Elektronika

Elektronika se zabývá řízením toku elektronů. Zabývá se obvody složenými ze součástek, které řídí tok elektřiny. Elektronika je součástí fyziky a elektrotechniky.

Elektrické součástky, jako jsou tranzistory a relé, mohou fungovat jako spínače. To nám umožňuje používat elektrické obvody ke zpracování informací a přenosu informací na velké vzdálenosti. Obvody mohou také přijmout slabý signál (například šepot) a zesílit ho (učinit ho hlasitějším).

Většina elektronických systémů se dělí do dvou kategorií:

Zpracování a distribuce informací. Tyto systémy se nazývají komunikační systémy.
Přeměna a distribuce energie. Tyto systémy se nazývají řídicí systémy.

Jedním ze způsobů, jak nahlížet na elektronický systém, je rozdělit jej na tři části:

Vstupy - elektrické nebo mechanické senzory, které přijímají signály z fyzikálního světa (v podobě teploty, tlaku atd.) a převádějí je na signály elektrického proudu a napětí.
Obvody pro zpracování signálů - skládají se z elektronických součástek propojených za účelem manipulace, interpretace a transformace informací obsažených v signálech.
Výstupy - akční členy nebo jiná zařízení, která transformují proudové a napěťové signály zpět na lidsky čitelné informace.

Například televizní přijímač má na vstupu vysílací signál přijímaný z antény nebo v případě kabelové televize z kabelu.

Obvody pro zpracování signálu uvnitř televizoru používají informace o jasu, barvě a zvuku obsažené v přijatém signálu k ovládání výstupních zařízení televizoru. Výstupním zobrazovacím zařízením může být katodová trubice (CRT) nebo plazmová obrazovka či obrazovka z tekutých krystalů. Zvukovým výstupním zařízením může být zvukový reproduktor s magnetickým pohonem. Výstupní zařízení displeje převádějí informace obvodů zpracování signálu o jasu a barvách na viditelný obraz zobrazený na obrazovce. Zvukové výstupní zařízení převádí zpracované zvukové informace na zvuky, které mohou slyšet posluchači.

Analýza obvodu/sítě zahrnuje znalost vstupu a obvodu zpracování signálu a zjištění výstupu. Znalost vstupu a výstupu a zjištění nebo návrh části zpracování signálu se nazývá syntéza.

Deska s plošnými spoji.

Historie

Lidé začali experimentovat s elektřinou již v roce 600 př. n. l., kdy Thalés z Milétu zjistil, že třením kožešiny o jantar se přitahují.

Od roku 1900 se k řízení toku elektřiny používaly skleněné nebo kovové vakuové trubice. Pomocí těchto součástek lze pomocí nízkého napětí měnit jiné. To způsobilo revoluci v rádiu a umožnilo další vynálezy.

V 60. a na počátku 70. let 20. století začaly tranzistory a polovodiče nahrazovat elektronky. Tranzistory lze vyrobit mnohem menší než elektronky a mohou pracovat s menší spotřebou energie.

Přibližně ve stejné době se začaly běžně používat integrované obvody (obvody s velkým počtem velmi malých tranzistorů umístěných na velmi tenkých plátcích křemíku). Integrované obvody umožnily snížit počet součástek potřebných k výrobě elektronických výrobků a celkově je výrazně zlevnily.

Analogové obvody

Analogové obvody se používají pro signály s různou amplitudou. Obecně platí, že analogové obvody měří nebo řídí amplitudu signálů. V počátcích elektroniky se ve všech elektronických zařízeních používaly analogové obvody. Při zpracování analogových signálů se často měří nebo řídí frekvence analogového obvodu. I když se vyrábí více digitálních obvodů, analogové obvody budou vždy nezbytné, protože svět a jeho obyvatelé fungují analogově.

Impulsní obvody

Impulsní obvody se používají pro signály, které vyžadují rychlé impulsy energie. Například letecká a pozemní radarová zařízení pracují s pulzními obvody, které vytvářejí a vysílají vysoce výkonné dávky rádiové energie z radarových vysílačů. K vysílání ("přenosu") vysoce výkonných záblesků ve směru, kam je namířena paprsková nebo talířová anténa, se používají speciální antény (nazývané podle svého tvaru "paprskové" nebo "talířové").

Impulsy nebo výboje rádiové energie radarového vysílače dopadají na tvrdé a kovové předměty a odrážejí se od nich. Tvrdé objekty jsou například budovy, kopce a hory. Kovové objekty jsou všechny kovové předměty, jako jsou letadla, mosty nebo dokonce objekty ve vesmíru, například satelity. Odražená radarová energie je detekována radarovými pulzními přijímači, které používají společně pulzní i digitální obvody. Impulsní a digitální obvody v radarových impulsních přijímačích slouží k zobrazení polohy a vzdálenosti objektů, které odrazily výkonné impulsy radarového vysílače.

