Prečo elektrikári nie sú vždy priateľmi s elektronikou. Časť 2. Ako študovať elektroniku

Prvá časť článku:Prečo elektrikári nie sú vždy priateľmi s elektronikou

Predovšetkým bezpečnostné opatrenia

Niektoré elektronické zariadenia sú galvanicky izolované od svetelnej siete. Dodržiavanie bezpečnostných pravidiel preto nebude zbytočné, je to však téma pre iný článok a už bolo napísaných veľa takýchto článkov, ktoré si môžu čitatelia prečítať sami. Okrem toho sa predpokladá, že každý, kto si prečíta tento článok, pozná bezpečnostné pravidlá.

Elementárna báza

Základňa prvkov je to, z čoho elektronické obvody pozostávajú, inými slovami, sú to časti, ktoré sa spájkujú na dosky s plošnými spojmi. A celú elementárnu základňu nemožno opísať ani v obrovskej hustej knihe: napríklad internetový obchod rádiových komponentov „Elitan“ ponúka zákazníkom viac ako milión kusov tovaru od viac ako tisíc výrobcov z celého sveta.

Takmer všetky moderné elektronické zariadenia sa montujú na dovážaný, jednoducho jednoducho, buržoázny prvok. V tomto ohľade by sa však nemalo osobitne znepokojovať, pretože dokumentácia pre takmer všetky mikroobvody, diódy, tranzistory, tyristory a ďalšie podrobnosti možno nájsť v DATOVOM LISTE alebo v ruských technických popisoch. Aj keď všetky tieto „katalógové listy“ sú v angličtine, ich porozumenie je pomerne ľahké.

Tí, ktorí sa zaoberajú opravami elektronických zariadení, vedia, že nie vždy je možné nájsť schému opravovaného zariadenia. V tomto prípade DATOVÝ LIST na mikroobvode veľa pomáha: nájdete všetky vstupy a výstupy, stroboskopické a kontrolné signály a porozumiete tomu, čo mikroobvod v zariadení robí.

Vývoj elektronických technológií. Mooreov zákon

Elektronická technológia sa vyvíja veľmi rýchlo a dynamicky. Prvé integrované obvody sa objavili v roku 1965 a čoskoro potom jeden zo zakladateľov spoločnosti Intel, Gordon Moore, otvoril zákon, ktorý dostal jeho meno. Mooreov zákon uviedol, že každých 18 ... 24 mesiacov sa počet tranzistorov v mikročipoch približne zdvojnásobí. Toto pozorovanie sa uskutočnilo na základe výroby pamäťových čipov alebo jednoducho pamäte. Na základe toho spoločnosť Gordon Moore dospela k záveru, že v blízkej budúcnosti sa výkon výpočtových zariadení exponenciálne zvýši. A tento zákon stále platí.

V roku 2006 spoločnosť Intel uviedla procesor obsahujúci 1 miliardu tranzistorov a nedávno vytvorila procesor Tukwila obsahujúci viac ako dve miliardy tranzistorov. Toto plne potvrdzuje platnosť Mooreovho zákona. Elektronické technológie sa vyvíjajú oveľa rýchlejšie a dynamickejšie ako všetky ostatné oblasti vedy a techniky. Vedci odhadujú, že ak by sa letecký priemysel vyvíjal s takou dynamikou, moderný Boeing 767 by mohol letieť po celom svete iba za 20 minút, pričom by nemal minúť viac ako 20 litrov paliva a súčasne by nemal stáť viac ako 500 dolárov.

Všetky uvedené tranzistory sú vyrobené nanotechnológiou, ktorá je v súčasnosti široko počutá. Ale aj v tomto návrhu sú stále tranzistory. Ďalej sa bude hovoriť o tranzistoroch.

Stručný opis tranzistorov

Skúsme si predstaviť moderný svet bez tranzistorov. Pravdepodobne sa celý život zastaví: telefóny sa vypnú, televízory zhasnú, autá sa zastavia, v domoch zmizne teplo, voda a elektrina. Činnosť všetkých uvedených zariadení je napokon riadená všetkými druhmi elektronických obvodov, ktorých základom je tranzistor. Aký druh magického zariadenia je tento tranzistor?

Bipolárne tranzistory

Prvý bipolárny tranzistor vymysleli už v roku 1947 americkí vedci - fyzici W. Shockley, D. Bardin a U.Brattain, ktorí boli v tom čase zamestnancami laboratória Bell Labs. Dátum narodenia tranzistora by sa mal považovať za 23. december 1947, keď sa konala oficiálna prezentácia nového zariadenia.

Rovnako ako v prípade mnohých vynikajúcich vynálezov, tranzistor nebol okamžite zaznamenaný: iba 9 rokov po uvedenom dátume dostali jeho tvorcovia Nobelovu cenu. Jeden zo zakladateľov tranzistora John Bardin, krátko nato, opäť získal Nobelovu cenu. Tentoraz pre vytvorenie teórie supravodivosti.

