Защо електротехниците не винаги са приятели с електрониката. Част 2. Как да изучавате електроника

Първата част на статията:Защо електротехниците не винаги са приятели с електрониката

На първо място, предпазни мерки за безопасност

Някои електронни устройства са галванично изолирани от осветителната мрежа. Следователно спазването на правилата за безопасност няма да е излишно, но това е тема за друга статия и вече са написани много статии, всеки, който желае, може да прочете сам. Освен това се предполага, че всички, които четат тази статия, са запознати с правилата за безопасност.

Елементарна основа

Базата на елементите е това, от което се състоят електронните схеми, с други думи, това са части, които са запоени върху печатни платки. И цялата елементарна база не може да бъде описана дори в огромна дебела книга: например, онлайн магазинът на радио компоненти „Елитан“ предлага на клиентите над милион артикули стоки от повече от хиляда производители от цял ​​свят.

Почти цялото съвременно електронно оборудване е сглобено на вносна, съвсем просто, буржоазна елементова база. Но в това отношение човек не бива да се разстройва особено, тъй като документацията за почти всички микросхеми, диоди, транзистори, тиристори и други подробности може да бъде намерена в ДАННИЯ ЛИСТ или в руските технически описания. Въпреки че всички тези „таблици с данни“ са на английски език, разбирането им е сравнително лесно.

Тези, които се занимават с ремонта на електронно оборудване, знаят, че не винаги е възможно да се намери схема на ремонта на устройството. В този случай DATA SHEET на микросхемата помага много: можете да намерите всички входове и изходи, които превключват и контролират сигналите, и да разберете какво прави микросхемата в устройството.

Развитието на електронните технологии. Закон на Мур

Електронните технологии се развиват много бързо и динамично. Първите интегрални схеми се появяват през 1965 г., а скоро след това един от основателите на Intel, Гордън Мур, откри закон, получил името му. Законът на Мур гласи, че на всеки 18 ... 24 месеца броят на транзисторите в микрочипове приблизително се удвоява. Това наблюдение е извършено на базата на производството на чипове памет или просто памет. Въз основа на това Гордън Мур стигна до заключението, че в близко бъдеще силата на изчислителните устройства ще нараства експоненциално. И този закон все още е валиден.

През 2006 г. Intel пусна процесор, съдържащ 1 милиард транзистори, а наскоро създаде Tukwila процесор, съдържащ повече от два милиарда транзистори. Това напълно потвърждава валидността на закона на Мур. Електронните технологии се развиват много по-бързо и по-динамично от всички други области на науката и технологиите. Учените изчисляват, че ако авиационната индустрия се развие с такава динамика, модерен Boeing 767 би могъл да прелети около света само за 20 минути, изразходвайки не повече от 20 литра гориво и в същото време да струва не повече от 500 долара.

Всички споменати транзистори са направени от нанотехнологии, което сега е широко чуто. Но дори и в този дизайн той все още е транзистори. По-нататък ще поговорим малко за транзисторите.

Кратко описание на транзисторите

Нека се опитаме да си представим модерен свят без транзистори. Най-вероятно целият живот ще спре: телефоните ще се изключат, телевизорите ще угаснат, колите ще спрат, топлината, водата и електричеството ще изчезнат в къщите. В крайна сметка работата на всички споменати устройства се контролира от всички видове електронни схеми, в основата на които е транзистор. Какъв магически уред е този транзистор?

Биполярни транзистори

Първият биполярен транзистор е изобретен още през 1947 г. от американски учени - физици У. Шокли, Д. Бардин и Ю.Brattain, които по това време са служители на лабораторията Bell Labs. Датата на раждане на транзистора трябва да се счита за 23 декември 1947 г., когато се проведе официалното представяне на новото устройство.

Както при много изключителни изобретения, транзисторът не е забелязан веднага: само 9 години след споменатата дата създателите му са отличени с Нобелова награда. Един от основателите на транзистора, Джон Бардин, малко след това отново бе удостоен с Нобеловата награда. Този път за създаването на теорията за свръхпроводимостта.

