Elektronika

Elektronika sa zaoberá riadením toku elektrónov. Zaoberá sa obvodmi zloženými zo súčiastok, ktoré riadia tok elektriny. Elektronika je súčasťou fyziky a elektrotechniky.

Elektrické komponenty, ako sú tranzistory a relé, môžu fungovať ako spínače. To nám umožňuje používať elektrické obvody na spracovanie informácií a prenos informácií na veľké vzdialenosti. Obvody môžu tiež prijať slabý signál (napríklad šepot) a zosilniť ho (urobiť ho hlasnejším).

Väčšina elektronických systémov patrí do dvoch kategórií:

Spracovanie a distribúcia informácií. Tieto systémy sa nazývajú komunikačné systémy.
Premena a distribúcia energie. Tieto systémy sa nazývajú riadiace systémy.

Jedným zo spôsobov, ako sa pozerať na elektronický systém, je rozdeliť ho na tri časti:

Vstupy - elektrické alebo mechanické snímače, ktoré prijímajú signály z fyzikálneho sveta (vo forme teploty, tlaku atď.) a premieňajú ich na signály elektrického prúdu a napätia.
Obvody na spracovanie signálov - pozostávajú z elektronických súčiastok spojených dohromady na manipuláciu, interpretáciu a transformáciu informácií obsiahnutých v signáloch.
Výstupy - akčné členy alebo iné zariadenia, ktoré transformujú prúdové a napäťové signály späť na informácie čitateľné pre človeka.

Napríklad televízny prijímač má na vstupe vysielací signál prijímaný z antény alebo v prípade káblovej televízie z kábla.

Obvody na spracovanie signálu v televíznom prijímači používajú informácie o jase, farbe a zvuku obsiahnuté v prijatom signáli na ovládanie výstupných zariadení televízneho prijímača. Výstupným zobrazovacím zariadením môže byť katódová trubica (CRT) alebo plazmová obrazovka alebo obrazovka s tekutými kryštálmi. Zvukovým výstupným zariadením môže byť zvukový reproduktor s magnetickým pohonom. Zobrazovacie výstupné zariadenia konvertujú informácie obvodov spracovania signálu o jase a farbe na viditeľný obraz zobrazený na obrazovke. Zvukové výstupné zariadenie premieňa spracované zvukové informácie na zvuky, ktoré môžu počuť poslucháči.

Analýza obvodu/siete zahŕňa poznanie vstupu a obvodu spracovania signálu a zistenie výstupu. Poznanie vstupu a výstupu a zistenie alebo návrh časti spracovania signálu sa nazýva syntéza.

Doska s plošnými spojmi.

História

Ľudia začali experimentovať s elektrinou už v roku 600 pred n. l., keď Táles z Milétu zistil, že trením kožušiny o jantár sa navzájom priťahujú.

Od roku 1900 sa na riadenie toku elektrickej energie používali sklenené alebo kovové vákuové trubice. Pomocou týchto súčiastok možno použiť nízke výkonové napätie na zmenu iného. To spôsobilo revolúciu v rádiu a umožnilo ďalšie vynálezy.

V 60. a začiatkom 70. rokov 20. storočia začali elektrónky nahrádzať tranzistory a polovodiče. Tranzistory sa dajú vyrobiť oveľa menšie ako vákuové elektrónky a môžu pracovať s menšou spotrebou energie.

Približne v rovnakom čase sa začali bežne používať integrované obvody (obvody, ktoré majú veľký počet veľmi malých tranzistorov umiestnených na veľmi tenkých plátkoch kremíka). Integrované obvody umožnili znížiť počet súčiastok potrebných na výrobu elektronických výrobkov a vo všeobecnosti ich výrazne zlacnili.

Analógové obvody

Analógové obvody sa používajú pre signály s rôznou amplitúdou. Vo všeobecnosti analógové obvody merajú alebo riadia amplitúdu signálov. V začiatkoch elektroniky sa vo všetkých elektronických zariadeniach používali analógové obvody. Pri spracovaní analógových signálov sa často meria alebo riadi frekvencia analógového obvodu. Aj keď sa vyrába viac digitálnych obvodov, analógové obvody budú vždy potrebné, pretože svet a jeho obyvatelia fungujú analógovo.

Impulzné obvody

Impulzné obvody sa používajú pre signály, ktoré vyžadujú rýchle impulzy energie. Napríklad lietadlá a pozemné radarové zariadenia pracujú pomocou impulzných obvodov na vytváranie a vysielanie vysoko výkonných dávok rádiovej energie z radarových vysielačov. Špeciálne antény (nazývané "lúčové" alebo "tanierové" antény kvôli ich tvaru) sa používajú na vysielanie ("prenos") vysoko výkonných impulzov v smere, ktorým je lúčová alebo tanierová anténa nasmerovaná.

Impulzy alebo výboje rádiovej energie radarového vysielača narážajú na tvrdé a kovové predmety a odrážajú sa od nich. Tvrdé objekty sú napríklad budovy, kopce a hory. Kovové objekty sú všetko, čo je vyrobené z kovu, napríklad lietadlá, mosty alebo dokonca objekty vo vesmíre, ako sú satelity. Odrazenú radarovú energiu detekujú radarové pulzné prijímače, ktoré používajú pulzné aj digitálne obvody spoločne. Impulzné a digitálne obvody v radarových impulzných prijímačoch sa používajú na zobrazenie polohy a vzdialenosti objektov, ktoré odrazili vysoko výkonné impulzy radarového vysielača.

