Électronique: informations de base, rôle et fonctions des appareils électroniques

Électronique: informations de base, rôle et fonctions des appareils électroniques!

Faits basiques:

L'électronique et la science de l'électricité traitent toutes les deux du courant électrique. Mais chacun se concentre sur une utilisation différente du courant. L'électricité traite le courant principalement comme une forme d'énergie pouvant faire fonctionner des lumières, des moteurs et d'autres équipements. L'électronique considère le courant électrique principalement comme un moyen de transmettre des informations. Les courants qui transportent des informations sont appelés des signaux.

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Un courant électrique constant et immuable peut transporter de l'énergie. Mais le courant doit varier d'une certaine manière pour servir de signal. Certains dispositifs électroniques modifient le comportement d'un courant pour produire ou modifier des signaux. D'autres interprètent les signaux. Les signaux peuvent représenter des sons, des images, des chiffres, des lettres ou des instructions informatiques. Les signaux peuvent également être utilisés pour compter des objets, mesurer le temps ou la température, ou détecter des produits chimiques ou des matières radioactives.

Les signaux dans les circuits électroniques peuvent être classés comme numériques ou analogiques. Un signal numérique est comme un interrupteur électrique ordinaire: il est allumé ou éteint. Un signal analogique peut avoir n'importe quelle valeur dans une certaine plage.

Les signaux analogiques sont largement utilisés pour représenter les sons et les images car les niveaux de lumière et les fréquences des ondes sonores peuvent avoir n'importe quelle valeur dans une plage donnée. Les signaux analogiques peuvent être convertis en signaux numériques et les signaux numériques en analogiques. Par exemple, les lecteurs de disques compacts convertissent les signaux sonores numériques des disques en signaux analogiques pour la lecture via des haut-parleurs.

Le contrôle rapide et fiable des signaux numériques et analogiques par des équipements électroniques est rendu possible par les propriétés uniques de matériaux semi-conducteurs tels que le silicium et le germanium.

L'électronique dépend de certains dispositifs électroniques hautement spécialisés. Un téléviseur, un ordinateur ou tout autre équipement électronique complexe peut contenir des centaines, voire des millions, de ces appareils. Le dispositif électronique le plus connu et le plus important est le transistor.

Les transistors fonctionnent toujours avec des millions de chaînes stéréo, de radios et de téléviseurs. Mais les ingénieurs peuvent désormais placer plus de cent mille transistors sur une seule puce de silicium plus petite qu’un ongle. Une telle puce forme un circuit intégré. Les puces de ce type peuvent être câblées ensemble sur des cartes de circuits imprimés pour produire un équipement électronique plus petit et moins coûteux, mais beaucoup plus puissant, que jamais auparavant.

Les appareils électroniques sont couramment utilisés dans un grand nombre d'applications qui fonctionnaient auparavant avec des systèmes mécaniques ou électriques. Les exemples sont les commandes électroniques dans les caméras automatiques, les systèmes d'allumage électronique dans les voitures et les commandes électroniques dans les équipements domestiques, tels que les machines à laver.

Fonctions des appareils électroniques:

Les dispositifs électroniques remplissent trois fonctions principales: (1) l’amplification, (2) la commutation et (3) l’oscillation, le tout faisant partie de circuits. Un circuit est constitué d’une série de dispositifs électroniques connectés et d’autres composants. En combinant ces trois fonctions de différentes manières, les ingénieurs conçoivent un équipement électronique qui remplit de nombreuses autres fonctions spéciales, telles que le fonctionnement à grande vitesse des ordinateurs.

Certaines autres fonctions sont également remplies par des appareils électroniques.

Changer la lumière en électricité:

Lorsque certains matériaux, tels que l'oxyde de cuivre ou le sélénium, sont exposés à la lumière, ils produisent un courant électrique ou permettent à un courant de les traverser. Les appareils électroniques fabriqués à partir de ces matériaux peuvent ainsi transformer la lumière en électricité. De tels dispositifs sont appelés dispositifs photoélectriques ou yeux électriques. Le courant provenant d'un appareil photoélectrique est généralement extrêmement faible. Les amplificateurs doivent renforcer le courant avant de pouvoir l'utiliser.

Produire et utiliser les rayons X:

Des types spéciaux de tubes électroniques sont utilisés pour produire des rayons X. Les rayons X peuvent traverser les tissus humains et d’autres substances et laisser une image sur une plaque photographique ou sur un écran fluorescent. Les rayons X peuvent ainsi montrer à quoi les substances ressemblent à l'intérieur. Les rayons X sont utilisés en diagnostic et en thérapie.

