تبلیغات
وبلاگ حرفه و فن مدرسه شاهد حکیم - الکترونیک
تاریخ : پنجشنبه 28 بهمن 1389 | 01:37 ب.ظ | نویسنده : sadegh dashti
الکترونیک دانش مطالعه‌ی عبور جریان الکتریکی از مواد مختلف - مانند نیمه رسانا‌ها, مقاومت‌ها, القاگرها و....

بقیه را در ادامه ی مطلب مشاهده کنید......

                                                           با تشکر از حمید رضا حاجیان


خازن‌ها - و آثار آن است. الکترونیک همچنین به عنوان شاخه‌ای از فیزیک نظری شناخته می‌شود. طراحی و ساخت مدارهای الکترونیکی برای حل مشکلات عملی, قسمتی از مباحث موجود در مهندسی الکترونیک را تشکیل می‌دهد.

در برخی موارد مطالعه المان‌های جدید نیمه‌رسانا و فن‌آوری‌های نزدیک به آن, شاخه‌ای از فیزیک در نظر گرفته می‌شود. این مقاله بیشتر به مفاهیم مهندسی الکترونیک می‌پردازد.



یک نمونه چیپ الکترونیکی SMD.

  •  

ادوات و مدارهای الکترونیکی

مدارهای الکترونیکی برای ایفا کردن وظایف مختلفی استفاده می‌شوند. کاربردهای اصلی مدارهای الکترونیکی عبارتند از:

1) کنترل و پردازش داده‌ها

2) تبدیل و توزیع توان الکتریکی

3) اجرای عملیات خاص

هر ردی این کاربردها با ایجاد و آشکارسازی میدان الکترومغناطیسی و جریان الکتریکی سرو کار دارند. گرچه از انرژی الکتریکی در سال‌های انتهایی قرن 19 برای انتقال پیام به وسیله تلگراف و تلفن استفاده می‌شد اما بیشتر پیشرفت‌های مربوط به علم الکترونیک پس از ساخت رادیو شکل گرفت. در یک نگاه ساده, یک سیستم الکترونیکی را می‌توان به سه بخش تقسیم کرد:

  • ورودی‌: حسگرهای الکترونیکی و مکانیکی (یا مبدل‌های انرژی) . این تجهیزات سیگنال‌ها یا اطلاعات را از محیط خارج دریافت کرده و سپس آنها را به جریان, ولتاژ یا سیگنال‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند.
  • پردازشگر سیگنال: این مدارها در واقع وظیفه اداره کردن, تفسیر کردن و تبدیل سیگنال‌های ورودی برای استفاده آنها در کاربرد مناسب را بر عهده دارند. معمولاً در این بخش پردازش سیگنال‌های مرکب بر عهده پردازشگر سیگنال‌های دیجیتال است.
  • خروجی: فعال کننده‌ها یا دیگر تجهیزات (مانند مبدل‌های انرژی) که سیگنال‌های ولتاژ یا جریان را به صورت خروجی مناسب در خواهند آورد (برای مثال با ایفای یک وظیفه فیزیکی مانند چرخاندن یک موتور).

برای مثال یک تلویزیون دارای هر سه بخش بالا است. ورودی تلویزیون سیگنال‌های پراکنده شده را دریافت کرده (به وسیله یک آنتن یا کابل) و آنها را به ولتاژ و جریان مناسب برای کار دیگر تجهیزات تبدیل می‌کند. پردازشگر سیگنال پس از دریافت داده‌ها از ورودی اطلاعات مورد نیاز مانند میزان روشنایی, رنگ و صدا را از آن استخراج می‌کند. در نهایت قسمت خروجی این اطلاعات را دویاره به صورت فیزیکی در خواهد آورد این کار به وسیله یک لامپ اشعه کاتدیک و یک بلندگوی آهنربایی انجام خواهد شد.

 

 

تاریخچه علم الکترونیک از آغاز قرن بیستم (قسمت اول)




1-
اشعه های کاتدی و کشف الکترون



اگر جه بسیاری از فیزیکدانان قرن 19 میلادی مانند فارادی، بر پایه علم شیمی و پدیده های مشاهده شده در الکترولیز متقاعد شده بودند که جریان الکتریکی شامل شاری از ذرات باردار است ، اما هنوز طبیعت این بارها معلوم نشده بود. حتی برای این مسأله ابتدایی که بار ذرات مثبت بود یا منفی جواب دقیقی وجود نداشت.پاسخ این سوالها و همچنین چگونگی ساختار اولیه مواد بایک سری آزمایشات معلوم شد که آغاز آنها بررسی تخلیه الکتریکی در لامپهای خلع بود. با گذشت زمان مجموعه ای از اکتشافات انجام شد که منجر به انقلاب تکنولوژیکی در قرن بیستم شد.





