Électronique

Montage en surface des composants électroniques

Electronics est l'étude de l'écoulement de charge à travers divers matériaux et dispositifs tels que les semi-conducteurs , des résistances, inductances, condensateurs, des nano-structures et les tubes à vide. Bien que considéré comme une branche théorique de la physique , la conception et la construction de circuits électroniques pour résoudre des problèmes pratiques est une technique essentielle dans les domaines de génie électronique et génie informatique. Cette science commence environ 1908 avec l'invention par le Dr Lee De Forest de la vanne (triode) Avant 1950 cette science a été nommé "Radio" ou "techniques Radio" parce que ce était son application principale.

L'étude de nouveaux dispositifs semi-conducteurs et de la technologie environnante est parfois considérée comme une branche de la physique . Cet article se concentre sur l'ingénierie aspects de l'électronique.

Vue d'ensemble des systèmes électroniques et circuits

Numérique commerciale la vérification d'un prototype voltmètre

Les systèmes électroniques sont utilisés pour exécuter une grande variété de tâches. Les principales utilisations de circuits électroniques sont:

1. Le contrôle et le traitement des données.
2. La conversion vers / de la distribution et de courant électrique.

Ces deux applications impliquent la création et / ou de détection champs électromagnétiques et des courants électriques. Tandis que l'énergie électrique avait été utilisée pendant un certain temps avant la fin du 19e siècle pour transmettre des données sur télégraphiques et téléphoniques lignes, le développement de l'électronique ont augmenté de façon exponentielle après l'avènement de la radio .

Une façon de regarder à un système électronique est de le diviser en trois parties:

• Entrées - électroniques ou mécanique des capteurs (ou transducteurs). Ces dispositifs prennent signaux / informations provenant de sources externes dans le monde physique (comme antennes ou de la technologie réseaux) et convertir ces signaux / informations dans courant / tension ou Les signaux numériques (haut / bas) au sein du système.

• processeurs de signaux - Ces circuits servent à manipuler, interpréter et transformer signaux entrés pour les rendre utiles pour une application souhaitée. Récemment, le traitement du signal complexe a été réalisée avec l'utilisation de Processeurs de signal numérique.

• Sorties - Actionneurs ou autres appareils (tels que les transducteurs) qui transforment les signaux de courant / tension de nouveau dans la forme physique utile (par exemple, en accomplissant une tâche physique tels que la rotation d'une moteur électrique).

Par exemple, une télévision ensemble contient ces trois pièces. L'entrée de la télévision transforme un signal de diffusion (reçu par une antenne ou alimenté par un câble en) en un signal de courant / tension qui peut être utilisé par le dispositif. Traitement du signal circuits à l'intérieur des informations de l'extrait de la télévision à partir de ce signal qui dicte la luminosité, la couleur et son niveau. Les périphériques de sortie convertissent ensuite cette information dans la forme physique. Un tube cathodique transforme signaux électroniques dans un visible image sur l'écran. Magnet-driven haut-parleurs convertissent les signaux en un son audible.

Dispositifs et composants électroniques

Un composant électronique est une entité physique dans un système électronique dont l'intention est d'affecter les électrons ou les champs associés d'une manière souhaitée en accord avec la fonction prévue du système électronique. Les composants sont généralement destinés à être en contact électromécanique mutuelle, habituellement en étant soudé à une carte de circuit imprimé (PCB), pour créer un circuit électronique avec une fonction particulière (par exemple un amplificateur, récepteur radio, ou oscillateur). Les composants peuvent être emballés individuellement ou en groupes plus ou moins complexes que les circuits intégrés.

Les types de circuits

Circuits analogiques

Hitachi J100 fréquence réglable châssis.

Plus appareils électroniques analogiques, tels que la radio récepteurs, sont construits à partir de combinaisons de quelques types de circuits de base. Circuits analogiques utilisent une gamme continue de tension, par opposition à niveaux discrets comme dans les circuits numériques. Le nombre de différents circuits analogiques jusqu'à présent mis au point est énorme, surtout parce qu'un «circuit» peut être définie comme quelque chose d'un seul composant, à des systèmes contenant des milliers de composants.

Circuits analogiques sont parfois appelés des circuits linéaires, bien que de nombreux effets non linéaires sont utilisés dans des circuits analogiques tels que des mélangeurs, des modulateurs, etc. De bons exemples de circuits analogiques comprennent des tubes à vide et des amplificateurs, des transistors et des amplificateurs opérationnels oscillateurs.

Certains circuits analogiques ces jours peut utiliser des techniques numériques ou même microprocesseur pour améliorer la performance de base du circuit. Ce type de circuit est généralement appelé "signal mixte."

Parfois, il peut être difficile de différencier les circuits analogiques et numériques car ils ont à la fois des éléments de fonctionnement linéaire et non linéaire. Un exemple est la comparaison qui prend dans une plage de tension continue, mais met hors seul des deux niveaux que dans un circuit numérique. De même, un amplificateur à transistor saturé peut prendre sur les caractéristiques d'un contrôlé basculer ayant essentiellement deux niveaux de sortie.

