Elektronik: principer, komponenter och tillämpningar
Översikt av elektronikens grundidéer, vanliga komponenter, historisk utveckling och viktiga användningsområden inom kommunikation, styrning och signalbehandling.
Elektronik handlar om kontroll och användning av elektronernas rörelse för att hantera signaler och energi. I grunden beskriver ämnet hur kretsar och komponenter samverkar för att styra ström och spänning, bearbeta information och påverka omgivningen. Som disciplin ligger elektronik i gränslandet mellan fysik och elektroteknik och spänner från enkla analoga förstärkare till komplexa digitala system.
Bildgalleri
7 Bilder
Grundläggande begrepp
I elektroniken är förståelsen av elektronernas flöde och av kretsers beteende central. Kretsers funktion byggs upp av komponenter som bestämmer hur den elektriska strömmen fördelas. Ämnet är nära knutet till fysik och tillämpas i elektroteknik. Signaler kan vara analoga eller digitala och används för att representera temperatur, ljud, ljus eller annan information i form av elektriska spänningar eller strömmar.
Vanliga komponenter och funktioner
Grundkomponenter i elektroniska system inkluderar resistorer, kondensatorer, induktorer, dioder, transistorer och integrerade kretsar. Transistorer kan fungera som förstärkare eller som strömbrytare, medan reläer och manöverdon används för att påverka mekaniska system. Sensorer omvandlar fysiska storheter till elektriska signaler (sensorer), och ställdon omvandlar elektriska signaler till handling eller information (manöverdon). Genom signalbehandling kan man filtrera, förstärka och tolka svaga insignaler (signaler).
Historisk utveckling
Elektronikens historia sträcker sig från tidiga vakuumrör och radioapparater till uppfinningen av halvledarkomponenter som möjliggjorde moderna transistorer och integrerade kretsar. Dessa steg minskade storlek, ökad tillförlitlighet och sänkte kostnader, vilket öppnade för persondatorer, mobiltelefoni och digital kommunikation. Utvecklingen har även förenat analog och digital teknologi i avancerad signalbehandling och styrsystem.
Tillämpningar och exempel
Elektronik används i nästan alla tekniska områden: kommunikation, mätning, medicinsk utrustning, industriell automation och konsumentelektronik. Kommunikationskretser möjliggör överföring av information över långa avstånd (långdistansöverföring) och behandling av data (informationsbearbetning). Som exempel tar en tv-mottagare emot en signal via en antenn eller kabel och använder kretser för att återge bild och ljud. Signalbehandling extraherar ljusstyrka, färginformation och ljud, som sedan visas på en skärm eller återges i en högtalare. Skärmen kan vara gammaldags CRT eller moderna paneler som plasma eller LCD; ljudet kommer från exempelvis magnetdrivna högtalare eller andra typer av ljudenheter, och bilden visas tydligt på det som visas på skärmen.
Analys, syntes och viktiga distinktioner
Vid kretsanalys bestäms utgången med känd ingång och känd krets. Syntes innebär att man från krav på in- och utgångar utformar de kretsar som behövs (syntes). En annan viktig distinktion är mellan behandlingen och distributionen av information (kommunikationssystem) och omvandling samt distribution av energi (styr- och kraftsystem) (styrsystem). Modern elektronik kombinerar ofta både analoga och digitala metoder samt sensorer och ställdon för att skapa intelligenta system.
Vidare läsning och resurser
- Elektronernas roll
- Kretsanalys och nätverk
- Elektroniska komponenter
- Elektrisk ström och spänning
- Fysikens koppling
- Elektroteknik
- Informationsbearbetning
- Kommunikationsteknik
- Regler- och styrsystem
- Elektroniska system
- Sensorik
- Signalbegreppet
- Ställdon och manövrering
- Antennteknik
- Kabelanslutningar
- Ljusstyrka i bildsignal
- Färghantering
- Ljudsignaler
- CRT-skärmar
- Plasmateknik
- Magnetdrivna högtalare
- Ljudutrustning
- Bildvisning
- Syntes av kretsar
Historia
Människor började experimentera med elektricitet redan 600 f.Kr. när Thales av Miletus upptäckte att om man gnider päls på bärnsten kan de attrahera varandra.
Från och med 1900-talet använde man vakuumrör av glas eller metall för att kontrollera elflödet. Med dessa komponenter kan en låg spänning användas för att ändra en annan. Detta revolutionerade radion och möjliggjorde andra uppfinningar.
På 1960-talet och i början av 1970-talet började transistorer och halvledare ersätta vakuumrör. Transistorer kan göras mycket mindre än vakuumrör och de kan arbeta med mindre energi.
Ungefär samtidigt började integrerade kretsar (kretsar som har ett stort antal mycket små transistorer placerade på mycket tunna kiselskivor) användas allmänt. Integrerade kretsar gjorde det möjligt att minska antalet delar som behövs för att tillverka elektroniska produkter och gjorde produkterna mycket billigare i allmänhet.
Analoga kretsar
Analoga kretsar används för signaler som har olika amplituder. I allmänhet mäter eller reglerar analoga kretsar amplituden hos signaler. I elektronikens tidiga dagar använde alla elektroniska apparater analoga kretsar. Den analoga kretsens frekvens mäts eller kontrolleras ofta vid analog signalbehandling. Även om det tillverkas fler digitala kretsar kommer analoga kretsar alltid att behövas, eftersom världen och människorna arbetar analogt.
Pulskretsar
Pulskretsar används för signaler som kräver snabba energipulser. Till exempel används pulskretsar i flygplans- och markradarutrustning för att skapa och sända kraftiga radioströmmar från radarsändare. Särskilda antenner (som kallas "strål-" eller "parabolantenner" på grund av sin form) används för att sända ("sända") de kraftiga pulserna i den riktning som strål- eller parabolantennen är riktad mot.
