电子产品

电视、立体声录音和回放、电脑、机器人、太空探测器都是电子产品。电子的分支物理关注电子的生成和行为,如晶体管和电子管。特别关心他们使用电子设备,其中电用于控制、沟通和处理信息。这些设备在日常生活中造成了更大的变化比其他任何技术介绍了在20世纪。

电子产品的基础是电子信号,电流表示信息。有两种基本类型的电信号:模拟和数字。在模拟信号,一些电流的连续变量方面代表了信息。在调幅(AM)广播传输,例如,振幅或强度、电磁的无线电波信号的振幅成正比的无线电波的声音。无线电波的振幅越大,声音越响,辐射从广播扬声器。

相比之下,数字信号使用标准化的脉冲来表示数字。数字音频信号,信号的幅值为一组的时间转换为所代表的数量,例如,16的固定时间和脉冲振幅。整个音频信号传输等一系列16-pulse代码。

大多数电子设备使用数字信号。在这些信号几乎总是用二进制代码表示的数字;,而不是使用一个基于10数字系统,用于写数字和手工计算,基于2电子系统使用数字。只有两个基本号码在这个系统:0和1,1是由脉冲和0表示没有脉冲,或一些类似的安排。

40八进制数数系统数量,例如,将会在101000年以2为底系统的代表,意义(1×2⁵)+ (0×2⁴)+ (1×2³)+ (0×2²)+ (0×2¹)+ (0×2⁰)。字母和单词可以编码在相同的方式,可以是逻辑代码,如1 0意思是“不”,意思是“是的。”

电子设备,今天主要是操纵数字和模拟信号半导体。半导体材料,导电,但只有在一定条件下,相比之下总是进行良好的导体,绝缘体总是不好。半导体通常是由时间组成的硅或硅化合物与某些杂质掺杂来改变他们的电气性能。

基本的半导体装置晶体管在1947年发明了美国科学家威廉·b·肖克利沃尔特·h·布拉顿和约翰巴丁。典型的晶体管包括三个半导体材料粘合在一起。在所谓的n- - - - - -p- - - - - -n类型,第一部分,称为发射器,掺杂给它过多的负电荷;基础,第二个是掺杂给它过剩的正电荷;第三,收集器,掺杂过多的负电荷。

发射极和集电极之间的电压是固定的,相对较高,而发射极和基极之间的电压很低,是输入信号。当没有电压,电阻从发射器到收集器很高,也没有电流。小发射极电压基础,然而,降低了阻力,并允许大型输出从发射极电流收集器。晶体管作为一个信号放大器。

晶体管和其他半导体设备有各种各样的类型能够执行许多不同的功能与其他元素转换为电子电路连接在一起。其中最重要的其他元素是电阻,这阻碍了电子的流动和调节电压和电流;导体,连接不同的电路或不同的电路元素放在一起;和电容器储存电荷。

这样的电路功能执行通常的两种主要类型:逻辑电路变换或处理信息由电子信号,而记忆回路和设备存储的信息。逻辑电路是由相同的组件上执行基本操作每一块信息,称为。一些由1或0。有时另一个单位的信息,被称为一个字节,或者八个比特,也使用。

有三种基本类型的逻辑电路:或者,而不是。不是电路结合和NAND和和电路或电路。在一个与门,两个输入生成一个输出只有在输入都是1。换句话说输出说,“A和B都是真实(或1)。“同样或门产生一个输出1如果它的两个输入1。NAND和也不是盖茨做恰恰相反:NAND产生1在任何情况下,与门的输出产生0,也不产生1每当或产生0。放在一起,这些简单的电路可以执行任何逻辑或运算操作,可以定义在一个有限数目的步骤。

最快的记忆回路建立从数组的晶体管,逻辑电路。在记忆电路瞬态推动信息stored-is指向一个特定的单位,或地址,数组中。这冲动的电气状态变化一个简单电路的方式变化是稳定一旦冲动已经过去了。

一个简单的方法让这样一个触发器电路是一个给定的输出晶体管反馈基地通过一个或门。另一个输入或门是外部脉冲。一个外部脉冲将打开晶体管输出电流,将反馈通过门维持本身。一个额外的外部脉冲将关掉输入,因此电路翻转回来。

信息可以从复杂的数组触发器电路通过各种方式获得的外部电路晶体管信号是否在进行或不导电状态。这样的数组称为随机存取存储器(RAM),因为每个地址可以访问的任何顺序。其他类型的记忆回路包括只读存储器(ROM)。在ROM数据永久存储在数组的时候生产。

