Elektronik
Elektronik er studiet af, hvordan man styrer strømmen af elektroner. Den beskæftiger sig med kredsløb, der består af komponenter, som styrer strømmen af elektricitet. Elektronik er en del af fysik og elektroteknik.
Elektriske komponenter som transistorer og relæer kan fungere som afbrydere. Dette giver os mulighed for at bruge elektriske kredsløb til at behandle information og overføre information over lange afstande. Kredsløb kan også tage et svagt signal (f.eks. en hvisken) og forstærke det (gøre det højere).
De fleste elektroniske systemer falder i to kategorier:
- Behandling og distribution af oplysninger. Disse kaldes kommunikationssystemer.
- Omdannelse og distribution af energi. Disse kaldes kontrolsystemer.
En måde at betragte et elektronisk system på er at opdele det i tre dele:
- Indgange - Elektriske eller mekaniske sensorer, som modtager signaler fra den fysiske verden (i form af temperatur, tryk osv.) og omdanner dem til elektriske strøm- og spændingssignaler.
- Signalbehandlingskredsløb - Disse består af elektroniske komponenter, der er forbundet med hinanden for at manipulere, fortolke og omdanne den information, der er indeholdt i signalerne.
- Udgange - Aktuatorer eller andre enheder, der omdanner strøm- og spændingssignaler tilbage til information, der kan læses af mennesker.
Et fjernsynsapparat har f.eks. som indgang et udsendelsessignal, der modtages fra en antenne eller, for kabel-tv, et kabel.
Signalbehandlingskredsløb i tv-apparatet bruger de oplysninger om lysstyrke, farve og lyd, der er indeholdt i det modtagne signal, til at styre tv-apparatets output-enheder. Udgangsenheden kan være et katodestrålerør (CRT) eller en plasma- eller flydende krystalskærm. Lydudgangsenheden kan være en magnetisk drevet lydhøjttaler. Displayudgangsanordningerne konverterer signalbehandlingskredsløbets lysstyrke- og farveinformation til det synlige billede, der vises på en skærm. Lydudgangsenheden konverterer de behandlede lydoplysninger til lyde, som kan høres af lytterne.
Analyse af et kredsløb/netværk indebærer, at man kender input og signalbehandlingskredsløbet og finder ud af output. At kende input og output og finde ud af eller designe signalbehandlingsdelen kaldes syntese.
Et trykt kredsløbskort.
Historie
Man begyndte at eksperimentere med elektricitet allerede i 600 f.Kr., da Thales af Milet opdagede, at hvis man gned pels på rav, ville de tiltrække hinanden.
Fra 1900-tallet blev der brugt vakuumrør af glas eller metal til at styre strømmen af elektricitet. Med disse komponenter kan en lav spænding bruges til at ændre en anden. Dette revolutionerede radioen og muliggjorde andre opfindelser.
I 1960'erne og begyndelsen af 1970'erne begyndte transistorer og halvledere at erstatte vakuumrør. Transistorer kan gøres meget mindre end vakuumrør, og de kan fungere ved hjælp af mindre energi.
Omkring samme tid blev integrerede kredsløb (kredsløb med et stort antal meget små transistorer placeret på meget tynde siliciumskiver) almindeligt anvendt. Integrerede kredsløb gjorde det muligt at reducere antallet af dele, der var nødvendige for at fremstille elektroniske produkter, og gjorde produkterne generelt meget billigere.
Analoge kredsløb
Analoge kredsløb anvendes til signaler, der har en række forskellige amplituder. Generelt måler eller styrer analoge kredsløb amplituden af signaler. I elektronikkens tidlige dage brugte alle elektroniske apparater analoge kredsløb. Frekvensen af det analoge kredsløb måles eller styres ofte i analog signalbehandling. Selv om der fremstilles flere digitale kredsløb, vil analoge kredsløb altid være nødvendige, da verden og dens mennesker arbejder på analoge måder.
Pulskredsløb
Pulskredsløb anvendes til signaler, der kræver hurtige energipulser. F.eks. fungerer fly- og jordradarudstyr ved hjælp af impulskredsløb til at skabe og sende kraftige radiosenergibølger fra radarsendere. Særlige antenner (kaldet "stråle-" eller "parabolantenner" på grund af deres form) bruges til at sende ("transmittere") de kraftige impulser i den retning, som stråle- eller parabolantennen er rettet mod.
Radarsenderens impulser eller stråler af radioenergi rammer og preller tilbage (de "reflekteres") fra hårde og metalliske genstande. Hårde genstande er ting som bygninger, bakker og bjerge. Metalgenstande er alt, der er lavet af metal, som f.eks. fly, broer eller endda genstande i rummet, som f.eks. satellitter. Den reflekterede radarenergi opfanges af radarimpulsmodtagere, som bruger både impuls- og digitale kredsløb sammen. Puls- og digitalkredsløbene i radarimpulsmodtagere bruges til at vise placeringen og afstanden af objekter, som har reflekteret radarsenderens kraftige impulser.
