Elektronik (teknik)
Elektronik bir kolu olan , uygulanan fizik , "iletim olayları odaklanır elektrik ve bağlantılı donanım" . "Vakum, gazlar ve yarı iletkenlerdeki yük taşıyıcıların hareketi, ortaya çıkan elektriksel iletim olayları ve uygulamaları" ile ilgilenir .
Özellikle elektrik devreleri yükseltici elemanlar ve özellikle yarı iletkenler içerdiğinde elektronikten bahsediyoruz . Elektroteknik terimi prensipte elektriğin tüm uygulamalarını kapsar, ancak Fransızca'da telekomünikasyon ve bilgi teknolojileri alanlarını hariç tutuyoruz , bu nedenle elektroniğin münhasır alanı olarak kabul ediliyor.
Elektronik ticareti, her biri bir çalışma alanı olan oldukça özel alanlara girer: dijital elektronik , güç elektroniği , vb.
Genel
Elektronik, çoğu endüstride yardımcı olan, uygulamalı fiziğin en önemli dallarından biri olan teknik bir disiplin veya mühendislik bilimidir .
Kelime e başlangıçta olguları ve ilgili teoriler demektir elektronun ortasında bir teknik anlam alır XX inci yüzyılın. Mucitler elektriği kullanan endüstriler ve teknikler geliştirdiler - telgraf , elektrik ışığı , elektrik motoru , telefon , radyo , bilim adamları elektronik bir madde teorisi geliştirirken ampirik olarak çalıştılar . "Elektronik cihaz" kavramı, başlıcaları kristal alıcı , teorisi daha sonra "eksik bilinen" bir yarı iletken ve sonuncusu ilkesi doğrudan olan "elektronik dedektör" olan radyo dalgası algılama cihazlarının sınıflandırılmasından kaynaklanmaktadır. ısıtılmış katottan elektron akışına bağlıdır. Bu elektron tüpü , birçok uygulamadan hızla yararlanan amplifikasyona izin verir. Bazıları, yayıncılık gibi , ürünlerini genel halka yayınlayacak. Bu buluş, çoğu yazar için bir uzmanlık alanı olarak elektroniğin başlangıcını işaret eder.
Kuantum fiziği yarı iletkenler çalışmasını anlamak için elemanları verir. 1947 civarında transistör etkisinin keşfi , ardından katı hal devrelerinin üretimi, sağduyulu "elektronik" elektron parçacığını ayırdı . Kullanım, elektrik arkı ve korona etkisi gibi elektronik akıları içeren olayları ve bunların uygulamalarını elektronik kapsamı dışında olarak ele alır.
Elektroniğin elektrik mühendisliği içindeki durumu - elektriğin tüm uygulamaları - kesin değildir. Yarı iletkenlerin kullanımı bazen bir kriterdir, diğer yazarlar elektrik mühendisliğinin güç aktarımı ile ilgilendiğine inanırken, elektronik bilgi elektrikle iletimini inceler. Bununla birlikte, bilgi iletiminin incelenmesi, büyük ölçüde elektrikten bağımsızdır. Onun fikirleri tamamen matematikseldir. O sinyaller bu bilgiyi dönüştürmek için kullanılır, ancak belirlenen elektrik yöneten fizik kurallarına, bilmek gerekmez, çünkü elektronik iletişim kurar XIX inci yüzyıl. Yalnızca elektronik bileşenlerin tasarımı ve üretimi, daha yeni bilimsel kaynakları harekete geçirebilir. Her alan kendi etkinliğine uyarlanmış yöntemler ve matematiksel modeller geliştirmiştir . Elektronik ve elektrik mühendisliği yakından iç içedir ve kurumsal bir ayrım yoktur.
Elektrik enerjisi ve sinyal
Bir elektronik sistem iki kısma ayrılabilir:
- çalışması ve kontrol ettiği mekanik, akustik, termal veya diğer sistemler için gerekli elektrik enerjisini yönetir ;
- diğeri bilgi taşıyan sinyallerle ilgilenir .
Elektrik sinyali, bilgi taşıyan değişken elektrik voltajıdır. Sinyal işleme söz konusu olduğunda, karşılık gelen güç önemsizdir ; zayıflığı sinyalin bütünlüğünü tehlikeye atmadığı sürece mümkün olduğu kadar zayıf yapılır .
Böylece en karmaşık işlemler zayıf akımlarla gerçekleştirilir . Sistem bir güç çıkışı talep ettiğinde, geriye kalan tek şey güç kaynağının gücünü sinyale benzer bir güce dönüştürmektir. Elektroniğin bu kısmı verimlilikle ilgilidir: güç kaynağı tarafından tüketilen enerjinin ne kadarı faydalı çıktı ile sonuçlanır. Güç tüketiminin özerkliğin azalması pahasına olduğu mobil elektronik uygulamalarının geliştirilmesi, güçler düşük olsa bile verimlilik endişesine yol açmaktadır.
Elektronik, mekanik veya diğer miktarları içeren bir sistemin kontrolüne sıklıkla uygulanır . Ki sensör büyüklüklerin dönüşüm dahil izin - gücü, akustik basınç, konum, zaman, vs - elektrik sinyali olarak, aktüatörler istenen fiziksel miktarları üretir - ısıtma dirençleri, motorlar vb. .
