Elektroniko

Elektroniko estas la scienco kaj la tekniko pri la regado de liberaj elektronoj. Kiel scienco ĝi estas parto de fiziko; kiel tekniko ĝi naskiĝis kiel branĉo de la elektra inĝenierarto.

La elektronika inĝenierarto okupiĝas pri transmisio kaj prilaborado de elektraj signaloj, kiuj permesas sendi aŭ ricevi informojn uzante la principojn de elektro kaj elektromagnetismo. La elektroniko uzas ĝenerale malfortajn tensiojn kaj kurentojn, ĉar informo povas esti transdonita per malgranda energio.

Elektroniko pritraktas elektrajn cirkvitojn, kiuj implicas aktivajn elektrajn komponantojn kiel ekzemple elektronaj tuboj, transistoroj, diodoj kaj integritaj cirkvitoj, kaj rilatajn pasivajn interligteknologiojn. Kutime, elektronikaj aranĝaĵoj entenas cirkviton unue aŭ ekskluzive el aktivaj duonkonduktantoj kompletigitaj kun pasivaj elementoj; tia cirkvito priskribiĝas kiel elektronika cirkvito.

La nelineara konduto de aktivaj komponantoj kaj ilia kapablo reguli elektronfluojn ebligas amplifon de malfortaj signaloj, tial elektroniko estas vaste uzata en rega sistemo, informprocezo, telekomunikado kaj signal-prilaborado. La kapablo de elektronikaj aparatoj por funkcii kiel ŝaltiloj ebligas ciferecan informprocezon. Interligteknologioj kiel ekzemple cirkvitaj tabuloj, elektronika enpakadoteknologio kaj aliaj multfacetaj formoj de komunikadinfrastrukturo kompletigas cirkvitfunkciecon kaj transformas la miksitajn komponantojn al en regula laborsistemo.

 Historio 
La identigo de la elektrono en 1897 fare de Sir Joseph John Thomson, kio kondukis al la sekva invento de la vakutubo, kio povos amplifiki kaj rektigi malgrandajn elektrajn signalojn, estus konsiderata kiel prahistorio de la elektroniko kaj inaŭguris la fakon de elektroniko kaj la elektronikan epokon."October 1897: The Discovery of the Electron". Arkivita el la originalo la 19an de Septembro 2018. Alirita la 19an de Septembro 2018. 

eta|Unu el la plej fruaj Audion-radioriceviloj, konstruita de De Forest en 1914.
La komenco de elektroniko estas kutime fakte lokata en la komenco de la 20-a jarcento kun la invento de la vakutubo (elektrona tubo) en 1904 fare de la angla fizikisto John Ambrose Fleming  Patento n-ro 190424850 datita 16/11/1904. Tio estis la unua vakutubo bone funkcianta por praktikaj celoj, sed jam en 1883 la usona inventisto Edison kreis vakutubon maltaŭgan por praktika uzado.

La tubo de Fleming estis diodo, praulo de venontaj diodoj pli rafinaj; en 1906 la usonano De Forest inventis la unuan triodon   Patento n-ro US841387 datita 25/10/1906, kiu kapablis elektre amplifi malfortajn radiosignalojn kaj sonosignalojn per ne-meĥanika aparato.

Vakutuboj (termojonaj valvoj) estis la unuaj aktivaj electronikaj komponantoj kiuj kontrolis la fluon de la kurento influante super la fluo de unuopaj elektronoj, kaj ebligis la konstruadon de ekipaĵaro kiu uzis kurentan amplifikadon kaj rektigon por havigi radion, televidon, radaron, long-distancan telefonion kaj multe plie. La frua disvolvigo de elektroniko estis rapida, kaj ĉirkaŭ la 1920-aj jaroj, la komerca radio-elsendado kaj la telekomunikado iĝis ege disvastigita kaj oni uzis elektronikajn amplifilojn en tiom diversaj aplikaĵoj kiel long-distanca telefonio kaj la registrindustrio de muziko.

