Elektroonika

Elektroonilised seadmed ja komponendid

Elektrooniline komponent on füüsiline üksus elektroonilises süsteemis, mida kasutatakse elektronide või nendega seotud väljade mõjutamiseks vastavalt elektroonilise süsteemi kavandatud funktsioonile. Konkreetsete funktsioonide (näiteks võimendi, raadiovastuvõtja või ostsillaatori) loomiseks mõeldud komponendid on üldjuhul ette nähtud omavahel ühendamiseks, tavaliselt trükkplaadile jootmise teel. Komponendid võivad olla pakitud üksikult või keerukamate rühmade kujul integralskeemidena. Levinud elektroonikakomponendid on transistorid, dioodid, takistid, kondensaatorid, drosselid (induktiivpoolid) jne. Komponendid liigitatakse tihti aktiivseteks (nt võimendid, transistorid ja türistorid) või passiivseteks (näiteks takistid, kondensaatorid, drosselid (induktiivpoolid), trafod, aga ka dioodid).

Elektrooniliste komponentide ajalugu

Vaakumlambid olid esimesed elektroonilised komponendid, kuigi esimeseks elektroonikaseadmeks võib pidada ka röntgenitoru. Nemad määrasid peaaegu täielikult 20. sajandi esimesel poolel toimunud elektroonikarevolutsiooni käigu. Nemad viisid elektroonika algelise lõbustuse tasemelt edasi, andes meile raadio, televisiooni, helisalvestuse, radarid, telefonikaugside ja palju muud. Kuni 1980. aastate keskpaigani mängisid nad juhtivat rolli mikrolainetehnika ja kõrgepingeülekande ning televisioonivastuvõtjate (televiisorite) valdkonnas. Vaakumlampe kasutatakse endiselt mõnes erirakenduses, näiteks suure väljundvõimsusega raadiosagedusvõimendid, elektronkiiretorud, spetsiaalsed heliseadmed, kitarrivõimendid ja mõned mikrolaineseadmed.
Transistoride leiutamise, arendamise ja massilisse tootmisse jõudmise järel võeti need elektronlampide asemel kasutusele ja paarikümne aastaga olid nad elektronlampide asemel praktiliselt kõikjal kasutusel. Väikese energiatarbe tõttu (nad ei vaja katoodi kütet) tekkis võimalus realiseerida seadmeid, mis lampide abil teostatuna olid mõeldamatud (implanteeritavad meditsiinielektroonikaseadmed jms).
Mõõtmete väiksuse ja ökonoomsuse tõttu võeti transistorid kasutusele ka arvutustehnilistes seadmetes. 1955. aasta aprillis valminud lauaarvuti IBM 608 oli esimene IBM-i toode, milles kasutati ainult transistore ilma ühegi vaakumlambita, ja seda peetakse esimeseks täielikult transistoridel toimivaks kommertsturule toodetud arvutusmasinaks. 608 sisaldas üle 3000 germaaniumtransistori. Thomas J. Watson Jr andis korralduse kasutada transistore kõigi tulevaste IBMi toodete väljatöötamisel. Sellest ajast alates kasutati arvutiloogika seadmete ja välisseadmete puhul peaaegu eranditult transistore.

Ahelate tüübid

Ahelaid ja komponente saab jagada kahte rühma: analoogsed ja digitaalsed. Seade võib koosneda lülitustest, mis on üht või teist ​​tüüpi või mõlema tüübi segu.

Soojuse hajumine ja soojusjuhtimine

Elektroonilise vooluringi tekitatav soojus tuleb hajutada, et vältida kohest tõrget ja parandada pikaajalist töökindlust. Soojuse hajumine saavutatakse enamasti passiivse soojusjuhtivuse / konvektsiooniga. Hajumist kasvatavad vahendid on muu hulgas jahutusradiaatorid ja ventilaatorid õhkjahutuse tarbeks ning teised arvutijahutuse vormid, nagu näiteks vesijahutus. Need meetodid kasutavad konvektsiooni, soojusjuhtivust, soojuse transporti ja soojuskiirgust.

