Warum Elektriker nicht immer mit Elektronik befreundet sind. Teil 2. Wie man Elektronik studiert

Der erste Teil des Artikels:Warum Elektriker nicht immer mit Elektronik befreundet sind

Zuallererst Sicherheitsvorkehrungen

Einige elektronische Geräte sind galvanisch vom Beleuchtungsnetz getrennt. Daher ist die Einhaltung der Sicherheitsregeln nicht überflüssig, aber dies ist ein Thema für einen anderen Artikel, und es wurden bereits viele solcher Artikel geschrieben, die diejenigen, die dies wünschen, selbst lesen können. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass jeder, der diesen Artikel liest, mit den Sicherheitsregeln vertraut ist.

Elementare Basis

Die Elementbasis ist, woraus elektronische Schaltungen bestehen, mit anderen Worten, dies sind Teile, die auf Leiterplatten gelötet werden. Und die gesamte Elementbasis kann nicht einmal in einem riesigen, dicken Buch beschrieben werden: So bietet der Online-Shop für Funkkomponenten „Elitan“ Kunden über eine Million Waren von mehr als tausend Herstellern aus der ganzen Welt.

Fast alle modernen elektronischen Geräte werden auf einer importierten, ganz einfach bürgerlichen Elementbasis montiert. In dieser Hinsicht sollte man sich jedoch nicht besonders aufregen, da die Dokumentation für fast alle Mikroschaltungen, Dioden, Transistoren, Thyristoren und andere Details im DATENBLATT oder in russischen technischen Beschreibungen zu finden ist. Obwohl alle diese "Datenblätter" auf Englisch sind, ist es ziemlich einfach, sie zu verstehen.

Diejenigen, die mit der Reparatur elektronischer Geräte beschäftigt sind, wissen, dass es nicht immer möglich ist, ein Diagramm des zu reparierenden Geräts zu finden. In diesem Fall hilft das DATENBLATT auf der Mikroschaltung sehr: Sie können alle Ein- und Ausgänge, Strobe- und Steuersignale finden und verstehen, was die Mikroschaltung im Gerät tut.

Die Entwicklung der elektronischen Technologie. Moores Gesetz

Die elektronische Technologie entwickelt sich sehr schnell und dynamisch. Die ersten integrierten Schaltkreise erschienen 1965, und bald darauf eröffnete einer der Gründer von Intel, Gordon Moore, ein Gesetz, das seinen Namen erhielt. Nach Moores Gesetz verdoppelt sich die Anzahl der Transistoren in Mikrochips alle 18 ... 24 Monate ungefähr. Diese Beobachtung wurde auf der Basis der Herstellung von Speicherchips oder einfach von Speicher durchgeführt. Auf dieser Grundlage gelangte Gordon Moore zu dem Schluss, dass die Leistung von Computergeräten in naher Zukunft exponentiell zunehmen wird. Und dieses Gesetz ist immer noch gültig.

Im Jahr 2006 veröffentlichte Intel einen Prozessor mit 1 Milliarde Transistoren und schuf kürzlich einen Tukwila-Prozessor mit mehr als zwei Milliarden Transistoren. Dies bestätigt voll und ganz die Gültigkeit von Moores Gesetz. Die elektronische Technologie entwickelt sich viel schneller und dynamischer als alle anderen Bereiche der Wissenschaft und Technologie. Wissenschaftler schätzen, dass eine moderne Boeing 767, wenn sich die Flugzeugindustrie mit einer solchen Dynamik entwickeln würde, in nur 20 Minuten um den Globus fliegen könnte, nicht mehr als 20 Liter Treibstoff verbraucht und gleichzeitig nicht mehr als 500 US-Dollar kostet.

Alle genannten Transistoren werden durch Nanotechnologie hergestellt, was mittlerweile weit verbreitet ist. Aber auch in diesem Design sind es noch Transistoren. Als nächstes wird ein kleines Gespräch über Transistoren geführt.

Kurzbeschreibung der Transistoren

Versuchen wir uns eine moderne Welt ohne Transistoren vorzustellen. Höchstwahrscheinlich wird alles Leben aufhören: Die Telefone werden sich schließen, die Fernseher werden ausgehen, die Autos werden anhalten, die Hitze, das Wasser und der Strom werden in den Häusern verschwinden. Schließlich wird der Betrieb aller genannten Geräte von allen Arten elektronischer Schaltungen gesteuert, deren Basis ein Transistor ist. Was für ein magisches Gerät ist dieser Transistor?

Bipolartransistoren

Der erste Bipolartransistor wurde bereits 1947 von amerikanischen Wissenschaftlern erfunden - den Physikern W. Shockley, D. Bardin und U.Brattain, der zu dieser Zeit Mitarbeiter des Bell Labs Labs war. Das Geburtsdatum des Transistors sollte als 23. Dezember 1947 angesehen werden, als die offizielle Präsentation des neuen Geräts stattfand.

Wie bei vielen herausragenden Erfindungen wurde der Transistor nicht sofort bemerkt: Nur 9 Jahre nach dem genannten Datum erhielten seine Schöpfer den Nobelpreis. Einer der Gründer des Transistors, John Bardin, wurde kurz darauf erneut mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Diesmal zur Schaffung der Theorie der Supraleitung.

