Электронная техника
Ссылки на тему «Электронная техника»
Видеоуроки по Электронной технике
Принцип работы полупроводникового диода
Диод представляет собой специальное устройство на основе полупроводникового материала, которое позволяет проводить электрический ток только в одном направлении: через него ток протекает свободно, а в противоположном направлении проходит с большим сопротивлением. Использование этого свойства диода позволяет преобразовывать переменный ток в постоянный.
Схема двухполупериодного выпрямительного моста
Выпрямительные мосты широко применяются в схемах питания электронных устройств для преобразования переменного напряжения в постоянное. Наиболее распространенной схемой является мостовая схема, которая состоит из четырех полупроводниковых диодов.
Стабилитроны или диоды Зенера
Стабилитроны (или диоды Зенера) — это особые полупроводниковые приборы, предназначенные для стабилизации напряжения в источниках питания, а также для ограничения амплитуды импульсов и формирования опорного напряжения. Напряжение на выводах стабилитрона остается почти неизменным в заданных пределах при различных значениях тока, который протекает через него.
Стабилизатор напряжения на стабилитроне
Одним из простейших способов стабилизации напряжения является использование параметрического стабилизатора. Принцип работы этого стабилизатора основан на использовании фрагмента ВАХ (вольт-амперная характеристика) стабилитрона на его обратной ветви. Схема параметрического стабилизатора напряжения является простой и надежной.
Работа тиристора
Тиристор — это полупроводниковое устройство, прежде всего предназначенное для регулирования и коммутации больших токов. Оно широко применяется в различных устройствах, таких как системы управления освещением, терморегуляторы, сварочные аппараты и мощные электродвигатели.
Биполярные транзисторы
Биполярный транзистор — это полупроводниковое устройство, которое имеет три электрода. Каждый электрод подключается к трем слоям полупроводникового материала с чередующимся типом проводимости: эмиттер, база и коллектор. Биполярные транзисторы делятся на две основные группы: NPN и PNP транзисторы.
Каскадный усилитель с общим эмиттером
Схема усилителя с биполярным транзистором, включенным с общим эмиттером, является одной из самых популярных схем для усиления сигнала.
Каскадный усилитель с общей базой
Особенности использования схемы каскадного усилителя с общей базой
Каскадный усилитель с общим коллектором
Особенности использования схемы каскадного усилителя с общим коллектором
Полевые транзисторы с изолированным затвором
У полевых транзисторов с изолированным затвором затвор изготавливается из металла и отделен от полупроводникового канала тонким слоем диэлектрика. Эти устройства также называются МДП или МОП-транзисторами (от «Металл-Оксид-Полупроводник»).
Схемы подключения полевых транзисторов
Как и биполярные транзисторы, полевой транзистор можно подключить по одной из трех основных схем
Условные обозначения для отечественных микросхем
Здесь представлен буквенно-цифровой код, который всегда позволяет определить тип и назначение микросхемы
Пленочные и гибридные интегральные схемы
Пленочные интегральные схемы имеют подложку (плату) из диэлектрика (стекло, керамика и других материалов). Пассивные элементы, такие как резисторы, конденсаторы, катушки и соединения между элементами, выполняются в виде пленок, нанесенных на подложку
Технология производства микросхем
Кто мог подумать, что обычный песок может быть исходным материалом для производства микросхем, которые управляют современной электроникой, включая суперкомпьютеры, сотовые телефоны, микроволновые печи и другие устройства
Обзор микросхем стандартной логики
Развитие электронной промышленности, включая появление программируемых схем, снизило потребность в микросхемах стандартной логики, но их использование все еще остается востребованным
Логические значения
В цифровой электронике используются импульсы и прямоугольные сигналы. Состояние любой точки системы в любой момент времени определяется уровнем напряжения. Эти уровни обозначаются «высоким» и «низким», соответствующими значениям «ложь» и «истина» в бинарной логике
ЭЛЕКТРОННАЯ БЫТОВАЯ ТЕХНИКА
БЫТОВАЯ ТЕХНИКА
Бытовая техника – это все электронные и механические устройства, которые используются людьми в повседневной жизни. Она включает в себя оборудование и инструменты, которые облегчают выполнение домашних задач. Раньше было возможно обойтись без бытовой техники, но со временем она стала неотъемлемой частью быта, а в последние годы ее использование стало обязательным. Каждый год появляются новые усовершенствования, которые делают технику более надежной, функциональной и эффективной.
