Γιατί οι ηλεκτρολόγοι δεν είναι πάντα φίλοι με ηλεκτρονικά. Μέρος 2. Πώς να σπουδάσετε ηλεκτρονικά

Το πρώτο μέρος του άρθρου:Γιατί οι ηλεκτρολόγοι δεν είναι πάντα φίλοι με ηλεκτρονικά

Πρώτα απ 'όλα, προφυλάξεις ασφαλείας

Ορισμένες ηλεκτρονικές συσκευές είναι γαλβανικά απομονωμένες από το δίκτυο φωτισμού. Επομένως, η συμμόρφωση με τους κανόνες ασφαλείας δεν θα είναι περιττή, αλλά αυτό είναι ένα θέμα για ένα άλλο άρθρο, και έχουν ήδη γραφτεί πολλά τέτοια άρθρα, όσοι επιθυμούν μπορούν να διαβάσουν μόνοι τους. Επιπλέον, υποτίθεται ότι όλοι όσοι διαβάζουν αυτό το άρθρο είναι εξοικειωμένοι με τους κανόνες ασφαλείας.

Στοιχειακή βάση

Η βάση στοιχείων είναι αυτά που αποτελούνται από ηλεκτρονικά κυκλώματα, με άλλα λόγια, αυτά είναι εξαρτήματα που είναι συγκολλημένα σε τυπωμένα κυκλώματα. Και ολόκληρη η στοιχειακή βάση δεν μπορεί να περιγραφεί ακόμη και σε ένα τεράστιο παχύ βιβλίο: για παράδειγμα, το ηλεκτρονικό κατάστημα ραδιοσυσκευών "Elitan" προσφέρει στους πελάτες πάνω από ένα εκατομμύριο είδη αγαθών από περισσότερους από χίλιους κατασκευαστές από όλο τον κόσμο.

Σχεδόν όλος ο σύγχρονος ηλεκτρονικός εξοπλισμός συναρμολογείται σε εισαγόμενη, απλά, αστική βάση. Αλλά από την άποψη αυτή, δεν πρέπει να διαταράσσεται ιδιαίτερα, δεδομένου ότι η τεκμηρίωση σχεδόν όλων των μικροκυκλωμάτων, των διόδων, των τρανζίστορ, των θυρίστορ και άλλων λεπτομερειών μπορεί να βρεθεί στο ΔΕΛΤΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ή στις ρωσικές τεχνικές περιγραφές. Αν και όλα αυτά τα "δελτία δεδομένων" είναι στα αγγλικά, η κατανόησή τους είναι αρκετά εύκολη.

Όσοι ασχολούνται με την επισκευή ηλεκτρονικού εξοπλισμού γνωρίζουν ότι δεν είναι πάντα δυνατό να βρεθεί ένα διάγραμμα της συσκευής που επισκευάζεται. Σε αυτή την περίπτωση, το ΦΥΛΛΟ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ στο μικροκυκλώμα βοηθά πολύ: μπορείτε να βρείτε όλες τις εισόδους και εξόδους, τα σήματα στροβοσκοπίου και ελέγχου και να καταλάβετε τι κάνει η μικροκυκλοφορία στη συσκευή.

Η ανάπτυξη της ηλεκτρονικής τεχνολογίας. Νόμος του Moore

Η ηλεκτρονική τεχνολογία αναπτύσσεται πολύ γρήγορα και δυναμικά. Τα πρώτα ολοκληρωμένα κυκλώματα εμφανίστηκαν το 1965 και σύντομα μετά, ένας από τους ιδρυτές της Intel, Gordon Moore, άνοιξε έναν νόμο ο οποίος έλαβε το όνομά του. Ο νόμος του Moore δήλωσε ότι κάθε 18 ... 24 μήνες ο αριθμός των τρανζίστορ στα μικροτσίπ περίπου διπλασιάζεται. Αυτή η παρατήρηση πραγματοποιήθηκε με βάση την παραγωγή μαρκών μνήμης ή απλά μνήμης. Με βάση αυτό, ο Gordon Moore κατέληξε στο συμπέρασμα ότι στο εγγύς μέλλον η ισχύς των υπολογιστικών συσκευών θα αυξηθεί εκθετικά. Και αυτός ο νόμος εξακολουθεί να ισχύει.

