Что такое силовая электроника

Электронные устройства и компоненты

Один из самых ранних радиоприемников Audion , сконструированный Де Форестом в 1914 году.

Техник-электронщик, проверяющий напряжение на плате силовой цепи в помещении аэронавигационного оборудования на борту авианосца USS Abraham Lincoln (CVN-72) .

Электронный компонент — это любой физический объект в электронной системе, используемый для воздействия на электроны или связанные с ними поля в соответствии с предполагаемой функцией электронной системы. Компоненты обычно предназначены для соединения друг с другом, обычно путем пайки на печатной плате (PCB), для создания электронной схемы с определенной функцией (например, усилителя , радиоприемника или генератора ). Компоненты могут быть упакованы по отдельности или в более сложных группах в виде интегральных схем . Некоторыми распространенными электронными компонентами являются конденсаторы , катушки индуктивности , резисторы , диоды , транзисторы и т. Д. Компоненты часто подразделяются на активные (например, транзисторы и тиристоры ) или пассивные (например, резисторы, диоды, катушки индуктивности и конденсаторы).

История электронных компонентов

Вакуумные лампы (термоэмиссионные клапаны) были одними из первых электронных компонентов. Они почти единолично ответственны за революцию в электронике первой половины двадцатого века. Они позволили использовать гораздо более сложные системы и дали нам радио, телевидение, фонографы, радары, междугороднюю телефонную связь и многое другое. Они играли ведущую роль в области микроволнового излучения и передачи высокой мощности, а также телевизионных приемников до середины 1980-х годов. С тех пор твердотельные устройства почти полностью взяли верх. Вакуумные лампы до сих пор используются в некоторых специализированных приложениях, таких как мощные радиочастотные усилители , электронно-лучевые трубки , специальное звуковое оборудование, гитарные усилители и некоторые микроволновые устройства .

Первый рабочий точечно-контактный транзистор был изобретен Джоном Бардином и Уолтером Хаузером Браттейном в Bell Labs в 1947 году. В апреле 1955 года IBM 608 был первым продуктом IBM, в котором использовались транзисторные схемы без каких-либо электронных ламп, и считается, что это первый продукт. -транзисторный вычислитель, который будет производиться для коммерческого рынка. 608-й содержал более 3000 германиевых транзисторов. Томас Дж. Уотсон-младший приказал, чтобы во всех будущих продуктах IBM использовались транзисторы. С того времени транзисторы использовались почти исключительно для компьютерной логики и периферийных устройств. Однако первые переходные транзисторы были относительно громоздкими устройствами, которые было трудно производить в серийном производстве , что ограничивало их ряд специализированных приложений.

Популярные статьи  Ветроэнергетические установки

МОП — транзистор (МОП — транзистор) был изобретен Mohamed Atalla и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году МОП — транзистор был первым по- настоящему компактный транзистором , который может быть уменьшен и массовым производством для широкого круга применений. Его преимущества включают высокую масштабируемость , доступность, низкое энергопотребление и высокую плотность . Он произвел революцию в электронной промышленности , став самым широко используемым электронным устройством в мире. МОП-транзистор является основным элементом большинства современного электронного оборудования и сыграл центральную роль в революции электроники, революции микроэлектроники и цифровой революции . Таким образом, полевой МОП-транзистор считается рождением современной электроники и, возможно, самым важным изобретением в электронике.

Типы схем

Схемы и компоненты можно разделить на две группы: аналоговые и цифровые. Конкретное устройство может состоять из схем, которые имеют один или другой или смесь двух типов. Важный электронный метод как в аналоговой, так и в цифровой электронике включает использование . Среди прочего, это позволяет создавать очень линейные усилители с высоким коэффициентом усиления и цифровые схемы, такие как регистры, компьютеры и генераторы.

Аналоговые схемы

Шасси преобразователя частоты Hitachi J100

Большинство аналоговых электронные приборы, такие как радио приемники, построены из комбинации нескольких видов основных схем. Аналоговые схемы используют непрерывный диапазон напряжения или тока в отличие от дискретных уровней, как в цифровых схемах.

К настоящему времени разработано огромное количество различных аналоговых схем, особенно потому, что «схему» можно определить как что угодно, от одного компонента до систем, содержащих тысячи компонентов.

Аналоговые схемы иногда называют линейными, хотя многие нелинейные эффекты используются в аналоговых схемах, таких как смесители, модуляторы и т. Д. Хорошими примерами аналоговых схем являются ламповые и транзисторные усилители, операционные усилители и генераторы.

Редко можно найти современные схемы, полностью аналоговые. В наши дни аналоговые схемы могут использовать цифровые или даже микропроцессорные технологии для повышения производительности. Этот тип схемы обычно называют «смешанным сигналом», а не аналоговым или цифровым.

