تحقیق در مورد الکترونیک

بخشی از مقاله

الکترونیک
الکترونیک مطالعه و استفاده از وسائل الکتریکی ای می باشد که با کنترل جریان الکترون ها یا ذرات باردار الکتریکی دیگر در اسبابی مانند لامپ خلا و نیمه هادی ها کار می کنند. مطالعه محض چنین وسائلی ، شاخه ای از فیزیک است، حال آن که طراحی و ساخت مدارهای الکتریکی جزئی از رشته های مهندسی برق، الکترونیک و کامپیوتر می باشد.

سالهاست که واژه" الکترونیک" به طور مکرر در میان مردم استفاده می شود به طوریکه هر شخصی برداشت انفرادی خود را از این علم ویا موارد کاربردی آن مطرح می کند ، اما به صورت کلی عمدتا تعاریف و برداشتهایی که از این واژه عنوان می شود کامل نبوده و برداشتهای ظاهری عملا نمی تواند اهمیت و نفوذ روز افزون الکترونیک را در ارتباط باصنایع گوناگون بیان کند.

"الکترونیک" به طیف گسترده ای از الکتریسیته اطلاق می شود که با حرکت الکترونها در انواع مدارات نیمه هادی سر و کار دارد . اختراع ICها سبب آن شده است که دگر گونی های فراوانی در این علم پدیدار گشته و سیستمهای مدرن الکترونیکی از جمله مدارهای کنترل از راه دور ، ماهواره های فضایی ، رباتها و ... را پدید آورد.

در حال حاضر الکترونیک کلید فتح شگفتیهای جهان است و با تمام علوم و فنون موجود به نحوی پیوند خورده است . از وسائل ساده خانگی تا پیچیده ترین تکنیک های فضایی همه جا صحبت از تکنولوژی فراگیر الکترونیکی است و امروز صنعت مدرن بدون الکترونیک و تکنولوژی های وابسته به آن عملا مطرود و از کار افتاده است .

پیشرفت علم الکترونیک و وسعت حوزه عملکرد آن امروز بر همگان روشن است. علاوه بر وسائل الکترونیکی از جمله دستگاههای مخابراتی مثل رادیو ،تلویزیون ، ضبط صوت و تصویر ،انواع وسائل پزشکی ، صنعتی ،نظامی ، در دیگر وسائل غیر الکترونیکی هم ، کمتر وسیله ای را می توان یافت که الکترونیک در آن دخالتی نکرده باشد. از جمله در اتومبیل و صنایع حمل و نقل ، وسائل خانگی مثل ماشین لباسشوئی ،جاروبرقی و امثال آن نقش الکترونیک بسیار فعال و جالب توجه شده است.

با توجه به این مختصر می توان نتیجه گرفت که امروزه ، دیگر الکترونیک علم و یا تخصص ویژه افرا تحصیلکرده دانشگاهی و متخصصین این رشته نیست و بر همه افرادی که به نحوی با امور فنی درگیرند لازم است بفراخور حرفه خویش از این رشته اطلاعی داشته باشند.

مهندسان الکترونیک با خلق وعملکرد سیستمهای بسیار متنوعی سر وکار دارند که به منظور برآوردن نیازها و خواسته های جامعه طراحی می شوند. مهندسان الکترونیک در ایجاد ماشینهایی که تواناییهای بشر را در زمینه جسمی یاری و در زمینه محاسباتی افزایش می دهند نقش مهمی دارند . بخشی از طراحی و ایجاد سیستمهای الکترونیکی به توانایی ساخت مدلهای ریاضی اجزا و مدارهای الکتریکی بستگی دارد .برخی از مباحث پایه الکترونیک عبارتند از :

مدار های الکتریکی:

• المان های الکتریکی
1. مقاومت
2. خازن
3. سلف
4. ترانسفورماتور

5. دیود
6. ترانزیستور
7. IC
8. تقویت کننده های عملیاتی
9. مبدلها

اِلِکترونیک مطالعه و استفاده از وسائل الکتریکی ای می‌‌باشد که با کنترل جریان الکترون‌ها یا ذرات باردار الکتریکی دیگر در اسبابی مانند لامپ خلاء و نیمه‌رساناها کار می‌‌کنند. مطالعه محض چنین وسائلی، شاخه‌ای از فیزیک است، حال آن که طراحی و ساخت مدارهای الکتریکی جزئی از رشته‌های مهندسی برق، الکترونیک و رایانه می‌‌باشد.

سالهاست که واژه "الکترونیک" به طور مکرر در میان مردم استفاده می‌‌شود به طوریکه هر شخصی برداشت انفرادی خود را از این علم و یا موارد کاربردی آن مطرح می‌‌کند، اما به صورت کلی عمدتاً تعاریف و برداشتهایی که از این واژه عنوان می‌‌شود کامل نبوده و برداشتهای ظاهری عملا نمی‌تواند اهمیت و نفوذ روزافزون الکترونیک را در ارتباط باصنایع گوناگون بیان کند.

