Por que os eletricistas nem sempre são amigos da eletrônica. Parte 2. Como estudar eletrônica

A primeira parte do artigo:Por que os eletricistas nem sempre são amigos da eletrônica

Antes de tudo, precauções de segurança

Alguns dispositivos eletrônicos são isolados galvanicamente da rede de iluminação. Portanto, a conformidade com as regras de segurança não será supérflua, mas esse é um tópico para outro artigo, e já existem muitos artigos escritos, aqueles que desejam podem ler por conta própria. Além disso, supõe-se que todos que leem este artigo estejam familiarizados com as regras de segurança.

Base elementar

A base do elemento é a consistência dos circuitos eletrônicos, ou seja, são peças soldadas às placas de circuito impresso. E toda a base elementar não pode ser descrita nem mesmo em um livro enorme: por exemplo, a loja online de componentes de rádio "Elitan" oferece aos clientes mais de um milhão de itens de mercadorias de mais de mil fabricantes de todo o mundo.

Quase todos os equipamentos eletrônicos modernos são montados com base em elementos burgueses importados, simplesmente. Mas, nesse aspecto, não se deve ficar particularmente chateado, porque a documentação para quase todos os microcircuitos, diodos, transistores, tiristores e outros detalhes pode ser encontrada na FOLHA DE DADOS ou nas descrições técnicas russas. Embora todas essas "planilhas de dados" estejam em inglês, é fácil entendê-las.

Quem está envolvido no reparo de equipamentos eletrônicos sabe que nem sempre é possível encontrar um diagrama do dispositivo que está sendo reparado. Nesse caso, a FOLHA DE DADOS no microcircuito ajuda muito: você pode encontrar todas as entradas e saídas, sinais estroboscópicos e de controle e entender o que o microcircuito faz no dispositivo.

O desenvolvimento da tecnologia eletrônica. Lei de Moore

A tecnologia eletrônica está se desenvolvendo muito rapidamente e dinamicamente. Os primeiros circuitos integrados surgiram em 1965 e, pouco depois, um dos fundadores da Intel, Gordon Moore, abriu uma lei que recebeu seu nome. A lei de Moore afirmou que a cada 18 ... 24 meses o número de transistores em microchips aproximadamente dobra. Essa observação foi realizada com base na produção de chips de memória ou simplesmente na memória. Com base nisso, Gordon Moore concluiu que, em um futuro próximo, o poder dos dispositivos de computação aumentará exponencialmente. E essa lei ainda é válida.

Em 2006, a Intel lançou um processador contendo 1 bilhão de transistores e criou recentemente um processador Tukwila contendo mais de dois bilhões de transistores. Isso confirma totalmente a validade da lei de Moore. A tecnologia eletrônica está se desenvolvendo muito mais rápido e dinamicamente do que todas as outras áreas da ciência e tecnologia. Os cientistas estimam que, se a indústria aeronáutica se desenvolvesse com essa dinâmica, um Boeing 767 moderno poderia voar ao redor do mundo em apenas 20 minutos, gastando não mais que 20 litros de combustível e, ao mesmo tempo, custando não mais que US $ 500.

Todos os transistores mencionados são fabricados por nanotecnologia, que agora é amplamente ouvida. Mas, mesmo neste design, ainda são transistores. Em seguida, haverá uma pequena conversa sobre transistores.

Breve descrição dos transistores

Vamos tentar imaginar um mundo moderno sem transistores. Provavelmente, toda a vida vai parar: os telefones se desligam, as TVs se apagam, os carros param, o calor, a água e a eletricidade desaparecem nas casas. Afinal, a operação de todos os dispositivos mencionados é controlada por todos os tipos de circuitos eletrônicos, cuja base é um transistor. Que tipo de dispositivo mágico é esse transistor?

Transistores bipolares

O primeiro transistor bipolar foi inventado em 1947 por cientistas americanos - físicos W. Shockley, D. Bardin e U.Brattain, que na época eram funcionários do laboratório Bell Labs. A data de nascimento do transistor deve ser considerada em 23 de dezembro de 1947, quando foi realizada a apresentação oficial do novo dispositivo.

Como acontece com muitas invenções pendentes, o transistor não foi percebido imediatamente: apenas 9 anos após a data mencionada, seus criadores receberam o Prêmio Nobel. Um dos fundadores do transistor, John Bardin, pouco depois recebeu novamente o Prêmio Nobel. Desta vez para a criação da teoria da supercondutividade.

