Miksi sähköasentajat eivät aina ole ystäviä elektroniikassa. Osa 2. Kuinka opiskella elektroniikkaa

Artikkelin ensimmäinen osa:Miksi sähköasentajat eivät aina ole ystäviä elektroniikassa

Ensinnäkin turvatoimet

Jotkut elektroniset laitteet on galvaanisesti eristetty valaistusverkosta. Siksi turvallisuussääntöjen noudattaminen ei ole tarpeetonta, mutta tämä on aihe toiselle artikkeleelle, ja sellaisia ​​artikkeleita on jo kirjoitettu, ja haluavat voivat lukea itse. Lisäksi oletetaan, että jokainen tätä artikkelia lukeva tuntee turvallisuussäännöt.

Alkuainepohja

Elementtipohja on mitä elektroniset piirit koostuvat, toisin sanoen nämä ovat osia, jotka on juotettu piirilevyihin. Ja koko alkuainepohjaa ei voida kuvata edes valtavassa paksussa kirjassa: esimerkiksi radiokomponenttien verkkokauppa “Elitan” tarjoaa asiakkaille yli miljoona tavaroita yli tuhannelta valmistajalta ympäri maailmaa.

Lähes kaikki nykyaikaiset elektroniikkalaitteet on koottu maahantuotuun, yksinkertaisesti, porvarilliseen elementtipohjaan. Mutta tässä suhteessa ei pidä erityisen järkyttyä, koska melkein kaikkien mikropiirien, diodien, transistorien, tyristorien ja muiden yksityiskohtien dokumentaatio löytyy TIEDOTTEESTA tai Venäjän teknisistä kuvauksista. Vaikka kaikki nämä "lomakkeet" ovat englanniksi, ymmärtää ne on melko helppoa.

Elektroniikkalaitteiden korjaajat tietävät, että korjattavan laitteen kaaviota ei aina ole mahdollista löytää. Tässä tapauksessa mikrosirun TIETOKIRJA auttaa paljon: voit löytää kaikki tulot ja lähdöt, vilkku- ja ohjaussignaalit ja ymmärtää mitä mikrosiru tekee laitteesta.

Sähköisen tekniikan kehitys. Mooren laki

Sähköinen tekniikka kehittyy erittäin nopeasti ja dynaamisesti. Ensimmäiset integroidut piirit ilmestyivät vuonna 1965, ja pian sen jälkeen yksi Intelin perustajista, Gordon Moore, avasi lain, joka sai nimensä. Mooren lain mukaan 18 ... 24 kuukauden välein mikrosirujen transistorien määrä kaksinkertaistuu. Tämä havainto suoritettiin muistisirujen tai yksinkertaisesti muistin tuotannon perusteella. Tämän perusteella Gordon Moore päätteli, että laskentalaitteiden teho kasvaa lähitulevaisuudessa räjähdysmäisesti. Ja tämä laki on edelleen voimassa.

Vuonna 2006 Intel julkaisi prosessorin, joka sisälsi 1 miljardia transistoria, ja loi äskettäin Tukwila-prosessorin, joka sisälsi yli kaksi miljardia transistoria. Tämä vahvistaa täysin Mooren lain pätevyyden. Sähköinen tekniikka kehittyy paljon nopeammin ja dynaamisemmin kuin kaikki muut tieteen ja tekniikan alat. Tutkijoiden arvion mukaan jos lentokoneteollisuus kehittyisi niin dynaamisella tavalla, nykyaikainen Boeing 767 voisi lentää ympäri maailmaa vain 20 minuutissa, kuluttaen korkeintaan 20 litraa polttoainetta ja maksaa samalla korkeintaan 500 dollaria.

Kaikki mainitut transistorit on valmistettu nanoteknologialla, joka on nyt laajalti kuultu. Mutta jopa tässä suunnittelussa se on edelleen transistoreita. Seuraavaksi puhutaan vähän transistoreista.

Lyhyt kuvaus transistoreista

Yritetään kuvitella moderni maailma ilman transistoreita. Todennäköisesti kaikki elämä pysähtyy: puhelimet sulkeutuvat, televisiot sammuvat, autot pysähtyvät, lämpö, ​​vesi ja sähkö katoavat taloista. Loppujen lopuksi kaikkien mainittujen laitteiden toimintaa ohjataan kaikenlaisilla elektronisilla piireillä, joiden perusta on transistori. Millainen maaginen laite tämä transistori on?

Bipolaaritransistorit

Amerikkalaiset tutkijat keksivät ensimmäisen bipolaarisen transistorin jo vuonna 1947 - fyysikot W. Shockley, D. Bardin ja U.Brattain, joka tuolloin oli Bell Labs -laboratorion työntekijöitä. Transistorin syntymäaikaa on pidettävä 23. joulukuuta 1947, jolloin uuden laitteen virallinen esittely pidettiin.

Kuten monien erinomaisten keksintöjen tapauksessa, transistoria ei heti huomannut: vasta 9 vuotta mainitun ajankohdan jälkeen sen luojat saivat Nobel-palkinnon. Yksi transistorin perustajista, John Bardin, sai pian sen jälkeen jälleen Nobel-palkinnon. Tällä kertaa suprajohtavuuden teorian luomiseen.

Aluksi uudella elektronisella laitteella ei ollut nimeä. Analogisesti elektronilampun - triodin kanssa - sitä kutsuttiin puolijohdetriodiksi tai kiteiseksi triodeksi. Yllä mainitun tutkijoiden kollegan John Pierce kekseli transistorin yleisen nimen. Sana koostui kahdesta sanasta: siirto - siirto ja vastus - vastus. Itse asiassa itse asiassa toiseen elektrodiin (kanta) kohdistettu ohjaussignaali muuttaa vastusta transistorin kahden muun elektrodin (kollektorin, emitterin) välillä. Jos nämä elektrodit kytketään virtalähteen avoimeen piiriin, on mahdollista kontrolloida mitä tahansa kuormaa. Se voi olla kaiutin, relekela, hehkulamppu, seuraava transistorivaihe ja paljon muuta.