现代电子电路不是由个人,曾经如此分离组件。相反,数以百万计的微小电路是嵌入在一个复杂的硅和其他材料被称为块集成电路(集成电路)或芯片。

集成电路的制造始于一个简单的圆形硅晶片的几英寸。设计生产图纸的确切位置每个元素在每个电路的一部分。每个图的照片缩小很多次,然后生成一个小照相平版印刷的面具。

硅晶片上涂了一层称为光刻胶材料接触时,发生化学变化紫外线。紫外线照射通过面具到光刻胶上创建相同的模式上的晶片,面具。然后溶剂腐蚀抵抗暴露出来的部分,保留其他部分。一层材料的例子中,硅掺杂一些杂质的放下的晶片,和另一个模式是铭刻在相同的技术。

数以百计的这些操作的结果是一个多层电路,与数以百万计的微小的晶体管、电阻和导体薄片中创建的。预应力沿线的晶片然后分解成数百个相同的正方形或长方形的晶集成电路完成。

在20世纪末,先进的科学技术不断地减少单个电路元素的大小,这样的元素数量可以装上芯片大约每两年翻了一倍。这种快速增长的力量的芯片和同时上升的速度允许的发展微处理器。个人的microprocessor-the心电脑包相同的计算能力在一个很小的芯片小得多比邮票在1950年代和1960年代是由一台计算机要占据整个房间时,花费数百万美元。

个别芯片安装在载体与连接器使新兴。这些,反过来,在印刷电路板焊接在一起。在大型计算机董事会本身是装在大架和连接在一起。

21世纪初,集成电路用最先进的技术可以携带超过十亿个晶体管,每个只有几十纳米或更小。(纳米是1000000毫米,约0.00000004英寸)。许多电气工程师和科学家认为,大小的限制,在这些电路可以达成。但是电子元件的总体规模仍可能继续降低圆片规模集成、生产各种组件的边缘在一个晶片,是完善和电路板的需求减少。

还是其他实验方法包括利用属性在分子甚至亚原子尺度。在分子级别上进行,研究人员使用有机分子创建所谓的DNA计算机。在亚原子尺度,其他研究人员寻求利用从量子力学属性来创建所谓的量子计算机。

直到20世纪中期,电子,或真空,管是几乎所有电子设备的基础。晶体管发达后,是从汤姆斯电路取代真空管在大多数应用程序。管仍然使用,然而,在设备涉及高功率和频率。

真空管是部分或完全撤离,密封管通过控制流的电子移动。它包含至少两个电极:一个负电极阴极发射电子,前往一个正电极称为阳极。

两种类型的这些管子是磁控管和速调管。磁控管管有一个圆柱形铜板(正极)与灯丝(负极)沿气缸轴运行。安装在管外磁铁的磁场平行丝。灯丝发射电子,由磁场,弯曲成弯曲的路径及其振荡辐射。磁控管是能产生极高的频率和非常高功率短脉冲。它们用于雷达系统和微波炉。

速调管管包含铜腔内的电子振荡。极超短波特高频电路中使用,在那里他们可以产生振荡400兆赫(4000亿赫兹)在微波范围。他们也用作放大器,例如一些无线电中继系统。

另一个重要的类型的电子管阴极射线管,用于电视接收器,在许多其他应用程序。阴极射线管是二极管的电子系统集中的电动镜头成细光束。这光束落在一个荧光屏的管,它产生的光。如果电场应用波束的方向成直角,电子的路径,首先是一条直线,弯。

这个位移测量强度的应用领域。可以使用阴极射线管电压表,一种设备,测量电势差。如果字段用于偏转板是一个交变磁场,灯点在屏幕上不断从右到左。这表现为直接的水平线。如果另一个交变磁场在直角第一个和电子束,光点同时停了下来,和一个更复杂的身影出现在屏幕上。这允许详细研究频率的关系,阶段和振幅的两个字段。

然而,如果一个领域经营,点光源慢慢地在屏幕上从左到右移动,很快回到左边,观众得到一个简单的图片的第二个字段的属性,而现货上下移动。这种类型的阴极射线管被称为一个示波器。

电子设备被用在许多应用程序中。集成电路是极其多才多艺的,因为一个基本的设计可以执行各种功能,根据电路的布线和电子程序或指令被送入(看到电脑)。大多数集成电路执行计算或逻辑操作从手持设备计算器超快的超级计算机,可以每秒执行数万亿的计算。

然而,还有许多其他的功能,可以用电子电路。在广播和电视接收器的放大电路的主要功能是弱信号接收的天线。在小信号放大放大到大信号,用于驱动等电路广播的扬声器。

在许多情况下,这种放大的帮助下执行振荡器电路。这样一个电路有一个自然周期,或周期的电流,类似于钟摆的自然击败。当由外部信号的同一时期,如从一个特定的无线电传输通道,振荡器电路增加其振幅。

调整了其他电台或电视台也收到一个天线,滤波器电路经常使用。这些过滤器强烈降低信号,而是一个频率,防止干扰接收器通道之一。

这些和其他基本电路类型中使用大量的电子设备。消费电子产品领域,首次开发了在19世纪发明的留声机,现在包括收音机、电视机、高保真音响系统、数字视频光盘(DVD)球员,MP3播放器,手机,计算器,电子游戏,和个人电脑,以及许多其他产品。大部分这些设备包含一个或多个集成电路。电子控制也被添加到许多电器,如洗碗机、洗衣机、烤箱、和食物处理器。

