Kāpēc elektriķi ne vienmēr draudzējas ar elektroniku. 2. daļa. Kā apgūt elektroniku

Raksta pirmā daļa:Kāpēc elektriķi ne vienmēr draudzējas ar elektroniku

Pirmkārt, drošības pasākumi

Dažas elektroniskās ierīces ir galvaniski izolētas no apgaismojuma tīkla. Tāpēc drošības noteikumu ievērošana nebūs lieka, bet šī ir cita raksta tēma, un daudzi raksti jau ir uzrakstīti, ikviens var lasīt pats. Turklāt tiek pieņemts, ka visi, kas lasa šo rakstu, ir iepazinušies ar drošības noteikumiem.

Elementārā bāze

Elementu bāze ir tas, no kā sastāv elektroniskās shēmas, citiem vārdiem sakot, tās ir detaļas, kuras ir pielodētas uz iespiedshēmas plates. Un visu elementāro bāzi nevar aprakstīt pat milzīgā biezā grāmatā: piemēram, radio komponentu interneta veikals “Elitan” klientiem piedāvā vairāk nekā vienu miljonu preču no vairāk nekā tūkstoš ražotāju no visas pasaules.

Gandrīz visas mūsdienu elektroniskās iekārtas ir samontētas uz importētu, pavisam vienkārši, buržuāzisku elementu bāzes. Bet šajā sakarā nevajadzētu īpaši apbēdināt, jo gandrīz visu mikroshēmu, diožu, tranzistoru, tiristoru dokumentācija un cita informācija ir atrodama DATU LAPĀ vai krievu tehniskajos aprakstos. Lai arī visas šīs “tehnisko datu lapas” ir angļu valodā, saprast tās ir diezgan viegli.

Tie, kas nodarbojas ar elektronisko iekārtu remontu, zina, ka ne vienmēr ir iespējams atrast remontējamās ierīces shēmu. Šajā gadījumā daudz palīdz mikrodatu DATU LAPA: jūs varat atrast visas ieejas un izejas, kas virza un kontrolē signālus, un saprast, ko mikroshēma dara ierīcē.

Elektronisko tehnoloģiju attīstība. Mūra likums

Elektroniskā tehnoloģija attīstās ļoti ātri un dinamiski. Pirmās integrētās shēmas parādījās 1965. gadā, un drīz pēc tam viens no Intel dibinātājiem Gordons Mūrs atvēra likumu, kas saņēma viņa vārdu. Mūra likumā teikts, ka ik pēc 18 ... 24 mēnešiem tranzistoru skaits mikročipos aptuveni dubultojas. Šis novērojums tika veikts, pamatojoties uz atmiņas mikroshēmu vai vienkārši atmiņas izveidošanu. Balstoties uz to, Gordons Mūrs secināja, ka tuvākajā nākotnē skaitļošanas ierīču jauda palielināsies eksponenciāli. Un šis likums joprojām ir spēkā.

2006. gadā Intel izlaida procesoru, kurā bija 1 miljards tranzistoru, un nesen izveidoja Tukwila procesoru, kurā bija vairāk nekā divi miljardi tranzistoru. Tas pilnībā apstiprina Mūra likuma spēkā esamību. Elektroniskās tehnoloģijas attīstās daudz ātrāk un dinamiskāk nekā visas citas zinātnes un tehnoloģijas jomas. Zinātnieki lēš, ka, ja lidmašīnu industrija attīstītos ar tik dinamisku, mūsdienu Boeing 767 varētu lidot apkārt zemeslodei tikai 20 minūtēs, iztērējot ne vairāk kā 20 litrus degvielas, un tajā pašā laikā maksātu ne vairāk kā 500 USD.

Visus minētos tranzistorus izgatavo nanotehnoloģijas, kuras tagad ir plaši dzirdamas. Bet pat šajā dizainā tas joprojām ir tranzistori. Tālāk būs neliela saruna par tranzistoriem.

Īss tranzistoru apraksts

Mēģināsim iedomāties modernu pasauli bez tranzistoriem. Visticamāk, visa dzīve apstāsies: telefoni tiks izslēgti, televizori izdzisīs, automašīnas apstāsies, siltums, ūdens un elektrība pazudīs mājās. Galu galā visu minēto ierīču darbību kontrolē visu veidu elektroniskās shēmas, kuru pamatā ir tranzistors. Kāda maģiska ierīce ir šis tranzistors?

Bipolāri tranzistori

Pirmo bipolāro tranzistoru 1947. gadā izgudroja amerikāņu zinātnieki - fiziķi W. Shockley, D. Bardin un U.Brattain, kurš tajā laikā bija laboratorijas Bell Labs darbinieki. Par tranzistora dzimšanas datumu jāuzskata 1947. gada 23. decembris, kad notika oficiālā jaunās ierīces prezentācija.

Tāpat kā daudzos izcilos izgudrojumos tranzistors netika uzreiz pamanīts: tikai 9 gadus pēc minētā datuma tā veidotājiem tika piešķirta Nobela prēmija. Viens no tranzistora dibinātājiem Džons Bardins neilgi pēc tam atkal saņēma Nobela prēmiju. Šoreiz supravadītspējas teorijas izveidošanai.

