Perché gli elettricisti non sono sempre amici dell'elettronica. Parte 2. Come studiare l'elettronica

La prima parte dell'articolo:Perché gli elettricisti non sono sempre amici dell'elettronica

Prima di tutto, precauzioni di sicurezza

Alcuni dispositivi elettronici sono galvanicamente isolati dalla rete di illuminazione. Pertanto, il rispetto delle norme di sicurezza non sarà superfluo, ma questo è un argomento per un altro articolo e molti articoli sono già stati scritti, chiunque lo desideri può leggere da solo. Inoltre, si presume che chiunque legga questo articolo abbia familiarità con le regole di sicurezza.

Base elementare

La base dell'elemento è costituita dai circuiti elettronici, in altre parole, sono parti saldate su circuiti stampati. E l'intera base elementale non può essere descritta neppure in un enorme libro di grandi dimensioni: ad esempio, il negozio online di componenti radio "Elitan" offre ai clienti oltre un milione di articoli di oltre un migliaio di produttori di tutto il mondo.

Quasi tutte le moderne apparecchiature elettroniche sono assemblate su una base di elementi borghesi importata, molto semplicemente. Ma a questo proposito, non si dovrebbe essere particolarmente turbati, poiché la documentazione per quasi tutti i microcircuiti, diodi, transistor, tiristori e altri dettagli sono disponibili nella SCHEDA TECNICA o nelle descrizioni tecniche russe. Sebbene tutti questi "fogli dati" siano in inglese, capirli è abbastanza facile.

Coloro che sono impegnati nella riparazione di apparecchiature elettroniche sanno che non è sempre possibile trovare uno schema del dispositivo da riparare. In questo caso, la DATA SHEET sul microcircuito aiuta molto: puoi trovare tutti gli ingressi e le uscite che gate e controllano i segnali e capire cosa fa il microcircuito nel dispositivo.

Lo sviluppo della tecnologia elettronica. Legge di Moore

La tecnologia elettronica si sta sviluppando molto rapidamente e in modo dinamico. I primi circuiti integrati apparvero nel 1965 e subito dopo uno dei fondatori di Intel, Gordon Moore, aprì una legge che ricevette il suo nome. La legge di Moore affermava che ogni 18 ... 24 mesi il numero di transistor nei microchip raddoppia circa. Questa osservazione è stata effettuata sulla base della produzione di chip di memoria o semplicemente della memoria. Sulla base di questo, Gordon Moore ha concluso che nel prossimo futuro la potenza dei dispositivi di elaborazione aumenterà in modo esponenziale. E questa legge è ancora valida.

Nel 2006, Intel ha rilasciato un processore contenente 1 miliardo di transistor e recentemente ha creato un processore Tukwila contenente oltre due miliardi di transistor. Ciò conferma pienamente la validità della legge di Moore. La tecnologia elettronica si sta sviluppando molto più rapidamente e in modo più dinamico rispetto a tutte le altre aree della scienza e della tecnologia. Gli scienziati stimano che se l'industria aeronautica si sviluppasse con una tale dinamica, un moderno Boeing 767 potrebbe volare in tutto il mondo in soli 20 minuti, spendendo non più di 20 litri di carburante e allo stesso tempo non costando più di $ 500.

Tutti i transistor menzionati sono realizzati dalla nanotecnologia, che ora è ampiamente ascoltata. Ma anche in questo design sono ancora transistor. Il prossimo sarà un piccolo discorso sui transistor.

Breve descrizione dei transistor

Proviamo a immaginare un mondo moderno senza transistor. Molto probabilmente, tutta la vita si fermerà: i telefoni si spegneranno, i televisori si spegneranno, le macchine si fermeranno, il calore, l'acqua e l'elettricità scompariranno nelle case. Dopotutto, il funzionamento di tutti i dispositivi menzionati è controllato da tutti i tipi di circuiti elettronici, la cui base è un transistor. Che tipo di dispositivo magico è questo transistor?

Transistor bipolari

Il primo transistor bipolare fu inventato nel 1947 da scienziati americani: i fisici W. Shockley, D. Bardin e U.Brattain, che a quel tempo erano impiegati del laboratorio Bell Labs. La data di nascita del transistor dovrebbe essere considerata il 23 dicembre 1947, quando si tenne la presentazione ufficiale del nuovo dispositivo.

Come per molte invenzioni eccezionali, il transistor non è stato immediatamente notato: solo 9 anni dopo la data citata, i suoi creatori hanno ricevuto il premio Nobel. Uno dei fondatori del transistor, John Bardin, poco dopo ricevette nuovamente il premio Nobel. Questa volta per la creazione della teoria della superconduttività.

