Proč elektrikáři nejsou vždy přátelé s elektronikou. Část 2. Jak studovat elektroniku

První část článku:Proč elektrikáři nejsou vždy přátelé s elektronikou

Především bezpečnostní opatření

Některá elektronická zařízení jsou galvanicky izolována od osvětlovací sítě. Dodržování bezpečnostních pravidel proto nebude zbytečné, ale toto je téma pro jiný článek, a již bylo napsáno mnoho takových článků, které si čtete sami. Navíc se předpokládá, že všichni čtoucí tento článek jsou obeznámeni s bezpečnostními pravidly.

Elementární základna

Základem prvku je to, z čeho se elektronické obvody skládají, jinými slovy, jedná se o části, které jsou připájeny na desky plošných spojů. A celou elementární základnu nelze popsat ani v obrovské silné knize: například internetový obchod rádiových komponent „Elitan“ nabízí zákazníkům více než milion položek zboží od více než tisíc výrobců z celého světa.

Téměř všechna moderní elektronická zařízení jsou sestavena na importované, jednoduše řečeno buržoazní základně prvků. V tomto ohledu by však nemělo být zvlášť rozrušeno, protože dokumentace pro téměř všechny mikroobvody, diody, tranzistory, tyristory a další podrobnosti lze nalézt v DATOVÉM LISTU nebo v ruských technických popisech. Přestože jsou všechny tyto „datové listy“ v angličtině, jejich porozumění je poměrně snadné.

Ti, kteří se zabývají opravami elektronických zařízení, vědí, že není vždy možné najít schéma opravovaného zařízení. V tomto případě DATOVÝ LIST na mikroobvodu hodně pomáhá: můžete najít všechny vstupy a výstupy, stroboskopické a řídicí signály a pochopit, co mikroobvod v zařízení dělá.

Vývoj elektronických technologií. Mooreův zákon

Elektronická technologie se vyvíjí velmi rychle a dynamicky. První integrované obvody se objevily v roce 1965 a brzy poté jeden ze zakladatelů Intelu, Gordon Moore, otevřel zákon, který dostal jeho jméno. Mooreův zákon uvádí, že každých 18 ... 24 měsíců se počet tranzistorů v mikročipech přibližně zdvojnásobí. Toto pozorování bylo provedeno na základě výroby paměťových čipů nebo jednoduše paměti. Na základě toho dospěl Gordon Moore k závěru, že v blízké budoucnosti se výkon výpočetních zařízení exponenciálně zvýší. A tento zákon stále platí.

V roce 2006 společnost Intel vydala procesor obsahující 1 miliardu tranzistorů a nedávno vytvořil procesor Tukwila obsahující více než dvě miliardy tranzistorů. To plně potvrzuje platnost Mooreova zákona. Elektronická technologie se vyvíjí mnohem rychleji a dynamičtěji než všechny ostatní oblasti vědy a techniky. Vědci odhadují, že pokud by se letecký průmysl vyvíjel s takovou dynamikou, mohl by moderní Boeing 767 létat po celém světě za pouhých 20 minut, utratit ne více než 20 litrů paliva a současně stát ne více než 500 dolarů.

Všechny uvedené tranzistory jsou vyráběny nanotechnologií, která je nyní široce slyšena. Ale i v tomto provedení jsou stále tranzistory. Další bude malá řeč o tranzistorech.

Stručný popis tranzistorů

Zkusme si představit moderní svět bez tranzistorů. Pravděpodobně se celý život zastaví: telefony se zavřou, televizory zhasnou, auta se zastaví, v domech zmizí teplo, voda a elektřina. Koneckonců, provoz všech uvedených zařízení je řízen všemi druhy elektronických obvodů, jejichž základem je tranzistor. Jaké magické zařízení je tento tranzistor?

Bipolární tranzistory

První bipolární tranzistor vynalezli v roce 1947 američtí vědci - fyzici W. Shockley, D. Bardin a U.Brattain, kteří byli v té době zaměstnanci laboratoře Bell Labs. Datum narození tranzistoru by mělo být považováno za 23. prosince 1947, kdy se konalo oficiální představení nového zařízení.

Stejně jako u mnoha vynikajících vynálezů nebyl tranzistor okamžitě zaznamenán: pouze 9 let po uvedeném datu získali jeho tvůrci Nobelovu cenu. Jeden ze zakladatelů tranzistoru John Bardin, krátce nato, získal opět Nobelovu cenu. Tentokrát pro vytvoření teorie supravodivosti.