Elektronik uygulamalarının çoğu, diğer elektronik sistemlerden gelen sinyali diğer elektronik sistemlere işler.
Elektronik ve elektrik mühendisliği
Uluslararası standartlara göre elektrik mühendisliği , elektronik dahil tüm elektrik uygulamalarını kapsar . Fransızca'da iki uzmanlık alanını ayırma eğilimindeyiz. Elektrik mühendisliği, elektrik enerjisinin üretimi, dağıtımı ve dönüştürülmesi ile ilgilenecektir; güçlü akımlarla ilgilenirken, elektronikler zayıf akımlarla ilgilenirdi. Bu tarihsel farklılaşmanın artık var olması için hiçbir neden yoktur. Enerji yönetimi, bağımsız cihazlar söz konusu olduğunda çok düşük güçlerle ilgilenirken, elektrik güç kaynaklarının ve motorların düzenlenmesi ve alternatif ve doğru akımlar arasındaki dönüşüm, yüksek güçlü elektroniklere ihtiyaç duyar.
Elektronik ve toplum
Elektroniklerin modern toplumda yaşam üzerindeki etkileri büyüktür.
Elektronik, telekomünikasyona, ardından bilgisayarlara uygulanan, neredeyse tüm endüstriyel üretimlere katılan ve bunları birbirine bağlayan, çoğu teknik alanda faydalı soyutlamalar geliştirmiştir. Sinyal kavramını derinden değiştirmiştir ; popülerleşen bu kavram ya kendi başına ya da sadece endüstriyel faaliyette değil, aynı zamanda ekonomide de bir metonimi olarak kullanılmaktadır . Matematiksel bilgi kavramını üretti ve matematiksel kökenli, algoritmayı özümsedi.
Elektronik , Marshall McLuhan'ın elektronik çağ ve Manuel Castells'in Bilgi Çağı dediği teknik bir sistem kurar . "Bilgi toplumu " hakkında yorum yapan yazarlar , elektroniğin gelişimi daha fazla üretim ve dolaşıma karşılık gelse de, kitlesel üretilen nesnelerin dolaşımını yapılandıran sanayi çağına çoğu zaman karşı çıkıyorlar .
- elektronik üstel gelişim safhasına girerken Moore yasası - yazarlar, sinyal ve bilgi kavramlarını sistematize var hem de bunun geribildirim , ayrıca elektronik bağlamında geliştirilen ilmek sistemleri. Bir geliştirmek için sibernetik teori kadar uzamasını bilim kurgu eserleriyle geniş kitlelere ulaşan sosyal bilimler .
Yaklaşık elli yılda elektronik, toplumun tüm sektörlerine sızmış, bu da sosyal sistemin uyumlarının korunması için uyum sağlamasına yol açmıştır.
Bilginin elektronik ve değiştirilmesi özellikle sanayi üretiminde bu uyarlamalar endişe otomatonlardan tarafından robotlar sorgulanmasına yol Fordizmin projesini gerçekleştirerek, Taylorizm makine hafızasında üretim prosedürlerini kaydederek atölyeden insan irrasyonellerde kaldırın.
Tarihi
Elektronik bu kelimeyi, bir elektrik sinyalini yükseltebilen ve bu nedenle bir salınımı sürdürebilen ilk bileşenin icadına , 1907'de Lee De Forest'ın üçlüsüne kadar götürüyor . Bu olasılık telekomünikasyonu , telgrafı , telefonu dönüştürecek. ve ilk uygulama alanı olan yayıncılık , bilgisayar haline gelen hesap makineleri ve her türlü işlemi kontrol eden otomatlar alanında yayılmadan önce .
tüp dönemi
Elektronik hemen bir endüstri olarak ortaya çıkıyor. Son mucitler XIX inci olarak yüzyıl Edison veya Bell istismar ve yeni gelenler için kapıyı kapatmak patentler sayesinde ve yerleşik büyük organizasyonlara büyüdü. Elektron tüpünün icadı , Birinci Dünya Savaşı'na kadar felç olan yasal savaşlara yol açacaktır . Amerikan hükümetinin 1916'da aldığı acil durum önlemleri, durumun engelini kaldırdı ve endüstri, donanma için radyo iletişim sistemleri üretti. Barış geri döndüğünde, bu kapasiteler 1920'den itibaren elektroniklerin ilk ev içi kullanımı olan yayıncılığı başlatmak için kullanıldı. Rakip endüstriler General Electric ve AT&T , konumlarını korumak için mühendislerin fizik keşiflerini uyguladığı araştırma laboratuvarları düzenler ve araştırmaları yeni yolların keşfinden ziyade mevcut ürünlerin iyileştirilmesine yönlendirir.