Řízením toho, jak často vysílá radarový vysílač rychlé pulzy radarové energie (tzv. "časování pulzů" vysílače) a jak dlouho trvá, než se odražená energie pulzů vrátí do radarového přijímače, lze určit nejen to, kde se objekty nacházejí, ale také jak jsou daleko. Digitální obvody v radarovém přijímači vypočítají vzdálenost k objektu na základě znalosti časového intervalu mezi energetickými impulsy. Digitální obvody radarového přijímače počítají, za jak dlouho mezi jednotlivými impulsy radarový přijímač zachytí odraženou energii objektu. Protože radarové impulsy jsou vysílány a přijímány přibližně rychlostí světla, lze vzdálenost k objektu snadno vypočítat. To se v digitálních obvodech provádí tak, že se rychlost světla vynásobí dobou, kterou potřebuje k přijetí radarové energie odražené od objektu.

Doba mezi jednotlivými impulzy (často nazývaná "doba pulzní frekvence" nebo PRT) určuje hranici, do jaké vzdálenosti lze objekt detekovat. Tato vzdálenost se nazývá "dosah" radarového vysílače a přijímače. Radarové vysílače a přijímače využívají dlouhých časů PRT ke zjištění vzdálenosti vzdálených objektů. Dlouhé PRT umožňují například přesně určit vzdálenost k Měsíci. Rychlé PRT se používají k detekci objektů, které jsou mnohem blíže, jako jsou lodě na moři, vysoko letící letadla nebo k určení rychlosti rychle jedoucích automobilů na dálnicích.

Digitální obvody

Digitální obvody se používají pro signály, které se pouze zapínají a vypínají, namísto toho, aby často pracovaly na úrovních někde mezi zapnutím a vypnutím. Aktivní součástky v digitálních obvodech mají obvykle jednu úroveň signálu při zapnutí a jinou úroveň signálu při vypnutí. Obecně platí, že v digitálních obvodech se součástka pouze zapíná a vypíná.

Počítače a elektronické hodiny jsou příkladem elektronických zařízení, která se skládají převážně z digitálních obvodů.

Základní bloky:

Logická hradla
Žabky
Počítadla

Složitá zařízení:

Schéma poloviční sčítačky, digitálního obvodu

Související stránky

Institut elektrotechnických a elektronických inženýrů
Elektřina

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to elektronika?

Odpověď: Elektronika je nauka o elektřině (toku elektronů) a o tom, jak ji využít k výrobě věcí, jako jsou počítače. Používá obvody vytvořené pomocí součástek a propojovacích vodičů k užitečným věcem.

Otázka: Jaká věda je základem elektroniky?

Odpověď: Věda, která stojí za elektronikou, vychází ze studia fyziky a v reálném životě se uplatňuje v oboru elektrotechniky.

Otázka: Jaké jsou příklady elektronických součástek?

Odpověď: Mezi příklady elektronických součástek patří tranzistory, pojistky, jističe, baterie, motory, transformátory, LED diody a žárovky.

Otázka: Jak lze elektronický systém rozdělit na části?

Odpověď: Elektronický systém lze rozdělit na tři části - vstupy, obvody pro zpracování signálu a výstupy. Vstupy jsou elektrické nebo mechanické snímače, které přijímají signály z fyzického světa a převádějí je na signály elektrického proudu a napětí. Obvody pro zpracování signálů se skládají z elektronických součástek spojených dohromady, které manipulují s informacemi obsaženými v signálech, interpretují je a transformují. Výstupy jsou aktutory nebo jiná zařízení, která transformují proudové a napěťové signály zpět na lidsky čitelné informace.

Otázka: Jak funguje televizní přijímač?

Odpověď: Televizní přijímač má na vstupu vysílací signál přijímaný z antény nebo kabelu pro kabelovou televizi. Obvody pro zpracování signálu uvnitř televizního přijímače používají jas, barvu a zvukové informace obsažené v přijatém signálu k ovládání výstupních zařízení, jako je obrazovka s katodovou trubicí (CRT), plazmová obrazovka nebo obrazovka s tekutými krystaly pro zobrazovací výstupní zařízení; magneticky poháněný zvukový reproduktor pro zvukové výstupní zařízení; atd., které tyto signály převádějí na viditelné obrazy zobrazené na obrazovce nebo na zvuky slyšitelné posluchači.

Otázka: Co je to analýza obvodu/sítě?

Odpověď: Analýza obvodu/sítě zahrnuje znalost jeho vstupního obvodu i obvodu zpracování signálu, aby bylo možné zjistit, jaký bude jeho výstup.

Otázka: Co je to syntéza, pokud jde o elektroniku?

Odpověď: Syntéza zahrnuje znalost jak vstupu, tak výstupu a následné zjištění nebo navržení, jaký druh části pro zpracování signálu bude potřeba, aby vše správně fungovalo dohromady.