لماذا كهربائيين ليسوا دائما أصدقاء مع الالكترونيات. الجزء 2. كيفية دراسة الالكترونيات

الجزء الأول من المقال:لماذا كهربائيين ليسوا دائما أصدقاء مع الالكترونيات

بادئ ذي بدء ، احتياطات السلامة

بعض الأجهزة الإلكترونية معزولة جلفانيا من شبكة الإضاءة. لذلك ، لن يكون الامتثال لأنظمة السلامة أمرًا ضروريًا ، ولكن هذا موضوع لمقال آخر ، وقد تمت كتابة العديد من المقالات بالفعل ، يمكن لأي شخص يرغب في القراءة بمفرده. علاوة على ذلك ، يُفترض أن كل شخص يقرأ هذا المقال على دراية بقواعد السلامة.

قاعدة عنصرية

قاعدة العنصر هي ما تتكون الدوائر الإلكترونية ، بمعنى آخر ، هذه الأجزاء ملحومة على لوحات الدوائر المطبوعة. ولا يمكن وصف القاعدة الأساسية بأكملها حتى في كتاب سميك ضخم: على سبيل المثال ، يوفر المتجر الإلكتروني لمكونات الراديو "Elitan" للعملاء أكثر من مليون عنصر من البضائع من أكثر من ألف مصنع من جميع أنحاء العالم.

يتم تجميع جميع المعدات الإلكترونية الحديثة تقريبًا على قاعدة العناصر البورجوازية المستوردة ، بكل بساطة. ولكن في هذا الصدد ، لا ينبغي أن ينزعج المرء على وجه الخصوص ، حيث يمكن العثور على الوثائق الخاصة بكل الدوائر المصغرة ، والثنائيات ، والترانزستورات ، والثايرستور وغيرها من التفاصيل في ورقة البيانات أو في الأوصاف التقنية الروسية. على الرغم من أن جميع "أوراق البيانات" هذه باللغة الإنجليزية ، إلا أن فهمها سهل إلى حد ما.

يعلم أولئك الذين يشاركون في إصلاح المعدات الإلكترونية أنه ليس من الممكن دائمًا العثور على رسم تخطيطي للجهاز الذي يتم إصلاحه. في هذه الحالة ، تساعد ورقة البيانات الموجودة على الدائرة الدقيقة كثيرًا: يمكنك العثور على جميع المدخلات والمخرجات ، وإشارات القوية والضوئية ، وفهم ما تقوم به الدائرة الصغيرة في الجهاز.

تطوير التكنولوجيا الالكترونية. قانون مور

التكنولوجيا الإلكترونية تتطور بسرعة وبشكل حيوي. ظهرت أول الدوائر المتكاملة في عام 1965 ، وبعد ذلك بوقت قصير ، فتح أحد مؤسسي شركة إنتل ، غوردون مور ، قانونًا حصل على اسمه. ينص قانون مور على أنه كل 18 ... 24 شهرًا ، يتضاعف عدد الترانزستورات في الرقاقات تقريبًا. تم تنفيذ هذه الملاحظة على أساس إنتاج شرائح الذاكرة أو ببساطة الذاكرة. بناءً على ذلك ، خلص جوردون مور إلى أن قوة أجهزة الحوسبة ستزداد في المستقبل القريب بشكل كبير. وهذا القانون لا يزال ساري المفعول.

في عام 2006 ، أطلقت Intel معالجًا يحتوي على مليار ترانزستور ، وأنشأت مؤخرًا معالج Tukwila يحتوي على أكثر من ملياري ترانزستور. هذا يؤكد تماما صحة قانون مور. تتطور التكنولوجيا الإلكترونية بشكل أسرع وأكثر ديناميكيًا من جميع مجالات العلوم والتكنولوجيا الأخرى. يقدر العلماء أنه إذا تطورت صناعة الطائرات بهذه الديناميكية ، فإن طائرة بوينج 767 الحديثة يمكنها الطيران حول العالم في غضون 20 دقيقة فقط ، ولا تنفق أكثر من 20 لترًا من الوقود ، وفي الوقت نفسه لا تكلف أكثر من 500 دولار.

يتم تصنيع جميع الترانزستورات المذكورة بتقنية النانو ، والتي تُسمع الآن على نطاق واسع. ولكن حتى في هذا التصميم لا يزال الترانزستورات. القادم سيكون الحديث قليلا عن الترانزستورات.

وصف موجز للترانزستورات

دعونا نحاول أن نتخيل عالما عصريا بدون ترنزستورات. على الأرجح ، ستتوقف الحياة بأكملها: ستغلق الهواتف ، وتخرج أجهزة التلفاز ، وتتوقف السيارات ، وستختفي الحرارة والماء والكهرباء في المنازل. بعد كل شيء ، يتم التحكم في تشغيل جميع الأجهزة المذكورة من قبل جميع أنواع الدوائر الإلكترونية ، والتي أساسها ترانزستور. أي نوع من الأجهزة السحرية هو هذا الترانزستور؟

الترانزستورات ثنائية القطب

تم ابتكار أول ترانزستور ثنائي القطب في عام 1947 من قبل علماء أمريكيين - علماء الفيزياء دبليو. شوكلي ، ود. باردين ، ويو.Brattain ، الذين كانوا في ذلك الوقت موظفين في مختبر Bell Labs. يجب اعتبار تاريخ ميلاد الترانزستور في 23 ديسمبر 1947 ، عندما عُقد العرض الرسمي للجهاز الجديد.

كما هو الحال مع العديد من الاختراعات البارزة ، لم يلاحظ على الفور الترانزستور: بعد 9 سنوات فقط من التاريخ المذكور ، مُنشئو الجوائز مُنحوا جائزة نوبل. أحد مؤسسي الترانزستور ، جون باردين ، بعد ذلك بفترة وجيزة حصل على جائزة نوبل. هذه المرة لإنشاء نظرية الموصلية الفائقة.

في البداية ، لم يكن للجهاز الإلكتروني الجديد اسمه. عن طريق القياس مع مصباح الإلكترون - الصمام الثلاثي ، كان يطلق عليه الصمام الثلاثي أشباه الموصلات أو الصمام الثلاثي البلوري. اخترع الاسم الشائع للترانزستور من قبل زميل من العلماء المذكورة أعلاه ، جون بيرس. كانت الكلمة مكونة من كلمتين: نقل - نقل ومقاومة - مقاومة. في الواقع ، في الواقع ، فإن إشارة التحكم المطبقة على أحد الأقطاب (القاعدة) تغير المقاومة بين قطبين آخرين (جامع ، باعث) من الترانزستور. إذا كانت هذه الأقطاب الكهربائية متصلة بالدائرة المفتوحة لمصدر الطاقة ، فيمكن التحكم في أي حمل. يمكن أن يكون مكبر الصوت ، ملف التتابع ، المصباح الكهربائي ، مرحلة الترانزستور التالية وأكثر من ذلك بكثير.

بالفعل في عام 1956 ، تم إنشاء أول راديو ترانزيستور محمول ، والذي يتيح لك الاستماع إلى الموسيقى ليس فقط في المنزل ، ولكن في أي مكان. عند استخدام أنابيب الراديو في أجهزة الاستقبال ، لا يمكن تخيل ذلك.

اختراع التكنولوجيا الجديدة

دفعت هذه التجربة الأولى لتصغير أجهزة الراديو العقول الفضولية الموهوبة إلى العمل ، وبعد عامين من إنشاء أول جهاز استقبال للترانزستور ، اتخذ العلماء الأمريكيون جاك كيلبي وروبرت نيوس خطوة جديدة هائلة في تطوير تكنولوجيا أشباه الموصلات. التكنولوجيا التي طوروها جعلت من الممكن دمج العديد من الترانزستورات في دائرة متكاملة في وقت واحد. قدم هذا الاختراع Robert Noyce إلى Gordon Moore ، وفي عام 1968 قاموا بالفعل بإنشاء شركة Intel Corporation ، التي كانت بداية إنتاج أجهزة الكمبيوتر الحديثة.

ترانزستورات تأثير المجال

يجب أن نتذكر أنه قبل فترة طويلة من اختراع ترانزستور ثنائي القطب يسيطر عليه تيار ثنائي القطب ، تم الحصول على براءة اختراع لترانزستور تأثير المجال. تم التعامل مع مبادئ تشغيل الترانزستورات ذات التأثير الميداني في عام 1925 بواسطة عالم الفيزياء النمساوية المجرية يوليوس إدغار ليليانفيلد ، وحصلت بالفعل على براءة اختراع ألمانية في عام 1928. وفي عام 1934 ، حصل عالم الفيزياء الألماني أوسكار هيل على براءة اختراع أول ترانزستور للتأثير الميداني.