Müra

Elektrooniline müra on määratletud kui soovimatud häired, mis tekivad kasuliku signaali peale (liituvad sellega) ja kipuvad varjama signaali infosisu. Müra ei ole sama mis on vooluahelas põhjustatud signaali moonutused. Müra on seostatav kõigi elektrooniliste ahelatega. Müra võib olla elektromagnetiliselt või soojuslikult tekkinud. Soojuslikku müra saab vähendada, alandades ahelas müra tekitavate komponentide töötemperatuuri. Kuid on veel muid müratüüpe, mida ei saa eemaldada, sest need on seotud füüsikaliste omaduste poolt seatud piirangutega, nagu seda on haavelmüra. Elektromagnetilisi häireid saab vähendada varjestuse kasutamisega.

Elektroonikateooria

Matemaatilised meetodid on elektroonika uurimise lahutamatud osad. Asjatundlikkus elektroonikas eeldab ühtlasi asjatundlikkust vooluahelate analüüsi matemaatikas.
Vooluahelate analüüs uurib meetodeid, kuidas lahendada üldiselt lineaarsete süsteemide tundmatute muutujate suhtes, nagu pinge teatavas sõlmpunktis või vool läbi võrgu teatud haru. Levinud analüütiliseks vahendiks on ahelate simulaator SPICE.
Elektroonika jaoks on oluline ka elektromagnetvälja teooria uurimine ja mõistmine.

Elektroonikalabor

Elektroonikateooria keerukuse tõttu on laboratoorsetel eksperimentidel elektrooniliste seadmete väljatöötamise juures täita oluline osa. Neid eksperimente kasutatakse inseneri loodud tehnilise lahenduse testimiseks või kontrollimiseks ja vigade tuvastamiseks. Ajalooliselt on elektroonikalaborid koosnenud füüsilises ruumis paiknevatest elektroonikaseadmetest ja seadmestikust, kuid viimastel aastakümnetel on elektroonikalaboris trendiks saanud kasutada pigem simuleerivat tarkvara, nagu CircuitLogix, Multisim ja PSpice.

Arvutipõhine disain

Tänased elektroonikainsenerid on võimelised projekteerima ahelaid, kus kasutatakse eelnevalt valmistatud komponente, nagu toiteallikad, pooljuhid (st pooljuhtseadmed, näiteks transistorid) ja integraallülitused. Elektroonilise projekteerimisautomaatika tarkvaraprogrammid hõlmavad skemaatilisi salvestusprogramme ja trükkplaatide disainimisprogramme. Populaarseimad nimed on NI Multisim, Cadence (ORCAD), EAGLE PCB ja Schematic, Mentor (PADS PCB ja LOGIC Schematic), Altium (Protel), LabCentre Electronics (Proteus), gEDA, KiCad ja paljud teised.

Elektroonika Eestis

Eestis alustati elektroonika alase ettevõtlusega seoses raadioside ja raadioringhäälingu arenguga 1920ndatel aastatel. Eesti elektroonikatööstuse põhitoodanguks enne teist maailmasõda olid raadioseadmed ja nende passiivkomponendid. Raadiovastuvõtjate ja elektroonsete mõõtevahendite tootmise ja väljatöötamise alal jätkus tegevus kuni 1990ndate aastateni.
Seoses pooljuhtelektroonika arenguga pärast teist maailmasõda loodi Eestis mitmed pooljuhtseadiseid väljatöötavad ja tootvad ettevõtted, mis olid NSVL üleliidulises alluvuses. Mõned ettevõtted hakkasid hiljem valmistama ka integraalseid mikroskeeme.
Tänapäeval on Eestis mitmeid elektroonika tooteid valmistavaid ettevõtteid, millest suurimad on välismaiste ettevõtete filiaalid. Nende põhiliseks toodanguks on olnud mobiilside vahendid, kuid valmistatud on ka muid elektroonikal põhinevaid tooteid.
Elektroonikaalase erialase ettevalmistuse saab omandada põhiliselt Tallinna Tehnikaülikoolis ja Tallinna Polütehnikumis.