Jo vuonna 1956 luotiin ensimmäinen kannettava transistoriradio, jonka avulla voit kuunnella musiikkia paitsi kotona, myös missä tahansa. Kun käytät radioputkia vastaanottimissa, sitä ei edes voinut kuvitella.

Uuden tekniikan keksintö

Tämä ensimmäinen kokemus radiolaitteiden miniaturisoinnista pakotti lahjakkaat utelias mielet toimimaan, ja kaksi vuotta ensimmäisen transistorivastaanottimen perustamisen jälkeen amerikkalaiset tutkijat Jack Kilby ja Robert Neuss ottivat valtavan uuden askeleen puolijohdeteknologian kehittämisessä. Heidän kehittämä tekniikka mahdollisti useiden transistorien yhdistämisen integroiduksi piiriksi kerralla. Tämä keksintö esitteli Robert Noycen Gordon Moorelle, ja jo vuonna 1968 he perustivat Intel Corporationin, joka oli nykyaikaisten tietokoneiden tuotannon alku.

Kenttävaikutteiset transistorit

On syytä muistaa, että kauan ennen virtaohjatun bipolaaritransistorin keksintöä saatiin patentti kenttävaikutustransistorille. Austro-unkarilainen fyysikko Julius Edgar Lilienfeld käsitteli kenttätransistorien toimintaperiaatteita vuonna 1925, ja jo vuonna 1928 saksalainen patentti. Ja vuonna 1934 saksalainen fyysikko Oscar Hale patentoi ensimmäisen kenttäefektitransistorin.

Kenttävaikutteisten transistorien fysiikka on hiukan yksinkertaisempaa kuin bipolaariset, joten ne kehitettiin paljon aikaisemmin. Heidän työnsä perustuu sähköstaattisen kentän yksinkertaiseen vaikutukseen, näitä transistoreita kutsutaan myös MOS-transistoreiksi. Huolimatta yksinkertaisesta laitteesta bipolaariseen transistoriin verrattuna, ensimmäiset MOS-transistorit ilmestyivät vasta vuonna 1960, vaikka nyt nämä transistorit muodostavat kaiken tietokonetekniikan perustan. Vain viime vuosisadan yhdeksänkymmentäluvulla kenttäefektitransistorit alkoivat hallita bipolaarisia.

Analogiset ja digitaaliset sirut

Transistorien luomisprosessissa kävi ilmi, että transistorit voivat toimia lineaarisessa ja näppäinmoodissa. Lineaaritila sallii sähköisten signaalien vahvistumisen. Mutta yksi transistori ei voi antaa riittävän suurta voittoa, joten toimintavahvistimet (op-vahvistimet) kehitettiin. He saivat tämän nimen, koska niitä käytettiin analogisissa tietokoneissa, joissa he suorittivat matemaattisia toimenpiteitä.

Nyt analogisia tietokoneita ei enää ole, mutta op-vahvistimet ovat säilyneet, ja niitä käytetään menestyksekkäästi erilaisissa elektronisissa laitteissa. Op-amp: n kytkemiseksi päälle on tyypillisiä järjestelyjä, joten op-amp: lla tehtyjen kaskadien parametrit ovat erittäin toistettavissa. Esimerkiksi kaskadin vahvistuksen määrää vain ulkoiset vastukset, ja se voidaan asettaa erittäin tarkasti.

Siksi, jos päätät aloittaa elektroniikan perusteiden tutkimuksen, op-vahvistimien käyttö voi yksinkertaistaa tätä tehtävää huomattavasti. Operaatiovahvistimissa on kirjoitettu paljon kirjoja sekä Internet-artikkeleita, ja siinä on paljon kaikenlaisia ​​malleja.

Avaintransistorin käyttö joita käytetään digitaalisissa piireissä, niitä kutsutaan myös loogisiksi, koska ne suorittavat loogisia toimintoja Boolen algebra. Kerran tietokoneet luotiin näille mikropiireille. Tällaiset koneet olivat erittäin tilaa vieviä, hitaita, energiankulutus on yksinkertaisesti valtava. Nämä tietokoneet ovat menneisyyttä, ja radioamatöörit tekevät kaikenlaisia ​​suhteellisen mutkattomia laitteita digitaalisille mikropiireille. Juuri näitä mikropiirejä voidaan suositella riippumattomalle elektroniikan tutkimukselle ensimmäisten kokeiden suorittamiseksi.

johtopäätös

Ja nyt tiivistelmäksi, muista artikkelin otsikko ”Miksi sähköasentajat eivät aina ole ystävällisiä elektroniikan kanssa”. Jos et ota huomioon yksinkertaista laiskuutta, vihamielisyyden syy elektroniikkaan voi olla alkeellinen pelko olla ymmärtämättä jotain tai pilata jotain.

Tämä artikkeli on juuri kirjoitettu tämän pelon voittamiseksi, uskon saamiseksi omiin vahvuuksiinsa ja pakottamaan kokeilemaan itseään uudella laadulla. Elektroniikka on tarttuvaa sanan hyvässä merkityksessä. Ensin hallitsemme transistorit, siirrymme sitten digitaaliseen logiikkaan, ja siellä se ei ole kaukana mikro-ohjaimista. Joten, toverit sähköasentajat, ole rohkea, älä pelkää elektroniikkaa, ystävysty sen kanssa!

Boris Aladyshkin