"الکترونیک" به طیف گسترده‌ای از الکتریسیته اطلاق می‌‌شود که با حرکت الکترونها در انواع مدارات نیمه هادی سر و کار دارد. اختراع آی‌سی (IC)ها سبب آن شده است که دگرگونی‌های فراوانی در این علم پدیدار گشته و سیستمهای مدرن الکترونیکی از جمله مدارهای کنترل از راه دور، ماهواره‌های فضایی، ربات‌ها و ... را پدید آورد.

امروزه الکترونیک کلید فتح شگفتیهای جهان است و با تمام علوم و فنون موجود به نحوی پیوند خورده است. از وسائل ساده خانگی تا پیچیده‌ترین تکنیک‌های فضایی همه جا صحبت از فناوری فراگیر الکترونیکی است و امروز صنعت نوین بدون الکترونیک و فناوری‌های وابسته به آن عملا مطرود و از کار افتاده است .
پیشرفت علم الکترونیک و وسعت حوزه عملکرد آن امروز بر همگان روشن است. علاوه بر وسائل الکترونیکی از جمله دستگاههای مخابراتی مثل رادیو، تلویزیون، ضبط صوت و تصویر، انواع وسائل پزشکی، صنعتی، نظامی، در دیگر وسائل غیرالکترونیکی هم، کمتر وسیله‌ای را می‌‌توان یافت که الکترونیک در آن دخالتی نکرده باشد. از جمله در خودرو و صنایع ترابری، وسائل خانگی مثل ماشین رختشوئی، جاروی برقی و امثال آن نقش الکترونیک بسیار فعال و جالب توجه شده است. با توجه به این مختصر می‌‌توان نتیجه گرفت که امروزه، دیگر الکترونیک دانش و یا تخصص ویژه افراد تحصیلکرده دانشگاهی و متخصصان این رشته نیست و بر همه افرادی که به نحوی با امور فنی درگیرند لازم است بفراخور حرفه خویش از این رشته اطلاعی داشته باشند.

مهندسان الکترونیک با خلق وعملکرد سیستمهای بسیار متنوعی سر وکار دارند که به منظور برآوردن نیازها و خواسته‌های جامعه طراحی می‌‌شوند. مهندسان الکترونیک در ایجاد ماشینهایی که تواناییهای بشر را در زمینه جسمی یاری و در زمینه محاسباتی افزایش می‌‌دهند نقش مهمی دارند. بخشی از طراحی و ایجاد سیستمهای الکترونیکی به توانایی ساخت مدلهای ریاضی اجزاء و مدارهای الکتریکی بستگی دارد.

دیجیتال
یک تابع دیجیتال تابعی است که هم از نظر زمان و هم از نظر مقدار محدود شده باشد.
تبدیل فوریه نشان میدهد که اگر از یک سیگنال در زمان های کوچک تر از نصف عکس بیشترین فرکانس آن نمونه بردای شود میتوان آن سیگنال را دوباره بصورت دقیق باز سازی کرد. به این توابع توابع گسسته میگویند. از آنجا که دستگاه‌های کنونی قدرت تشخیص صد در صد یک سیگنال و ذخیره سازی آن را ندارند مقدار آن سیگنال گسسته را به چند مقدار خاص محدود میکنند.به اینگونه سیگنال ها سیگنالهای دیجیتال گفته میشود که حجم کمتر و دقت کمتری نسبت به سیگنال های گسسته و پیوسته اشغال میکنند. تکنولوژی دیجیتال سهم بسزایی در پیشرفت علم ذخیره ساری و پردازش سیگنال داشته اند.
تراشه یا مدارات مجتمع یا آی سی
دید کلی

درست همانطور که ترانزیستور با ارائه انعطاف پذیری ، سادگی و اطمینان پذیری بیشتر نسبت به لامپ خلا انقلابی در الکترونیک ایجاد کرد مدارهای مجتمع نیز کاربردهای تازه‌ای برای الکترونیک بوجود آورده‌اند که بوسیله قطعات مجزا امکان پذیر نموده است مجتمع سازی این امکان را فراهم ساخته که می‌توان مدارهای پیچیده شامل هزاران ترانزیستور ، دیود ، مقاومت و خازن را روی یک تراشه نیمه رسانای جای داد.
انواع مدارهای مجتمع برحسب کاربرد
مدار مجتمع خطی
یک IC خطی عمل تقویت یا سایر اعمال اساسا خطی را روی سیکنالها انجام می‌دهد نمونه‌ای از این مدارهای خطی عبارتند از: تقویت کننده‌های ساده ، تقویت کننده‌های عملیاتی و مدارهای مخابراتی قیاسی
مدار مجتمع دیجیتالی