Ovládaním frekvencie vysielania rýchlych radarových impulzov radarovým vysielačom (tzv. "časovanie impulzov" vysielača) a času, za ktorý sa odrazená energia vráti do radarového prijímača, možno zistiť nielen to, kde sa objekty nachádzajú, ale aj to, ako sú ďaleko. Digitálne obvody v radarovom prijímači vypočítajú vzdialenosť k objektu na základe časového intervalu medzi energetickými impulzmi. Digitálne obvody radarového prijímača počítajú, ako dlho trvá medzi jednotlivými impulzmi, kým radarový prijímač zaznamená odrazenú energiu objektu. Keďže radarové impulzy sa vysielajú a prijímajú približne rýchlosťou svetla, vzdialenosť k objektu sa dá ľahko vypočítať. V digitálnych obvodoch sa to robí vynásobením rýchlosti svetla časom, ktorý je potrebný na prijatie radarovej energie odrazenej od objektu.

Čas medzi jednotlivými impulzmi (často nazývaný "čas pulzovej frekvencie" alebo PRT) určuje hranicu, do akej vzdialenosti možno objekt detekovať. Táto vzdialenosť sa nazýva "dosah" radarového vysielača a prijímača. Radarové vysielače a prijímače používajú dlhé PRT na zistenie vzdialenosti k objektom, ktoré sú ďaleko. Dlhé PRT umožňujú presne určiť vzdialenosť napríklad od Mesiaca. Rýchle PRT sa používajú na zisťovanie objektov, ktoré sú oveľa bližšie, ako sú lode na mori, vysoko letiace lietadlá alebo na určenie rýchlosti rýchlo sa pohybujúcich automobilov na diaľniciach.

Digitálne obvody

Digitálne obvody sa používajú pre signály, ktoré sa iba zapínajú a vypínajú namiesto toho, aby často pracovali na úrovniach niekde medzi zapnutím a vypnutím. Aktívne komponenty v digitálnych obvodoch majú zvyčajne jednu úroveň signálu pri zapnutí a inú úroveň signálu pri vypnutí. Vo všeobecnosti platí, že v digitálnych obvodoch sa súčiastka zapína a vypína iba raz.

Počítače a elektronické hodiny sú príkladmi elektronických zariadení, ktoré sa väčšinou skladajú z digitálnych obvodov.

Základné bloky:

Logické brány
Žabky
Počítadlá

Komplexné zariadenia:

Schéma polovičnej sčítačky, digitálneho obvodu

Súvisiace stránky

Inštitút elektrotechnických a elektronických inžinierov
Elektrina

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to elektronika?

Odpoveď: Elektronika je štúdium elektriny (toku elektrónov) a jej využitia na vytváranie vecí, ako sú počítače. Využíva obvody vytvorené pomocou súčiastok a spojovacích vodičov na vykonávanie užitočných vecí.

Otázka: Aké vedecké poznatky sú základom elektroniky?

Odpoveď: Veda, ktorá stojí za elektronikou, pochádza zo štúdia fyziky a v reálnom živote sa uplatňuje v oblasti elektrotechniky.

Otázka: Aké sú príklady elektronických súčiastok?

Odpoveď: Medzi príklady elektronických komponentov patria tranzistory, poistky, ističe, batérie, motory, transformátory, LED diódy a žiarovky.

Otázka: Ako sa dá elektronický systém rozdeliť na časti?

Odpoveď: Elektronický systém možno rozdeliť na tri časti - vstupy, obvody spracovania signálu a výstupy. Vstupy sú elektrické alebo mechanické snímače, ktoré prijímajú signály z fyzického sveta a premieňajú ich na signály elektrického prúdu a napätia. Obvody na spracovanie signálov sa skladajú z elektronických komponentov spojených dohromady, ktoré manipulujú, interpretujú a transformujú informácie obsiahnuté v signáloch. Výstupy sú aktutory alebo iné zariadenia, ktoré transformujú prúdové a napäťové signály späť na informácie čitateľné pre človeka.

Otázka: Ako funguje televízny prijímač?

Odpoveď: Televízny prijímač má na vstupe vysielací signál prijímaný z antény alebo kábla pre káblovú televíziu. Obvody na spracovanie signálu v televíznom prijímači používajú jas, farbu a zvukové informácie obsiahnuté v prijatom signáli na ovládanie výstupných zariadení, ako je obrazovka s katódovou trubicou (CRT), plazmová obrazovka alebo obrazovka s tekutými kryštálmi pre zobrazovacie výstupné zariadenie; magneticky poháňaný zvukový reproduktor pre zvukové výstupné zariadenie; atď.

Otázka: Čo je to analýza obvodu/siete?

Odpoveď: Analýza obvodu/siete zahŕňa poznanie jeho vstupného aj spracovateľského obvodu signálu s cieľom zistiť, aký bude jeho výstup.

Otázka: Čo je to syntéza, keď ide o elektroniku?

Odpoveď: Syntéza zahŕňa poznanie vstupu aj výstupu a potom zistenie alebo návrh, aký druh časti spracovania signálu bude potrebný, aby to všetko správne fungovalo.