La evoluon de elektroniko ege influis la konado kaj aplikado de duonkonduktantaj ecoj, kiu ebligis la inventon de la transistoro (1947) kaj la disvastiĝon de integritaj cirkvitoj en la postaj jardekoj. La sekva granda teknologia paŝo postulis kelkajn jardekojn antaŭ ĝia apero, kiam la unuan funkciantan punkto-kontaktantan transistoron inventis John Bardeen kaj Walter Houser Brattain en la Laboratorioj Bell en 1947. Tamen, vakutuboj ludis gravan rolon en la fako de mikroondoj kaj altenergia transmisilo same kiel ĉe televidaj riceviloj ĝis la mezo de la 1980-aj jaroj.
Ekde tiam, solid-stataj aparatoj estis komplete kreitaj. Vakutuboj estas ankoraŭ uzataj en kelkaj specialismaj aplikaĵoj kiaj tubaj amplifiloj, katodradiaj tuboj, aŭdi-ekipaĵaro por specialistoj, gitaramplifiloj kaj kelkaj kavomagnetronoj aŭ mikroondaj aparatoj.

En Aprilo 1955, la IBM 608 estis la unua IBM produkto kiu uzas transistorajn cirkvitojn sed vakutuboj kaj oni supozas, ke ĝi estis la unua tut-transistorigita kalkulilo fabrikita por la komerca merkato. Tiu IBM 608 enhavis pli ol 3 000 transistorojn el germaniumo. Thomas J. Watson Jr. ordonis, ke ĉiuj estontaj IBM produktoj uzis transistorojn en iliaj desegnoj. El tiu tempo transistoroj estis preskaŭ ekskluzive uzataj por komputilaj logikaj cirkvitoj kaj periferiaj aparataroj. Tamen, fruaj unuigaj transistoroj estis relative amasaj aparatoj kiuj estis malfacile fabrikeblaj sur la bazo de amasproduktado, kio limigis ilin al nombro de specializitaj aplikaĵoj.

eta|maldekstre|Du MOSFET-transistoroj, komparataj pri grando kun alumeto.
La MOSFET (MOS transistoro) estis inventinta de Mohamed Atalla kaj Dawon Kahng en la Laboratorioj Bell en 1959. La MOSFET estis la unua vera kompakta transistoro kiu povus esti miniaturigita kaj amas-produktita por ampleksa gamo de uzoj. Inter ĝiaj avantaĝoj estas la alta skaleblo, disponeblo, malalta energikonsumado, kaj alta denseco. Ĝi revoluciigis la elektronikan industrion, iĝante la plej amplekse uzata elektrona aparato en la mondo. La MOSFET estas la baza elemento en plimulto el moderna elektronika ekipaĵaro.

Laŭ la komplekseco de la cirkvitoj kreskiĝis, problemoj aperis. Unu problemo estis la grando de la cirkvito. Kompleksa cirkvito kiel komputilo estis dependa de la rapideco. Se komponantoj estis grandaj, la kabloj interkonektantaj ilin devas esti longaj. La elektraj signaloj bezonas tempon por trairi la cirkviton, tiel malrapidigante la komputilon. La invento de la integra cirkvito fare de Jack Kilby kaj Robert Noyce solvis tiun problemon farante ĉiujn komponantojn kaj la icon el la sama bloko (monolita) de duonkonduktila materialo. La cirkvitoj povus esti faritaj pli malgrandaj, kaj la fabrika procezo povus estis aŭtomatigita. Tio kondukis al la ideo integri ĉiujn komponantojn en unusola kristala plako el silicio, kio kondukis al malgrand-skala integrado (MSI) komence de la 1960-aj jaroj, kaj poste al mezgrand-skala integrado (MSI) fine de la 1960-aj jaroj, sekvite de tre grand-skala integrado. Vakutuboj ludis ankoraŭ gravan rolon ĝis la mezo de la 1980-aj jaroj en la kampo de mikroondoj por sendiloj pri forta povumo kaj televido-riceviloj, sed ili estis iom post iom anstataŭataj de la solid-stataj komponantoj. Nuntempe, vakutuboj estas uzataj nur en kelkaj specialistaj aplikoj.

