برق و الکترونیک

درباره برق و الکترونیک
 
الکتریسیته، برگرفته شده از کلمه یونانی: ήλεκτρον ، اثری است که به دلیل موجودیت بار الکتریکی پدید می‌آید و همراه با مغناطیس یکی از نیروهای پایه در فیزیک به نام الکترومغناطیس را تشکیل می‌دهد.

 
تاریخچه برق و الکترونیک
تاریخ الکتریسیته به ایران و بین‌النهرین باستان در دوره اشکانیان برمی‌گردد و اولین باطری اختراع شده را به اشکانیان نسبت می‌دهند که به خاطر محل یافتش به باطری بغدادی شهرت گرفته است.
 
الکتریسیته امروزی، توانایی‌های خودش را بیشتر مدیون زحمات فیزیکدانانی همچون، الساندر ولت، آندره آمپر، نیکلا تسلا، جرج سیمون اهم، مایکل فارادی و توماس ادیسون است.

 
تاریخچه الکترونیک
الکترونیک علم مطالعه ی عبور جریان الکتریکی از مواد مختلف – مانند نیمه هادی‌ها, مقاومت‌ها, القاگرها و خازن‌ها – و آثار آن است. الکترونیک همچنین به عنوان شاخه‌ای از فیزیک نظری شناخته می‌شود. طراحی و ساخت مدارهای الکترونیکی برای حل مشکلات عملی, قسمتی از مباحث موجود در مهندسی الکترونیک و را تشکیل می‌دهد.
در برخی موارد مطالعه المان‌های جدید نیمه‌هادی و فن‌آوری‌‌ها نزدیک به آن, شاخه‌ای از فیزیک در نظر گرفته می‌شود. این مقاله بیشتر به مفاهیم مهندسی الکترونیک می‌پردازد.

//

مختصری بر سیستم‌ها و مدارهای الکترونیکی
مدارهای الکترونیکی برای ایفا کردن وظایف مختلفی استفاده می‌شوند. کاربردهای اصلی مدارهای الکترونیکی عبارتند از:
1) کنترل و پردازش داده‌ها
2) تبدیل و توزیع توان الکتریکی
هر ردی این کاربردها با ایجاد و آشکارسازی میدان الکترومغناطیسی و جریان الکتریکی سرو کار دارند. گرچه از انرژی الکتریکی در سال‌های انتهایی قرن 19 برای انتقال پیام به وسیله تلگراف و تلفن استفاده می‌شد اما بیشتر پیشرفت‌های مربوط به علم الکترونیک پس از ساخت رادیو شکل گرفت. در یک نگاه ساده, یک سیستم الکترونیکی را می‌توان به سه بخش تقسیم کرد:

ورودی‌: حسگرهای الکترونیکی و مکانیکی (یا مبدل‌های انرژی) . این تجهیزات سیگنال‌ها یا اطلاعات را از محیط خارج دریافت کرده و سپس آنها را به جریان, ولتاژ یا سیگنال‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند.

پردازشگر سیگنال: این مدارها در واقع وظیفه اداره کردن, تفسیر کردن و تبدیل سیگنال‌های ورودی برای استفاده آنها در کاربرد مناسب را بر عهده دارند. معمولاً در این بخش پردازش سیگنال‌های مرکب بر عهده پردازشگر سیگنال‌های دیجیتال است.

خروجی: فعال کننده‌ها یا دیگر تجهیزات (مانند مبدل‌های انرژی) که سیگنال‌های ولتاژ یا جریان را به صورت خروجی مناسب در خواهند آورد (برای مثال با ایفای یک وظیفه فیزیکی مانند چرخاندن یک موتور).

برای مثال یک تلويزيون دارای هر سه بخش بالا است.
ورودی تلویزیون سیگنال‌های پراکنده شده را دریافت کرده (به وسیله یک آنتن یا کابل) و آنها را به ولتاژ و جریان مناسب برای کار دیگر تجهیزات تبدیل می‌کند.
پردازشگر سیگنال پس از دریافت داده‌ها از ورودی اطلاعات مورد نیاز مانند میزان روشنایی, رنگ و صدا را از آن استخراج می‌کند.
در نهایت قسمت خروجی این اطلاعات را دویاره به صورت فیزیکی در خواهد آورد این کار به وسیله یک لامپ اشعه کاتدیک و یک بلندگوی آهنربایی انجام خواهد شد.

انواع مدارها

مدارهای آنالوگ
بیشتر دستگاه‌های الکترونیکی آنالوگ مانند رادیو از تعدادی مدار اساسی تشکیل شده‌اند.
مدارهای آنالوگ بر خلاف مدارهای دیجیتال از یک دامنه مداوم ولتاژ استفاده می‌کنند.
تعداد مدارهای مختلف آنالوگ بسیار زیاد است به دلیل که یک مدار آنالوگ می‌تواند از یك مدار تشکیل شده از یک قطعه تا یک مدار متشکل از هزاران قطعه مختلف باشد.
مدارهای آنالوگ مدارهای خطی نیز می‌نامند گرچه از بسیاری از عوامل غیر خطی مانند آشکارسازها, تلفیق‌کننده‌ها و … در آنها استفاده می‌شود.
به عنوان مثال‌های خوب برای مدارهای آنالوگ می‌توان از تقویت کننده‌های ترانزیستوری یا لامپ خلاء, تقویت کننده‌های عملیاتی و نوسان‌سازها نام برد.
امروزه برخی از مدارهای آنالوگ از المان‌های دیجیتال و یا حتی ریزپردازنده‌ها برای بهبود عملکرد مدار استفاده می‌کنند.
این مدارهای معمولا مدارهای «سیگنال مرکب» می‌نامند. برخی موارد ممکن است تشخیص مدارهای آنالوگ از دیجیتال سخت باشد چراکه در برخی از مدارها از هر دو نوع عناصر خطی و غیر خطی استفاده شده است.

مدارهای دیجیتال
مدارهای دیجیتال مدارهایی هستند که بر پایه چند سطح ولتاژ مجزا طراحی شده‌اند.
مدارهای دیجیتال رایج‌ترین مثال برای معرفی سیستم‌های جبر بول هستند و اصول پایه همه رایانه‌های دیجیتال را تشکیل می‌دهند.
در بیشتر موارد تعداد حالت‌های ولتاژ در یک مدار دیجیتال دوتا هستند که با بالا (High) و پایین (Low) نمایش داده می‌شوند.
که در این حالت ولتاژ پایین ولتاژی نزدیک به صفر و ولتاژ بالا ولتاژی غیر صفر است که با توجه به نوع تغذیه متفاوت است.
رایانه‌ها, ساعت‌های الکترونیکی و کنترل کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر (PLC) بر پایه مدارهای دیجیتال ساخته می‌شوند.
اجزای اصلی:

درگاه‌‌های منطقی
جمع کننده‌ها
ضرب کننده‌های باینری
فلیپ فلاپ‌ها
شمارنده‌ها
ثبات‌ها
مالتی پلکسرها(تسهیم کننده)
دیکدر(رمزگشا)
رهاساز اشميت‌

و به عنوان تجهیزات جامع‌تر:

ریزپردازنده‌ها( ميکروپروسسور)
ریزکنترلگرها(میکروکنترلر)
پردازنده‌های سیگنال دیجیتال (DSP)