Elektronica

Elektronica is de studie naar de beheersing van de elektronenstroom. Het gaat over schakelingen die bestaan uit componenten die de elektriciteitsstroom regelen. Elektronica maakt deel uit van de fysica en de elektrotechniek.

Elektrische componenten zoals transistors en relais kunnen als schakelaar fungeren. Hierdoor kunnen we elektrische circuits gebruiken om informatie te verwerken en informatie over grote afstanden te verzenden. Circuits kunnen ook een zwak signaal opvangen (zoals een fluistering) en versterken (luider maken).

De meeste elektronische systemen vallen in twee categorieën:

Verwerking en verspreiding van informatie. Dit worden communicatiesystemen genoemd.
Omzetting en distributie van energie. Dit noemt men controlesystemen.

Een manier om naar een elektronisch systeem te kijken is door het in drie delen op te splitsen:

Ingangen - Elektrische of mechanische sensoren, die signalen uit de fysieke wereld (in de vorm van temperatuur, druk, enz.) opnemen en omzetten in elektrische stroom- en spanningssignalen.
Signaalverwerkingscircuits - Deze bestaan uit elektronische componenten die met elkaar verbonden zijn om de informatie in de signalen te manipuleren, te interpreteren en te transformeren.
Uitgangen - Actuators of andere apparaten die stroom- en spanningssignalen weer omzetten in door mensen leesbare informatie.

Een televisietoestel heeft bijvoorbeeld als ingang een uitzendsignaal dat wordt ontvangen van een antenne, of voor kabeltelevisie, een kabel.

De signaalverwerkingscircuits in het televisietoestel gebruiken de helderheid, de kleur en de geluidsinformatie in het ontvangen signaal om de uitvoerapparaten van het televisietoestel te bedienen. Het uitvoerapparaat van het televisietoestel kan een kathodestraalbuis (CRT) of een plasma- of vloeibaarkristalscherm zijn. Het audio-uitgangsapparaat kan een magnetisch aangedreven audiospeaker zijn. De display-uitvoerapparaten zetten de helderheid en de kleurinformatie van de signaalverwerkingscircuits om in het zichtbare beeld dat op een scherm wordt weergegeven. Het audio-uitgangsapparaat zet de verwerkte geluidsinformatie om in geluiden die door de luisteraars kunnen worden gehoord.

Bij de analyse van een circuit/netwerk gaat het erom de ingang en het signaalverwerkingscircuit te kennen en de uitgang te achterhalen. Het kennen van de in- en uitgang en het uitzoeken of ontwerpen van het signaalverwerkingsdeel wordt synthese genoemd.

Een gedrukte schakeling.

Geschiedenis

Mensen begonnen al met elektriciteit te experimenteren toen Thales of Miletus ontdekte dat ze elkaar door het wrijven van bont op barnsteen zouden aantrekken.

Vanaf de jaren 1900 maakten apparaten gebruik van glazen of metalen vacuümbuizen om de elektriciteitsstroom te regelen. Met deze componenten kan een lage voedingsspanning worden gebruikt om een andere te veranderen. Dit betekende een revolutie voor de radio, en maakte andere uitvindingen mogelijk.

In de jaren zestig en begin jaren zeventig begonnen transistors en halfgeleiders de vacuümbuizen te vervangen. Transistors kunnen veel kleiner worden gemaakt dan vacuümbuizen en ze kunnen met minder energie werken.

Ongeveer tegelijkertijd werden geïntegreerde schakelingen (schakelingen met een groot aantal zeer kleine transistors die op zeer dunne plakjes silicium zijn geplaatst) veel gebruikt. Geïntegreerde schakelingen maakten het mogelijk om het aantal onderdelen dat nodig is om elektronische producten te maken te verminderen en maakten de producten in het algemeen veel goedkoper.

Analoge circuits

Analoge schakelingen worden gebruikt voor signalen die een scala aan amplitudes hebben. Over het algemeen meten of regelen analoge schakelingen de amplitude van signalen. In de begintijd van de elektronica maakten alle elektronische apparaten gebruik van analoge schakelingen. De frequentie van de analoge schakeling wordt vaak gemeten of geregeld in analoge signaalverwerking. Ook al worden er meer digitale schakelingen gemaakt, analoge schakelingen zullen altijd nodig zijn, omdat de wereld en haar mensen op een analoge manier werken.

Pulscircuits

Pulscircuits worden gebruikt voor signalen die snelle energiepulsen nodig hebben. Vliegtuig- en grondradarapparatuur werkt bijvoorbeeld met behulp van pulscircuits voor het opwekken en verzenden van hoogvermogen radio-energie van radarzenders. Speciale antennes (die vanwege hun vorm "straal-" of "schotelantennes" worden genoemd) worden gebruikt om de krachtige uitbarstingen in de richting van de straal- of schotelantenne te zenden ("zenden").

De pulsen of uitbarstingen van radio-energie van de radarzender raken en stuiteren terug (ze worden "gereflecteerd") door harde en metalen voorwerpen. Harde objecten zijn dingen als gebouwen, heuvels en bergen. Metalen objecten zijn alles wat van metaal gemaakt is, zoals vliegtuigen, bruggen, of zelfs objecten in de ruimte, zoals satellieten. De gereflecteerde radarenergie wordt gedetecteerd door radarpulsontvangers die zowel puls- als digitale schakelingen gebruiken. De puls- en digitale circuits in de radarpulsontvangers worden gebruikt om de locatie en afstand te tonen van objecten die de hoogvermogenpulsen van de radarzender hebben gereflecteerd.