En 2008, mil miliionoj da transistorproceziloj iĝis komerce disponeblaj.

 Branĉoj de elektroniko 
eta|dekstra|250ra|Diversaj elementaj elektronikaj komponantoj

Ĝis 1950 elektroniko estis nomita "radioteknologio", ĉar ĝia ĉefaplikiĝo estis la produkto kaj la teorio de radiosendiloj kaj radioaparatoj.

La nunaj branĉoj de elektroniko estas la jenaj:

1. Cifereca elektroniko

2. Analoga elektroniko

3. Mikroelektroniko

4. Difuza elektroniko

5. Cirkvita projektado

6. Integrita cirkvito

7. Optoelektroniko

8. Duonkonduktanto

9. Duonkonduktanta komponanto

Noto.- Alia branĉo de elektroniko traktas pri fortaj kurentoj: oni tiam parolas pri povuma elektroniko, fako de la elektrotekniko.

 Elektronikaj aparatoj kaj komponantoj 
Elektronika komponanto estas ajna fizika aĵo en elektronika sistemo uzita por influi la elektronojn aŭ aliajn rilatajn kampojn, laŭ maniero kongrua kun la celita funkcio de la elektronika sistemo. Komponantoj estas ĝenerale intencitaj por esti ligitaj kune, kutime per lutado al cirkvita tabulo, por krei elektronikan cirkviton kun aparta funkcio (ekzemple amplifilo, sendricevilo aŭ elektronika oscilatoro).

eta|maldekstre|250ra|Variaj ekzemploj de lum-elsendaj diodoj.
Komponantoj povas esti enpakitaj unuope, aŭ en pli kompleksaj grupoj kiel okazas en integritaj cirkvitoj. Iuj komunaj elektronikaj elementoj estas kondensatoroj, induktiloj, rezistiloj, diodoj, transistoroj, solenoidoj, ktp. Komponantoj ofte estas klasifikitaj kiel aktivaj (ekz. transistoroj, tiristoroj kaj operaciaj amplifiloj) aŭ pasivaj (ekz. rezistiloj, diodoj, kondensatoroj kaj induktiloj) elementoj.

Vakutuboj, kiuj ludis gravan rolon en elektroniko dum la unuaj jardekoj de la 20-a jarcento, nun estas uzataj nur en kelkaj specialistaplikoj kiel ekzemple altpovumaj RF-amplifiloj (ekz. klistronoj), katodradiaj tuboj, fakaj aŭdo-frekvencaj aparatoj, gitar-amplifiloj kaj mikroondaparatoj (ekz. magnetronoj).

En elektroniko kaj telekomunikado radiosendilo estas elektronika aparato kiu, kun la helpo de anteno, elsendas radioondojn. La sendilo produktas alternan kurenton, kun radiofrekvenco kiu estas aplikita al la anteno. Ekscitita de tiu alterna kurento, la anteno elsendas radioondojn. Krom ilia uzo en radiofonio, sendiloj estas necesaj partoj de multaj elektronikaj aparatoj kiuj komunikas per radioondoj, kiel ĉelaj telefonoj, senkablaj komputilaj retoj, Bluetooth ebligitaj aparatoj, garaĝa pordo malfermiloj, dudirektaj radioj en aviadilo, ŝipoj, kosmoŝipo, radaro kaj navigiloj.

 Tipoj de elektronikaj cirkvitoj 
Cirkvitoj kaj komponantoj povas esti dividitaj laŭ du grupoj: analogaj kaj ciferecaj. Specialaj aranĝoj povas konsisti el unu aŭ alia aŭ ankoraŭ el ambaŭ tipoj.