Elektroniğin uygulamasından yayıncılığa , radyo amatörleri ve DIY meraklıları tarafından üretilen popüler elektronikler ortaya çıkıyor . İle galen istasyonu , hala bir kullanımı sadece bir tanesidir yarı iletken . Gibi Yayınlar La radyo mais c'est très basit tarafından, Eugène Aisberg , tarihler 1936 için geri hangi ilk baskısında, yardım amatör becerilerini geliştirmek. Bu sektör, teorik fiziğin sonuçlarını özümsemekten çok, reçetelerin ve süreçlerin değiş tokuşuyla ve serbest deneylerle işler. Böylece elektro gitar 1920'lerin sonundan önce ortaya çıktı, ardından Theremin veya Ondes Martenot gibi bir dizi müzik aleti geldi .
transistör çağı
Yarı iletkenlerin kullanımı , küçük boyutu ve düşük voltajlı çalışmasıyla tüp elektroniğinin karşıtı olan katı hal elektroniği çağını açar . Katı hal elektroniği, aynı boyuttaki bir devredeki bileşenlerin sayısını önemli ölçüde artırabilir ve tüpten çok daha az enerji tüketebilir.
Ferdinand Braun , kristal diyotu 1878 gibi erken bir tarihte tanımlamıştı, ancak endüstriyel üretime daha duyarlı olan tüpün icadı, onu modası geçmiş olarak kabul etti. 1920'lerde kuantum fiziği, metallerdeki elektronların dolaşımına bir teori verdi ve fenomeni açıkladı; Bell Laboratuvarları 1936'da bir çalışma grubu oluşturdu. Almanya, İngiltere ve diğer ülkelerde de benzer araştırmalar yapılıyor.
İkinci Dünya Savaşı için araştırmacılar harekete radar . Elektronik tüpler, mühendislerin elde etmek istediği çok yüksek frekanslarda çalışmaz, bu da iki malzeme, germanyum ve silikon ile katı hal doğrultucuları üzerine araştırmaların yeniden başlatılmasını teşvik eder. Huzur içinde, laboratuvarlar çalışmalarına devam ediyor. Julius Edgar Lilienfeld , 1926'da bir alan etkisi cihazı için patent başvurusunda bulundu, ancak prensip, kristalin yüzey tabakasının iletkenliğinin mükemmel kontrolünü gerektiriyor. Yüzey durumu üzerine araştırma, tesadüfen yeni bir ilkeye yol açar.
1947'nin sonunda Bell Laboratuvarları'nda John Bardeen ve Walter Brattain'i geliştiren kristal germanyum üzerindeki ilk tepe transistörünün (in) yapısı , galen alıcı kristalindeki LED'e çok yakın kalır . Bu deneyimin ardından William Shockley , bipolar transistörün çalışmasıyla ilgili ilk teoriyi geliştirdi. Altı ay sonra, aynı laboratuvar , bağlantıları kristalin üretimi sırasında oluşturulan bir çekme bağlantı transistörü (in) üretti . 1951'de, General Electric ve RCA'nın rakip laboratuvarı, girdilerin bir alt tabakanın her iki tarafındaki bağlantıları oluşturduğu bir alaşım bağlantı transistörü (in) geliştirdi . 1954'te Bell, difüzyon bağlantı transistörü (in) için ilk patentleri aldı . Bu süreç seri üretime izin verecektir. Bell daha sonra yetkililer tarafından transistör patentleri için işletme lisansı vermeye zorlandı. Alıcılar arasında Sony olacak bir Japon şirketi var . Yeni gelen Texas Instruments , dünyanın ilk silikon transistörünü üretti . 1959'da Fairchild Semiconductor'dan Jean Hoerni , aynı alt tabaka üzerinde birkaç transistör üretmeyi mümkün kılan ve daha sonra sürekli olarak iyileştirilecek olan düzlemsel süreci mükemmelleştirdi . Aynı yıl, Bell Labs , Lilienfeld'in orijinal fikrine göre bir metal oksit kapı alan etkili transistör üretti ; ancak bu süreç 1985 yılına kadar endüstriyel olarak optimize edilmeyecektir.
1954'ten itibaren transistör, transistör radyo (in) dizüstü bilgisayarı Sony'yi piyasaya sürdü: "Yakında Fransa'da satılacak olan ilk alıcı transistörlü radyo, 500 saatin üzerinde 3 el feneri pili üzerinde toplu çalışma ! » Bir dergiyi duyurur.
Transistör, hemen hemen tüm uygulamalarında tüpün yerini alacaktır. 1984 yılında, Dünya Transistörler Dizini 27.000'den fazla referans içeriyordu.
Entegre devre çağı
Yarı iletken elektroniğin ilk yıllarında, İngiliz mühendis Geoffrey Dummer (in) , desteklere kaynaklanmış çok sayıda bileşenden daha güvenilir olan tek bir katı blokta eksiksiz elektronik düzenekler üretme projesini sunar.
Texas Instruments'tan Jack Kilby , 1958'de laboratuvarda bir germanyum levha üzerinde yapılmış tam bir osilatör olan ilk entegre devreyi gösterir . Bu, orijinal fikrinin uygulanabilirliğinin kanıtıdır: bir yarı iletken, sadece transistörleri ve diyotları değil, aynı zamanda dirençleri ve kapasitörleri, tam bir devrenin tüm öğelerini oluşturmak için kullanılabilir. Bununla birlikte, devresi monolitik bir entegre devre değildir: bir pakette birleştirilmiş birkaç yarı iletken eleman içerir.
1960'ların başlarında, büyük ölçekte entegre devreler üretme olasılığı, elektronik inovasyon için borsada bir coşku yarattı .