在计算机工业和贸易,由从一个几千集成电路,控制工业已经成为一种宝贵的工具,操作和跟踪的业务记录。当连接到机械手臂和触手,电子工业的是大脑机器人已进入越来越广泛使用绘画、焊接和组装产品,从汽车到手表。

科学家们用电子计算机来执行非常复杂的计算,如确定确切的遥远空间探测器;探测器本身富含电子仪器和通讯设备。电子仪器在地球上用于电子行业本身的科学测量和测试设备制造。示波器,例如,在电子电路用于诊断问题通过比较预期与实际结果模式。

医学领域的电子诊断仪器给医生看得更清楚人体比以往任何时候都要多。CT扫描仪,例如,使用计算机来分析x射线和产生内部器官的三维视图。核磁共振(NMR)扫描仪分析人体的化学物质的反应,无线电波和磁场,产生的地图人体的生物化学和明显突出的疾病领域。

几乎所有的现代通信依赖电子产品。电子电路开关电话在地球上和通讯卫星电话。卫星电子系统放大和转播电视和无线电通讯。电脑是由电子网络联系在一起。

传统电子产品现在补充通信光电子学,光的使用由光纤高速传输信息。激光通过电子信号脉冲调制,光在光纤的另一端许多英里和公里转换为电子信号由光电探测器。

电子产品也在交通运输中发挥核心作用。集成电路用于几乎所有新车的引擎,代理控制引擎和有效地使用燃料。更复杂的电路和计算机在很大程度上帮助飞行员飞行的飞机和,当然,更重要的在宇宙飞船。

最后,电子产品已经成为中央在现代战争和战争的准备工作。先进战斗机成本的很大一部分是在复杂的电子雷达、武器控制和自动飞机携带的导弹。电子计算机和导航设备指南弹道核导弹的路径和控制核武器的爆炸。

电子产品的工作原理可以被跟踪了无线电管和光电电池的历史。这段历史始于1883年,当美国的发明家托马斯·爱迪生发现他白炽灯的灯丝加热散发材料,黑球的内部。这被称为“爱迪生效应,它导致了现代电子管的发展。爱迪生效应,也叫做热电子发射,热灯丝的一些电子供应至少最小能量来克服引力控股的金属结构。这种放电的电子被广泛使用的电子在传统电子管的例子,在电视画面管。

1887年海因里希。赫兹德国,而试图证明了无线电波的存在,发现了光电效应。如果抛光金属是一个负电荷,然后充斥着紫外线辐射,它逐渐失去了电荷。等化学元素铯和硒对可见光敏感。这一发现导致了光电电池。

电子管的发展始于1904年,当约翰·a·弗莱明弗莱明阀产生的英格兰,今天被称为一个二极管,意思是“两个电极。”他开始通过加热在电子管灯丝电流(称为“电路”电流)。热使灯丝的电子,周围的空间。

如果没有更多的发生,第一个电子逃离将很快形成了一个负空间电荷,让其他人被赶出,因为同种电荷相互排斥。弗莱明避免通过放置在管板和连接板和丝通过外部“B电路。“电子驱动的丝然后穿过管板和电路后回灯丝。

弗莱明下放置一个电池的电路。电池是用来供应电子,负费用灯丝,或阴极,并从板画,或阳极,离开一个正电荷。电加热稳步推动电子从灯丝和发出了强电流通过B,或板,电路。电流的强度部分热量和部分取决于电池的电压。

这个设备可以作为一个无线探测器。变化的电压由无线电信号的天线电路放置在灯丝和板。的变化产生相应的板的强度变化的电流,用于繁殖的信号接收装置。

1906年美国发明家李De森林改变了二极管装置,他叫一个三极管,现代的名字是三极管(“三电极”)。他通过插入一个网格之间的细钢丝网丝板。

如果变量从天线电路放置在灯丝电压和电网,引起变化的电子流。此外,电流的变化是更强大的比输入信号电压造成的单独行动。因此,三极管放大,或加强,信号。

因为管使用自由电子只和没有机械运动部件,它响应几微秒,或上百万第二,任何改变。它可以使敏感的变化小于1000000伏特。导致板电流的变化可以通过传递信号通过放大管。

真空管的基础成为了广播、电视、电子计算机,后者第一次在1940年代开发的。晶体管的发明在1947年发起了一个激进的削减规模的电子电路和功率要求。后来开发的集成电路为运动持续的所有电子设备的小型化,同时也大大增加了速度和计算能力。(另请参阅电脑;电;集成电路;微处理器;广播;固体物理;电视;晶体管。)