Circuits numériques

Circuits numériques sont des circuits électriques basés sur un certain nombre de niveaux de tension discrets. Circuits numériques sont la représentation physique la plus courante de l'algèbre booléenne et sont à la base de tous les ordinateurs numériques. Pour la plupart des ingénieurs, les termes "circuit numérique", "système numérique» et «logiques» sont interchangeables dans le cadre de circuits numériques. Dans la plupart des cas, le nombre de différents états d'un noeud est deux, représenté par deux niveaux de tension marqué "Low" (0) et «High» (1). Souvent "Low" sera proche de zéro volt et "High" sera à un niveau supérieur en fonction de la tension d'alimentation en cours d'utilisation.

Ordinateurs , électronique horloges, et contrôleurs logiques programmables (utilisés pour contrôler les processus industriels) sont construits des circuits numériques. Processeurs de signaux numériques sont un autre exemple.

Renforcement des blocs:

• Les portes logiques
• Adders
• Multiplicateurs binaires
• Tongs
• Compteurs
• Registres
• Multiplexeurs
• Bascules de Schmitt

Dispositifs hautement intégrés:

• Microprocesseurs
• Microcontrôleurs
• Spécifique à l'application circuit intégré (ASIC)
• Processeur de signal numérique (DSP)
• gate array (field-programmable FPGA)

Circuits à signaux mixtes

Circuits à signaux mixtes se réfère à circuits intégrés (CI) qui ont deux circuits analogiques et numériques combinés circuits sur une seule puce de semi-conducteur ou sur la même carte de circuit. Circuits à signaux mixtes sont de plus en plus commun. Circuits mixtes sont généralement utilisés pour contrôler un Dispositif logique numérique analogique à l'aide, par exemple la vitesse d'un moteur. Convertisseurs analogique-numérique et convertisseurs numériques-analogiques sont les principaux exemples. D'autres exemples sont des portes de transmission et des tampons.

dissipation de la chaleur et la gestion thermique

La chaleur générée par les circuits électroniques doit être dissipée pour empêcher la défaillance immédiate et d'améliorer la fiabilité à long terme. Techniques pour la dissipation de chaleur peuvent inclure dissipateurs thermiques et ventilateurs pour le refroidissement de l'air, et d'autres formes de ordinateur de refroidissement tel que refroidissement à l'eau. Ces techniques utilisent convection, conduction, et le rayonnement d'énergie thermique.

Bruit

Le bruit est associé à tous les circuits électroniques. Le bruit est défini comme perturbations indésirables superposées sur un signal utile qui tendent à masquer son contenu de l'information. Le bruit ne est pas la même que la distorsion de signal provoquée par un circuit.

Théorie Electronique

Méthodes mathématiques font partie intégrante de l'étude de l'électronique. Pour devenir compétent dans l'électronique, il est également nécessaire pour devenir compétent dans les mathématiques de l'analyse des circuits.

Circuit d'analyse est l'étude de méthodes de résolution de systèmes linéaires généralement pour les variables inconnues telles que la tension à un certain ou le noeud courant si un certain branche d'un réseau. Un outil d'analyse courante pour ce est le SPICE circuit simulateur.

Il est également important à l'électronique est l'étude et la compréhension des la théorie du champ électromagnétique.

Équipements de test électronique

Équipements de test électronique est utilisé pour créer des signaux de relance et de capturer des réponses électroniques Dispositifs sous test (DUT). De cette façon, le bon fonctionnement de l'objet à tester peut être prouvée ou des défauts dans le dispositif peut être tracée et réparé.

L'électronique pratique l'ingénierie et l'assemblage nécessite l'utilisation de différents types de matériel d'essai électronique allant du très simple et peu coûteux (comme une lumière d'essai comportant simplement une ampoule et un fil d'essai) à extrêmement complexe et sophistiqué tels que Automatic Test Equipment .

Conception assistée par ordinateur (CAO)

Les ingénieurs de l'électronique d'aujourd'hui ont la capacité de conception circuits utilisant des blocs de construction préfabriqués tels que alimentations, les semi-conducteurs (tels que transistors), et les circuits intégrés . Des logiciels d'automatisation de conception électronique comprennent programmes de capture schématiques et imprimés programmes de conception de circuits. Noms populaires dans le monde du logiciel EDA sont NI Multisim, Cadence ( ORCAD), Aigle PCB et schématique, Mentor (PCB PADS et la logique schématique), Altium (Protel), LabCentre Electronique (Proteus) et beaucoup d'autres.

Les méthodes de construction

De nombreux procédés différents d'éléments de liaison ont été utilisées au fil des années. Par exemple, l'électronique début souvent utilisé câblage point à point avec des composants attachés aux maquettes en bois pour construire des circuits. Bois cordé et enrobages de fils avait d'autres méthodes utilisées. La plupart des appareils électroniques modernes utilisent maintenant cartes de circuits imprimés (réalisées en FR4), et hautement circuits intégrés . Les problèmes de santé et environnementaux liés à l'assemblage électronique ont gagné une attention accrue au cours des dernières années, en particulier pour les produits destinés à l'Union européenne, avec son Restriction of Hazardous Substances directive (RoHS) et Directive sur les déchets électroniques (DEEE), qui est entré en vigueur en Juillet 2006 et électrique.

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