الکترونیک چیست؟
الکترونیک یک رشته علمی و مهندسیه که اصول فیزیک رو مطالعه و اعمال میکنه تا دستگاه هایی رو طراحی، ایجاد و راه اندازی کنه که الکترون ها و سایر ذرات باردار الکتریکی رو کنترل میکنن. این رشته یکی از زیرشاخه های فیزیک و مهندسی برق هست که از دستگاه های فعال مثل ترانزیستورها، دیودها و مدارهای مجتمع استفاده میکنه تا جریان الکتریکی رو کنترل و تقویت کنه و اون رو از یک شکل به شکل دیگه تبدیل کنه، مثل تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) یا تبدیل سیگنال های آنالوگ به دیجیتال.دستگاه های الکترونیکی تأثیر زیادی روی توسعه بخش های مختلف جامعه مدرن داشتن، از جمله مخابرات، سرگرمی، آموزش، مراقبت های بهداشتی، صنعت و امنیت. نیروی اصلی پیش برنده پیشرفت الکترونیک، صنعت نیمه هادیه که در پاسخ به تقاضای جهانی، به طور مداوم دستگاه ها و مدارهای الکترونیکی پیچیده تری تولید میکنه. صنعت نیمه هادی یکی از بزرگترین و پردرآمدترین بخش های اقتصاد جهانیه و در سال 2018 درآمد سالانه اون از 481 میلیارد دلار فراتر رفت. صنعت الکترونیک همچنین شامل سایر بخش هایی میشه که به دستگاه ها و سیستم های الکترونیکی متکی هستن، مثل تجارت الکترونیک که در سال 2017 بیش از 29 تریلیون دلار فروش آنلاین ایجاد کرد.تاریخچه و توسعه الکترونیک
شناسایی الکترون در سال 1897 توسط سر جوزف جان تامسون، همراه با اختراع بعدی لامپ خلأ که میتونست سیگنال های الکتریکی ضعیف رو تقویت و یکسو کنه، زمینه ی شکل گیری الکترونیک و عصر الکترون رو فراهم کرد. کاربردهای عملی این فناوری با اختراع دیود توسط آمبروز فلمینگ و تریود توسط لی دی فارست در اوایل دهه 1900 آغاز شد که امکان شناسایی ولتاژهای الکتریکی ضعیف، مثل سیگنال های رادیویی دریافتی از یک آنتن رادیویی رو فراهم کرد.لامپ های خلأ (ترمیونیک) اولین قطعات الکترونیکی فعال بودن که با کنترل جریان الکترون ها، عبور جریان الکتریکی رو تنظیم میکردن و باعث ایجاد تجهیزاتی شدن که از تقویت و یکسو سازی جریان برای ارائه فناوری هایی مثل رادیو، تلویزیون، رادار، تلفن راه دور و بسیاری موارد دیگه استفاده میکردن. رشد اولیه الکترونیک خیلی سریع بود، و تا دهه 1920، پخش رادیویی تجاری و ارتباطات مخابراتی به طور گسترده ای در حال گسترش بودن و تقویت کننده های الکترونیکی در کاربردهای متنوعی مثل تلفن راه دور و صنعت ضبط موسیقی مورد استفاده قرار میگرفتن.زیرشاخه های الکترونیک
- الکترونیک آنالوگ- الکترونیک صوتی- اویونیک (الکترونیک هوانوردی)- بیوالکترونیک- طراحی مدار- الکترونیک دیجیتال- قطعات الکترونیکی- سیستم های نهفته (Embedded Systems)- مدارهای مجتمع- میکروالکترونیک- نانوالکترونیک- اپتوالکترونیک- الکترونیک قدرت- بردهای مدار چاپی- قطعات نیمه هادی- حسگرها- مخابراتدستگاه ها و قطعات الکترونیکی
یک قطعه الکترونیکی، هر جزء در یک سیستم الکترونیکی هست که میتونه فعال یا غیرفعال باشه. قطعات معمولاً از طریق لحیم شدن به یک برد مدار چاپی (PCB) به هم متصل میشن تا یک مدار الکترونیکی با یک عملکرد خاص ایجاد کنن. این قطعات ممکنه به صورت مجزا بسته بندی بشن یا در گروه های پیچیده تری مثل مدارهای مجتمع قرار بگیرن.قطعات الکترونیکی غیرفعال شامل خازن ها، القاگرها و مقاومت ها هستن، در حالی که قطعات فعال شامل دستگاه های نیمه هادی مثل ترانزیستورها و تریستورها هستن که جریان الکتریکی رو در سطح الکترون ها کنترل میکنن.انواع مدارهای الکترونیکی
عملکرد مدارهای الکترونیکی رو میشه به دو گروه اصلی تقسیم کرد: آنالوگ و دیجیتال. یک دستگاه خاص ممکنه شامل مدارهایی باشه که یا به صورت آنالوگ، دیجیتال، یا ترکیبی از هر دو نوع هستن. مدارهای آنالوگ در حال کمتر شدن هستن، چون بسیاری از عملکردهای اون ها به سمت دیجیتالی شدن پیش میرن.مدارهای آنالوگ