Düzlemsel işlemi mümkün, tek bir destek üzerinde çok bileşen imal edilmesi mümkün olmaktadır. Destek daha sonra izole edilmiş transistörlere bölünür. Bir devre oluşturmak için, transistörlerin her birini bağımsız çalışacak şekilde izole edebilmek gerekir. Robert Noyce bir süreç bulmuştur, Fairchild Electronics 1962 yılında ilk monolitik entegre devreyi, bir mantık kapısını piyasaya sürmüştür. Büyük ölçekli entegrasyonu ve seri üretimi sağlayan süreçti. Bağlantı transistörlerinin, üretimi daha basit ve daha küçük olan silikon oksit alan etkili transistörlerle değiştirilmesi, prototipleri ve maskeleri elektron demetinde litografi ile üretilen ve bir kez odakta, yüz binlerce birim tarafından dağılmıştır.
Entegre devrenin gelişimi, elektronikte uzmanlaşmanın hızlanmasına neden olur. Ekipler devreleri optimize eder ve diğer elektronik mühendisleri bunları yayınlanmış özelliklerine göre monte edilecek bileşenler olarak görür. Bu nedenle devre teorisi, ideal işlemsel yükselteç veya mantık için mantık kapıları veya flip - floplar gibi matematiksel varlıklara dayanabilir .
türevler
Elektronik, her şeyden önce, elektrik voltajındaki değişimlerin izini görünür hale getirerek, sinyal kavramına madde veren, aynı zamanda gerçekleştirme olasılığı olan osiloskop gibi ölçüm aletleri ile kendi gelişmeleri için araçlar yarattı. kısacık fenomenler üzerinde ölçümler.
Elektroniğin gelişimi telekomünikasyon bilim ve teknolojisinin gelişmesine yol açtı ve ardından bilgi teknolojisi doğdu .
Elektronik, ilk olarak telefon ağlarına uygulandı ve aynı hattaki olası iletişim sayısını çoğaltan sinyallerin çoğullanmasına izin verdi . Bu uygulama, örnekleme teorisini ve bilgi teorisini getirir. Telefon hatlarının anahtarları, hatların kullanımını optimize etmek için, bir bağlantı elde etmek için birkaç yolun mümkün olduğu kabul edildiğinden, tamamen daha karmaşık otomatlardır. Başlangıçta elektromekanik, mantık elektroniği ile daha hızlı anahtarlama gerçekleştirirler. Bilgi teorisi ve algoritmalar, bilgisayar biliminin temelleridir.
Materyal desteğinden kopuk soyut bir disiplin haline gelen bilgisayar bilimi, elektroniğin gelişmesi için gerekli kavram ve yöntemleri üretmiştir: sistem kavramı, devre simülasyon yazılımı, sinyal işleme yöntemi vb.
Elektroniğin mevcut gelişimi şunları içerir:
- moleküler veya elektronik fizikte ( nanoteknolojilerin gelişimi) işleyen mekanizmalar ve fenomenlerin ayrıntılı bir şekilde anlaşılmasını gerektiren bileşenlerin artan bir entegrasyonu için araştırma ;
- elektrik enerjisini mümkün olduğunca verimli kullanma ihtiyacı.
Bazıları mantık elektroniğinden kuantum hesaplamaya kadar temel ilkelerde tam bir değişiklik öngörüyor .
Elektronik disiplinleri
Elektronik, işlenen sinyalin türüne, uygulama ailesine ve hatta genel sistemde incelenen öğenin işgal ettiği hiyerarşik düzeye göre ayırt edilebilen bir disiplinler ailesidir.
Sinyal türleri
Elektroniğin amacı, elektrik sinyalinin donanım bileşenleri tarafından işlenmesi ve elektrik gücünün dağıtımıdır .
Sinyaller iki ana tipe ayrılır:
Sinyalin incelenmesi ve faydalı sinyal ile arka plan gürültüsü arasındaki ayrım , bilgi teorisinin alanıdır .
analog elektronik
Disiplin, büyüklüğü sürekli olan , ancak ayrı örneklere bölünebilen analog sinyallerin işlenmesi ile ilgilidir .
Dönüştürücüler ve bunların derhal arayüzleri her zaman analog vardır. Analogdan dijitale dönüştürücü (ADC), bir dijital sinyal ve analog bir sinyal dönüştürür , dijital-analog dönüştürücü tersine (DAC). Bu sistemlerde dijital ve analog arasındaki çizgi ayırt edilemez.
Bir sigma-delta analog-dijital dönüştürücü, gelen analog sinyali, önceki sonuçların zamansal entegrasyonuyla ürettiği analog bir voltajla karşılaştırır - değeri yalnızca 0 veya 1 olabilen ve yalnızca değişen bir mantık sinyali 'örnekleme sırasında. Çıkan sinyal hem analog hem de mantıktır.
Yöntem daha sonra dijital alandaki yüksek frekanslı 1-bit örneklemeyi gerekli sayıda bit ve örnekleme hızı ile dijital bir sinyale dönüştürür.
Dijital elektronik
Dijital elektronik, güç aktarımı olmaksızın yalnızca saf bilgi ile ilgilidir.
