Elettronica: fatti di base, ruolo e funzioni dei dispositivi elettronici

Elettronica: fatti di base, ruolo e funzioni dei dispositivi elettronici!

Fatti basilari:

L'elettronica e la scienza dell'elettricità trattano entrambe la corrente elettrica. Ma ognuno si concentra su un diverso uso della corrente. L'elettricità si occupa principalmente di corrente come forma di energia in grado di far funzionare luci, motori e altre apparecchiature. L'elettronica tratta la corrente elettrica principalmente come mezzo per trasportare informazioni. Le correnti che trasportano informazioni sono chiamate segnali.

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Una corrente elettrica costante e immutabile può portare energia. Ma la corrente deve variare in qualche modo per fungere da segnale. Alcuni dispositivi elettronici modificano il comportamento di una corrente per produrre o modificare segnali. Altri interpretano i segnali. I segnali possono rappresentare suoni, immagini, numeri, lettere o istruzioni del computer. I segnali possono anche essere utilizzati per contare oggetti, misurare il tempo o la temperatura o rilevare sostanze chimiche o materiali radioattivi.

I segnali nei circuiti elettronici possono essere classificati come digitali o analogici. Un segnale digitale è come un normale interruttore elettrico: è acceso o spento. Un segnale analogico può avere qualsiasi valore all'interno di un certo intervallo.

I segnali analogici sono ampiamente utilizzati per rappresentare suoni e immagini perché i livelli di luce e le frequenze delle onde sonore possono avere qualsiasi valore all'interno di un determinato intervallo. I segnali analogici possono essere convertiti in segnali digitali e segnali digitali in analogici. Ad esempio, i lettori di compact disc convertono i segnali audio digitali sui dischi in segnali analogici per la riproduzione attraverso gli altoparlanti.

Il controllo rapido e affidabile dei segnali digitali e analogici mediante apparecchiature elettroniche è reso possibile dalle proprietà uniche di tali materiali semiconduttori come il silicio e il germanio.

L'elettronica dipende da alcuni dispositivi elettronici altamente specializzati. Un televisore, un computer o un altro pezzo di apparecchiature elettroniche complesse può contenere ovunque da centinaia a milioni di questi dispositivi. Il dispositivo elettronico più conosciuto e più importante è il transistor.

I transistor gestiscono ancora milioni di stereo, radio e televisori. Ma gli ingegneri possono ora mettere più di centomila transistor su un singolo chip di silicio che è più piccolo di un'unghia. Tale chip costituisce un circuito integrato. Chip di questo tipo possono essere collegati insieme su circuiti stampati per produrre apparecchiature elettroniche più piccole e meno costose, ma molto più potenti che mai.

I dispositivi elettronici sono comunemente usati in un gran numero di applicazioni che prima facevano affidamento su sistemi meccanici o elettrici per il loro funzionamento. Esempi sono i controlli elettronici nelle fotocamere automatiche, i sistemi di accensione elettronica nelle automobili e il controllo elettronico nelle apparecchiature domestiche, come le lavatrici.

Funzioni di dispositivi elettronici:

I dispositivi elettronici svolgono tre funzioni principali: (1) amplificazione, (2) commutazione e (3) oscillazione, tutto come parte dei circuiti. Un circuito è costituito da una serie di dispositivi elettronici collegati e altre parti. Combinando le tre funzioni in vari modi, gli ingegneri progettano apparecchiature elettroniche che svolgono molte altre funzioni speciali, come ad esempio le operazioni ad alta velocità dei computer.

Alcune altre funzioni sono anche eseguite da dispositivi elettronici.

Cambiare la luce in elettricità:

Quando alcuni materiali, come l'ossido di rame o il selenio, vengono esposti alla luce, producono una corrente elettrica o permettono a una corrente di fluire attraverso di essi. I dispositivi elettronici realizzati con questi materiali possono quindi trasformare la luce in elettricità. Tali dispositivi sono chiamati dispositivi fotoelettrici o occhi elettrici. La corrente di un dispositivo fotoelettrico è in genere estremamente debole. Gli amplificatori devono rafforzare la corrente prima che possa essere utilizzata.

Produzione e utilizzo dei raggi X:

Tipi speciali di tubi elettronici vengono utilizzati per produrre raggi X. I raggi X possono passare attraverso il tessuto umano e altre sostanze e lasciare un'immagine su una lastra fotografica o su uno schermo fluorescente. I raggi X possono quindi mostrare quali sostanze assomigliano all'interno. I raggi X sono utilizzati nella diagnosi e nella terapia.