مدارهای آنالوگ از یک دامنه پیوسته از ولتاژ یا جریان برای پردازش سیگنال استفاده میکنن، در حالی که مدارهای دیجیتال از سطوح گسسته استفاده میکنن. در سال های اولیه، مدارهای آنالوگ به طور گسترده در دستگاه های الکترونیکی مثل گیرنده ها و فرستنده های رادیویی مورد استفاده قرار میگرفتن. کامپیوترهای آنالوگ برای حل مسائل مرتبط با متغیرهای پیوسته ارزش زیادی داشتن، تا زمانی که پردازش دیجیتال پیشرفت کرد.با توسعه فناوری نیمه هادی، بسیاری از عملکردهای مدارهای آنالوگ توسط مدارهای دیجیتال جایگزین شدن و امروزه مدارهای کاملاً آنالوگ کمتر رایج هستن. در عوض، یک رویکرد ترکیبی جایگزین اون ها شده، به این صورت که در قسمت ورودی یک دستگاه که سیگنال آنالوگ دریافت میکنه، از مدارهای آنالوگ استفاده میشه و بعد از اون، پردازش دیجیتالی با استفاده از تکنیک های میکروپردازشی انجام میشه.مدارهای دیجیتال
مدارهای دیجیتال، مدارهای الکتریکی هستن که بر اساس سطوح ولتاژ گسسته کار میکنن. این مدارها از جبر بولی (Boolean Algebra) استفاده میکنن و پایه ی تمام کامپیوترهای دیجیتال و دستگاه های مبتنی بر میکروپردازنده هستن. این مدارها از گیت های منطقی ساده تا مدارهای مجتمع بسیار بزرگ که شامل میلیون ها گیت منطقی هستن، متغیر هستن.مدارهای دیجیتال از یک سیستم باینری با دو سطح ولتاژ که با "0" و "1" مشخص میشن، برای نمایش وضعیت منطقی استفاده میکنن. در بیشتر موارد، سطح منطقی "0" به ولتاژ پایین تر (Low) اشاره داره و سطح منطقی "1" به ولتاژ بالاتر (High) نسبت داده میشه. با این حال، برخی سیستم ها این تعریف رو معکوس میکنن، یعنی "0" رو به عنوان سطح ولتاژ بالا در نظر میگیرن. در برخی موارد هم از جریان به جای ولتاژ برای نمایش سطوح منطقی استفاده میشه. در عمل، طراحان مدار ممکنه این تعاریف رو بسته به نیاز طراحی خودشون از یک مدار به مدار دیگه تغییر بدن، چون تعیین اینکه کدام سطح "0" یا "1" باشه، یک انتخاب دلخواه هست.منطق سه حالته (Ternary Logic) که دارای سه سطح وضعیت هست، مورد مطالعه قرار گرفته و برخی نمونه های اولیه کامپیوترهای مبتنی بر اون ساخته شدن، اما به دلیل محدودیت های عملی، کاربرد گسترده ای پیدا نکرده. در حال حاضر، کامپیوترها و پردازنده های دیجیتال به صورت جهانی با مدارهای دیجیتال ساخته میشن که از ترانزیستورهایی مثل MOSFET ها در گیت های منطقی الکترونیکی برای تولید حالت های باینری استفاده میکنن.طراحی سیستم های الکترونیکی
طراحی سیستم های الکترونیکی با مسائل طراحی چندرشته ای در ساخت دستگاه ها و سیستم های پیچیده الکترونیکی مثل تلفن های همراه و کامپیوترها سروکار داره. این حوزه طیف گسترده ای رو در بر میگیره، از طراحی و توسعه یک سیستم الکترونیکی (توسعه محصول جدید) تا اطمینان از عملکرد صحیح، طول عمر و نحوه ی دفع اون. بنابراین، طراحی سیستم های الکترونیکی فرآیند تعریف و توسعه دستگاه های پیچیده الکترونیکی برای برآورده کردن نیازهای مشخص شده کاربران هست.به دلیل پیچیدگی نظریه های الکترونیک، آزمایش های آزمایشگاهی بخش مهمی از توسعه ی دستگاه های الکترونیکی محسوب میشن. این آزمایش ها برای تست یا تأیید طراحی مهندسان و شناسایی خطاها استفاده میشن. از لحاظ تاریخی، آزمایشگاه های الکترونیک شامل دستگاه ها و تجهیزات الکترونیکی در یک فضای فیزیکی بودن، اما در سال های اخیر، تمایل بیشتری به استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی آزمایشگاه های الکترونیکی مثل CircuitLogix، Multisim و PSpice وجود داره.