Örneklenen ve değer uzayı ayrık olan sinyalleri işler. Bir örneğin alabileceği değer sayısı sınırlıdır. Bunlar ikili sayılarla kodlanmıştır . Herhangi bir dijital sinyal, yalnızca iki olası, 0 veya 1 ile bir dizi ikili değere indirgenebilir. Dijital elektronikler, özellikle mikroişlemci veya mikro denetleyici içeren sistemlerde kullanılır . Bir bilgisayar çoğunlukla dijital elektronikten oluşur. Dijital sinyal işleme, giderek analog işlemenin yerini alıyor. Tüketici uygulamalarında, bu gelişme özellikle görsel-işitsel alanlarda dikkat çekicidir: telefon, televizyon, ses, video.
Mantık devrelerindeki sinyaller sürekli nicelikler olarak kalır. Mantık devrelerinde elektriksel büyüklükler maksimum ve minimum arasında sonsuz sayıda değer alabilir. Açıkça 1 veya 0 anlamına gelen bir seviyeyi garanti etmek için tüm bu değerleri ve aralarında geçiş yapma zamanını göz önünde bulundurmalısınız. Sinyalin bütünlüğü elektrik sinyali karşılık bu garantiyi demek ki, mantık sinyali bilgilerinin yenilenmesi oranı yüksek olduğu için, dijital elektronik temel hedefidir, daha zor elde etmek..
Güç elektroniği
Güç elektroniği, önemli miktarda elektrik enerjisinin kontrolü veya dönüşümü ile ilgilidir.
Güç elektroniğinin uygulama alanı , eski elektromekanik çözümlerin yerini aldığı evsel ve endüstriyel elektrik mühendisliğidir .
Güç ve verimlilik soruları ayrıca tüm dijital elektronik cihazları, özellikle bir elektrik enerjisi kaynağına bağlı olmayan bağımsız cihazları da ilgilendirir.
Çalışma nesnesinin yapısı
Bazı elektronik disiplinler, en basitten en karmaşığa kadar, bir elektronik sistemin yapısında çalışmanın nesnesinin işgal ettiği yer tarafından tanımlanır.
bileşen fiziği
Elektronik komponent en basit düzeydedir. Teknolojik bilgi birikimi, bir bileşeni üretmek için gerekli tüm bilgi ve araçları bir araya getirir ve temel olarak katı hal fiziği ve kimyasal süreçler gibi temel bilimlerdeki becerileri ve elektrik ve elektrik yasaları gibi temel bilimlerdeki becerileri gerektiren bileşenlerin fiziğine dayanır. elektromanyetizma.
Elektrik devresi
Elektrik devresi elektronik bilimi çalışmanın temel amacıdır. Bir elektronik devre, birkaç ilişkili elektronik bileşeni içeren bir sistemdir. Devre kelimesi , işlemenin, mutlaka jeneratörün bir kutbundan diğerine kapalı bir yol şeklini alması gereken, birbirine bağlı bileşenlerde akan elektrik akımları sayesinde gerçekleştirilmesi gerçeğinden gelmektedir .
Devre teorisi , elektriğin çalışmanın ardından XIX inci yüzyılın elektronik devrelerin tasarımı için bir temel oluşturur.
Modern elektronik sistemler milyonlarca temel bileşenden oluşur. Elektronik devre mühendisliği, yalnızca birkaç milyona kadar bileşen gerektiren nispeten basit işlevlerin (veya modüllerin) gerçekleştirilmesiyle ilgilenir.
Elektronik devre boyutu
Önceki sınıflandırma, ele alınan elektronik devrelerin boyutuna göre bir sınıflandırma ile örtüşmektedir.
Elektronik vakum tüpleri
Adından da anlaşılacağı gibi, temel aktif bileşenler (vakum diyotları, triyotlar, tetrodlar, pentotlar vb.) olarak vakum tüpleri veya elektronik tüpler kullanır . Çok yüksek güçlü radyo vericilerinin kaybolma sürecinde olan ve seste, tüplü elektro gitar için amplifikatör gibi eski uygulamalarda neredeyse hiç bileşeni yoktur .
gizli elektronik
Çoğunlukla elektronik kartlar üzerine monte edilen (entegrenin aksine) bireysel veya "ayrık" temel bileşenleri kullanır . Bu tip elektronik tasarım, yerini mikroelektronik aldığından, deney düzenekleri veya boş zaman elektroniği bağlamında pek kullanılmaz. Mevcut bir elektronik kartta, tümleşik devreler ana işlevleri yerine getirse de, bunların uygulanması için gerekli olan ayrı bileşenler (esas olarak dirençler ve kapasitörler) vardır.
mikro elektronik
Temel elektronik bileşenlerin minyatürleştirilmesi 1950'lerde başladı.Temel bileşenlerin boyutu azalmaya devam etti ve birkaç on nanometre boyutuna ulaştı . Bu ilerlemeler, birkaç milimetre karelik bir alanda birkaç milyon temel bileşenin üretilmesini mümkün kılan, özellikle silikon olmak üzere yarı iletken malzemelerin işleme yöntemlerindeki gelişmeler sayesinde mümkün olmuştur . "Entegre elektronik" ile eşanlamlı olan mikroelektronik, mikrometrik ve nanometrik boyutlardaki bileşenleri kullanan sistemlerle ilgilidir.