Das neue elektronische Gerät hatte zunächst keinen Namen. In Analogie zu einer Elektronenlampe - einer Triode - wurde sie als Halbleitertriode oder kristalline Triode bezeichnet. Der gebräuchliche Name für den Transistor wurde von einem Kollegen der oben genannten Wissenschaftler, John Pierce, erfunden. Das Wort bestand aus zwei Wörtern: Übertragung - Übertragung und Widerstand - Widerstand. Tatsächlich ändert ein Steuersignal, das an eine der Elektroden (Basis) angelegt wird, den Widerstand zwischen zwei anderen Elektroden (Kollektor, Emitter) des Transistors. Wenn diese Elektroden an den offenen Stromkreis der Stromversorgung angeschlossen sind, kann jede Last gesteuert werden. Es kann sich um einen Lautsprecher, eine Relaisspule, eine Glühbirne, die nächste Transistorstufe und vieles mehr handeln.

Bereits 1956 wurde das erste tragbare Transistorradio entwickelt, mit dem Sie Musik nicht nur zu Hause, sondern überall hören können. Bei der Verwendung von Funkröhren in Empfängern war dies nicht einmal vorstellbar.

Erfindung neuer Technologien

Diese erste Erfahrung in der Miniaturisierung von Funkgeräten brachte talentierte Neugierige zum Handeln, und zwei Jahre nach der Entwicklung des ersten Transistorempfängers machten die amerikanischen Wissenschaftler Jack Kilby und Robert Neuss einen großen neuen Schritt in der Entwicklung der Halbleitertechnologie. Die von ihnen entwickelte Technologie ermöglichte es, mehrere Transistoren gleichzeitig zu einer integrierten Schaltung zu kombinieren. Diese Erfindung führte Robert Noyce in Gordon Moore ein und gründete bereits 1968 die Intel Corporation, die den Beginn der Produktion moderner Computer darstellte.

Feldeffekttransistoren

Es sei daran erinnert, dass lange vor der Erfindung eines stromgesteuerten Bipolartransistors ein Patent für einen Feldeffekttransistor erhalten wurde. Die Funktionsprinzipien von Feldeffekttransistoren wurden 1925 vom österreichisch-ungarischen Physiker Julius Edgar Lilienfeld behandelt und erhielten bereits 1928 ein deutsches Patent. Und 1934 wurde der erste Feldeffekttransistor vom deutschen Physiker Oscar Hale patentiert.

Die Physik von Feldeffekttransistoren ist etwas einfacher als die von bipolaren, daher wurden sie viel früher entwickelt. Ihre Arbeit basiert auf der einfachen Wirkung eines elektrostatischen Feldes, diese Transistoren werden auch als MOS-Transistoren bezeichnet. Trotz der im Vergleich zu einem Bipolartransistor einfachen Vorrichtung erschienen die ersten MOS-Transistoren erst 1960, obwohl diese Transistoren heute die Grundlage aller Computertechnologie bilden. Erst in den neunziger Jahren des letzten Jahrhunderts begannen Feldeffekttransistoren, bipolare zu dominieren.

Analoge und digitale Chips

Bei der Erstellung von Transistoren stellte sich heraus, dass Transistoren im linearen Modus und im Schlüsselmodus arbeiten können. Der lineare Modus ermöglichte die Verstärkung elektrischer Signale. Da ein Transistor jedoch keine ausreichend große Verstärkung liefern kann, wurden Operationsverstärker (Operationsverstärker) entwickelt. Sie erhielten diesen Namen, weil sie in analogen Computern verwendet wurden, in denen sie mathematische Operationen durchführten.

Jetzt gibt es keine analogen Computer mehr, aber die Operationsverstärker sind geblieben und werden erfolgreich in verschiedenen elektronischen Geräten eingesetzt. Es gibt typische Schemata zum Einschalten eines Operationsverstärkers, daher sind die Parameter von Kaskaden, die an einem Operationsverstärker erzeugt werden, sehr wiederholbar. Beispielsweise wird die Kaskadenverstärkung nur durch externe Widerstände bestimmt und kann sehr genau eingestellt werden.

Wenn Sie sich entscheiden, die Grundlagen der Elektronik zu studieren, kann die Verwendung von Operationsverstärkern diese Aufgabe erheblich vereinfachen. Über Operationsverstärker wurde viel in Büchern geschrieben, und in Artikeln im Internet gibt es viele verschiedene Designs.

Schlüsseltransistorbetrieb In digitalen Schaltkreisen werden sie auch als logisch bezeichnet, da sie logische Operationen oder Operationen ausführen Boolesche Algebra. Auf diesen Mikroschaltungen wurden einst Computer erstellt. Solche Maschinen waren sehr sperrig, langsam, der Energieverbrauch ist einfach immens. Diese Computer gehören der Vergangenheit an, und alle Arten von relativ unkomplizierten Geräten werden von Funkamateuren auf digitalen Mikroschaltungen hergestellt. Es sind diese Mikroschaltungen, die für die unabhängige Untersuchung der Elektronik und für die Durchführung der ersten Experimente empfohlen werden können.

Fazit

Und jetzt, um es zusammenzufassen, erinnern Sie sich an den Titel des Artikels „Warum Elektriker nicht immer mit Elektronik befreundet sind“. Wenn Sie die einfache Faulheit nicht berücksichtigen, kann der Grund für die Feindseligkeit gegenüber der Elektronik eine elementare Angst sein, etwas nicht zu verstehen oder etwas zu verderben.

Dieser Artikel wurde nur geschrieben, um diese Angst zu besiegen, Vertrauen in die eigenen Stärken zu gewinnen und jemanden zu zwingen, sich in einer neuen Qualität zu versuchen. Elektronik ist im guten Sinne des Wortes ansteckend. Zuerst werden wir die Transistoren beherrschen, dann zur digitalen Logik übergehen und dort ist es nicht weit von den Mikrocontrollern entfernt. Also, Kameraden Elektriker, seid mutig, hab keine Angst vor Elektronik, freundet euch damit an!

Boris Aladyshkin