A princípio, o novo dispositivo eletrônico não tinha seu nome. Por analogia com uma lâmpada de elétrons - um triodo, era chamado de triodo semicondutor ou triodo cristalino. O nome comum para o transistor foi inventado por um colega dos cientistas mencionados acima, John Pierce. A palavra era composta de duas palavras: transferência - transferência e resistor - resistência. De fato, um sinal de controle aplicado a um dos eletrodos (base) altera a resistência entre outros dois eletrodos (coletor, emissor) do transistor. Se esses eletrodos estiverem conectados ao circuito aberto da fonte de alimentação, torna-se possível controlar qualquer carga. Pode ser um alto-falante, uma bobina de relé, uma lâmpada, o próximo estágio do transistor e muito mais.

Já em 1956, o primeiro rádio transistor portátil foi criado, o que permite ouvir música não apenas em casa, mas em qualquer lugar. Ao usar tubos de rádio em receptores, isso nem podia ser imaginado.

Invenção de novas tecnologias

Essa primeira experiência em miniaturização de equipamentos de rádio colocou em ação mentes inquisitivas talentosas e, dois anos após a criação do primeiro receptor de transistor, os cientistas americanos Jack Kilby e Robert Neuss deram um grande passo no desenvolvimento da tecnologia de semicondutores. A tecnologia desenvolvida por eles tornou possível combinar vários transistores em um circuito integrado ao mesmo tempo. Esta invenção apresentou Robert Noyce a Gordon Moore, e já em 1968 eles criaram a Intel Corporation, que foi o início da produção de computadores modernos.

Transistores de efeito de campo

Deve-se lembrar que, muito antes da invenção de um transistor bipolar controlado por corrente, foi obtida uma patente para um transistor de efeito de campo. Os princípios de operação dos transistores de efeito de campo foram tratados pelo físico austro-húngaro Julius Edgar Lilienfeld em 1925 e já em 1928 receberam uma patente alemã. E em 1934, o primeiro transistor de efeito de campo foi patenteado pelo físico alemão Oscar Hale.

A física dos transistores de efeito de campo é um pouco mais simples que a bipolar; portanto, eles foram desenvolvidos muito antes. Seu trabalho é baseado no simples efeito de um campo eletrostático; esses transistores também são chamados de transistores MOS. Apesar do dispositivo simples em comparação com um transistor bipolar, os primeiros transistores MOS apareceram apenas em 1960, embora agora esses transistores constituam a base de toda a tecnologia de computadores. Somente nos anos noventa do século passado, os transistores de efeito de campo começaram a dominar o bipolar.

Chips analógicos e digitais

No processo de criação de transistores, descobriu-se que os transistores podem operar nos modos linear e chave. O modo linear permitiu a amplificação de sinais elétricos. Mas um transistor não pode dar um ganho suficientemente grande, então amplificadores operacionais (amplificadores operacionais) foram desenvolvidos. Eles receberam esse nome porque eram usados ​​em computadores analógicos, onde realizavam operações matemáticas.

Agora, os computadores analógicos não estão mais lá, mas os amplificadores operacionais permaneceram e são usados ​​com sucesso em vários dispositivos eletrônicos. Existem esquemas típicos para ligar um amplificador operacional; portanto, os parâmetros das cascatas feitas em um amplificador operacional são altamente repetíveis. Por exemplo, o ganho em cascata é determinado apenas por resistores externos e pode ser definido com muita precisão.

Portanto, se você decidir começar a estudar o básico da eletrônica, o uso de amplificadores operacionais pode simplificar bastante essa tarefa. Nos amplificadores operacionais, muito foi escrito em livros, bem como em artigos na Internet, existem muitos tipos de designs.

Operação do Transistor Chave usado em circuitos digitais, eles também são chamados de lógicos, porque executam operações lógicas ou operações Álgebra booleana. Uma vez, foi nesses microcircuitos que os computadores foram criados. Essas máquinas eram muito volumosas, lentas, o consumo de energia é simplesmente imenso. Esses computadores são coisa do passado, e todos os tipos de dispositivos relativamente simples são fabricados em microcircuitos digitais por radioamadores. São esses microcircuitos que podem ser recomendados para o estudo independente da eletrônica, para a realização dos primeiros experimentos.

Conclusão

E agora, para resumir, lembre-se do título do artigo: "Por que os eletricistas nem sempre são amigáveis ​​com a eletrônica". Se você não levar em conta a simples preguiça, o motivo da hostilidade à eletrônica pode ser um medo elementar de não entender algo ou estragar algo.

Este artigo foi escrito apenas para derrotar esse medo, ganhar fé nas próprias forças e forçar alguém a tentar a si mesmo com uma nova qualidade. A eletrônica é contagiosa, no bom sentido da palavra. Primeiro, dominaremos os transistores, depois passaremos para a lógica digital, e não fica longe dos microcontroladores. Portanto, camaradas eletricistas, sejam corajosos, não tenham medo da eletrônica, façam amizade com ela!

Boris Aladyshkin