На сегодняшний день всю бытовую технику можно условно разделить на следующие категории:
— Измерительная и вычислительная – весы, таймеры, будильники, калькуляторы, компьютеры, ноутбуки, термометры, барометры;
— Для связи и вещания – телевизоры, радиоприемники, стационарные и мобильные телефоны, пейджеры;
В последние годы все большее verbial_precom_внимание уделяется бытовым устройствам с микропроцессорным управлением. Основой таких устройств является микропроцессор, который представляет собой микросхему. Микропроцессорные схемы позволяют создавать миниатюрные и многофункциональные приборы бытовой техники при снижении их стоимости.
К данной категории бытовой техники относятся такие устройства, как кухонные плиты, микроволновые печи, холодильники, посудомоечные машины, стиральные машины, кондиционеры, кофеварки, кухонные комбайны, а также аудио-видео техника. Использование микропроцессорных систем управления позволяет диагностировать поломку устройства, что помогает сократить время и затраты на ремонт техники.
При использовании любой бытовой техники необходимо соблюдать основные правила: отключать приборы от сети, когда они не используются в ближайшее время, избегать попадания жидкости и мусора внутрь устройства, использовать только рекомендованное производителем питание, не давать неподготовленным людям пользоваться техникой.
Все выпускаемые виды бытовой техники сопровождаются паспортами и инструкциями по эксплуатации. Потребителю несет ответственность за обращение с этой техникой.
Электронные приборы и устройства, история электроники
Термины «электрический» и «электронный» часто используются взаимозаменяемо. Однако они имеют разные значения.
Электронные устройства не только преобразуют электрическую энергию в свет, тепло или движение, но и управляют электрическим током таким образом, чтобы этот ток нес информацию, а не только энергию.
Вернемся к примеру электрического тостера. Он использует такие же нагревательные элементы, пружины и решетки для хлеба, что и в обычном тостере, только он также содержит более сложные элементы, такие как электронный дисплей, который отображает процесс поджаривания, и электронный термостат, который поддерживает постоянную температуру внутри тостера.
В общем случае, если устройство использует электричество только в качестве источника энергии, то оно является электрическим устройством. А если оно использует электричество для обработки информации, то это, скорee всего, электронное устройство.
Электрические и электронные устройства состоят из разных наборов элементов, но часто пересекаются в своем функционале. Важно помнить, что все электронные устройства также являются электрическими устройствами, но не наоборот.
Электроника и ее определение
Электроника — это наука и техника, изучающая и применяющая электронные и ионные явления, которые происходят в вакууме, газах, жидкостях, твердых телах и плазме, а также на границе этих сред.
Электроника включает в себя два основных раздела:
1. Физическая электроника, которая изучает теоретические и экспериментальные аспекты электронных и ионных явлений, принципы построения электронных устройств, механизмы работы электронных приборов и механизмы взаимодействия электронов, ионов, квантов и электромагнитных полей с веществом.
2. Техническая (прикладная) электроника, которая занимается теорией и практикой применения электронных приборов, устройств, систем и установок в различных областях человеческой деятельности, включая науку, промышленность, связь, сельское хозяйство, строительство, транспорт и другие сферы.
Электронные приборы и устройства
Электронные приборы и устройства играют центральную роль в электронике. Они являются объектами исследования физической электроники и основными компонентами при разработке технической электроники.
Физические явления, связанные с движением электронов и не воплощенные в электронных приборах, такие как космические лучи и распространение радиоволн, относятся к другим отраслям физики, например к радиофизике.
Аналогично технической аппаратуре, содержащей вспомогательные электронные узлы, но не основанной на свойствах электронных приборов, можно отнести электромашинный усилитель, магнитный усилитель, электроннолучевые осциллографы, рентгеновские установки, радиолокаторы, анализаторы энергетических спектров частиц и другие устройства электроники. Виды и классы электронных приборов довольно многообразны и охватывают различные области применения.
Изначальное появление и развитие электроники
Перед зарождением электроники были сделаны следующие открытия: возникновение электрической дуги (1802), тлеющего разряда в газах (1850), катодных лучей (1859), изобретение лампы накаливания (1873) и другие.
