نگاه اجمالی
الکترونیک ، عرصه‌ای از علوم و مهندسی است که به مطالعه حرکت و کنترل الکترونها در وسایل می‌پردازد. این وسایل سیستمهایی هستند که بر چگونگی زندگی ، کار ، بازی و ارتباطات ما اثر می‌گذارند. همانطور که بارها در تاریخ تکامل الکترونیک دیده شده است. دانشمندان خواهند توانست اثرهای کوانتومی وسایل کوچکتری بسازند و تعداد وسیله‌های روی هر سیستم بطور بالقوه می‌تواند به هزار یا میلیاردها برسد، این سیستمها معرف وضعیت الکترونیک در آینده می‌باشد.
تاریخچه
الکترونیک اصطلاحی از ریشه آلمانی است. نخستین بار در سال 1897 برای وصف شاخه‌ای از فیزیک که به مطالعه الکترون می‌پرداخت بکار رفت. در دهه 1920 صنعت الکترونیکی و اسم الکترونیک نخستین بار برای توصیف وسایلی که رساننده الکترون بودند بکار برده شد. اولین وسیله الکترونیکی یک
لامپ خلا از جنس
کوارتز به طول 8 تا 10 سانتیمتر و محتوی تعدادی رشته‌های سیمی و صفحه بود. یکی از کاربردهای متداول خلا استفاده از آن در
رادیو برای تقویت علایم الکترونی دریافت شده بود.
در سال 1948 جان باردین ، دالتر براتاین و ویلیام مثالکی
ترانزیستور را اختراع کردند. ترانزیستور چون کوچک بود مصرف انرژی کمتر و درجه طمینان بالاتری داشت و رفته رفته جای لامپهای خلا را در سیستمهای الکترونیکی گرفت. رادیوهای ترانزیستوری جدید تعداد ترانزیستور (
ژنراتورهای الکترونیکی دیگری مانند
دیود و
خازن و
باتری خشک کوچکی داشتند) آنقدر کوچک بودند که در جیب جا می‌گرفتند.
در آغاز دهه 1960 با ترکیب و اتصال چندین ترانزیستور روی یک قطعه کوچک (یا پولک) سیلسیومی ، پیشرفت مهم دیگری در زمینه الکترونیک حاصل شد. در پی این کشف و همچنین پیشرفت تولید صنعتی ، ساخت مدارهای الکترونیکی چند تزانزیستوری روی تک پولک فراهم گشته ، در این مرحله یک وسیله منطقی مهم دیگر یعنی
ریز پردازنده کشف شد. این وسیله شبیه حسابگرها بود، کارایی بیشتری داشت و می‌توانست برنامه پذیر باشد. در سال 1995 ، ریز پردازنده‌ها بیش از نه میلیون ترانزیستور و حافظه‌هایش بیش از شانزده میلیون ترانزیستور داشتند.
مدارها
سیستمهای الکترونیکی از مدارهای مشتمل بر ترانزیستور ،
مقاومت و خازن تشکیل می‌شوند. از مجموعه این مدار در کنار هم پاسخ خروجی معینی بدست می‌آید. یکی از پاسخهای خروجی در این سیستمها تقریب سیگنالهای ورودی سیستمهای الکترونیکی در بیشتر موارد بسیار ضعیف هستند. بطور مثال آشکارسازهای فوتون (که در گردآوری و تبدیل نور به سیگنال الکتریکی بکار می‌روند) می‌توانند نور ستارگان دور را آشکار سازی کنند، اما ولتاژ سیگنال که ایجاد می‌کنند درحدود یک میلیونم ولت است. در این صورت ، برای تقویت آن باید از تقویت کننده استفاده شود شکل
1 مدار ساده‌ای را نشان می‌دهد که شامل تقویت کننده تک ترانزیستوری است و می‌تواند یک سیگنال ورودی را تا چند صد برابر تقویت کند.
مداری که برای اجرای عملیات منطقی بکار می‌رود یک کلید ترانزیستوری است، که در شکل نشان داده می‌شود. هنگامی که ورودی مدارهای پتانسیل زمین است ترانزیستور نارساناست و حالت قطع دارد، چون از ترانزیستور جریانی نمی‌تواند بگذرد. ولتاژ خروجی باید تا حد ولتاژ تغذیه کلکتور (جمع کننده) بالا برود. هر کجا ولتاژ ورودی (V
in) با ولتاژ تغذیه کلکتور برابر شود، ترانزیستور رسانا می‌شود به حالت وصل در می‌آید.