Ved at kontrollere, hvor ofte de hurtige impulser af radarenergi sendes ud af en radarsender (kaldet senderens "pulstiming"), og hvor lang tid det tager for den reflekterede impulsenergi at komme tilbage til radarmodtageren, kan man ikke blot se, hvor objekter befinder sig, men også hvor langt væk de er. Digitale kredsløb i en radarmodtager beregner afstanden til et objekt ved at kende tidsintervallet mellem energipulserne. Radarmodtagerens digitale kredsløb tæller, hvor lang tid det tager mellem impulserne, før et objekts reflekterede energi bliver registreret af radarmodtageren. Da radarimpulser sendes og modtages med omtrent lysets hastighed, kan afstanden til et objekt let beregnes. Dette gøres i digitale kredsløb ved at multiplicere lysets hastighed med den tid, det tager at modtage den radarenergi, der reflekteres tilbage fra et objekt.
Tiden mellem impulserne (ofte kaldet "pulsfrekvenstid" eller PRT) sætter grænsen for, hvor langt væk et objekt kan detekteres. Denne afstand kaldes "rækkevidden" for en radarsender og -modtager. Radarsendere og -modtagere bruger lange PRT'er til at finde afstanden til objekter, der er langt væk. Lange PRT'er gør det muligt at bestemme afstanden til f.eks. månen nøjagtigt. Hurtige PRT'er bruges til at registrere objekter, der er meget tættere på, f.eks. skibe på havet, højtflyvende fly eller til at bestemme hastigheden på hurtigt kørende biler på motorveje.
Digitale kredsløb
Digitale kredsløb anvendes til signaler, der kun tændes og slukkes i stedet for ofte at arbejde på niveauer et sted mellem tændt og slukket. Aktive komponenter i digitale kredsløb har typisk ét signalniveau, når de er tændt, og et andet signalniveau, når de er slukket. Generelt er en komponent i digitale kredsløb kun tændt og slukket.
Computere og elektroniske ure er eksempler på elektroniske apparater, der hovedsagelig består af digitale kredsløb.
Grundlæggende blokke:
- Logiske gates
- Flip-flops
- Tællere
Komplekse enheder:
- Mikroprocessorer
- Mikrocontrollere
- Digitale signalprocessorer
Diagram af en halvadder, et digitalt kredsløb
Relaterede sider
- Institut for Elektriske og Elektroniske Ingeniører
- Elektricitet
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er elektronik?
A: Elektronik er studiet af elektricitet (strømmen af elektroner), og hvordan man bruger den til at bygge ting som computere. Der bruges kredsløb, der er lavet med komponenter og forbindelsesledninger, til at gøre nyttige ting.
Spørgsmål: Hvilken videnskab ligger til grund for elektronik?
A: Den videnskab, der ligger bag elektronikken, stammer fra studiet af fysik og bliver anvendt i det virkelige liv gennem elektroteknikken.
Spørgsmål: Hvad er nogle eksempler på elektroniske komponenter?
A: Eksempler på elektroniske komponenter er transistorer, sikringer, afbrydere, batterier, motorer, transformatorer, lysdioder og pærer.
Spørgsmål: Hvordan kan et elektronisk system opdeles i dele?
A: Et elektronisk system kan opdeles i tre dele - indgange, signalbehandlingskredsløb og udgange. Indgangene er elektriske eller mekaniske sensorer, der modtager signaler fra den fysiske verden og omdanner dem til elektriske strøm- og spændingssignaler. Signalbehandlingskredsløb består af elektroniske komponenter, der er forbundet med hinanden for at manipulere, fortolke og omdanne den information, der er indeholdt i signalerne. Udgange er aktutatorer eller andre enheder, der omdanner strøm- og spændingssignaler tilbage til menneskeligt læsbar information.
Spørgsmål: Hvordan fungerer et fjernsyn?
A: Et fjernsynsapparat har som indgang et udsendelsessignal, der modtages fra en antenne eller et kabel til kabel-tv. Signalbehandlingskredsløb i fjernsynsapparatet bruger de oplysninger om lysstyrke, farve og lyd, der er indeholdt i det modtagne signal, til at styre dets udgangsenheder såsom et katodestrålerør (CRT), plasma eller flydende krystalskærm til displayudgangsenhed, magnetisk drevet lydhøjttaler til lydudgangsenhed osv., som omdanner disse signaler til henholdsvis synlige billeder, der vises på en skærm, eller lyde, som lytterne kan høre.
Spørgsmål: Hvad er analyse af et kredsløb/netværk?
A: Analyse af et kredsløb/netværk indebærer, at man kender både dets input og signalbehandlingskredsløb for at finde ud af, hvad dets output bliver.
Spørgsmål: Hvad er syntese, når det gælder elektronik?
A: Syntese indebærer, at man kender både input og output og derefter finder ud af eller designer, hvilken slags signalbehandlingsdel der er nødvendig for at få det hele til at fungere korrekt.