· William Crookes(1832-1919)
وی که در کودکی ثروت بزرگی را به ارث برد ، تمام تحقیقات خود را در آزمایشگاه خصوصی انجام داد.تحقیقات او در زمینه تخلیه بار در گازها که در پی اختراع لامپ اشعه کاتدی توسط Pluecker و Hittorf انجام شد و همچنین مشاهداتش در مورد اشعه کاتدی و فضای تاریک درکاتد، در نهایت منجر به کشف اشعه ایکس و الکترون گشت. از دیگر اختراعات .Crookes رادیو متر بود که بر تیوری جنبشی در گازها تآکید می کرد. او بطور کنجکاوانه ای از معتقدان به نیروهای فرا طبیعی بود و در دهه 1870 مدعی شد که صحت پدیده های مربوط به توانایی های ذهنی را ثابت کرده است.بعد ازمدتی او درگیر جنبش عرفانی شد و اسنادی مبنی بر دور کردن شیاطین و پلیدی ها توسط وی موجود می باشد. در سال 1897 از طرف ملکه ویکتوریا( که خود از علاقه مندان به نیروهای فرا طبیعی بود) به مقام نجیب زادگی ترفیع پیدا کرد و در سال 1909 به عنوان رییس انجمن دربار برگزیده شد.ecu_02.jpg



· Karl Ferdinand Braun (1850-1918)
زمانی که در پست ریاست انستیتو فیزیک وهمچنین استادی فیزیک در دانشگاه استراسبورگ بود موفق شد اولین نوسان سنج لامپ اشعه کاتدی که در حال هدایت شاری از الکترونها به یک صفحه فلورسنت بود را نشان دهد که این امر خبر از نزدیک بودن ساخت صفحه های نمایش تلویزیون می داد.هر چند که امروزه کمتر از او یاد می شود ، اما او سهم بزرگی در پیشرفت الکترونیک داشت اوپی برد که یکسو سازی در یک پیوند کریستال/ فلزی رخ می دهد و این کشف بعدها منجر به مطرح شدن گیرنده های کریستالی شد. در سال 1899 او تزویج سلفی غیر تخلیه ای را برای آنتن ها و همچنین آنتن پرتو مستقیم را مطرح کرد. او در سال 1909 به همراه Guglielmo Marconiموفق به دریافت جایزه نوبل شد. هنگامی که امریکا وارد جنگ جهانی اول شد ، او برای درخواست حق ثبت یکی از اختراعاتش به نیو یورک رفته بود.پیش از پایان جنگ ، او به عنوان یک دشمن بیگانه توقیف شد و پس از مدتی مرد.





· Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923)
او که رییس انستیتو فیزیک و رییس بازنشسته دانشگاه Wurzburg بود،در سال 1895 کشف کرد که بعضی تشعشعات ناشناخته ناشی از لامپ تخلیه می تواند موجب شود تا کریستال از خود نور (فلورس) پخش کند. او همچنین کشف کرد که این تشعشعات می توانند از اجسام جامد عبور کنند و بر کاغذ حساس عکاسی تاثیر بگذارند.او که تنها کار می کرد و پنهانکاری زیادی در کار خود داشت تحقیقات خود را به پایان رساند و هشت هفته بعد کشف خود را به طور رسمی اعلان کرد.در سال 1896 پس از اینکه صحت علمی و پزشکی تحقیقاتش معلوم شد ، کشف او به طور رسمی در دنیا منتشر شد. درطی چند هفته بعضی بیمارستانها اشعه ایکس را به کار گرفتند. پس از مدتی Roentgen به یکی از مشهور ترین دانشمندان دنیا مبدل گشت.او افتخارات زیادی را کسب کرد، از جمله جایزه اول نوبل در فیزیک و همچنین مقام نجیب زادگی ( که البته او از قبول این مقام امتناع کرد).



· Joseph John Thomson (1856-1940)
او که فرزند یک کتاب فروش منچستری بود در چهارده سالگی وارد کالج شد و در بیست و هشت سالگی به عنوان عضوی از انجمن سلطنتی انتخاب گشت و به مقام استادی آزمایشگاه Cavendish گماشته شد.کشف بزرگ او در سال 1897 و در طی درس بررسی اشعه های کاتدی رخ داد.Thomson مدارک قانع کننده ای ارانه کرد که نشان می داد اشعه ها شامل ذرات باردار هستند.او نسبت بار به جرم را اندازه گیری کرد و توانست تخمین بزند که این جرم حدود 1800/1 جرم انم هیدروژن است.او با کشف الکترون جایزه نوبل را در سال 1906 دریافت کرد و دو سال بعد به مقام نجیب زادگی ترفیع داده شد. رادر فورد (Rutherford ) در باره Thomson می گوید:"او متشعشع ترین لبخند را دارد... هنگامی که در بحث کسی را شکست می دهد."