 Analogaj cirkvitoj 
dekstra|eta|250ra|Hitachi J100 - sistembloko de alĝustigebla frekvencoregulilo.
La plejmulto da elektronikaj aparatoj, kiel ekzemple radioriceviloj, estas konstruitaj el kombinaĵoj de kelkaj tipoj de bazaj cirkvitoj. Analogaj cirkvitoj uzas kontinue ŝanĝeblan valoron de tensio aŭ kurento, kontraŭe al diskretaj niveloj en ciferecaj cirkvitoj.

Egas la nombro da malsamaj analogaj cirkvitoj ĝis nun ellaboritaj, aparte pro tio, ke "cirkvito" povas esti difinita kiel io ajn de ununura komponanto ĝis sistemoj enhavantaj milojn da komponantoj.

Analogaj cirkvitoj foje estas nomitaj linearaj cirkvitoj malgraŭ, ke multaj nelinearaj efikoj estas uzitaj en analogaj cirkvitoj kiel ekzemple miksiloj, modulatoroj, ktp. Bonaj ekzemploj pri analogaj cirkvitoj inkludas vakutubojn kaj transistoramplifilojn, operaciajn amplifilojn kaj oscilatorojn.

Malofte trovas oni modernajn cirkvitojn, kiuj estas tute analogaj. Tiujn tagojn, analogaj cirkvitoj povas uzi ciferecajn kaj eĉ mikroprocesorajn teĥnikojn por plibonigi efikecon. Tiu tipo de cirkvito estas kutime nomita "miksita cirkvito" anstataŭ "analoga kaj cifereca". Foje povas esti malfacile diferencigi inter analogaj kaj ciferecaj cirkvitoj, kiam ili enhavas elementojn rilatantaj samtempe al lineara kaj nelineara operacio. Unu ekzemplo estas la komparilo, kiu enprenas kontinuan vicon da tensio sed nur eliras unu el du niveloj, kiel cifereca cirkvito. Simile, amplifilo kun supersaturita transistoro povas enhavi la karakterizaĵojn de regita ŝaltilo, kiu esence funkcias inter du niveloj.

 Ciferecaj cirkvitoj 
Pro eblaj sinonimoj, oni ne konfuzu tiun temon kun vortoj, kiuj estas tiritaj el la vortoj "cifero" aŭ "diĝito" ekz. "cifereca" aŭ "diĝita", dum la terminoj "cifero" kaj "cifereca" estas preferindajVd. diĝita en vortaro.net.
maldekstra|eta|250ra|Adaptilo de 100 megabit token ring ("dediĉita ringo").
Ciferecaj cirkvitoj estas elektraj cirkvitoj surbaze de certa nombro de diskretaj tensioniveloj. Ciferecaj cirkvitoj estas la plej ofta fizika prezentado de bulea algebro, kaj estas la bazo de ĉiuj ciferecaj komputiloj. Por la plej multaj inĝenieroj, la esprimoj "ciferea cirkvito", "cifereca sistemo" kaj "logiko" estas interŝanĝeblaj en la kunteksto de ciferecaj cirkvitoj. La plej multaj ciferecaj cirkvitoj uzas binaran sistemon kun du tensioniveloj etiketitaj "0" kaj "1". Ofte la logika nivelo "0" estos pli malalta tensio kaj referota kiel "Malalta", la logika nivelo "1" referota kiel "Alta". Tamen, kelkaj sistemoj uzas la inversan difinon ("0" estas "Alta") aŭ ankoraŭ estas bazita super kurentniveloj. Ofte la sisteminĝeniero elektas la negativan logikon (tio estas, la inversan difinon) pro facileco de produkto aŭ plibonigo de sekureco kaj findindeco kaze de misuzoj aŭ difektaj komponantoj. La difino de niveloj "0" kaj "1" estas arbitra.

Ternara logiko (kun tri statoj) estis studita, kaj kelkaj prototipsistemoj iniciatiĝis.

Komputiloj, elektronikaj horloĝoj kaj programeblaj logikaj regiloj (angle PLC, Programmable logic controller) uzataj por regi industriajn procesojn estas konstruitaj el ciferecaj cirkvitoj.