Το 2006, η Intel κυκλοφόρησε έναν επεξεργαστή που περιέχει 1 δισεκατομμύριο τρανζίστορ και δημιούργησε πρόσφατα έναν επεξεργαστή Tukwila που περιέχει περισσότερα από δύο δισεκατομμύρια τρανζίστορ. Αυτό επιβεβαιώνει πλήρως την ισχύ του νόμου του Moore. Η ηλεκτρονική τεχνολογία αναπτύσσεται πολύ πιο γρήγορα και πιο δυναμικά από όλους τους άλλους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι αν η βιομηχανία αεροσκαφών αναπτυχθεί με μια τέτοια δυναμική, ένα μοντέρνο Boeing 767 θα μπορούσε να πετάξει σε ολόκληρο τον πλανήτη σε μόλις 20 λεπτά, ξοδεύοντας όχι περισσότερο από 20 λίτρα καυσίμου και ταυτόχρονα δεν θα κοστίζει περισσότερα από $ 500.

Όλα τα αναφερόμενα τρανζίστορ κατασκευάζονται με τη χρήση νανοτεχνολογίας, η οποία ακούγεται πλέον ευρέως. Αλλά ακόμα και σε αυτό το σχέδιο εξακολουθούν να υπάρχουν τρανζίστορ. Στη συνέχεια θα μιλήσουμε λίγο για τα τρανζίστορ.

Σύντομη περιγραφή των τρανζίστορ

Ας προσπαθήσουμε να φανταστούμε έναν σύγχρονο κόσμο χωρίς τρανζίστορ. Πιθανότατα, όλη η ζωή θα σταματήσει: τα τηλέφωνα θα σβήσουν, οι τηλεοράσεις θα βγουν έξω, τα αυτοκίνητα θα σταματήσουν, η θερμότητα, το νερό και η ηλεκτρική ενέργεια θα εξαφανιστούν στα σπίτια. Μετά από όλα, η λειτουργία όλων των προαναφερόμενων συσκευών ελέγχεται από όλα τα είδη ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, η βάση των οποίων είναι ένα τρανζίστορ. Τι είδους μαγική συσκευή είναι αυτή η τρανζίστορ;

Διπολικά τρανζίστορ

Ο πρώτος διπολικός τρανζίστορ ανακαινίστηκε το 1947 από Αμερικανούς επιστήμονες - φυσικούς W. Shockley, D. Bardin και U.Brattain, οι οποίοι τότε ήταν υπάλληλοι του εργαστηρίου Bell Labs. Η ημερομηνία γέννησης του τρανζίστορ πρέπει να ληφθεί υπόψη στις 23 Δεκεμβρίου 1947, όταν πραγματοποιήθηκε η επίσημη παρουσίαση της νέας συσκευής.

Όπως και με πολλές εξαιρετικές εφευρέσεις, το τρανζίστορ δεν παρατηρήθηκε αμέσως: μόλις 9 χρόνια μετά την προαναφερθείσα ημερομηνία, οι δημιουργοί του απονεμήθηκαν το βραβείο Νόμπελ. Ένας από τους ιδρυτές του τρανζίστορ, John Bardin, λίγο αργότερα απονεμήθηκε και πάλι το βραβείο Νόμπελ. Αυτή τη φορά για τη δημιουργία της θεωρίας της υπεραγωγιμότητας.