در نتیجه جریان زیادی از مقاومت کلکتور (R
c) و ترانزیستور می‌گذرد. چون مقاومت ترانزیستور در حالت رسانایی کم است، ولتاژ خروجی (V
out) کم است. اگر ولتاژ زیاد مثل ولتاژ چند کلکتور را به عنوان حالت منطقی
1 یا
درست ولتاژ کم را با عنوان حالت منطقی
0 یا
نادرست تعریف کنیم. مدار شکل
2 عمل منطقی
نه (NOT) را انجام می‌دهد. هر گاه این مدار شامل چند ورودی باشد هر عمل منطقی را می‌تواند به همین ترتیب انجام دهد. بنابراین با دسته‌ای از مدارهای منطقی می‌توان همه علامت منطقی را انجام داد.
کاربرد ترانزیستور
متداولترین کاربرد
ترانزیستور ، ساختن مدارهای منطقی است که از آنها برای تقسیم مساوی استفاده می‌شود. مثلا اگر و فقط اگر A و B و C
درست باشند، خروجی D
درست باشد. آنگاه عمل
و انجام می‌شود. برای نمونه A در صورتی می تواند درست باشد که در یا به بسته بعنوان کمربند ایمنی را نشان دهد و می‌تواند روشن بودن موتور اتومبیل را نشان دهد. اگر خروجی D درست باشد یک سوت به صدا در خواهد آمد. مدارهای منطقی الکترونیکی همه این عملیات را می‌توانند به آسانی انجام دهند. شکل
2 مدار نمونه‌ای ابتدایی دریچه
نه را نشان می‌دهد. چنین مداری را امروزه دیگر بکار نمی‌برند، زیرا سیلیسیوم مورد نیاز (یا وسعت پولک) برای ساخت
مقاومت الکتریکی در آن نسبتا زیاد است. اگر مدار بطور کامل با ترانزیستور ساخته شود کارآیی بیشتری خواهد داشت.
کاربرد مدارات الکترونیکی در مخابرات
وجود عنصرهای الکترونیکی پیشرفته و ارزان در بازار سبب شده است که سیستمهای الکترونیکی رشد قابل ملاحظه‌ای پیدا کند. از نظر تاریخی ، اغلب کاربردهای مدارهای الکترونیکی جدید پس از ورود آن به بازار کشف شدند و در همین امر به گسترش خارق العاده کاربردها منجر شده است. این روند به همراه ترکیب ماهرانه وسایل الکترونیکی با نرم افزارهای ذخیره شده ایمن در حافظه‌ها سیستمهای الکترونیکی را برای کاربرد روزانه قابل استفاده کرده است.
ارتباطات
بی سیم امروزه با وجود تلفنهای ناحیه‌ای آسانتر شده است. به کمک رایانه‌های خانگی می‌توان مصارف و هزینه‌ها را تعیین و چراغها و سیستمهای ایمنی خانه را کنترل کرد. اتومبیلها که به سیستم الکتریکی ساده مجهز بودند، اکنون برای کنترل کار موتور به رایانه‌های متعدد مجهز شده‌اند. برای تفریح و سرگرمی به کمک تلویزیونهای با کیفیت بالا می‌توان به بازیهای چند رسانه‌ای دو سویه پرداخت.
کاربردهای پزشکی مدارات الکترونیکی
در زمینه پزشکی ، تشخیص بیماری و آموزش بخش پزشکی به کمک الکترونیک آسانتر شده است. در بخش گردآوری و نمایش داده‌ها در مقیاس وسیع ، پیشرفت زیادی حاصل شده است. با استفاده از پرتو نگاری لایه‌ای با گسیل
پوزیترون (PET) پرتو نگاری لایه‌ای رایانه‌ای (CT) و
تصویر برداری تشدید مغناطیسی (MRT) که به کمک الگوریتمهای عددی دقیق و در سیستمهای رایانه‌ای سریع انجام می‌شوند. نحوه کار عضوهای گوناگون بدن انسان به نمایش در می‌آیند. وسایل تنظیم کننده الکترونیکی مانند گام ساز قلب را می‌توان در بدن انسان جای داد.
مباحث مرتبط با عنوان