Отначало новото електронно устройство нямаше името си. По аналогия с електронна лампа - триод, тя се е наричала полупроводник триод или кристален триод. Общото име на транзистора е измислено от колега на споменатите по-горе учени Джон Пиърс. Думата беше съставена от две думи: трансфер - трансфер и резистор - съпротива. Всъщност контролен сигнал, приложен към един от електродите (база), променя съпротивлението между два други електрода (колектор, емитер) на транзистора. Ако тези електроди са свързани към отворената верига на захранването, става възможно да се контролира всеки товар. Тя може да бъде високоговорител, релейна намотка, електрическа крушка, следващият етап на транзистора и много други.

Още през 1956 г. е създадено първото преносимо радио транзистор, което ви позволява да слушате музика не само у дома, но и навсякъде. Когато използвате радио тръби в приемници, това дори не би могло да си представим.

Изобретението на новите технологии

Този първи опит в миниатюризацията на радиооборудването тласна талантливите любознателни умове към действие и две години след създаването на първия транзисторен приемник, американските учени Джак Килби и Робърт Нойс направиха огромна нова стъпка в развитието на полупроводниковата технология. Технологията, разработена от тях, даде възможност да се комбинират няколко транзистора в интегрална схема наведнъж. Това изобретение въвежда Робърт Нойс на Гордън Мур и вече през 1968 г. те създават Intel Corporation, което е началото на производството на съвременни компютри.

Транзистори с полеви ефекти

Трябва да се помни, че много преди изобретяването на биполярен транзистор с контролиран ток, е получен патент за транзистор с полеви ефекти. Принципите на работа на полеви транзистори са разгледани още през 1925 г. от австро-унгарския физик Юлий Едгар Лилиенфелд, а вече през 1928 г. получават немски патент. И през 1934 г. първият транзистор с полеви ефекти е патентован от немския физик Оскар Хейл.

Физиката на полевите транзистори е малко по-проста от биполярната, така че те са разработени много по-рано. Тяхната работа се основава на простия ефект на електростатично поле; тези транзистори се наричат ​​също MOS транзистори. Въпреки простото устройство в сравнение с биполярен транзистор, първите MOS транзистори се появяват едва през 1960 г., въпреки че сега тези транзистори са в основата на цялата компютърна технология. Едва през деветдесетте години на миналия век транзисторите с полеви ефекти започват да доминират биполярни.

Аналогови и цифрови чипове

В процеса на създаване на транзистори се оказа, че транзисторите могат да работят в линеен и ключов режим. Линеен режим позволява усилване на електрически сигнали. Но един транзистор не може да даде достатъчно голяма печалба, така че са разработени операционни усилватели (оп усилватели). Те са получили това име, тъй като са били използвани в аналогови компютри, където са извършвали математически операции.

Сега аналогови компютри вече не са там, но оптичните усилватели останаха и успешно се използват в различни електронни устройства. Има типични схеми за включване на усилвател, поради което параметрите на каскади, направени на оп-усилвател, са много повтаряеми. Например, каскадното усилване се определя само от външни резистори и може да се зададе много точно.

Ето защо, ако решите да започнете да изучавате основите на електрониката, тогава използването на оп усилватели може значително да опрости тази задача. На операционните усилватели е написано много в книги, както и в статии в Интернет, има много различни дизайни.

Ключова работа на транзистора използвани в цифрови схеми, те се наричат ​​също логически, защото изпълняват логически операции, или операции Булева алгебра, Веднъж именно върху тези микросхеми са създадени компютрите. Такива машини бяха много обемисти, бавни, консумацията на енергия е просто огромна. Тези компютри са нещо от миналото и всички видове сравнително прости устройства се правят на цифрови схеми от радиолюбители. Именно тези микросхеми могат да бъдат препоръчани за независимо проучване на електрониката, за провеждане на първите експерименти.

заключение

И сега, за да обобщим, припомнете заглавието на статията: „Защо електротехниците не винаги са приятели с електрониката.“ Ако не вземете предвид простия мързел, тогава причината за враждебността към електрониката може да е елементарен страх да не разберете нещо или да съсипете нещо.

Тази статия е написана само за да победи този страх, да спечели вяра в собствените си сили и да принуди човек да опита себе си в ново качество. Електрониката е заразна, в добрия смисъл на думата. Първо ще овладеем транзисторите, после ще преминем към цифровата логика и там не е далеч от микроконтролерите. Така че, другари електротехници, бъдете смели, не се страхувайте от електроника, сприятете се с нея!

Борис Аладишкин