Door te bepalen hoe vaak de snelle pulsen van de radarenergie door een radarzender worden uitgezonden (de "pulsmoment" van de zender genoemd), en hoe lang het duurt voordat de gereflecteerde pulsenergie terugkeert naar de radarontvanger, kan men niet alleen zien waar de objecten zich bevinden, maar ook hoe ver weg ze zich bevinden. Digitale circuits in een radarontvanger berekenen de afstand tot een object door het tijdsinterval tussen de energiepulsen te kennen. De digitale circuits in de radarontvanger tellen hoe lang het duurt voordat de gereflecteerde energie van een object door de radarontvanger wordt gedetecteerd. Omdat de radarimpulsen met ongeveer de lichtsnelheid worden verzonden en ontvangen, kan de afstand tot een object eenvoudig worden berekend. Dit gebeurt in digitale schakelingen door de snelheid van het licht te vermenigvuldigen met de tijd die nodig is om de teruggekaatste radarenergie van een object te ontvangen.

De tijd tussen de pulsen (vaak "pulsfrequentietijd" of PRT genoemd) stelt de limiet voor hoe ver weg een object kan worden gedetecteerd. Die afstand wordt het "bereik" van een radarzender en -ontvanger genoemd. Radarzenders en -ontvangers gebruiken lange PRT's om de afstand tot objecten die ver weg zijn te vinden. Lange PRT's maken het mogelijk om de afstand tot bijvoorbeeld de maan nauwkeurig te bepalen. Snelle PRT's worden gebruikt om objecten te detecteren die veel dichterbij zijn, zoals schepen op zee, hoogvliegende vliegtuigen, of om de snelheid van snel bewegende auto's op snelwegen te bepalen.

Digitale schakelingen

Digitale schakelingen worden gebruikt voor signalen die alleen aan en uit gaan in plaats van vaak te werken op niveaus ergens tussen aan en uit. Actieve componenten in digitale schakelingen hebben meestal één signaalniveau als ze worden ingeschakeld en een ander signaalniveau als ze worden uitgeschakeld. In het algemeen wordt in digitale schakelingen een component alleen in- en uitgeschakeld.

Computers en elektronische klokken zijn voorbeelden van elektronische apparaten die voor het grootste deel uit digitale schakelingen bestaan.

Basisblokken:

Logische poorten
Slippers
Tellers

Complexe apparaten:

Diagram van een halve adder, een digitaal circuit

Gerelateerde pagina's

Instituut voor Elektrische en Elektronische Ingenieurs
Elektriciteit

Vragen en antwoorden

V: Wat is elektronica?

A: Elektronica is de studie van elektriciteit (de stroom van elektronen) en hoe die te gebruiken om dingen zoals computers te bouwen. Het gebruikt schakelingen met componenten en verbindingsdraden om nuttige dingen te doen.

V: Welke wetenschap ligt ten grondslag aan elektronica?

A: De wetenschap achter elektronica komt voort uit de natuurkunde en wordt in de praktijk toegepast via de elektrotechniek.

V: Wat zijn enkele voorbeelden van elektronische componenten?

A: Voorbeelden van elektronische componenten zijn transistors, zekeringen, stroomonderbrekers, batterijen, motoren, transformatoren, LED's en gloeilampen.

V: Hoe kan een elektronisch systeem worden opgedeeld in onderdelen?

A: Een elektronisch systeem kan worden onderverdeeld in drie delen - ingangen, signaalverwerkingscircuits en uitgangen. Ingangen zijn elektrische of mechanische sensoren die signalen uit de fysieke wereld opvangen en omzetten in elektrische stroom- en spanningssignalen. Signaalverwerkingsschakelingen bestaan uit met elkaar verbonden elektronische componenten die de in de signalen vervatte informatie manipuleren, interpreteren en transformeren. Uitgangen zijn actutators of andere apparaten die stroom- en spanningssignalen weer omzetten in voor mensen leesbare informatie.

V: Hoe werkt een televisietoestel?

A: Een televisietoestel heeft als ingang een uitzendsignaal dat wordt ontvangen van een antenne of kabel voor kabeltelevisie. Signaalverwerkingscircuits in het televisietoestel gebruiken de helderheids-, kleur- en geluidsinformatie in het ontvangen signaal om de uitvoerapparaten aan te sturen, zoals een kathodestraalbuis (CRT), plasmascherm of vloeibaar-kristaldisplay voor de uitvoerapparaten; magnetisch aangedreven audioluidspreker voor de uitvoerapparaten; enz. die deze signalen omzetten in respectievelijk zichtbare beelden die op een scherm worden weergegeven of geluiden die door de luisteraars worden gehoord.

V: Wat is de analyse van een schakeling/netwerk?

A: Bij de analyse van een schakeling/netwerk moet men zowel de ingang als het signaalverwerkingscircuit kennen om te weten te komen wat de uitgang zal zijn.

V: Wat is synthese bij elektronica?

A: Synthese houdt in dat u zowel de ingang als de uitgang kent en vervolgens uitzoekt of ontwerpt welk soort signaalverwerkingsdeel nodig is om alles goed te laten samenwerken.