Nanoelektronik ve moleküler elektronik
Modern elektronik sistemlerde, boyutları nanometre cinsinden ölçülen ve bazen moleküllerinkiyle karşılaştırılabilir bileşenler ortaya çıktıkça, "mikro" ön eki eskimeye başlıyor . Böylece nanoelektronik, nanoteknoloji ve moleküler elektroniği çağrıştırıyoruz . Son teknik gelişmeler, elektronların özelliklerine ve spinlerine dayalı bileşenlerin tasarımının tasavvur edilmesini bile mümkün kılmıştır : spintronik .
mikrosistemler
Mikro ve nano teknolojilerdeki ilerlemeyle birlikte, elektronik devreler ve sistemler etrafında farklı teknik alanlara (mekanik, termal, optik…) ait sistemlerin kaynaşmasını gözlemliyoruz. Bu birleşmelere genellikle "çok alanlı sinyal işleme sistemleri" veya "çok alanlı sistemler" denir. Bu ilerlemelerin kökeninde, elektronik devrelerle aynı silikon kristalleri üzerinde üç boyutlu yapılar üretmeyi mümkün kılan çok gelişmiş silikon işleme süreçleri yatmaktadır. Bu yakınlık, geleneksel olarak farklı alanlarda gerçekleşen işlemlerin iç içe geçmesini ve aynı sistem içinde farklı fiziksel yapıdaki (termal, mekanik, optik, vb.) sinyallerin bir arada bulunmasını sağlar. Böylece 1990'lı yıllardan itibaren mikroelektromekanik sistemler ( MEMS ) büyük miktarlarda üretilmiş ve kullanılmaktadır.
Mikrosistem örnekleri:
- Optik anahtarlar ,
- Optik konektörler,
- Mikro ayna matrisleri veya pikselleri tanımlayan DMD (Digital Micromirror Device): 2000 yılında Philippe Binant tarafından gerçekleştirilen Avrupa'daki ilk halka açık dijital sinema projeksiyonu , Texas Instruments tarafından geliştirilen bir MOEMS kullanımına dayanıyordu ,
- Değişken dalga boyu VCSEL ( Yüzeyden yayılan dikey boşluklu lazer diyot ),
- Mikrobolometreler ( mikrometrik ölçekli bolometre ).
teorik temel
Tasarım yöntemleri
Bir devrenin elektronik özelliklerinin modellenmesi, elektrik ve elektromanyetizmanın temel ilkelerine ( Ohm yasası , Gauss teoremi , Lenz-Faraday yasası ), yarı iletken malzemelerin çalışma modellerine (PN eklemi, transistör etkisi, çığ etkisi), matematiksel temellere dayanmaktadır. ve istatistiksel araçlar (karmaşık sayı, Fourier dönüşümü, dalgacık dönüşümü, Gauss yasası). Yüksek frekanslı sinyallerle ilgili çalışmalar, dalga yayılımının analizi ile ilgili yöntemlerden ( Maxwell denklemleri ) yararlanır. Atom düzeyinde elektronik bileşenlerin incelenmesi, kuantum fiziği ile ilgili sonuçları ve yöntemleri bütünleştirir .
Elektronik devrelerin matematiksel bir modelle simülasyonu çok yaygın bir süreçtir ve çok ileri düzeydedir. Bazı bilgisayar yazılımları, sıcaklık veya elektromanyetik alanlar gibi birçok parametreyi entegre edebilir. Model, blok diyagramı ve bileşen yerleşimini, sinyal yönlendirmeyi içerir. Tasarımı karmaşık entegre devreler , örneğin bir mantık sentezi veya gecikme analizi gibi ara aşamaları içerir. Programlanabilir elektronik bileşenler (mikroişlemci, programlanabilir mantık devresi , DSP) tasarımı BT alanına daha da taşır: esneklik sağlar ve maliyetleri düşürür.
Üretim yöntemleri
Elektronik devrelerin üretimi 1980'lerden bu yana son derece çeşitlenmiştir.Prototiplerin üretimi hala bazen zanaatkar bir şekilde yapılabilirken, fabrikalarda büyükten çok büyük serilere kadar üretim, giderek daha karmaşık ve pahalı, her zamankinden daha fazla elde edilmesini sağlar. makul fiyatlarla verimli ve güvenilir teknoloji. Mikroelektronik endüstrisi, teknik gelişmelere ayak uydurmak için giderek daha fazla yatırıma ihtiyaç duyarken, baskılı devre kartları üzerindeki standart teknik endüstrileri, performanslarını (üretim / montaj / test robotları, CAPM, yer değiştirmeler) iyileştirmeye çalışmaktadır.
Bugün endüstride en yaygın olarak kullanılan montaj yöntemlerinden biri , minyatür bileşenlerin yüzey montaj teknolojisidir (SMD ) .