Nové elektronické zariadenie najprv nemalo svoj názov. Analogicky s elektrónovou lampou - triom, sa nazývalo polovodičové alebo kryštalické. Bežný názov tranzistora bol vynájdený kolegom z vyššie uvedených vedcov, Johnom Piercom. Slovo sa skladalo z dvoch slov: prenos - prenos a odpor - odpor. V skutočnosti riadiaci signál aplikovaný na jednu z elektród (základňa) mení odpor medzi dvoma ďalšími elektródami (kolektor, emitor) tranzistora. Ak sú tieto elektródy pripojené k otvorenému obvodu napájacieho zdroja, je možné regulovať akúkoľvek záťaž. Môže to byť reproduktor, relé cievka, žiarovka, ďalší tranzistorový stupeň a oveľa viac.

Už v roku 1956 bolo vytvorené prvé prenosné tranzistorové rádio, ktoré vám umožňuje počúvať hudbu nielen doma, ale kdekoľvek. Pri použití rádiových trubíc v prijímačoch si to ani nebolo možné predstaviť.

Vynález novej technológie

Táto prvá skúsenosť s miniaturizáciou rádiových zariadení prinútila talentovaných zvedavých mysle k činu a dva roky po vytvorení prvého tranzistorového prijímača americkí vedci Jack Kilby a Robert Neuss urobili obrovský nový krok vo vývoji polovodičovej technológie. Technológia, ktorú vyvinuli, umožnila kombinovať niekoľko tranzistorov do integrovaného obvodu naraz. Tento vynález zaviedol Roberta Noyce do spoločnosti Gordon Moore a už v roku 1968 vytvorili spoločnosť Intel Corporation, ktorá bola začiatkom výroby moderných počítačov.

Tranzistory s poľným efektom

Malo by sa pamätať na to, že dlho pred vynálezom bipolárneho prúdovo riadeného bipolárneho tranzistora sa získal patent na tranzistor s poľným efektom. Princípy fungovania tranzistorov s poľným účinkom riešil rakúsko-uhorský fyzik Julius Edgar Lilienfeld v roku 1925 a už v roku 1928 dostal nemecký patent. A v roku 1934 prvý tranzistor s poľným efektom patentoval nemecký fyzik Oscar Hale.

Fyzika tranzistorov s poľným efektom je o niečo jednoduchšia ako bipolárna, takže boli vyvinuté oveľa skôr. Ich práca je založená na jednoduchom účinku elektrostatického poľa, tieto tranzistory sa tiež nazývajú tranzistory MOS. Napriek jednoduchému zariadeniu v porovnaní s bipolárnym tranzistorom sa prvé tranzistory MOS objavili až v roku 1960, hoci tieto tranzistory dnes tvoria základ celej počítačovej technológie. Až v deväťdesiatych rokoch minulého storočia začali bipolárne dominovať tranzistory s poľným efektom.

Analógové a digitálne čipy

V procese vytvárania tranzistorov sa ukázalo, že tranzistory môžu pracovať v lineárnom a kľúčovom režime. Lineárny režim umožnil zosilnenie elektrických signálov. Jeden tranzistor však nemôže poskytnúť dostatočne veľký zisk, takže sa vyvinuli operačné zosilňovače (operačné zosilňovače). Toto meno dostali, pretože sa používali v analógových počítačoch, kde vykonávali matematické operácie.

Teraz už analógové počítače neexistujú, ale operačné zosilňovače zostali a úspešne sa používajú v rôznych elektronických zariadeniach. Existujú typické schémy na zapnutie operačného zosilňovača, preto sú parametre kaskád uskutočnené na operačnom zosilňovači veľmi opakovateľné. Napríklad kaskádový zisk je určený iba externými odpormi a môže byť nastavený veľmi presne.

Preto, ak sa rozhodnete začať študovať základy elektroniky, potom použitie operačných zosilňovačov môže túto úlohu veľmi zjednodušiť. O operačných zosilňovačoch bolo veľa napísaných v knihách, ako aj v článkoch na internete, existuje veľa rôznych vzorov.

Prevádzka kľúčového tranzistora používané v digitálnych obvodoch sa tiež nazývajú logické, pretože vykonávajú logické operácie alebo operácie Booleovská algebra, Raz boli na týchto mikroobvodoch vytvorené počítače. Takéto stroje boli veľmi objemné, pomalé, spotreba energie je jednoducho obrovská. Tieto počítače sú minulosťou a všetky druhy pomerne nekomplikovaných zariadení vyrábajú na digitálnych mikroobvodoch rádioamatéri. Práve tieto mikroobvody sa môžu odporučiť na nezávislé štúdium elektroniky, na uskutočnenie prvých experimentov.

záver

A teraz si to zhrniem, pripomeň si na nadpis článku „Prečo elektrikári nie sú vždy priateľmi s elektronikou.“ Ak nezohľadníte jednoduchú lenivosť, môže byť dôvodom nepriateľstva voči elektronike elementárny strach, že niečo nechápe alebo niečo pokazí.

Tento článok je napísaný len preto, aby porazil tento strach, získal vieru vo svoje vlastné silné stránky a prinútil jedného vyskúšať sa v novej kvalite. Elektronika je nákazlivá, v dobrom slova zmysle. Najprv zvládneme tranzistory, potom prejdeme na digitálnu logiku a nie je to ďaleko od mikrokontrolérov. Takže, súdruhovia elektrikári, buď statočný, nebojte sa elektroniky, spriatelte sa s tým!

Boris Aladyshkin