Изобретение радио (1895 год) стало существенным стимулом для развития электроники, потому что за этим последовало значительное улучшение приборов, особенно в период с 1913 по 1920 годы.
Женщина в наушниках слушает радио (1923 год)
В промышленности с 1933 по 1935 годы начали использовать тепловые действия высокочастотных токов для индукционного нагрева металлов и сплавов, а также для полупроводниковых материалов и диэлектрического нагрева диэлектриков. Во время Второй мировой войны (1939-1945 годы) большую роль в развитии электроники сыграла радиолокация.
Вплоть до недавнего времени нерадиотехнические применения электронных приборов развивались под сильным влиянием радиотехники, откуда они заимствовали основные элементы, схемы и методы.
Дальнейшее развитие нерадиотехнических приложений электроники шло самостоятельными путями, особенно в области ядерной техники (с 1943 года), вычислительной техники (с 1949 года) и введения массовых методов автоматизации производственных процессов.
Первый полупроводниковый транзистор (инвенция транзистора называется самым значительным изобретением 20 века)
С начала 1950-х годов, после изобретения транзистора, стало очевидным развитие полупроводниковой электроники, благодаря которой удовлетворились повышенные требования к надежности, экономичности и компактности сложных электронных устройств, а также развилась новая область теоретической и прикладной электроники — микроэлектроника.
«Radionette» — первая портативная модель радиоприёмника 1958 года, изготовленная норвежским производителем Radionette
Оценка распространения электронных устройств в различных отраслях человеческой деятельности является показателем современного технического прогресса, поскольку электроника может значительно увеличить производительность физического и умственного труда, улучшить экономические показатели производства, а также решить задачи, которые другими средствами неразрешимы.
Электронные приборы и устройства являются ключевыми элементами современных автоматизированных производств (частичное, полное и комплексное автоматизирование).
Преимущества электронных приборов и устройств
По сравнению с механическими, электромеханическими, пневматическими и другими, электронные приборы и устройства позволяют значительно увеличить скорость реакции (в частности, скорость обработки информации), обладают высокой чувствительностью к малым сигналам, обеспечивают исключительную гибкость и универсальность отдельных функциональных блоков, не имеют подвижных частей и, как правило, имеют гораздо меньшие размеры и вес.
Квадрокоптер является классическим примером мехатронного устройства (соединение механических, электрических и электронных элементов в одну систему)
Электронные устройства являются универсальными и гибкими, поскольку одни и те же компоненты (усилители, триггеры, генераторы и другие) могут использоваться для решения самых разных задач в разных областях, а параметры компонентов и устройств (коэффициент усиления, выходное напряжение, рабочие частоты, пороговые уровни) могут быть настроены с помощью простых средств, что позволяет создавать и использовать стандартные блоки, сочетание которых обеспечивает выполнение различных функций в различных областях применения.
Классификация областей применения электронной аппаратуры
Техническая (прикладная) электроника может быть классифицирована по областям применения электронной аппаратуры, включая радиоэлектронику, промышленную электронику, транспортную, медицинскую, геологическую, ядерную и другие.
Основная особенность радиоэлектроники, самой старой отрасли технической электроники, заключается в использовании электронных устройств для передачи и приема электромагнитных колебаний в широком диапазоне частот (радиосвязь, радиолокация, телевидение и т. д.).
Промышленная электроника охватывает разработку и применение электронных приборов в промышленном производстве.
Примеры промышленной электроники:
Классификация электронных приборов и устройств
Устройства и системы в области технической электроники могут быть разделены на следующие основные категории:
информационные устройства, предназначенные для получения, сбора, обработки, сохранения, передачи и приема данных с целью измерения, контроля и управления технологическими процессами;
энергетические устройства, применяемые для получения, конвертации и передачи электрической энергии;
технологические устройства, созданные для прямого воздействия на частицы и электромагнитные поля с целью механической, тепловой и другой обработки материалов и изделий.
Как правило, в промышленности применяются электронные устройства, сочетающие несколько классов, однако они различаются по структуре, используемым электронным приборам и компонентам, а также методологии проектирования. В связи с этим, целесообразно рассматривать каждый класс устройств отдельно, выделяя соответствующие разделы в области технической электроники: информационной, энергетической и технологической.
