Dlaczego elektrycy nie zawsze są przyjaciółmi elektroniki. Część 2. Jak studiować elektronikę

Pierwsza część artykułu:Dlaczego elektrycy nie zawsze są przyjaciółmi elektroniki

Przede wszystkim środki ostrożności

Niektóre urządzenia elektroniczne są galwanicznie odizolowane od sieci oświetleniowej. Dlatego zgodność z przepisami bezpieczeństwa nie będzie zbędna, ale jest to temat na inny artykuł, a wiele artykułów zostało już napisanych, każdy, kto chce, może czytać samodzielnie. Ponadto zakłada się, że wszyscy czytający ten artykuł znają zasady bezpieczeństwa.

Podstawa elementarna

Podstawa elementu składa się z obwodów elektronicznych, innymi słowy, są to części lutowane na płytkach drukowanych. Cała baza żywiołów nie może być opisana nawet w ogromnej grubej książce: na przykład sklep internetowy z komponentami radiowymi „Elitan” oferuje klientom ponad milion towarów od ponad tysiąca producentów z całego świata.

Prawie wszystkie nowoczesne urządzenia elektroniczne są montowane na importowanej, po prostu, burżuazyjnej bazie. Ale w tym względzie nie należy szczególnie denerwować, ponieważ dokumentację prawie wszystkich mikroukładów, diod, tranzystorów, tyrystorów i innych szczegółów można znaleźć w KARTIE DANYCH lub w rosyjskich opisach technicznych. Chociaż wszystkie te „arkusze danych” są w języku angielskim, ich zrozumienie jest dość łatwe.

Osoby zajmujące się naprawą sprzętu elektronicznego wiedzą, że nie zawsze można znaleźć schemat naprawianego urządzenia. W takim przypadku KARTA DANYCH na chipie bardzo pomaga: możesz znaleźć wszystkie wejścia i wyjścia, które przesyłają sygnały sterujące i kontrolne, i zrozumieć, co robi chip w urządzeniu.

Rozwój technologii elektronicznej. Prawo Moore'a

Technologia elektroniczna rozwija się bardzo szybko i dynamicznie. Pierwsze układy scalone pojawiły się w 1965 roku, a wkrótce potem jeden z założycieli Intela, Gordon Moore, otworzył ustawę, która otrzymała jego imię. Prawo Moore'a mówiło, że co 18 ... 24 miesiące liczba tranzystorów w mikroczipach jest prawie dwukrotnie większa. Ta obserwacja została przeprowadzona na podstawie produkcji układów pamięci lub po prostu pamięci. Na tej podstawie Gordon Moore stwierdził, że w najbliższej przyszłości moc urządzeń komputerowych wzrośnie wykładniczo. I to prawo jest nadal aktualne.

W 2006 roku Intel wypuścił procesor zawierający 1 miliard tranzystorów, a ostatnio stworzył procesor Tukwila zawierający ponad dwa miliardy tranzystorów. To w pełni potwierdza ważność prawa Moore'a. Technologia elektroniczna rozwija się znacznie szybciej i bardziej dynamicznie niż wszystkie inne dziedziny nauki i technologii. Naukowcy szacują, że gdyby przemysł lotniczy rozwijał się z taką dynamiką, nowoczesny Boeing 767 mógłby latać po całym świecie w zaledwie 20 minut, zużywając nie więcej niż 20 litrów paliwa, a jednocześnie kosztując nie więcej niż 500 USD.

Wszystkie wspomniane tranzystory są wytwarzane przez nanotechnologię, która jest obecnie szeroko znana. Ale nawet w tym projekcie nadal są to tranzystory. Następnie będzie krótka rozmowa o tranzystorach.

Krótki opis tranzystorów

Spróbujmy wyobrazić sobie współczesny świat bez tranzystorów. Najprawdopodobniej całe życie się zatrzyma: telefony się zamkną, telewizory zgasną, samochody się zatrzymają, ciepło, woda i prąd znikną w domach. W końcu działanie wszystkich wymienionych urządzeń jest kontrolowane przez wszelkiego rodzaju obwody elektroniczne, których podstawą jest tranzystor. Jakim magicznym urządzeniem jest ten tranzystor?

Tranzystory bipolarne

Pierwszy tranzystor bipolarny został wynaleziony w 1947 r. Przez amerykańskich naukowców - fizyków W. Shockleya, D. Bardina i U.Brattain, którzy w tym czasie byli pracownikami laboratorium Bell Labs. Data urodzenia tranzystora powinna być rozważona 23 grudnia 1947 r., Kiedy odbyła się oficjalna prezentacja nowego urządzenia.

Jak to ma miejsce w przypadku wielu wybitnych wynalazków, tranzystor nie został natychmiast zauważony: zaledwie 9 lat po wspomnianej dacie jego twórcy otrzymali Nagrodę Nobla. Jeden z założycieli tranzystora, John Bardin, wkrótce potem ponownie otrzymał Nagrodę Nobla. Tym razem do stworzenia teorii nadprzewodnictwa.