La diagnosi include il rilevamento di fratture, corpi estranei nel corpo, cavità dentali e condizioni patologiche come il cancro. I raggi X sono utilizzati in trattamento terapeutico anche per fermare la diffusione di tumori maligni. Nelle industrie, i raggi X vengono utilizzati per trovare lo spessore dei materiali. I raggi X sono anche usati per scansionare la microscopia elettronica per ottenere una "immagine".

Sviluppo dell'elettronica:

L'elettronica si è sviluppata principalmente da alcuni esperimenti elettrici nel 1800. Questi esperimenti riguardavano l'uso di un tubo di scarico del gas, cioè un rube da cui era stata rimossa parte dell'aria, lasciando una miscela sottile di gas. Il tubo aveva un elettrodo metallico (polo elettrico o terminale) a ciascuna estremità.

Quando una batteria era collegata ai due elettrodi, il tubo brillava di colori brillanti. Gli scienziati credevano che l'elettrodo negativo, il catodo, emettesse raggi invisibili che causavano i colori. Hanno chiamato i raggi catodici dei raggi invisibili. Mentre gli scienziati rimuovevano ancora più aria dal tubero, per i loro esperimenti, i tubi divennero tubi a vuoto.

Nel 1895, il fisico tedesco Wilhelm Roentgen scoprì che i raggi catodici potevano produrre un tipo di raggio completamente diverso e sconosciuto. I raggi catodici creavano questi insoliti raggi quando colpivano il vetro all'estremità del tubo opposto al catodo. Con sua sorpresa, Roentgen ha anche scoperto che ray3 prodotto in questo modo potrebbe passare attraverso il tessuto animale e vegetale e lasciare un'impressione su una lastra fotografica. Ha chiamato i misteriosi raggi X raggi.

Nel 1897, la scoperta degli elettroni del fisico britannico Juseph J. Thomson portò all'invenzione di dispositivi in ​​grado di controllare un flusso di elettroni, o un segnale elettrico, e di metterli in funzione.

Vacuum Tubes (Valves):

Nel 1904, uno scienziato britannico di nome John Ambrose Fleming costruì il primo tubo a vuoto che poteva essere usato commercialmente. Era un elettrodo a due elettrodi o diodo in grado di rilevare i segnali radio. Col tempo, anche i tubi a diodi divennero ampiamente usati per correggere la corrente alternata.

Nel 1907, l'inventore americano Lee De Forest brevettò un tubo a tre elettrodi o triodo. Il tubo triodo divenne il primo amplificatore elettronico. Una delle prime applicazioni riguardava le linee telefoniche a lunga distanza. Nel 1912 e nel 1913, De Forest e il pioniere della radio americana Edwin H. Armstrong, lavorando in modo indipendente, svilupparono il tubo triodo come un oscillatore. L'invenzione di un amplificatore e oscillatore elettronico ha portato all'inizio della trasmissione radiofonica negli Stati Uniti nel 1920. Questa data segna anche l'inizio dell'industria elettronica.

Dagli anni '20 agli anni '50, la conoscenza dei tubi a vuoto ha reso possibili le invenzioni come la televisione, i film con i suoni, i radar e i computer elettronici. Queste invenzioni, a loro volta, hanno portato allo sviluppo di nuovi dispositivi elettronici.

Uno scienziato americano di nome GR Carey aveva costruito un dispositivo fotoelettrico, chiamato cellula fotoelettrica, già nel 1875. Ma gli ingegneri fecero poco uso di esso fino ai primi anni 1920, quando intensificarono i loro sforzi per sviluppare televisione e film con il suono.

Nel 1923, uno scienziato americano di origine russa, Vladimir K. Zworykin, combinò una cellula fotoelettrica con un cannone elettronico e così realizzò la prima provetta TV di successo.

Nel 1921, Albert W. Hull, un ingegnere americano, inventò un oscillatore a tubo sottovuoto chiamato magnetron. Il magnetron è stato il primo dispositivo in grado di produrre in modo efficiente le microonde. Il radar, sviluppato gradualmente negli anni 1920 e 1930, fornì il primo uso diffuso delle microonde.

L'era del tubo a vuoto raggiunse il suo apice con il completamento del primo computer elettronico universale nel 1946.

L'era dello stato solido:

I primitivi dispositivi a semiconduttore in selenio erano serviti come raddrizzatori già nel 1900. I rivelatori di cristalli nelle prime radio erano anche semiconduttori. Ma nessuno di questi dispositivi ha funzionato bene come i raddrizzatori e i rivelatori del tubo a vuoto.