Radarsändarens pulser eller radiosändarutslag träffar och studsar tillbaka (de "reflekteras") från hårda och metalliska föremål. Hårda föremål är t.ex. byggnader, kullar och berg. Metalliska objekt är allt som är tillverkat av metall, t.ex. flygplan, broar eller till och med objekt i rymden, t.ex. satelliter. Den reflekterade radarenergin upptäcks av radarpulsmottagare som använder både pulskretsar och digitala kretsar tillsammans. Puls- och digitalkretsarna i radarpulsmottagare används för att visa var och på vilket avstånd objekt som har reflekterat radarsändarens högeffektiva pulser befinner sig och på vilket avstånd de befinner sig.
Genom att kontrollera hur ofta de snabba radarpulserna sänds ut av en radarsändare (det kallas sändarens "pulstid") och hur lång tid det tar för den reflekterade pulsenergin att komma tillbaka till radarmottagaren, kan man inte bara avgöra var föremål befinner sig, utan också hur långt bort de är. Digitala kretsar i en radarmottagare beräknar avståndet till ett objekt genom att känna till tidsintervallet mellan energipulserna. Radarmottagarens digitala kretsar räknar hur lång tid det tar mellan pulserna innan ett objekts reflekterade energi upptäcks av radarmottagaren. Eftersom radarpulser sänds och tas emot med ungefär samma hastighet som ljuset kan avståndet till ett objekt enkelt beräknas. Detta görs i digitala kretsar genom att multiplicera ljusets hastighet med den tid det tar att ta emot den radarenergi som reflekteras tillbaka från ett objekt.
Tiden mellan pulserna (ofta kallad "pulsfrekvenstid" eller PRT) sätter gränsen för hur långt bort ett objekt kan upptäckas. Det avståndet kallas radarsändarens och -mottagarens "räckvidd". Radarsändare och -mottagare använder långa PRT-tider för att hitta avståndet till objekt som är långt borta. Långa PRT:er gör det möjligt att exakt bestämma avståndet till exempelvis månen. Snabba PRT:er används för att upptäcka objekt som är mycket närmare, t.ex. fartyg till sjöss, högflygande flygplan eller för att bestämma hastigheten hos bilar som rör sig snabbt på motorvägar.
Digitala kretsar
Digitala kretsar används för signaler som bara tänds och slås av i stället för att ofta arbeta på nivåer som ligger någonstans mellan på och av. Aktiva komponenter i digitala kretsar har vanligtvis en signalnivå när de är påslagna och en annan signalnivå när de är avstängda. I allmänhet är en komponent i digitala kretsar endast påslagen och avstängd.
Datorer och elektroniska klockor är exempel på elektroniska apparater som huvudsakligen består av digitala kretsar.
Grundläggande block:
- Logiska grindar
- Flip-flops
- Kontrar
Komplexa anordningar:
- Mikroprocessorer
- Mikrokontroller
- Digitala signalprocessorer
Relaterade sidor
- Institutet för elektrotekniska och elektroniska ingenjörer
- Elektricitet
Frågor och svar
F: Vad är elektronik?
S: Elektronik är studiet av elektricitet (elektronernas flöde) och hur man använder den för att bygga saker som datorer. Man använder kretsar som är tillverkade av komponenter och anslutningskablar för att göra användbara saker.
F: Vilken vetenskap ligger till grund för elektronik?
S: Vetenskapen bakom elektronik kommer från studiet av fysik och tillämpas i verkliga livet genom området elektroteknik.
F: Vilka är några exempel på elektroniska komponenter?
S: Exempel på elektroniska komponenter är transistorer, säkringar, brytare, batterier, motorer, transformatorer, lysdioder och glödlampor.
F: Hur kan ett elektroniskt system delas upp i delar?
S: Ett elektroniskt system kan delas in i tre delar - ingångar, signalbehandlingskretsar och utgångar. Ingångarna är elektriska eller mekaniska sensorer som tar emot signaler från den fysiska världen och omvandlar dem till elektriska ström- och spänningssignaler. Signalbehandlingskretsar består av elektroniska komponenter som är sammankopplade för att manipulera, tolka och omvandla informationen i signalerna. Utgångar är aktutatorer eller andra anordningar som omvandlar ström- och spänningssignaler tillbaka till information som kan läsas av människor.
F: Hur fungerar en tv-apparat?
S: En tv-apparat har som ingång en sändningssignal som tas emot från en antenn eller en kabel för kabel-tv. Signalbehandlingskretsar i TV-apparaten använder den information om ljusstyrka, färg och ljud som ingår i den mottagna signalen för att styra dess utmatningsenheter, t.ex. en bildskärm med katodstrålerör (CRT), plasma eller flytande kristaller för displayutmatningsenhet, magnetiskt drivna ljudhögtalare för ljudutmatningsenhet etc., som omvandlar dessa signaler till synliga bilder som visas på en bildskärm eller ljud som hörs av lyssnarna.
F: Vad är analys av en krets/nätverk?
S: Analys av en krets/nätverk innebär att man måste känna till både dess ingång och signalbehandlingskrets för att ta reda på vad dess utgång kommer att bli.
F: Vad är syntes när det gäller elektronik?
S: Syntes innebär att man känner till både ingång och utgång och sedan tar reda på eller utformar vilken typ av signalbehandlingsdel som kommer att behövas för att allt ska fungera korrekt.
Relaterade artiklar
Författare
AlegsaOnline.com Elektronik: principer, komponenter och tillämpningar Leandro Alegsa
URL: https://sv.alegsaonline.com/art/30758