Le diagnostic inclut la détection de fractures, d'objets étrangers dans le corps, de caries dentaires et de maladies telles que le cancer. Les rayons X sont utilisés dans les traitements thérapeutiques, notamment pour arrêter la propagation des tumeurs malignes. Dans les industries, les rayons X permettent de déterminer l'épaisseur des matériaux. Les rayons X sont également utilisés en microscopie électronique à balayage pour obtenir une "image".

Développement de l'électronique:

L'électronique s'est développée principalement à partir de certaines expériences électriques des années 1800. Ces expériences ont consisté à utiliser un tube à décharge de gaz, c’est-à-dire un tube de lubrification d’une partie de l’air qui avait été éliminé, laissant un mince mélange de gaz. Le tube avait une électrode en métal (pôle ou borne électrique) à chaque extrémité.

Lorsqu'une batterie était connectée aux deux électrodes, le tube brillait de couleurs vives. Les scientifiques pensaient que l'électrode négative, la cathode, émettait des rayons invisibles qui provoquaient les couleurs. Ils ont nommé les rayons invisibles rayons cathodiques. Alors que les scientifiques retiraient encore plus d'air du tubercule, pour leurs expériences, les tubes devenaient des tubes à vide.

En 1895, le physicien allemand Wilhelm Roentgen découvrit que les rayons cathodiques pouvaient produire un type de rayon totalement différent et inconnu. Les rayons cathodiques ont créé ces rayons inhabituels lorsqu'ils ont heurté le verre à l'extrémité du tube opposé à la cathode. À sa grande surprise, Roentgen a également découvert que le rayon 3 ainsi produit pouvait traverser les tissus animaux et végétaux et laisser une empreinte sur une plaque photographique. Il a nommé les rayons mystérieux Rayons X.

En 1897, la découverte d'électrons par le physicien britannique Juseph J. Thomson a conduit à l'invention de dispositifs capables de contrôler un flux d'électrons, ou un signal électrique, et de le mettre au travail.

Tubes à vide (vannes):

En 1904, un scientifique britannique du nom de John Ambrose Fleming construisit le premier tube à vide pouvant être utilisé dans le commerce. C'était un tube à deux électrodes, ou diode, capable de détecter les signaux radio. Au fil du temps, les tubes à diodes ont également été largement utilisés pour rectifier le courant alternatif.

En 1907, l'inventeur américain Lee De Forest a breveté un tube à trois électrodes ou triode. Le tube triode est devenu le premier amplificateur électronique. L'une des premières applications concernait les lignes téléphoniques longue distance. En 1912 et 1913, De Forest et le pionnier de la radio américaine Edwin H. Armstrong, travaillant indépendamment, développèrent le tube triode en tant qu’oscillateur. L’invention d’un amplificateur électronique et d’un oscillateur a marqué le début de la radiodiffusion aux États-Unis en 1920. Cette date marque également le début de l’industrie électronique.

Des années 1920 aux années 1950, les connaissances sur les tubes à vide ont rendu possibles des inventions telles que la télévision, les films avec son, les radars et les ordinateurs électroniques. Ces inventions, à leur tour, ont conduit au développement de nouveaux appareils électroniques.

Un scientifique américain, GR Carey, avait construit un dispositif photoélectrique, appelé cellule photoélectrique, dès 1875. Mais les ingénieurs ne l'utilisèrent que jusqu'au début des années 1920, lorsqu'ils intensifièrent leurs efforts pour développer la télévision et les films avec son.

En 1923, un scientifique américain d'origine russe, Vladimir K. Zworykin, associa une cellule photoélectrique à un canon à électrons et créa ainsi le premier tube de caméra de télévision à succès.

En 1921, Albert W. Hull, un ingénieur américain, a inventé un oscillateur à tube à vide appelé magnétron. Le magnétron a été le premier appareil capable de produire efficacement des micro-ondes. Le radar, développé progressivement au cours des années 1920 et 1930, a été le premier à généraliser l'utilisation des micro-ondes.

L'ère des tubes à vide a atteint son apogée avec l'achèvement du premier ordinateur électronique à usage général en 1946.

L'ère du solide:

Les dispositifs à semi-conducteurs primitifs constitués de sélénium avaient déjà servi de redresseurs dès 1900. Les détecteurs à cristaux des premiers radios étaient également des semi-conducteurs. Mais aucun de ces dispositifs ne fonctionnait aussi bien que les redresseurs et les détecteurs à tube à vide.