- Elementaj blokoj
 Logikaj pordoj
 Adicitoroj
 Duflopoj
 Nombriloj
 Registroj
 Multipleksoroj
 Schmitt-baskuloj

- Alte integritaj aranĝaĵoj
 Mikroprocesoro
 Aplikiĝ-specifa integra cirkvito (ASIC, angle Application specific integrated circuit)
 Diĝita signalprocesoro (DSP, angle Digital signal processor)
 Kampo-programebla pordaro (angle FPGA, Fied-programmable gate array)

 Varmodisipiĝo kaj termika regado 
Varmo generita de elektronika cirkvito devas esti disipita por malhelpi subitan malfunkcion kaj plibonigi longperspektivan fidindecon. Varmodisipiĝo estas precipe plenumita per pasiva konduktado aŭ/kaj konvekcio. Rimedoj atingi pli grandan disipiĝon inkludas malvarmigajn radiatorojn kaj ventolilojn por peraera malvarmigo, kaj aliajn formojn de komputilmalvarmigo kiel ekzemple perakva malvarmigo. En studo de sistemodisipiĝo, oni devas antaŭvidi la varmodisipojn de ĉiuj komponantoj kaj subsistemoj. Fakte, tiaj teĥnikoj uzas kondukton, konvekcion kaj radiadon de la konsiderita termika energio.

 Bruo 
Elektronika bruo estas difinita kiel nedezirataj signalperturboj aldonitaj al la utila signalo. La elektronika bruo aperanta en la eliro de aparato sen enira signalo estas la fona bruoIEEE : Internacia Elektroteknika Vortprovizol n-ro 806-12-15, vidu ankaŭ referencojn n-roj 702-08-15, 702-08-16, 801-21-13, ĝi kutime adiciiĝas al la dezirata elira signalo kaj estas (tuta aŭ parta) responso de la elektronika bruo. Bruo ne estas sama ol signaldistordo kaŭzita de nelineara amplifo de cirkvito. Bruo estas asociata al ĉiuj elektronikaj sistemoj. Bruo de cirkvito povas esti elektromagnete aŭ termike generita; eblas malpliigi ĝin per malgrandigo de la funkcia temperaturo. Aliaj tipoj de bruo, kiel Schottky-a bruo ne povas esti forigitaj, pro fundamentaj limoj en fizikaj proprecoj.

 Elektronika teorio 
eta|250ra|Kovrilpaĝo de naŭlingva fakvortaro elektronika, Frantiŝek Hort, 1981
Studo de elektroniko entenas matematikajn metodojn. Por iĝi kompetenta pri elektroniko, estas ankaŭ necese, ke fakulo iĝis kompetenta pri la matematiko de cirkvitanalizo.

Cirkvitanalizo estas la studo de metodoj por solvi ĝeneralajn linearajn sistemojn kun nekonataj variabloj, kiel ekzemple la tensio ĉe iu nodo aŭ la kurento tra iu branĉo de grafeo. Komuna analizilo por tio estas SPICE (angle, Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis
).

Ankaŭ grava pri elektroniko estas la studo kaj kompreno de la teorio de la elektromagneta kampojava (angle) Elektromagnetismo.

 Elektronika laboratorio 
Pro la kompleksa naturo de la elektronika teorio, laboratoria eksperimentado estas grava necesa parto por efektivigi elektronikajn aparatojn. Tiaj eksperimentoj estas utiligitaj por pruvi aŭ konfirmi la projekton de inĝeniero, kaj detekti difektojn. Historie, elektronikaj laboratorioj konsistis el elektronikaj aparatoj kaj elektra ekipaĵo situanta en fizika spaco, kvankvam ekde pli lasttempaj jaroj la tendenco de elektronika laboratorio estas direktiĝi al simuladoprogramaro, kiel ekzemple CircuitLogix, NI-Multisim kaj OrCAD EE Spice.