Если данный материал Вам понравился, то пожалуйста, поделитесь ссылкой на него в социальных сетях. Это значительно поможет нашему сайту в его развитии!
Подпишитесь на наш телеграм-канал, чтобы быть в курсе последних новостей!
Просто перейдите по ссылке и присоединитесь к нашему каналу.
Не пропустите обновления, подписывайтесь на наши аккаунты в социальных сетях:
Технологии и изобретения в электронике, которые изменили мир
Содержание
Рынок и наша жизнь были перевернуты в 20 веке благодаря рывку во многих научных областях, который породил совершенно новые товары. От калькулятора до смартфона, от активной колонки до большого ЖК-телевизора, все, что мы покупаем сегодня, это результат научно-технического прорыва, произошедшего в 20 веке. Вспомним важные открытия науки, которые навсегда изменили нашу жизнь и рынок.
От момента ключевого открытия или гениального изобретения до того момента, когда промышленность начинает производить товары на их основе и наводит на рынок совершенно новые объекты, зачастую проходят многие годы.
Вряд ли Чарльз Бэббидж, создавший механическую вычислительную машину в 1833 году, предполагал, что через полтора столетия рынок будет полон компьютерных устройств. От наручных часов, мультиварок и стиральных машин до смартфонов и компьютеров, миниатюрные цифровые вычислительные устройства заполнили все сферы рынка.
Было сделано еще множество научных открытий и изобретений, которые, взаимно дополняя друг друга, создали почву для революционного перелома на рынке. Одним из таких важных изобретений стал транзистор.
Изобретение транзистора
В начале XX века в электронике широко использовались вакуумные лампы, которые имели несколько серьезных недостатков: высокую тепловыделение, ненадежность и большие размеры. Однако в 1947 году три ученых из Bell Telephone Laboratories — У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен — изобрели первый биполярный транзистор, за что в 1956 году им была присуждена Нобелевская премия по физике.
Потенциал этого изобретения был оценен не сразу, и замена вакуумных ламп транзисторами в электронных устройствах заняла много времени. Все изменилось в 1960 году с появлением МОП-транзистора, который стал основой современной электроники. Сокращение МОП означает «металл-оксид-полупроводник», и его еще называют транзистором с изолированным затвором.
Внедрение электронных компонентов миниатюрного размера повлекло за собой революцию на рынке. Большие и громоздкие устройства были заменены компактными и энергоэффективными. Уже в 1970-х годах никто не удивлялся радиоприемникам размером с пачку сигарет, электронным часам для запястья и карманным калькуляторам.
Основным предназначением транзистора стала возможность создания компактных и быстрых ЭВМ — электронно-вычислительных машин, которые начали энергично развиваться в 1960-х годах. В последующие годы произошла их миниатюризация с использованием интегральных микросхем, и они стали широко распространены на рынке для потребителей.
В конце 1970-х и начале 1980-х годов произошел взрывной рост домашних компьютеров: Apple II, Commodore 64, ZX Spectrum, Atari 400, Amiga 1000. Каждому стало доступно играть в компьютерные игры, создавать электронную музыку и программировать. Тогда родился рынок электронных развлечений, который сейчас является многомиллиардной отраслью, ведущей прогресс в области электроники.
Релиз видеокарт GeForce RTX 3090, RTX 3080 и RTX 3070 линейки Ampere от компании Nvidia в сентябре 2020 года является продолжением и эволюцией первых домашних компьютеров с их низким разрешением и ограниченной цветовой палитрой. Технологические достижения, полученные в процессе разработки игровых видеокарт Nvidia, внедряются в развитие искусственного интеллекта, машинного обучения и персональных суперкомпьютеров NVIDIA DGX Station.
Сверхмалые транзисторы и интегральные микросхемы позволили появление сегодняшнего рынка смартфонов, которые смогли значительно увеличить свою вычислительную мощность и в большинстве случаев заменить функции ПК. Смартфоны в настоящее время выполняют роль средства связи, заменяют телевизоры, музыкальные устройства, игровые платформы и даже инструмента для работы. Но все это стало возможным благодаря миниатюрным системам питания, таким как литий-ионные аккумуляторы.