Αρχικά, η νέα ηλεκτρονική συσκευή δεν είχε το όνομά της. Κατ 'αναλογία με μια λυχνία ηλεκτρονίων - μια τριόδου, ονομάστηκε τριόδιο ημιαγωγού ή κρυσταλλική τριόδου. Η κοινή ονομασία για το τρανζίστορ επινοήθηκε από έναν συνάδελφο των επιστημόνων που αναφέρθηκαν παραπάνω, John Pierce. Η λέξη αποτελείται από δύο λέξεις: μεταφορά - μεταφορά και αντίσταση - αντίσταση. Στην πραγματικότητα, ένα σήμα ελέγχου που εφαρμόζεται σε ένα από τα ηλεκτρόδια (βάση) μεταβάλλει την αντίσταση μεταξύ δύο άλλων ηλεκτροδίων (συλλέκτη, πομπός) του τρανζίστορ. Εάν αυτά τα ηλεκτρόδια είναι συνδεδεμένα στο ανοικτό κύκλωμα της τροφοδοσίας, είναι δυνατό να ελέγχεται οποιοδήποτε φορτίο. Μπορεί να είναι ένα μεγάφωνο, ένα πηνίο ρελέ, ένας λαμπτήρας, το επόμενο στάδιο τρανζίστορ και πολλά άλλα.

Ήδη το 1956 δημιουργήθηκε το πρώτο φορητό ασύρματο τρανζίστορ, το οποίο σας επιτρέπει να ακούτε μουσική όχι μόνο στο σπίτι αλλά και οπουδήποτε. Όταν χρησιμοποιείτε ασύρματους σωλήνες σε δέκτες, αυτό δεν μπορούσε καν να φανταστεί.

Εφαρμογή νέας τεχνολογίας

Αυτή η πρώτη εμπειρία της μικρογράφησης του ραδιοεξοπλισμού ώθησε ταλαντούχα περιπετειώδη μυαλά σε δράση και δύο χρόνια μετά τη δημιουργία του πρώτου δέκτη τρανζίστορ οι Αμερικανοί επιστήμονες Jack Kilby και Robert Neuss έκαναν ένα τεράστιο νέο βήμα στην ανάπτυξη της τεχνολογίας ημιαγωγών. Η τεχνολογία που αναπτύχθηκε από αυτά επέτρεψε να συνδυαστούν μερικά τρανζίστορ σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα ταυτόχρονα. Αυτή η εφεύρεση εισήγαγε τον Robert Noyce στον Gordon Moore και ήδη το 1968 δημιούργησαν την Intel Corporation, η οποία ήταν η αρχή της παραγωγής σύγχρονων υπολογιστών.

Τρανζίστορ εφέ πεδίου

Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι πολύ πριν από την εφεύρεση ενός διπολικού ρεύματος ελεγχόμενου διπολικού τρανζίστορ, ελήφθη ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για ένα τρανζίστορ πεδίου δράσης. Οι αρχές της λειτουργίας των τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος εξετάστηκαν από τον αυστριακό-ουγγρικό φυσικό Julius Edgar Lilienfeld το 1925, και ήδη το 1928 έλαβε ένα γερμανικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Και το 1934, το πρώτο τρανζίστορ πεδίου φαινόμενο κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τον γερμανό φυσικό Oscar Hale.

Η φυσική των τρανζίστορ πεδίου φαινόμενο είναι κάπως απλούστερη από τη διπολική, έτσι αναπτύχθηκαν πολύ νωρίτερα. Το έργο τους βασίζεται στην απλή επίδραση ενός ηλεκτροστατικού πεδίου, τα τρανζίστορ τα οποία ονομάζονται επίσης τρανζίστορ MOS. Παρά την απλή συσκευή σε σύγκριση με ένα διπολικό τρανζίστορ, τα πρώτα τρανζίστορ MOS εμφανίστηκαν μόνο το 1960, αν και τώρα αυτά τα τρανζίστορ αποτελούν τη βάση της κάθε τεχνολογίας υπολογιστών. Μόνο στη δεκαετία του '90 του περασμένου αιώνα, τα τρανζίστορ φαινόμενου πεδίου άρχισαν να κυριαρχούν διπολικά.