Test yöntemleri
Bir elektronik devreyi test etmek önemli bir adımdır. Bunlar genellikle, çok sayıda simülasyondan sonra bile güvenilirliği ve performansı garanti edilemeyen karmaşık sistemlerdir. Prototiplerin geliştirilmesi için birim testleri ile üretim ve / veya montaj hatalarını belirlemeye yönelik az çok otomatikleştirilmiş seri testler arasında bir ayrım yapılır. Bu önemli adımı kolaylaştırmak için birçok araç mevcuttur: ölçüm ekipmanı ( multimetre , osiloskop , vb. ), otomatik ölçüm standartları (JTAG, GPIB), otomatik kontrol sistemleri.
rahatsızlıklar
Herhangi bir sistem gibi, bir elektronik devre de çevresiyle etkileşime girer. Rahatsızlıklar yaratır, çevredekiler onun işleyişini bozar. Bu etkileşimler en aza indirilmelidir. Bileşenlerin ve sistemlerin entegrasyonu, genellikle onları bozulmalara karşı daha hassas hale getirir, çalışma frekanslarındaki artış ve radyoelektrik sistemlerin genelleştirilmesi , rahatsız edici alanların genel seviyesini yükseltmiştir. Elektromanyetik uyumluluk artık elektronik tasarımın zorunluluklarından biridir. Elektronik bileşenlerin temel hücrelerinin boyutu, onları bazen kozmik radyasyon parçacıklarının rahatsızlıklarına karşı hassas hale getirir. Bileşenlerin sıcaklığını tasarlandıkları aralık içinde tutma ihtiyacı , ısı transferi sorununu kaçınılmaz ve bazen hassas hale getirir .
Elektronik endüstrisi
Elektronik endüstrisi, elektronik bileşenler, devreler ve cihazlar üreten şirketlerden oluşur. " Elektronik Üretim Hizmetleri " (EMS) ve orijinal ekipman üreticileri (OEM) dahil olmak üzere birçok aracı, taşeron firma ; bitmiş ürün tedarikçileri ve talep üzerine sistemler kuran entegratörler.
Elektronik, giderek daha karmaşık ve verimli işlevlerin çoğu teknik ve bilimsel alana ve günlük nesnelere entegre edilmesini mümkün kılmıştır. Üretilen elektronik cihazlar gelen uygulamalar geniş bir yelpazede, sahip tüketici elektroniği için uzay endüstrisi .
Şirketler
Fransa'da
2019'da Fransız elektronik endüstrisi , 200.000 doğrudan işi temsil eden yaklaşık 1.100 şirket tarafından elde edilen 15 milyar Euro'luk küresel bir ciroyu temsil etti.
Çevresel Etki
Sistemlerin elektronik kontrolü çoğunlukla enerji verimliliğinde bir iyileşme ile sonuçlanır , ancak bu, benzerleri olmadan değildir.
Elektronik endüstrisi, diğerleri gibi, altın kaplamalı kontaklar, bakır raylar vb. gibi birçok değerli unsurdan oluşan artan miktarda atık üretiyor . - ve/veya toksik - kurşun vb. içeren lehimler . . 2014'te Fransız yasalarına çevrilen elektronik atıklarla ilgili bir Avrupa yönergesi, elektronik ekipman satan markaları kullanım ömürlerinin sonunda geri almak zorunda bırakıyor .
Bilgisayar donanımı ve telekomünikasyon ağları dahil olmak üzere elektrikli ve elektronik cihazların sayısının artması, üretimi sera gazları yayan ve atık (muhtemelen radyoaktif) üreten elektrik tüketimini artırmaktadır.
Elektronik cihazların neredeyse tamamı kısa ömürlü tüketim malları olduğundan, giderek daha sık değiştiriliyorlar . Üreticiler tarafından yapılan iyileştirmeler bu nedenle hızlı uygulama buluyor. Benzer işlevselliğe sahip rakip elektronik ürünler karşısında, bir cihazın azaltılmış güç tüketimi bir satış noktası haline gelebilir, ancak değiştirilen ürünler atık haline gelir.
Ekler
bibliyografya
- (tr) John Peter Colett , “Elektronik tarihi: vakum tüplerinden transistörlere” , John Krige & Dominique Pestre , Companion Ansiklopedisinden yirminci yüzyılda bilime ,( 1 st ed. 1997) ( Online sunum ) , s. 253-274.
- Michel Fleutry , İngilizce-Fransız Elektronik Ansiklopedik Sözlüğü , Sözlük Evi,( ISBN 2-85608-043-X )
- Henri Lilen , A Brief History of Electronics , Paris, Vuibert ,.
- Henri Lilen , Dijital Devrimlerin Güzel Tarihi: Elektronikten Yapay Zekanın Zorluklarına , De Boeck Supérieur,( çevrimiçi sunum ).
İlgili Makaleler
Dış bağlantılar
- Genel sözlüklerde veya ansiklopediler ilanlar : Britannica Ansiklopedisi • Modern Ukrayna Ansiklopedisi • Treccani Ansiklopedisi • Larousse Ansiklopedisi
- Sağlıkla ilgili kaynak :
Notlar ve referanslar
- Fransa'da Elektrik, Elektronik ve Haberleşme Endüstrileri Federasyonu .
- Düşük güçlü bir çift triyot (ECC 8080 Telefunken), katodu ısıtmak için 2,1 W tüketir .
- Teoriden saklanan sır 1950'nin sonlarında Transistör elektroniğine uygulanması ile Elektronlar ve delikler ( elektronlar ve delikler ile elektronik transistörlere uygulamaları) başlığı altında yayınlanacaktır .