Литий-ионные батареи и мобильная техника
Еще на протяжении 1980-х годов появилась возможность создавать очень компактные электронные устройства. Например, мобильный вариант домашнего компьютера ZX Spectrum был бы вполне возможен, наподобие современных игровых консолей Nintendo Switch, но все было зависит от отсутствия компактных и емких аккумуляторов. Рынок мобильной техники тех времен прекрасно отражает популярный анекдот о «суперчасах» и кейсе с батарейками.
Затем, в начале 1990-х годов, все изменилось с появлением литий-ионных (li-Ion) батарей на рынке. В их создании значительный вклад внесли ученые из разных стран: Джон Гуденоу, Стэнли Уиттингемиз и Акира Ёсино. Работа по разработке началась в конце 1970-х годов, а в 2019 году онлайн игровое движение получило нобелевскую премию по химии за создание литий-ионных батарей.
Принцип действия литий-ионных батарей по сути простой, а эффективность зависит от уникальных материалов. Основную роль в батарее играет графитовый электрод и оксид кобальта. Разделенные проницаемой мембраной элементы обмениваются ионами лития через электролит.
Литий-ионные батареи стали обязательными для широкого круга устройств — от появившихся новой жизни сотовых телефонов и ноутбуков до калькуляторов и многих других электронных устройств. Такой сегмент рынка стал быстро развиваться и сейчас почти напротив каждого можно обнаружить смартфоны, планшеты или ноутбуки с литий-ионными батареями: смартфон, планшет, смарт-часы, Калькулятор, ноутбук или беспроводная мышь.
На данный момент литий-ионные батареи продолжают развиваться и становятся все более легкими и емкими. Это позволяет использовать их в средствах передвижения, таких как электрические самокаты, велосипеды, одноколесные велосипеды и гироскутеры.
Столь же важно упомянуть о квадрокоптерах, которые недавно появились на рынке. С их помощью можно создавать качественное видео благодаря миниатюризации управляющей электроники и систем питания.
Однако, прогресс не стоит на месте и сегодня появились новости о создании атомных батарей с временем службы в 20 и более лет. С такими батареями мобильная техника будет работать без подзарядки. Это изменит рынок мобильной техники.
Изобретение жидкокристаллических экранов
Современная мобильная техника невозможна без использования ЖК-экранов. Они позволили значительно сократить размеры и вес устройств. В прошлом ЭЛТ-экраны были наиболее популярными в индустрии компьютеров, мониторов и телевизоров, однако сегодня ЖК-дисплеи абсолютно доминируют на рынке.
ЖК-экраны начали применяться в мобильной технике и миниатюрной электронике еще в 70-х годах прошлого века. Они использовались в наручных часах, калькуляторах, информационных дисплеях и т.д.
Основой ЖК-экранов является цианофенил, которое в жидком состоянии обладает свойствами, присущими кристаллам. Уже в 1888 году ученый Ф. Ренитцер описал такие вещества, но их применение так и не нашло реализации на практике. В 1930 году британские ученые из корпорации Marconi получили патент на промышленное использование ЖК-экранов, но рынок был еще не готов ко времени.
Только в 1960-х годах компания RCA представила прототип наручных часов с ЖК-экраном. В развитие этих экранов внес вклад компания Sharp, выпустившая первый в мире калькулятор CS10A с ЖК-экраном в 1964 году. А в 1976 году появился первый телевизор с ЖК-экраном диаметром 5,5 дюйма и разрешением 160х120 точек.
В 1980-х годах компания Sharp инновационно развивала ЖК-экраны, выпустив в 1987 году первый цветной ЖК-дисплей диаметром 3 дюйма на основе технологии STN (Super-Twisted Nematic). В 1988 году компания представила первый в мире цветной ЖК-дисплей диаметром 14 дюймов.
В 1990-х годах рынок ЖК-экранов активно развивался, появились новые технологии, такие как IPS (in-plane switching). Маленькие дисплеи стали востребованными для мобильных телефонов, ноутбуков, видеокамер и фотоаппаратов.
Сегодня ЖК-экраны нас окружают повсюду: телевизоры, ноутбуки, планшеты, смартфоны, смарт-часы и даже электронные термометры оснащены ЖК-экранами. Нельзя недооценить влияние ЖК-экранов на мобильную электронику — они компактны, доступны по цене и позволяют создавать сенсорные экраны, а также потребляют очень мало энергии.