Αναλογικές και ψηφιακές μάρκες

Κατά τη διαδικασία δημιουργίας τρανζίστορ, αποδείχθηκε ότι τα τρανζίστορ μπορούν να λειτουργήσουν σε γραμμικούς και βασικούς τρόπους. Η γραμμική λειτουργία επέτρεψε την ενίσχυση των ηλεκτρικών σημάτων. Αλλά ένα τρανζίστορ δεν μπορεί να δώσει αρκετά μεγάλο κέρδος, έτσι αναπτύχθηκαν λειτουργικοί ενισχυτές (op amp). Πήραν αυτό το όνομα επειδή χρησιμοποιούνταν σε αναλογικούς υπολογιστές, όπου εκτελούσαν μαθηματικές ενέργειες.

Τώρα οι αναλογικοί υπολογιστές δεν είναι πλέον εκεί, αλλά οι op-amp έχουν παραμείνει και χρησιμοποιούνται με επιτυχία σε διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές. Υπάρχουν τυπικά σχήματα για την ενεργοποίηση ενός ενισχυτή-ενισχυτή, επομένως, οι παράμετροι των καναλιών που παράγονται σε ένα ενισχυτή-ενισχυτή είναι ιδιαίτερα επαναλαμβανόμενες. Για παράδειγμα, το κέρδος καταρράκτη καθορίζεται μόνο από εξωτερικές αντιστάσεις και μπορεί να οριστεί με μεγάλη ακρίβεια.

Επομένως, εάν αποφασίσετε να αρχίσετε να μελετάτε τα βασικά της ηλεκτρονικής, τότε η χρήση των op-amp μπορεί να απλοποιήσει σε μεγάλο βαθμό αυτό το έργο. Σε επιχειρησιακούς ενισχυτές, πολλά έχουν γραφτεί σε βιβλία, καθώς και σε άρθρα στο Διαδίκτυο, υπάρχουν πολλά διαφορετικά σχέδια.

Λειτουργία βασικού τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται σε ψηφιακά κυκλώματα, ονομάζονται επίσης λογικά, επειδή εκτελούν λογικές λειτουργίες ή λειτουργίες Boolean άλγεβρα. Κάποτε, οι υπολογιστές δημιουργήθηκαν σε αυτά τα μικροκυκλώματα. Τέτοιες μηχανές ήταν πολύ ογκώδεις, αργές, η κατανάλωση ενέργειας είναι απλώς τεράστια. Αυτοί οι υπολογιστές είναι ένα πράγμα του παρελθόντος και όλα τα είδη σχετικά απλών συσκευών γίνονται σε ψηφιακά κυκλώματα από ραδιοερασιτέχνες. Αυτά τα μικροκυκλώματα μπορούν να συνιστώνται για ανεξάρτητη μελέτη ηλεκτρονικών, για τη διεξαγωγή των πρώτων πειραμάτων.

Συμπέρασμα

Και τώρα για να συνοψίσουμε, θυμηθείτε τον τίτλο του άρθρου, "Γιατί οι ηλεκτρολόγοι δεν είναι πάντα φίλοι με ηλεκτρονικά". Εάν δεν λάβετε υπόψη την απλή τεμπελιά, τότε ο λόγος της εχθρότητας στα ηλεκτρονικά μπορεί να είναι ένας στοιχειώδης φόβος να μην καταλάβετε κάτι ή να χαλάσετε κάτι.

Αυτό το άρθρο γράφεται μόνο για να νικήσει αυτός ο φόβος, να κερδίσει την πίστη στα δικά του πλεονεκτήματα και να αναγκάσει κάποιον να δοκιμάσει τον εαυτό του σε μια νέα ποιότητα. Η ηλεκτρονική είναι μεταδοτική, με την καλή έννοια της λέξης. Πρώτον, θα καταλάβουμε τα τρανζίστορ και μετά θα προχωρήσουμε στην ψηφιακή λογική και εκεί δεν απέχει πολύ από τους μικροελεγκτές. Έτσι, συνάδελφοι ηλεκτρολόγοι, να είστε γενναίοι, μην φοβάστε ηλεκτρονικά, κάντε φίλους με αυτό!

Μπόρις Αλαντίσκιν