Nové elektronické zařízení nejprve nemělo svůj název. Analogicky s elektronovou lampou - triode, se tomu říkalo polovodičové triode nebo krystalické triode. Společné jméno tranzistoru vynalezl kolega výše uvedených vědců John Pierce. Slovo bylo složeno ze dvou slov: transfer - transfer a resistor - resistence. Ve skutečnosti řídicí signál aplikovaný na jednu z elektrod (základna) mění odpor mezi dvěma dalšími elektrodami (kolektor, emitor) tranzistoru. Pokud jsou tyto elektrody připojeny k otevřenému obvodu napájecího zdroje, je možné ovládat jakoukoli zátěž. Může to být reproduktor, cívka relé, žárovka, další tranzistorová fáze a mnoho dalšího.

Již v roce 1956 bylo vytvořeno první přenosné tranzistorové rádio, které vám umožní poslouchat hudbu nejen doma, ale kdekoli. Při použití rádiových zkumavek v přijímačích to nebylo možné ani představit.

Vynález nové technologie

Tato první zkušenost s miniaturizací rádiového zařízení vedla talentované zvídavé mysli k akci a dva roky po vytvoření prvního tranzistorového přijímače američtí vědci Jack Kilby a Robert Neuss učinili obrovský nový krok ve vývoji polovodičové technologie. Technologie, kterou vyvinuli, umožnila kombinovat několik tranzistorů do integrovaného obvodu najednou. Tento vynález představil Roberta Noyce Gordonovi Moorovi a již v roce 1968 vytvořili Intel Corporation, což byl začátek výroby moderních počítačů.

Tranzistory s polním efektem

Je třeba si uvědomit, že dlouho před vynálezem bipolárního proudu řízeného bipolárního tranzistoru byl získán patent na tranzistor s polním efektem. Zásady fungování tranzistorů s polním efektem byly řešeny již v roce 1925 rakousko-uherským fyzikem Juliem Edgarem Lilienfeldem a již v roce 1928 obdržela německý patent. A v roce 1934 byl první tranzistor s polním efektem patentován německým fyzikem Oscarem Haleem.

Fyzika tranzistorů s polním efektem je o něco jednodušší než bipolární, takže byly vyvinuty mnohem dříve. Jejich práce je založena na jednoduchém účinku elektrostatického pole, tyto tranzistory se také nazývají tranzistory MOS. Přes jednoduché zařízení ve srovnání s bipolárním tranzistorem se první tranzistory MOS objevily až v roce 1960, i když nyní tyto tranzistory tvoří základ veškeré počítačové technologie. Teprve v devadesátých letech minulého století začaly bipolární převládat tranzistory s polním efektem.

Analogové a digitální čipy

Při vytváření tranzistorů se ukázalo, že tranzistory mohou pracovat v lineárním a klíčovém režimu. Lineární režim umožnil zesílení elektrických signálů. Jeden tranzistor však nemůže poskytnout dostatečně velký zisk, takže byly vyvinuty operační zesilovače (operační zesilovače). Toto jméno dostali, protože byly použity v analogových počítačích, kde prováděly matematické operace.

Nyní již analogové počítače neexistují, ale operační zesilovače zůstaly a jsou úspěšně používány v různých elektronických zařízeních. Existují typická schémata pro zapnutí operačního zesilovače, a proto jsou parametry kaskád provedených na operačním zesilovači vysoce opakovatelné. Například kaskádový zisk je určen pouze externími odpory a lze jej nastavit velmi přesně.

Proto, pokud se rozhodnete začít studovat základy elektroniky, pak použití operačních zesilovačů může tento úkol výrazně zjednodušit. O operačních zesilovačích bylo hodně napsáno v knihách a také v článcích na internetu existuje mnoho různých návrhů.

Provoz klíčového tranzistoru používají se v digitálních obvodech, nazývají se také logické, protože provádějí logické operace nebo operace Booleovská algebra. Jednou byly na těchto mikroobvodech vytvořeny počítače. Takové stroje byly velmi objemné, pomalé, spotřeba energie je prostě obrovská. Tyto počítače jsou minulostí a všechny druhy relativně jednoduchých zařízení vyrábějí na digitálních obvodech radioamatéři. Právě tyto mikroobvody lze doporučit pro nezávislé studium elektroniky, pro provádění prvních experimentů.

Závěr

A nyní si to shrnu, vzpomeň si na název článku „Proč elektrikáři nejsou vždy s elektronikou kamarádi.“ Pokud nezohledníte jednoduchou lenost, může být důvodem nepřátelství k elektronice elementární strach, že něco nerozumí nebo něco zkazí.

Tento článek je psán proto, aby tento strach porazil, získal víru ve své vlastní silné stránky a donutil člověka vyzkoušet se v nové kvalitě. Elektronika je nakažlivá, v dobrém slova smyslu. Nejprve si osvojíme tranzistory, poté přejdeme k digitální logice a tam není daleko od mikrokontrolérů. Takže, soudruhoví elektrikáři, buďte stateční, nebojte se elektroniky, spřátelte se s tím!

Boris Aladyshkin