Inizialmente, il nuovo dispositivo elettronico non aveva il suo nome. Per analogia con una lampada elettronica - un triodo, è stato chiamato un triodo a semiconduttore o triodo cristallino. Il nome comune per il transistor è stato inventato da un collega degli scienziati sopra menzionato, John Pierce. La parola era composta da due parole: trasferimento - trasferimento e resistenza - resistenza. In effetti, infatti, un segnale di controllo applicato a uno degli elettrodi (base) modifica la resistenza tra altri due elettrodi (collettore, emettitore) del transistor. Se questi elettrodi sono collegati al circuito aperto dell'alimentatore, diventa possibile controllare qualsiasi carico. Può essere un altoparlante, una bobina relè, una lampadina, il successivo stadio a transistor e molto altro.

Già nel 1956, fu creata la prima radio portatile a transistor, che consente di ascoltare musica non solo a casa, ma ovunque. Quando si usano i tubi radio nei ricevitori, questo non si può nemmeno immaginare.

Invenzione di nuove tecnologie

Questa prima esperienza di miniaturizzazione di apparecchiature radio spinse all'azione menti curiose di talento e due anni dopo la creazione del primo ricevitore a transistor, gli scienziati americani Jack Kilby e Robert Neuss fecero un nuovo enorme passo nello sviluppo della tecnologia dei semiconduttori. La tecnologia sviluppata da loro ha permesso di combinare più transistor in un circuito integrato contemporaneamente. Questa invenzione presentò Robert Noyce a Gordon Moore e già nel 1968 crearono la Intel Corporation, che fu l'inizio della produzione di computer moderni.

Transistor ad effetto di campo

Va ricordato che molto prima dell'invenzione di un transistor bipolare controllato in corrente bipolare, è stato ottenuto un brevetto per un transistor ad effetto di campo. I principi di funzionamento dei transistor ad effetto di campo furono trattati nel lontano 1925 dal fisico austro-ungarico Julius Edgar Lilienfeld e già nel 1928 ricevette un brevetto tedesco. E nel 1934, il primo transistor ad effetto di campo fu brevettato dal fisico tedesco Oscar Hale.

La fisica dei transistor ad effetto di campo è leggermente più semplice del bipolare, quindi sono stati sviluppati molto prima. Il loro lavoro si basa sul semplice effetto di un campo elettrostatico; questi transistor sono anche chiamati transistor MOS. Nonostante il semplice dispositivo rispetto a un transistor bipolare, i primi transistor MOS apparvero solo nel 1960, sebbene ora questi transistor costituiscano la base di tutta la tecnologia informatica. Solo negli anni novanta del secolo scorso, i transistor ad effetto di campo hanno iniziato a dominare il bipolarismo.

Chip analogici e digitali

Nel processo di creazione dei transistor, si è scoperto che i transistor possono operare in modalità lineare e chiave. La modalità lineare ha consentito l'amplificazione dei segnali elettrici. Ma un transistor non può fornire un guadagno sufficientemente grande, quindi sono stati sviluppati amplificatori operazionali (amplificatori operazionali). Hanno preso questo nome perché erano usati in computer analogici, dove eseguivano operazioni matematiche.

Ora i computer analogici non ci sono più, ma gli amplificatori operazionali sono rimasti e vengono utilizzati con successo in vari dispositivi elettronici. Esistono schemi tipici per l'accensione di un amplificatore operazionale; pertanto, i parametri delle cascate effettuate su un amplificatore operazionale sono altamente ripetibili. Ad esempio, il guadagno in cascata è determinato solo da resistori esterni e può essere impostato in modo molto preciso.

Pertanto, se decidi di iniziare a studiare le basi dell'elettronica, l'uso di amplificatori operazionali può semplificare notevolmente questo compito. Sugli amplificatori operazionali, molto è stato scritto nei libri, così come negli articoli su Internet, ci sono molti tipi di design.

Operazione transistor chiave usati nei circuiti digitali, sono anche chiamati logici, perché eseguono operazioni logiche o operazioni Algebra booleana. Una volta, è stato su questi microcircuiti che sono stati creati i computer. Tali macchine erano molto voluminose, lente, il consumo di energia è semplicemente immenso. Questi computer appartengono al passato e tutti i tipi di dispositivi relativamente semplici sono realizzati su circuiti digitali da radioamatori. Sono questi microcircuiti che possono essere raccomandati per lo studio indipendente dell'elettronica, per condurre i primi esperimenti.

conclusione

E ora per riassumere, ricorda il titolo dell'articolo, "Perché gli elettricisti non sono sempre amici dell'elettronica". Se non si tiene conto della semplice pigrizia, la ragione dell'ostilità nei confronti dell'elettronica potrebbe essere la paura elementare di non capire qualcosa o rovinare qualcosa.

Questo articolo è stato scritto solo per sconfiggere questa paura, acquisire fiducia nei propri punti di forza e costringere uno a mettersi alla prova con una nuova qualità. L'elettronica è contagiosa, nel senso buono della parola. Innanzitutto, padroneggeremo i transistor, quindi passeremo alla logica digitale e non è lontano dai microcontrollori. Quindi, compagni elettricisti, siate coraggiosi, non abbiate paura dell'elettronica, fate amicizia con esso!

Boris Aladyshkin