فيزياء ترانزستورات التأثير الميداني أبسط إلى حد ما من القطبين ، لذلك تم تطويرها قبل ذلك بكثير. يعتمد عملهم على التأثير البسيط للحقل الكهروستاتيكي ؛ وتسمى هذه الترانزستورات أيضًا ترانزستورات MOS. على الرغم من الجهاز البسيط مقارنةً بترانزستور ثنائي القطب ، ظهرت أول الترانزستورات MOS فقط في عام 1960 ، على الرغم من أن هذه الترانزستورات الآن تشكل أساسًا لكل تكنولوجيا الكمبيوتر. فقط في التسعينيات من القرن الماضي ، بدأت ترانزستورات التأثير الميداني في السيطرة على القطبين.

رقائق التناظرية والرقمية

في عملية إنشاء الترانزستورات ، اتضح أن الترانزستورات يمكن أن تعمل في أوضاع خطية ومفتاحية. يسمح الوضع الخطي بتضخيم الإشارات الكهربائية. لكن لا يمكن أن يعطي ترانزستور واحد مكسبًا كبيرًا بما فيه الكفاية ، لذلك تم تطوير مكبرات الصوت التشغيلية (المرجع أمبير). لقد حصلوا على هذا الاسم لأنهم استخدموا في أجهزة الكمبيوتر التمثيلية ، حيث أجروا عمليات رياضية.

الآن لم تعد أجهزة الكمبيوتر التمثيلية موجودة ، ولكن بقيت العمليات المرجعية ، وتستخدم بنجاح في مختلف الأجهزة الإلكترونية. هناك مخططات نموذجية لتشغيل op-amp ؛ لذلك ، يمكن تكرار متغيرات المعلمات المتتالية المصنوعة على op-amp. على سبيل المثال ، يتم تحديد الكسب المتتالي فقط بواسطة مقاومات خارجية ، ويمكن ضبطه بدقة شديدة.

لذلك ، إذا قررت البدء في دراسة أساسيات الالكترونيات ، فإن استخدام op-amps يمكن أن يسهل هذه المهمة إلى حد كبير. على مكبرات الصوت التشغيلية ، تم كتابة الكثير في الكتب ، وكذلك في مقالات على الإنترنت ، وهناك العديد من التصاميم المختلفة.

عملية الترانزستور الرئيسية المستخدمة في الدوائر الرقمية ، وتسمى أيضا منطقية ، لأنها تؤدي عمليات منطقية ، أو عمليات الجبر المنطقي. مرة واحدة ، كان على هذه الدوائر الصغيرة التي تم إنشاؤها أجهزة الكمبيوتر. وكانت هذه الآلات ضخمة جدا ، وبطيئة ، واستهلاك الطاقة هو ببساطة هائلة. تعد أجهزة الكمبيوتر هذه شيئًا من الماضي ، ويتم تصنيع جميع أنواع الأجهزة البسيطة نسبيًا على الدوائر الرقمية بواسطة هواة الراديو. هذه هي الدوائر الصغيرة التي يمكن التوصية بها لدراسة مستقلة للإلكترونيات ، لإجراء التجارب الأولى.

استنتاج

والآن لتلخيص ، تذكر عنوان المقال ، "لماذا لا يكون كهربائيون دائمًا أصدقاء للإلكترونيات". إذا لم تأخذ في الاعتبار الكسل البسيط ، فقد يكون سبب العداء للإلكترونيات هو الخوف الأولي من عدم فهم شيء ما أو إفساد شيء ما.

هذه المقالة كتبت للتو من أجل هزيمة هذا الخوف ، واكتساب الثقة في نقاط القوة الخاصة به ، وإجبار المرء على تجربة نفسه بجودة جديدة. الإلكترونيات معدية ، بالمعنى الجيد للكلمة. أولاً ، سنتقن الترانزستورات ، ثم ننتقل إلى المنطق الرقمي ، وليس هناك ما هو بعيد عن المتحكمات الدقيقة. لذا ، أيها الرفاق الكهربائيون ، كن شجاعًا ، ولا تخافوا من الإلكترونيات ، كوّن صداقات معها!

بوريس الأديشين