Популярные статьи  Расчеты для улучшения коэффициента мощности в трехфазной сети

Иногда бывает трудно различить аналоговые и цифровые схемы, поскольку они имеют элементы как линейной, так и нелинейной работы. Примером может служить компаратор, который принимает постоянный диапазон напряжения, но выводит только один из двух уровней, как в цифровой схеме. Точно так же транзисторный усилитель с перегрузкой может иметь характеристики управляемого переключателя, имеющего по существу два уровня выходного сигнала. Фактически, многие цифровые схемы фактически реализованы как вариации аналоговых схем, подобных этому примеру — в конце концов, все аспекты реального физического мира по сути аналоговые, поэтому цифровые эффекты реализуются только путем ограничения аналогового поведения.

Цифровые схемы

Цифровые схемы — это электрические схемы, основанные на нескольких дискретных уровнях напряжения. Цифровые схемы являются наиболее распространенным физическим представлением булевой алгебры и являются основой всех цифровых компьютеров. Для большинства инженеров термины «цифровая схема», «цифровая система» и «логика» взаимозаменяемы в контексте цифровых схем. В большинстве цифровых схем используется двоичная система с двумя уровнями напряжения, обозначенными «0» и «1». Часто логический «0» представляет собой более низкое напряжение и обозначается как «низкий», тогда как логическая «1» обозначается как «высокий». Однако в некоторых системах используется обратное определение («0» — «высокий») или текущие. Довольно часто разработчик логики может менять эти определения от одной схемы к другой, если он считает нужным облегчить свой дизайн. Определение уровней как «0» или «1» произвольно.

Изучена троичная (с тремя состояниями) логика и созданы несколько прототипов компьютеров.

Компьютеры , электронные часы и программируемые логические контроллеры (используемые для управления производственными процессами) состоят из цифровых схем. Другой пример — цифровые сигнальные процессоры .

Строительные блоки:

  • Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET)
  • Логические ворота
  • Сумматоры
  • Шлепки
  • Счетчики
  • Регистры
  • Мультиплексоры
  • Триггеры Шмитта

Высокоинтегрированные устройства:

  • Чип памяти
  • Микропроцессоры
  • Микроконтроллеры
  • Специализированная интегральная схема (ASIC)
  • Цифровой сигнальный процессор (DSP)
  • Программируемая вентильная матрица (FPGA)
  • Программируемые аналоговые массивы (FPAA)
  • Система на кристалле (SOC)

Способы упаковки

На протяжении многих лет использовалось множество различных методов соединения компонентов. Например, ранняя электроника часто использовала двухточечную проводку с компонентами, прикрепленными к деревянным макетам для построения схем. Другими методами использовались и проволочная обмотка . В большинстве современной электроники сейчас используются печатные платы, изготовленные из таких материалов, как FR4 или более дешевая (и менее износостойкая) бумага со склеенной синтетической смолой ( SRBP , также известная как Paxoline / Paxolin (торговые марки) и FR2), характеризующаяся коричневый цвет

Популярные статьи  Антенна для цифрового ТВ своими руками

Проблемы здоровья и окружающей среды, связанные со сборкой электроники, привлекли повышенное внимание в последние годы, особенно в отношении продуктов, предназначенных для Европы.

Электронная промышленность

Электронная промышленность состоит из различных отраслей. Центральной движущей силой всей электронной промышленности является сектор полупроводниковой промышленности , годовой объем продаж которого по состоянию на 2018 год превысил 481 миллиард долларов . Крупнейшим отраслевым сектором является электронная коммерция , объем продаж которой в 2017 году превысил 29 триллионов долларов . Наиболее широко производимые электронные устройства представляет собой полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET), в период с 1960 по 2018 год было произведено примерно 13 секстиллионов MOSFET. В 1960-х производители США не могли конкурировать с японскими компаниями, такими как Sony и Hitachi, которые могли производить качественный товар по более низким ценам. Однако к 1980-м годам производители из США стали мировыми лидерами в разработке и сборке полупроводников.

Компьютерное проектирование (САПР)

Сегодняшние инженеры-электронщики имеют возможность разрабатывать схемы с использованием предварительно изготовленных строительных блоков, таких как источники питания , полупроводники (то есть полупроводниковые устройства, такие как транзисторы ) и интегральные схемы . Программы автоматизации проектирования электроники включают в себя программы захвата схем и программы проектирования печатных плат . Популярными именами в мире программного обеспечения EDA являются NI Multisim, Cadence ( ORCAD ), EAGLE PCB and Schematic, Mentor (PADS PCB и LOGIC Schematic), Altium (Protel), LabCentre Electronics (Proteus), gEDA, KiCad и многие другие.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: