Digitale Elektronik

Digitale Elektronik

Elektronik umfasst die Physik, Technik, Technologie und Anwendungen, die sich mit der Emission, dem Fluss und der Kontrolle von Elektronen in Vakuum und Materie beschäftigen . [ 1] Die Identifizierung des Elektrons im Jahr 1897 zusammen mit der Erfindung der Vakuumröhre, die verstärkt und verstärkt werden könnte kleine elektrische Signale zu korrigieren, eröffnete das Gebiet der Elektronik und des Elektronenzeitalters.

Elektronik befasst sich mit elektrischen Schaltungen, die aktive elektrische Komponenten umfassen, wie Vakuumröhren, Transistoren, Dioden, integrierte Schaltungen, Optoelektronik und Sensoren, zugehörige passive elektrische Komponenten und Verbindungstechnologien. Üblicherweise enthalten elektronische Vorrichtungen Schaltungen, die hauptsächlich oder ausschließlich aus aktiven Halbleitern bestehen, die mit passiven Elementen ergänzt sind; Eine solche Schaltung wird als elektronische Schaltung bezeichnet.

Elektrotechnik und elektromechanische Wissenschaft und Technologie befassen sich mit der Erzeugung, Verteilung, Schaltung, Speicherung und Umwandlung elektrischer Energie in andere Energieformen (aus Drähten, Motoren, Generatoren, Batterien, Schaltern, Relais, Transformatoren, Widerständen und anderen passiven Komponenten) ). Diese Unterscheidung begann um 1906 mit der Erfindung der Triode von Lee De Forest, die die elektrische Verstärkung schwacher Funksignale und Audiosignale mit einem nichtmechanischen Gerät ermöglichte. Bis 1950 wurde dieses Gebiet als „Funktechnologie“ bezeichnet, da seine Hauptanwendung das Design und die Theorie von Funksendern, Empfängern und Vakuumröhren war.

Das nichtlineare Verhalten aktiver Komponenten und ihre Fähigkeit, Elektronenflüsse zu steuern, ermöglichen die Verstärkung schwacher Signale. Elektronik wird häufig in der Informationsverarbeitung, Telekommunikation und Signalverarbeitung eingesetzt. Die Fähigkeit elektronischer Geräte, als Schalter zu fungieren, ermöglicht die digitale Informationsverarbeitung. Verbindungstechnologien wie Leiterplatten, Elektronik-Packaging-Technologie und andere Formen der Kommunikationsinfrastruktur vervollständigen die Schaltungsfunktionalität und verwandeln die gemischten elektronischen Komponenten in ein reguläres Arbeitssystem, das als elektronisches System bezeichnet wird; Beispiele sind Computer oder Steuerungssysteme. Ein elektronisches System kann eine Komponente eines anderen technischen Systems oder eine eigenständige Vorrichtung sein.

Seit 2018 verwenden die meisten elektronischen Geräte [ 3] Halbleiterkomponenten zur Durchführung der Elektronenkontrolle. Das Studium von Halbleiterbauelementen und verwandten Technologien wird als ein Zweig der Festkörperphysik betrachtet, während der Entwurf und der Aufbau elektronischer Schaltungen zur Lösung praktischer Probleme unter der Elektrotechnik liegen. Dieser Artikel konzentriert sich auf technische Aspekte der Elektronik.

Elektronik hat Niederlassungen wie folgt:

1 Digitale Elektroni

2. AnalogeElektroni

3. Mikro Elektronik

4 Schaltungsentwurf

5 Integrierte Schaltkreise

6 Leistungselektronik

7. Optoelektronik

8 Halbleiterbauelemente

9 Eingebettete Systeme

Electronic Geräte und Komponenten

Elektronische Komponente

Eine elektronische Komponente ist jede physikalische Einheit in einem elektronischen System, die dazu verwendet wird, die Elektronen oder ihre zugehörigen Felder in einer Weise zu beeinflussen, die der beabsichtigten Funktion des elektronischen Systems entspricht.

Komponenten sind im Allgemeinen dazu gedacht, miteinander verbunden zu werden, üblicherweise durch Verlöten mit einer Leiterplatte (PCB), um eine elektronische Schaltung mit einer bestimmten Funktion (zum Beispiel einem Verstärker, einem Funkempfänger oder einem Oszillator) zu erzeugen. Komponenten können einzeln oder in komplexeren Gruppen als integrierte Schaltkreise verpackt werden. Einige übliche elektronische Komponenten sind Kondensatoren, Induktivitäten, Widerstände, Dioden, Transistoren usw. Komponenten werden häufig als aktiv (z. B. Transistoren und Thyristoren) oder passiv (z. B. Widerstände, Dioden, Induktivitäten und Kondensatoren) kategorisiert.

Geschichte elektronischer Komponenten

Vakuumröhren (Thermionic-Ventile) gehörten zu den ersten elektronischen Komponenten. [5] Sie waren fast ausschließlich für die elektronische Revolution der ersten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts verantwortlich. [6] [7] Sie erlaubten weitaus kompliziertere Systeme und gaben uns Radio, Fernsehen, Phonographen, Radar, Ferngespräche und vieles mehr. Bis Mitte der achtziger Jahre spielten sie eine führende Rolle im Bereich der Mikrowellen- und Hochleistungsübertragung sowie bei Fernsehempfängern . [ 8] Seitdem sind Festkörpergeräte nahezu vollständig übernommen worden. Vakuumröhren werden immer noch in einigen Spezialanwendungen verwendet, wie Hochleistungs-HF-Verstärker, Kathodenstrahlröhren, Audiogeräte für spezielle Zwecke, Gitarrenverstärker und einige Mikrowellengeräte.