Sākumā jaunajai elektroniskajai ierīcei nebija sava nosaukuma. Pēc analoģijas ar elektronu lampu - triodi, to sauca par pusvadītāju triodi vai kristālisko triodi. Tranzistora parasto vārdu izgudroja iepriekš minēto zinātnieku kolēģis Džons Pīrss. Vārdu veidoja divi vārdi: pārnešana - pārnešana un rezistors - pretestība. Patiešām, faktiski vadības signāls, kas tiek piemērots vienam no elektrodiem (pamatnei), maina pretestību starp diviem citiem tranzistora elektrodiem (kolektoru, emitētāju). Ja šie elektrodi ir savienoti ar barošanas avota atvērto ķēdi, kļūst iespējams kontrolēt jebkuru slodzi. Tas var būt skaļrunis, releja spole, spuldze, nākamais tranzistora posms un daudz kas cits.

Jau 1956. gadā tika izveidots pirmais portatīvais tranzistora radio, kas ļauj klausīties mūziku ne tikai mājās, bet jebkur. Izmantojot uztvērējos radiosakaru lampas, to pat nevarēja iedomāties.

Jaunu tehnoloģiju izgudrošana

Šī pirmā radioiekārtu miniaturizācijas pieredze pamudināja talantīgus zinātkāros prātus rīkoties, un divus gadus pēc pirmā tranzistora uztvērēja izveidošanas amerikāņu zinātnieki Džeks Kilbijs un Roberts Neuss spēja spert milzīgu jaunu soli pusvadītāju tehnoloģijas attīstībā. Viņu izstrādātā tehnoloģija ļāva apvienot vairākus tranzistorus integrētā shēmā uzreiz. Šis izgudrojums iepazīstināja Robertu Noyce ar Gordonu Mūru, un jau 1968. gadā viņi izveidoja Intel Corporation, kas bija mūsdienu datoru ražošanas sākums.

Lauka efektu tranzistori

Jāatceras, ka ilgi pirms bipolārā strāvas kontrolēta bipolārā tranzistora izgudrošanas tika iegūts patents lauka efekta tranzistoram. Lauka efekta tranzistoru darbības principus 1925. gadā izskatīja Austroungārijas fiziķis Jūlijs Edgars Lilienfelds, un jau 1928. gadā tas saņēma Vācijas patentu. Un 1934. gadā pirmo lauka efektu tranzistoru patentēja vācu fiziķis Oskars Hale.

Lauka efektu tranzistoru fizika ir nedaudz vienkāršāka nekā bipolārie, tāpēc tie tika izstrādāti daudz agrāk. Viņu darbs ir balstīts uz elektrostatiskā lauka vienkāršo iedarbību; šos tranzistorus sauc arī par MOS tranzistoriem. Neskatoties uz vienkāršo ierīci, salīdzinot ar bipolāru tranzistoru, pirmie MOS tranzistori parādījās tikai 1960. gadā, lai gan tagad šie tranzistori veido visas datortehnoloģijas pamatu. Tikai pagājušā gadsimta deviņdesmitajos gados lauka efektu tranzistori sāka dominēt bipolāros.

Analogās un digitālās mikroshēmas

Tranzistoru izveidošanas procesā izrādījās, ka tranzistori var darboties lineārajā un taustiņu režīmā. Lineārais režīms ļāva pastiprināt elektriskos signālus. Bet viens tranzistors nevar dot pietiekami lielu ieguvumu, tāpēc tika izstrādāti operatīvie pastiprinātāji (op ampēri). Viņi saņēma šo vārdu, jo tika izmantoti analogos datoros, kur viņi veica matemātiskas operācijas.

Tagad analogo datoru vairs nav, bet op-amp ir palikuši un tiek veiksmīgi izmantoti dažādās elektroniskās ierīcēs. Pastāv tipiskas op-amp ieslēgšanas shēmas, tāpēc op-amp stiprinājumu veidojošo kaskāžu parametri ir ļoti atkārtojami. Piemēram, kaskādes pastiprinājumu nosaka tikai ārējie rezistori, un to var iestatīt ļoti precīzi.

Tāpēc, ja jūs nolemjat sākt studēt elektronikas pamatus, tad op-ampēru izmantošana var ievērojami vienkāršot šo uzdevumu. Par operatīvajiem pastiprinātājiem daudz ir rakstīts grāmatās, kā arī rakstos internetā, ir daudz dažādu dizainu.

Galvenā tranzistora darbība ko izmanto ciparu shēmās, tos sauc arī par loģiskiem, jo ​​tie veic loģiskas operācijas jeb operācijas Būla algebra. Reiz tieši šajās mikroshēmās tika izveidoti datori. Šādas mašīnas bija ļoti apjomīgas, lēnas, enerģijas patēriņš ir vienkārši milzīgs. Šie datori ir pagātne, un visa veida salīdzinoši vienkāršās ierīces radioamatieri izgatavo digitālās shēmās. Tieši šīs mikroshēmas var ieteikt neatkarīgai elektronikas izpētei, pirmo eksperimentu veikšanai.

Secinājums

Un tagad, apkopojot, atcerieties raksta virsrakstu “Kāpēc elektriķi ne vienmēr draudzējas ar elektroniku”. Ja neņem vērā vienkāršu slinkumu, tad naidīguma iemesls elektronikai var būt elementāras bailes kaut ko nesaprast vai kaut ko sabojāt.

Šis raksts ir tikai uzrakstīts, lai novērstu šīs bailes, iegūtu ticību saviem spēkiem un piespiestu sevi izmēģināt jaunu kvalitāti. Elektronika ir lipīga šī vārda labā nozīmē. Pirmkārt, mēs apgūsim tranzistorus, pēc tam pāriesim pie digitālās loģikas, un tur tas nav tālu no mikrokontrolleriem. Tātad, biedri elektriķi, esiet drosmīgi, nebaidieties no elektronikas, draudzējieties ar to!

Boriss Aladyshkin