- Elektronik bileşenlerin distribütörleri artık RoHS Yönergesini karşılayan kurşunsuz bileşenler sunmaktadır .
- Richard Taillet , Loïc Villain ve Pascal Febvre , Dictionary of Physics , Brüksel, De Boeck ,, s. 233.
- Uluslararası Elektroteknik Komisyonu , “Elektrikli ve Manyetik Cihazlar: Genel” , IEC 60050 Uluslararası Elektroteknik Sözlüğü , 1987/1994 ( çevrimiçi okuyun ) , s. 151-11-13.
- Uluslararası Elektroteknik Komisyonu , “Elektrik ve Manyetik Cihazlar: Genel” , IEC 60050 Uluslararası Elektroteknik Sözlüğü , 1987/1994 ( çevrimiçi okuyun ) , s. 151-11-11.
- Adolphe Ganot Georges Maneuvrier (Bilimsel Editör) ve Marcel Billard (Bilimsel Editör), Fizik İlköğretim İnceleme , Paris,, 26 inci baskı. ( çevrimiçi okuyun ) , s. 1055.
- Lilen 2003 .
- (in) William F. Brinkman ve ark. , “ Transistörün Buluşunun Tarihi ve Bizi Nereye Götüreceği ” , IEEE Katı Hal Devreleri Dergisi , cilt. 32, n o 12,, s. 1858-1865 ( çevrimiçi okuyun )
- Gérard Villemin, “ Électronique -Histoire ” , nd ( 16 Ekim 2020'de erişildi ) .
- (in) GWA Dummer , Elektronik Buluşlar ve Keşifler: En erken başlangıcından günümüze elektronik , Bergama,( çevrimiçi sunum ) , s. 1-2.
- Uluslararası Elektroteknik Sözlüğüne ek olarak , bkz. " A1.1 Elektrik mühendisliğinin tanımı "
- JM Dutertre, “ Électrotechnique: cours ” , emse.fr'de ( 23 Ekim 2020'de erişildi ) .
- (tr) Marshall McLuhan , Medyayı Anlamak , Ark,( 1 st ed. 1964).
- Paris, ed. Fayard, 1998-1999 üç cilt, 2001'de yeniden basıldı.
- David A. Mindell , “ Black's Box'ı Açmak: Geri Beslemenin Menşe Efsanesini Yeniden Düşünmek ” Teknoloji ve Kültür , cilt. 41,, s. 405-434 ( çevrimiçi okuyun ), özellikle s. 406 .
- (içinde) Dominique Pestre , "Bilim, siyasi güç ve Devlet" , John Krige & Dominique Pestre, Yirminci yüzyılda bilime Companion Ansiklopedisi'nde ,( 1 st ed. 1997) ( Online sunum ) , s. 253-274
- Bertrand Gille (yön.), Tekniklerin tarihi , Gallimard , col. "Pleiad",.
- " Elektrik, elektronik, uygarlık " , Revue Kültür tekniği ,.
- Benjamin Coriat , Atölye ve Robot: Elektronik Çağda Fordizm ve Seri Üretim Üzerine Bir Deneme , Paris, Christian Bourgois, ; " Gözden Geçirme " , İstihdam Eğitimi ,.
- Sonuç (tr) Yves Cohen , "Bilimsel yönetim ve üretim süreci" John Krige & içinde, Dominique PESTRE , yirminci yüzyılda bilime Companion Ansiklopedisi ,( 1 st ed. 1997) ( online sunumu )
- Colett 2003 .
- Laurent de Wilde , Sesin delileri: Edison'dan günümüze , Paris, Grasset ,.
- Brinkman 1997 , s. 1858.
- Brinkman 1997 , s. 1859.
- Brinkman 1997 , s. 1860.
- Fleutry 1991 , s. 653.
- Brinkman 1997 , s. 1861.
- Fleutry 1991 , s. 337.
- Fleutry 1991 , s. 22.
- Fleutry 1991 , s. 199.
- Fleutry 1991 , s. 647-648.
- Brinkman 1997 , s. 1862.
- Henri François , " Elektronik ve sentetik sinir sistemleri ", La Cité. Cité Universitaire de Paris'in gözden geçirilmesi ,, s. 86 ( çevrimiçi okuyun ).
- (içinde) " Konseptten kozmosa: Jack Kilby'nin entegre devresi elektronik endüstrisini nasıl dönüştürdü " ,( 4 Kasım 2020'de erişildi ) .
- (in) Federico Faggin , " The MOS Silicon Gate Teknolojisi ve İlk Mikroişlemciler " ,.
- Brinkman 1997 , s. 1863.
- Fagin 2015 .
- Optik anahtarlar, s. 11-13 .
- Cahiers du sinema , özel sayı, Nisan 2000, s. 32 .
- A. Dieul, " Helping elektronik Fransız sanayi kazanç sayesinde " üzerine, Electronique-ECI ,( 30 Mayıs 2019'da erişildi )
- Kararname n o elektronik atık ve kullanılmış elektrikli ve elektronik cihazların üzerinde 19 2014-928 Ağustos 2014 sitesinde 2014 19 Ağustos legifrance.gouv.fr
- WEEE nedir? , e-dechet.com sitesinde, 16 Aralık 2015'te danışıldı