Poi, all'inizio degli anni '40, una squadra di fisici americani produsse i primi diodi a semiconduttore di successo. La squadra era composta da John Bardeen, Walter H. Brattain e William Shockley. Nel 1947, la stessa squadra inventò il transistor. I produttori hanno iniziato ad utilizzare i transistor come amplificatori negli apparecchi acustici e nelle radio tascabili nei primi anni '50. Negli anni '60, i diodi a semiconduttore e i transistor avevano sostituito le valvole a vuoto in molte apparecchiature elettroniche.

microelettronica:

Alla fine degli anni '50, i programmi militari e spaziali iniziarono a richiedere apparecchiature elettroniche più compatte. Sebbene i produttori avessero ridotto le dimensioni dei dispositivi elettronici, ogni dispositivo formava ancora un componente separato in un circuito. le apparecchiature elettroniche erano troppo grandi per le esigenze dei programmi militari e spaziali. Le società elettroniche hanno iniziato a lavorare sullo sviluppo di circuiti molto più piccoli. Il loro lavoro ha portato alla microelettronica: progettazione e produzione di circuiti integrati e di apparecchiature che utilizzavano circuiti integrati.

Nel 1960, ingegneri e scienziati erano riusciti a costruire un circuito integrato. Aveva tutte le funzioni di un circuito convenzionale imballato in un cristallo semiconduttore, 1.000 volte più piccolo di un circuito convenzionale.

Ruolo dell'elettronica:

L'elettronica ha un ruolo importantissimo nel processo di sviluppo di un paese oggi. L'elettronica svolge un ruolo catalizzatore nel migliorare la produzione e la produttività nei settori chiave dell'economia, sia che si tratti di infrastrutture, industrie di processo, comunicazione, o anche di formazione di manodopera. Le aree ad alta tecnologia oggi dipendono fortemente dall'elettronica.

L'elettronica è classificata tradizionalmente nei settori di consumo, industria, difesa, comunicazione e elaborazione delle informazioni. Negli ultimi tempi, l'elettronica medica e i sistemi per i trasporti e le utenze elettriche sono diventati segmenti importanti per conto proprio.

L'elettronica di consumo è il settore più antico del settore che ha avuto inizio con lo sviluppo di ricevitori radio dopo l'invenzione del triodo. La competitività internazionale in questo campo richiede una costante innovazione.

Questo campo si è espanso notevolmente negli ultimi anni con lo sviluppo di elementi come lettori di compact disc (CD), audio digitale, forni a microonde, lavatrici e sistemi di ricezione televisiva satellitare. Tutti questi elementi, tuttavia, si avvalgono di tecnologie e tecniche di produzione avanzate come i laser a semiconduttore e i dispositivi a microonde.

L'elettronica industriale è orientata alla produzione di prodotti richiesti dalle moderne apparecchiature per il controllo dei processi industriali, dai macchinari e robot a controllo numerico e dalle attrezzature per i test e le misurazioni. Anche i laboratori richiedono strumenti di precisione. Questo campo ha un grande potenziale di crescita e sviluppo.

L'infrastruttura avanzata nelle scienze dei materiali e l'elettronica sofisticata sono entrambe rilevanti per il settore della difesa in cui il costo non è generalmente un fattore limitante. Le attrezzature devono essere abbastanza resistenti da resistere alle pressioni ambientali oltre che essere precise e sensibili.

L'elettronica di difesa è ovviamente strategica; ha anche importanti spin-off per offrire all'industria. Bharat Electronics Ltd. (BEL), un'organizzazione finanziata dalla difesa, ha contribuito molto allo sviluppo del transistor e della televisione in India.

L'elettronica delle comunicazioni è un settore in rapida crescita con molte possibilità di innovazione e applicazioni industriali. Le apparecchiature di comunicazione hanno beneficiato immensamente dello sviluppo di efficienti laser a semiconduttore, tecnologia a fibra ottica, tecniche digitali e potenti microprocessori.

L'informatica, di nuovo, dipende chiaramente dall'elettronica. Il circuito integrato è la base dei computer che sono, a loro volta, utilizzati per progettare circuiti integrati VLSI (Very Large Scale Integrated), in particolare microprocessori e memorie. I computer migliori aiutano nuovamente a migliorare i sistemi di comunicazione, mentre comunicazioni rapide ed efficienti portano a reti di computer distribuite che danno accesso a dati specializzati in un computer distante dal proprio posto di lavoro.

Nel campo medico, l'elettronica ha reso possibile il registratore ECG (elettrocardiogramma) e lo scanner NMR (risonanza magnetica nucleare) oltre ad altre apparecchiature di misurazione.