Puis, au début des années 1940, une équipe de physiciens américains a produit les premières diodes à semi-conducteurs qui ont fait leurs preuves. L'équipe était composée de John Bardeen, Walter H. Brattain et William Shockley. En 1947, cette même équipe a inventé le transistor. Les fabricants ont commencé à utiliser des transistors comme amplificateurs dans les prothèses auditives et les radios de poche au début des années 50. Dans les années 1960, les diodes et les transistors à semi-conducteurs avaient remplacé les tubes à vide de nombreux équipements électroniques.

Microélectronique:

À la fin des années 50, les programmes militaires et spatiaux ont commencé à exiger des équipements électroniques plus compacts. Bien que les fabricants aient réduit la taille des dispositifs à électrons, chaque dispositif constituait toujours un composant distinct dans un circuit. l'équipement électronique était trop volumineux pour les besoins des programmes militaire et spatial. Les entreprises électroniques ont commencé à développer des circuits beaucoup plus petits. Leurs travaux ont abouti à la microélectronique, à savoir la conception et la production de circuits intégrés et d'équipements utilisant des circuits intégrés.

En 1960, ingénieurs et scientifiques avaient réussi à construire un circuit intégré. Il avait toutes les fonctions d'un circuit conventionnel intégré dans un cristal semi-conducteur, 1 000 fois plus petit qu'un circuit conventionnel.

Rôle de l'électronique:

L'électronique joue aujourd'hui un rôle primordial dans le processus de développement d'un pays. L’électronique joue un rôle de catalyseur dans l’amélioration de la production et de la productivité dans les secteurs clés de l’économie, qu’elle soit liée aux infrastructures, aux industries de transformation, à la communication ou même à la formation de la main-d’œuvre. Les domaines de haute technologie dépendent aujourd'hui fortement de l'électronique.

L'électronique est classiquement classée dans les secteurs de la consommation, de l'industrie, de la défense, des communications et du traitement de l'information. Récemment, l’électronique médicale et les systèmes de transport et d’électricité sont devenus des segments importants.

L'électronique grand public est le secteur le plus ancien du secteur qui a commencé avec le développement des récepteurs radio après l'invention de la triode. La compétitivité internationale dans ce domaine nécessite une innovation constante.

Ce domaine s'est considérablement développé ces dernières années avec le développement d'éléments tels que lecteurs de disques compacts, bandes audio numériques, fours à micro-ondes, machines à laver et systèmes de réception de télévision par satellite. Cependant, tous ces éléments utilisent des technologies et techniques de fabrication avancées telles que les lasers à semi-conducteurs et les dispositifs à micro-ondes.

L'électronique industrielle est orientée vers la fabrication des produits nécessaires aux équipements de contrôle de processus industriels modernes, aux machines et robots à commande numérique, ainsi qu'aux équipements de test et de mesure. Les laboratoires ont également besoin d'instruments de précision. Ce domaine a un grand potentiel de croissance et de développement.

Une infrastructure avancée en sciences des matériaux et une électronique sophistiquée sont toutes deux pertinentes dans le domaine de la défense où le coût n’est généralement pas un facteur limitant. L'équipement doit être suffisamment robuste pour résister aux pressions de l'environnement, en plus d'être précis et sensible.

L'électronique de défense est bien sûr stratégique; il a également des retombées intéressantes à offrir à l'industrie. Bharat Electronics Ltd. (BEL), une organisation financée par la défense, a beaucoup contribué au développement du transistor et de la télévision en Inde.

L'électronique de communication est un domaine en pleine croissance qui offre de nombreuses possibilités d'innovation et d'application industrielle. Les équipements de communication ont énormément bénéficié du développement de lasers à semi-conducteurs efficaces, de la technologie des fibres optiques, des techniques numériques et de puissants microprocesseurs.

Là encore, les technologies de l'information dépendent clairement de l'électronique. Le circuit intégré est la base des ordinateurs qui sont, à leur tour, utilisés pour concevoir de meilleurs circuits intégrés à très grande échelle (VLSI), en particulier des microprocesseurs et des mémoires. De meilleurs ordinateurs contribuent encore à améliorer les systèmes de communication, tandis que des communications rapides et efficaces conduisent à des réseaux informatiques distribués donnant accès à des données spécialisées sur un ordinateur distant, depuis le lieu de travail même.

Dans le domaine médical, l'électronique a rendu possible l'enregistreur ECG (électrocardiogramme) ainsi que le scanner RMN (résonance magnétique nucléaire) en plus d'autres équipements de mesure.