 Komputil-helpata projektado 
Hodiaŭ elektronikistaj inĝenieroj havas eblon krei cirkvitojn per helpo de komputilo, metodo kiu nomiĝas "komputil-helpata projektado" (angle CAD, Computer Aided Design). La simuladoprogramaro liveras modelojn de antaŭfabrikitaj elementaj blokoj, kiel ekzemple elektroprovizoj, duonkonduktantoj (ekzemple transistoroj), kaj integritaj cirkvitoj. La programaro aŭtomatigas la projektadon per interagaj programoj de skemoj kaj programoj de antaŭellaboritaj cirkvitkartoj. Popularaj aŭtomatigaj programaroj estas NI-Multisim, OrCAD Capture, EAGLE kaj Schematic, Mentor (PADS PCB kaj Logic Sckematic) kaj multaj aliaj.

 Konstrumetodoj 
Multaj malsamaj metodoj por kunligi komponantojn estis uzitaj tra jaroj. Ekzemple, la ekstempaj elektronikaj cirkvitoj ofte uzis dratligojn de punkto al punkto, dum komponantoj estis ligitaj al lignaj tabuloj. Presita cirkvitoCirkvito presita en Komputila terminaro de Vikilibroj kaj wire-wrap (per dratoj volvitaj ĉirkaŭ stangetoj) estis aliaj uzitaj metodoj. Plejmulto da nuntempaj elektronikaj cirkvitoj uzas cirkvitkartojn produktitaj el materialoj kiel FR2 (FR2 pri flamrezistanta 2, el papero fortigita de sintezita rezino) aŭ FR4 (FR4 pri flamrezistanta 4, el sintezita rezino fortigita de vitrofibroj). Antaŭ la jaroj 1960-aj, kutime estis uzita la tratrua teĥnologio (angle THT, Through hole technology), sed pli kaj pli la surfacmunta teĥnologio (angle SMT, Surface-mount tehnology)) industrie anstataŭis la antaŭajn metodojnLa surfacmunta teĥnologio (hispane) ekde la jaroj 1980 estas ekskluzive uzata por hibridaj cirkvitoj.

Sano kaj mediaj efikoj asociitaj al elektronikaj aroj akiris pliigitan atenton dum la lastaj jaroj, aparte pri eŭropaj produktoj fare de eŭropaj direktivoj.

 Detruo 
Formikoj (el specio Nylanderia fulva) povas konsumi la izolaĵon de elektrikaj kabloj, kreante kurtajn cirkvitojn. La scientistoj ne bone komprenas la konduton de tiuj insektoj: kio allogas ilin, ĉu estas la varmo kreita de la kurento en la konduktilo, ĉu estas la magneta kampo elradiata de ĉi-lasta? .

 Vidu ankaŭ 
 Elektra inĝenierarto
 Elektronika inĝenierarto
 Elektronika komponanto
 Elektronika muziko
 Impulso (elektroniko)
 Komputada inĝenierarto
 Telekomunika inĝenierarto

 Eksteraj ligiloj 


 En Esperanto 
 Klariga terminaro - pri elektrotekniko - kompilita de Kristály Tibor -- [en STEB]
 Fortakurenta terminaro - de inĝ. Gádor László en la hungara, Esperanta, angla, germana, rusa
 Radioteknika vortaro -- plurlingva vortaro kun 600 (?) vortoj en la eldonaĵo "Radioteknika artikolaro" ĉe UEA, 1984
 Informadiko kaj radioelektroniko - studenta verko en studopedia.ru en Esperanto kaj rusa

 Alilingve 
 Elektro kaj magnetismo de Hyperphysics 
 NEETS 1998 (Mararmeo elektro kaj elektronika trejnada serio)  

 Referencoj 

 Bibliografio 
 Horowitz, Paul; Hill, Winfield (1980). The Art of Electronics. Cambridge University Press. ISBN 978-0521370950.

 Fonto 

Kategorio:Elektromagnetismo

Kategorio:Elektra inĝenierarto
Kategorio:Fakvortaroj
Kategorio:Multlingvaj vortaroj
Kategorio:Elektronika industrio