Początkowo nowe urządzenie elektroniczne nie miało swojej nazwy. Przez analogię z lampą elektronową - triodą, nazwano ją triodą półprzewodnikową lub triodą krystaliczną. Wspólna nazwa tranzystora została wymyślona przez kolegę wspomnianych wyżej naukowców, Johna Pierce'a. Słowo składało się z dwóch słów: transfer - transfer i rezystor - rezystancja. Rzeczywiście, sygnał sterujący przyłożony do jednej z elektrod (podstawy) zmienia rezystancję między dwiema innymi elektrodami (kolektor, emiter) tranzystora. Jeżeli elektrody te zostaną podłączone do otwartego obwodu zasilacza, możliwe będzie kontrolowanie dowolnego obciążenia. Może to być głośnik, cewka przekaźnika, żarówka, następny stopień tranzystora i wiele więcej.

Już w 1956 roku powstało pierwsze przenośne radio tranzystorowe, które pozwala słuchać muzyki nie tylko w domu, ale w dowolnym miejscu. Nie można sobie nawet wyobrazić używania lamp radiowych w odbiornikach.

Wynalezienie nowej technologii

To pierwsze doświadczenie w miniaturyzacji urządzeń radiowych popchnęło utalentowanych, dociekliwych umysły do ​​działania, a dwa lata po stworzeniu pierwszego odbiornika tranzystorowego amerykańscy naukowcy Jack Kilby i Robert Neuss zrobili ogromny nowy krok w rozwoju technologii półprzewodników. Opracowana przez nich technologia umożliwiła połączenie kilku tranzystorów w jeden układ scalony. Ten wynalazek wprowadził Roberta Noyce'a do Gordona Moore'a, a już w 1968 roku stworzyli Intel Corporation, która była początkiem produkcji nowoczesnych komputerów.

Tranzystory polowe

Należy przypomnieć, że na długo przed wynalezieniem sterowanego prądem tranzystora bipolarnego uzyskano patent na tranzystor polowy. Zasady działania tranzystorów polowych zostały rozpatrzone przez austro-węgierskiego fizyka Juliusa Edgara Lilienfelda w 1925 r., A już w 1928 r. Otrzymał patent niemiecki. A w 1934 roku pierwszy tranzystor polowy został opatentowany przez niemieckiego fizyka Oscara Hale'a.

Fizyka tranzystorów polowych jest nieco prostsza niż bipolarna, więc zostały opracowane znacznie wcześniej. Ich praca opiera się na prostym działaniu pola elektrostatycznego; tranzystory te nazywane są również tranzystorami MOS. Pomimo prostego urządzenia w porównaniu z tranzystorem bipolarnym, pierwsze tranzystory MOS pojawiły się dopiero w 1960 roku, chociaż teraz tranzystory te stanowią podstawę całej technologii komputerowej. Dopiero w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku tranzystory polowe zaczęły dominować w bipolarności.

Chipy analogowe i cyfrowe

W procesie tworzenia tranzystorów okazało się, że tranzystory mogą działać w trybie liniowym i kluczowym. Tryb liniowy pozwalał na wzmocnienie sygnałów elektrycznych. Ale jeden tranzystor nie może zapewnić wystarczająco dużego wzmocnienia, dlatego opracowano wzmacniacze operacyjne (wzmacniacze operacyjne). Otrzymali tę nazwę, ponieważ byli wykorzystywani w komputerach analogowych, gdzie wykonywali operacje matematyczne.

Teraz nie ma już komputerów analogowych, ale wzmacniacze operacyjne pozostały i są z powodzeniem stosowane w różnych urządzeniach elektronicznych. Istnieją typowe schematy włączania wzmacniacza operacyjnego, dlatego parametry kaskad wykonane na wzmacniaczu operacyjnym są wysoce powtarzalne. Na przykład wzmocnienie kaskady jest określane tylko przez zewnętrzne rezystory i może być ustawione bardzo dokładnie.

Dlatego jeśli zdecydujesz się zacząć studiować podstawy elektroniki, użycie wzmacniaczy operacyjnych może znacznie uprościć to zadanie. Na wzmacniaczach operacyjnych wiele napisano w książkach, a także w artykułach w Internecie, istnieje wiele różnych projektów.

Działanie kluczowego tranzystora stosowane w obwodach cyfrowych, nazywane są również logicznymi, ponieważ wykonują operacje logiczne lub operacje Algebra boolowska. Kiedyś na tych mikroukładach powstały komputery. Takie maszyny były bardzo nieporęczne, powolne, zużycie energii jest po prostu ogromne. Komputery te należą już do przeszłości, a wszelkiego rodzaju względnie nieskomplikowane urządzenia są wytwarzane na cyfrowych mikroukładach przez radioamatorów. Te mikroukłady można polecić do niezależnych badań elektroniki, do przeprowadzenia pierwszych eksperymentów.

Wniosek

A teraz, podsumowując, przypomnij sobie tytuł artykułu „Dlaczego elektrycy nie zawsze są przyjaźni z elektroniką”. Jeśli nie weźmiesz pod uwagę zwykłego lenistwa, przyczyną wrogości do elektroniki może być elementarny lęk przed niezrozumieniem czegoś lub zepsuciem czegoś.

Ten artykuł jest po prostu napisany, aby pokonać ten strach, zdobyć wiarę we własne siły i zmusić się do spróbowania siebie w nowej jakości. Elektronika jest zaraźliwa, w dobrym tego słowa znaczeniu. Najpierw opanujemy tranzystory, a następnie przejdziemy do logiki cyfrowej, a tam nie będzie daleko od mikrokontrolerów. Towarzysze elektrycy, bądźcie odważni, nie bójcie się elektroniki, zaprzyjaźnijcie się z nią!

Boris Aladyshkin