 

Im April 1955 war der IBM 608 das erste IBM-Produkt, das Transistorschaltungen ohne Vakuumröhren verwendete, und es wird angenommen, dass er der erste volltransistorisierte Rechner ist, der für den kommerziellen Markt hergestellt wird. [9] [10] Die 608 enthielten mehr als 3.000 Germaniumtransistoren. Thomas J. Watson Jr. bestellte alle zukünftigen IBM-Produkte, Transistoren in ihrem Design zu verwenden. Seitdem wurden Transistoren fast ausschließlich für Computerlogik und Peripheriegeräte verwendet.

Arten von Schaltungen

1 Analoge Schaltungen

2 Digitale Schaltungen

Analoge Schaltungen

Die meisten analogen elektronischen Geräte, wie z. B. Funkempfänger, bestehen aus Kombinationen einiger Arten von Grundschaltungen. Analoge Schaltungen verwenden einen kontinuierlichen Spannungs- oder Strombereich im Gegensatz zu diskreten Pegeln wie in digitalen Schaltungen.

Die Anzahl der verschiedenen analogen Schaltungen, die bisher entwickelt wurden, ist enorm, insbesondere weil eine „Schaltung“ als eine beliebige Komponente von Systemen bis zu Systemen mit Tausenden von Komponenten definiert werden kann.

Analoge Schaltungen werden manchmal als lineare Schaltungen bezeichnet, obwohl viele nichtlineare Effekte in analogen Schaltungen wie Mischern, Modulatoren usw. verwendet werden. Gute Beispiele für analoge Schaltungen umfassen Vakuumröhren- und Transistorverstärker, Operationsverstärker und Oszillatoren.

Man findet selten moderne Schaltungen, die völlig analog sind. Heutzutage können analoge Schaltungen digitale oder sogar Mikroprozessortechniken verwenden, um die Leistung zu verbessern. Diese Art von Schaltung wird normalerweise als „gemischtes Signal“ bezeichnet und nicht als analog oder digital.

Manchmal kann es schwierig sein, zwischen analogen und digitalen Schaltungen zu unterscheiden, da sie Elemente sowohl des linearen als auch des nichtlinearen Betriebs aufweisen. Ein Beispiel ist der Komparator, der einen kontinuierlichen Spannungsbereich aufnimmt, aber wie in einer digitalen Schaltung nur einen von zwei Pegeln ausgibt. In ähnlicher Weise kann ein übersteuerter Transistorverstärker die Eigenschaften eines gesteuerten Schalters annehmen, der im wesentlichen zwei Ausgangspegel aufweist. Tatsächlich sind viele digitale Schaltungen tatsächlich als Variationen analoger Schaltungen ähnlich diesem Beispiel implementiert – schließlich sind alle Aspekte der realen physischen Welt im Wesentlichen analog, sodass digitale Effekte nur durch Einschränkung des analogen Verhaltens realisiert werden.

Digitale Schaltungen

Digitale Elektronik

Digitale Schaltungen sind elektrische Schaltungen, die auf einer Anzahl diskreter Spannungspegel basieren. Digitale Schaltungen sind die gebräuchlichste physikalische Darstellung der Booleschen Algebra und die Grundlage aller digitalen Computer. Für die meisten Ingenieure sind die Ausdrücke „digitale Schaltung“, „digitales System“ und „Logik“ im Zusammenhang mit digitalen Schaltungen austauschbar. Die meisten digitalen Schaltungen verwenden ein binäres System mit zwei Spannungsstufen mit der Bezeichnung „0“ und „1“. Oft ist logisch „0“ eine niedrigere Spannung und wird als „niedrig“ bezeichnet, während logisch „1“ als „hoch“ bezeichnet wird. Einige Systeme verwenden jedoch die umgekehrte Definition („0“ ist „Hoch“) oder basieren auf dem aktuellen Status. Häufig kann der Logikdesigner diese Definitionen von einer Schaltung zur nächsten umkehren, wenn er es für geeignet hält, seinen Entwurf zu erleichtern. Die Definition der Ebenen als „0“ oder „1“ ist beliebig.

Ternäre Logik (mit drei Zuständen) wurde untersucht und einige Prototypcomputer hergestellt.

Computer, elektronische Uhren und speicherprogrammierbare Steuerungen (zur Steuerung industrieller Prozesse) bestehen aus digitalen Schaltungen. Ein anderes Beispiel sind digitale Signalprozessoren.

Bausteine:

  1. Logische Tore
  2. Addierer
  3. Flip Flops
  4. Zähler
  5. Register
  6. Multiplexer
  7. Schmitt löst aus

Hochintegrierte Geräte:

  1. Mikroprozessoren
  2. Mikrocontroller
  3. Anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC)
  4. Digitaler Signalprozessor (DSP)
  5. Feldprogrammierbares Gate-Array

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