изучении физики и применяется в реальной жизни в области электротехники.

В: Каковы некоторые примеры электронных компонентов?

О: Примерами электронных компонентов являются транзисторы, предохранители, выключатели, батареи, двигатели, трансформаторы, светодиоды и лампочки.

В: Как можно разбить электронную систему на части?

О: Электронную систему можно разделить на три части - входы, цепи обработки сигнала и выходы. Входы - это электрические или механические датчики, которые принимают сигналы из физического мира и преобразуют их в сигналы электрического тока и напряжения. Цепи обработки сигналов состоят из электронных компонентов, соединенных вместе для манипулирования, интерпретации и преобразования информации, содержащейся в сигналах. Выходы - это исполнительные механизмы или другие устройства, которые преобразуют сигналы тока и напряжения обратно в информацию, читаемую человеком.

В: Как работает телевизор?

О: На вход телевизора подается широковещательный сигнал, полученный от антенны или кабеля для кабельного телевидения. Схемы обработки сигналов внутри телевизора используют информацию о яркости, цвете и звуке, содержащуюся в полученном сигнале, для управления его выходными устройствами, такими как катодно-лучевая трубка (CRT), плазменный или жидкокристаллический экран для устройства вывода изображения; аудиодинамик с магнитным приводом для устройства вывода звука и т.д., которые преобразуют эти сигналы в видимые изображения, отображаемые на экране, или звуки, слышимые слушателями соответственно.

В: Что такое анализ цепи/сети?

О: Анализ схемы/сети предполагает знание как ее входа, так и схемы обработки сигнала для того, чтобы выяснить, каким будет ее выход.

В: Что такое синтез, когда речь идет об электронике?

О: Синтез включает в себя знание входа и выхода, а затем выяснение или проектирование того, какая часть обработки сигнала будет необходима для того, чтобы все это работало вместе должным образом.