Существует три основные технологии производства ЖК-дисплеев, которые в настоящее время господствуют на рынке: TN+film, IPS (SFT, PLS) и MVA. У каждой из этих технологий есть свои преимущества и недостатки, и они, по-видимому, будут сосуществовать на рынке еще долгое время.
Изобретение светодиодных экранов
Блестящее освещение гигантских рекламных щитов, который окружает нас в городской среде, подвижные цифры на информационных табло в аэропортах и железнодорожных вокзалах, огромны деловые мониторы на биржах и стадионах — причина всего этого светодиодные экраны. Однако мало кто помнит времена, когда все эти экраны и таблички создавались на основе больших и энергозатратных ламп накаливания. Светодиоды, экономичные и недорогие, быстро и незаметно захватили рынок.
Первые упоминания о светодиодном эффекте были получены в 1907 году от британского экспериментатора Генри Раунда из компании Маркони Лабс. Он описал электролюминесценцию, которая возникает при проходе электрического тока через соединение металла и карбида кремния, и выражается в свечении зеленого, оранжевого и желтого цвета.
Но между изобретением и его первым практическим применением прошло почти полвека. Только в 1962 году появился светодиод красного цвета, который можно было использовать в производстве информационных табло. За ним следовал ученый Ник Холоньяк, который разработал красный светодиод для компании General Electric.
Но светодиоды были очень дорогими до 1970-х годов, когда снижение их стоимости совпало с значительным увеличением яркости и появлением новых цветов свечения.
В начале 1990-х годов исследователям из компании Nichia Chemical Industries удалось изобрести дешевые светодиоды синих и белых оттенков, за что позже им была присуждена Нобелевская премия по физике.
Необходимо также упомянуть об очень важной области применения светодиодов — освещении. За последние 10 лет светодиоды перевернули рынок осветительных систем, вытеснив из наших домов и ламп накаливания и галогеновые лампы. Энергоэффективные светодиоды теперь используются практически во всех лампочках и уличных фонарях. Подсветка ЖК-экранов, лампочки в фонариках — практически любой источник света сегодня использует светодиоды.
Беспроводные сети — пара слов о Wi-Fi
Беспроводной стандарт связи Wi-Fi является неотъемлемой частью современной мобильной электроники, обеспечивая удобство и надежность связи между устройствами. Стандарт Wi-Fi, разработанный в лаборатории радиоастрономии CSIRO в Австралии в 1998 году, является самой молодой технологией из упомянутых.
В первоначальной версии стандарта Wi-Fi 802.11a в 1999 году была достигнута впечатляющая скорость 54 Мбит/с, которая на тот момент считалась высокой. Однако сегодня, спустя 20 лет, стандарт 802.11ax обладает скоростью до 11 Гбит/с, что является значительным прогрессом.
За последние 10 лет практически в каждой квартире можно найти Wi-Fi-точку, что позволяет пользовательским устройствам получать доступ к интернету с высокой скоростью. Система связи Wi-Fi позволяет наслаждаться различными онлайн-возможностями, такими как отправка сообщений, видеозвонки, прослушивание музыки и просмотр видео в высоком разрешении прямо на устройствах мобильной связи.
Итоги
При анализе ключевых научных прорывов, которые революционизировали рынок электронных устройств, можно заметить два фактора, которые существенно влияют на конечный результат.
Первым фактором является значительный промежуток времени между разработкой и практическим использованием новых технологий. Иногда требуется полумесяц или даже больше, чтобы гениальное изобретение начало приносить плоды. Но в наши дни этот временной интервал сокращается, так как научно-технический прогресс набирает обороты.
Вторым фактором является важное влияние научных прорывов в разных областях науки и техники, которое позволяет через несколько десятилетий в основу положить целый ряд новых устройств.
Вот почему ваш смартфон, с которого, вероятно, вы читаете эту страницу, включает в себя и микросхемы с миниатюрными транзисторами, и мощную литий-ионную батарею, и ЖК-дисплей с подсветкой светодиодами, и Wi-Fi-соединение, обеспечивающее быстрый беспроводной доступ в Интернет.
Если бы было убрано хотя бы одно из этих компонентов, ваше устройство не смогло бы существовать в том виде, к которому мы все привыкли.