· Robert A. Milikan (1868-1953)
کارش را به عنوان استاد ادبیات در کالج Oberlinشروع کرد ولی پس از مدتی برای اینکه درآمد بیشتری کسب کند پذیرفت که به تدریس فیزیک بپردازد. پس از مدتی یک کمک هزینه تحصیلی دررشته فیزیک در کلمبیا را پذیرفت ، دوباره به این علت که این بهترین پشتیبانی مالی برای او بود.کار دانشگاهی اودر دانشگاه شیکاگو در ابتدا فقط شامل تدریس بود و او تا نزدیک چهل سالگی به تحقیق جدی نپرداخت.سپس در سال 1906 او پیشرفتهایی درآزمایش Thomson حاصل کرد که منجر به ساخت دستگاهی شد که بار الکترون را به دقت اندازه گیری می کرد.نتایجی که او بدست آورد در سال 1910 منتشر شد و آخرین شبهه در مورد تیوری اتمی مواد برطرف شد.در سال 1914 او نتایجی را منتشر کرد که بخواطر آنها جایزه نوبل را دریافت کرد: تعیین اندازه دقیق ثابت پلانک با استفاده از اثر فوتوالکتریک که بازبینی کننده نظریه اثر فوتوالکتریک Einstein در سال 1905 و طبیعت کوانتومی نور بود.




2-
تلگراف بی سیم



ماکسول در سال 1865 تیوری ای رامنتشر کرد که در آن الکترودینامیک ،(magnetodynamics) الکتریسیته القایی و فیزیک نور را به هم مربوط ساخت . در آن زمان این تیوری بطور گسترده مورد پذیرش واقع نشد. با وجود اینکه ماکسول یک محقق ماهر بودولی در چهارده سال باقی مانده عمرش تلاش نکرد تا وجود امواج الکترو مغناتیس را که در تیوریش پیشبینی کرده بود ثابت کند.با این حال دانشمند مشهور آلمانی von Helmholtz که به تیوری ماکسول ایمان داشت ، شاگردش Hertz را به تلاش برای تولید و کشف تابش های الکترو مغناتیس ترغیب کرد. تلاشهای Hertz سرآغازی برای ارتباطات بی سیم شد.



Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894)
او که استاد فیزیک Karlsruhe Polytechnic بود ،اولین فری بود که امواج رادیویی را در محیط آزمایشگاه پخش و دریافت کرد.در بین سالهای 1885 تا 1889 ، او با استفاده از spark discharges به تولید امواج الکترومغناطیسی می پرداخت.تشعشع کننده ای که هرتز ساخته بود شامل دو میله برقگیر یکنواخت بود که بین آنها یک فاصله احتراقی بود و صفحات خازنی در انتهای آنها قرار داشتند.گیرنده او در واقع یک حلقه ای از سیم بود که سوراخ کوچکی در داخل آن بود. هنگامی که تشعشع کننده ( رادیاتور) تخلیه الکتریکی می شد جرقه کوچکی در این سوراخ دیده می شد.
Hertz
در سن سی و شش سالگی بطور ناگهانی به خاطر یک تومور مغزی مرد، بدون اینکه بفهمد مخابره امواج در فواصل طولانی امکان پذیر بود.





Edouard Eugène Désiré Branly (1844-1940)
اعتبار او در فرانسه به خاطر اختراع تلگراف بی سیم است.در سال 1890، Branly استاد فیزیک دانشگاه کاتولیک در پاریس ، کشف کرد که براده های نرم روی و نقره که در معرض یک میدان ارسال جرقه قرار می گیرند ، به هم می چسبند و موجب افزایش رسانایی می شوند که از این خصوصیت می توان برای شناسایی وجود مخابره امواج استفاده کرد.Branly مخابرات رادیویی را از آزمایشگاه فراتر برد و ارسال و دریافت امواج را در فواصل زیاد ممکن ساخت.




· Guglielmo Marconi ( 1874-1937 )
او که در امتحانهای ورودی آکادمی علوم دریایی ایتالیا و همچنین دانشگاه بولوگنا مردود شد اما به واسته یکی از دوستان خانوادگی اجازه شرکت در کلاسهای درس و آزمایشگاههای دانشگاه را پیدا کرد.در سال 1896 و در سن بیست و دو سالگی او یک سیستم مخابره رادیویی را به ثبت رسانید. درسالهای بعد او تعداد قابل توجهی از اختراعاتش و همچنین طراحی های جدیدی از سیستم های مخابره (که قبلا ساخته شده بودند ) را عرضه کرد. در سال 1901 Marconi موفق شد سیگنالهایی که از آنسوی اقیانوس اطلس مخابره می شدند را دریافت کند.دور از انصاف نیست اگر گفته شود Marconi به تنهایی در طی چند دهه پیشرفتهای زیادی در مخابرات رادیویی بوجود آورد. کمپانی دورنگاری ( تلگرافی ) بی سیم Marconi در مدت کوتاهی شبکه ای از ایستگاههای ساحلی برای ارتباط کشتیها در انگلیس بر قرار کرد.برای مدتی بیشتر از یک دهه ، کمپانی مارکنی از انحصار تجهیزات رادیویی ساحلی بهره مند بود و از بستن قرارداد با Lioyds ( بزرگترین شرکت بیمه انگلیسی ) برای بیمه کردن کشتی هایی که از تجهیزات این شرکت استفاده می کردند امتناع می ورزید. مارکنی در سال 1909 جایزه فیزیک نوبل را دریافت کرد




طبقه بندی: تحقیقات دانش اموزان،