شامل مدارهای منطقی و حافظه برای کاربرد در کامپیوترها ، حسابگرها ، زیرپرندازه‌ها ، امثال آن می‌باشند تا به حال بیشترین حجم ICها مربوط به حوزه دیجیتالی و به دلیل نیاز زیاد به این مدارها بوده است. از آنجایی که مدارهای دیجیتالی معمولا فقط به عملکرد «قطع و وصل» ترانزیستورها نیاز دارند شرایط طراحی مدارهای دیجیتالی مجتمع اغلب ساده‌تر از مدارهای خطی است.
انواع مدارهای مجتمع برحسب ساخت

مدارهای یکپارچه
مدارهای مجتمعی که بطور کامل روی یک تراشه نیمه رسانا (معمولا سیلسیوم) قرار می‌گیرند مدارهای یکپارچه نامیده می‌شود واژه یکپارچه از لحاظ ادبی به معنای «تک سنگی» بوده و به مفهوم آن است که کل مدار در یک قطعه واحد از نیمه رسانا جا داده می‌شود. مدارهای یکپارچه دارای این مزیت هستند که تمام عناصر در یک ساختار منفرد و محکم و با امکان تولید گروهی قرار می‌گیرند یعنی صدها مدار مشابه را می‌توان بطور همزمان روی یک پولک: S ساخت.
مدارهای آمیخته

هر گونه الحاقاتی به نمونه نیمه رسان مانند لایه‌های عایق کننده و الگوهای فلز کاری در سطح تراشه انجام می‌پذیرد. یک مدار آمیخته می‌تواند دارای یک یا چند مدار یکپارچه یا ترانزیستورهای جداگانه باشد که به همراه اتصالات داخلی مناسب به یک بستر با مقاومت‌ها ، خازنها ، و سایر عناصر مداری پیوند شده باشند. مدارهای آمیخته با داشتن عایق عالی بین عناصر امکان استفاده از مقاومت‌ها و خازنهای دقیق را فراهم می‌سازند.

تکنولوژی مورد استفاده در هنگام ساخت مقاومت و... بیرون تراشه SI

فرآیند لایه نازک
تکنولوژی لایه نازک از دقت و کوچک سازی بیشتری برخورد بوده و عموما در جایی که فضا اهمیت دارد ترجیح داده می‌شود الگوهای اتصال بندی و مقاومت‌های لایه - نازک را می‌توان به روش خلا روی یک بستر سرامیکی شیشه‌ای یا لعابی نشاند. ساخت خازنها در روشهای لایه - نازک از طریق نشاندن یک لایه عایق بین دو لایه فلزی بین دو لایه فلزی یا با اکسید کردن سطح یک لایه و سپس نشاندن لایه دوم روی آن صورت می‌گیرد.
فرآیند لایه ضخیم

مقاومت‌ها ، الگوهای اتصالات داخلی روی یک بستر سرامیکی به روش سیلک - اسکرین (نوعی توری محافظ و با عبور رنگ در سوراخهای باز و بسته توری نقش دلخواه روی هر چه که بخواهیم چاپ می‌شود) یا فرآیند‌های مشابه چاپ می‌شوند خمیرهای مقاومتی و هدایتی متشکل از پودرهای فلزی در شکلی سازمان یافته روی بستر چاپ شده و در یک اجاق حرارت داده می‌شوند یک مزیت این است که می‌توان مقاوت‌ها را در کمتر از مقادیر مشخص شده ساخت و سپس بوسیله سایش یا تبخیر انتخابی توسط یک لیزر پالسی آنها را تنظیم کرده خازنهای کوچک سرامیکی را می‌توان همراه با مدارهای یکپارچه یا ترانزیستورهای منفرد در جای خود در الگوی اتصالات داخلی متصل کرد.

مزایای مجتمع سازی
ممکن است بنظر آید که ساخت مدارهای مجتمع شامل تعداد زیادی قطعه به هم متصل شده روی یک بستر si از جنبه‌های فن و اقتصادی مخاطره آمیز خواهد بود. در حالیکه حقیقت این است که روشهای نوین امکان انجام این کار را به صورت مطمئن و نسبتا کم هزینه فراهم ساخته‌اند، در بیشتر مواقع یک مدار کامل روی تراشه Si را می‌توان بسیار ارزانتر و مطمئن‌تر از یک مدار مشابه با استفاده از قطعات مجزا تولید کرد. دلیل اصلی این امر ساخت صدها مدار مشابه بطور همزمان روی پولک Si است این فرآیند تولید گروهی نامیده می‌شود.

علیرغم پیچیدگی و هزینه بالای مراحل ساخت برای یک پولک تعداد زیادی مدارهای مجتمع بدست آمده هزینه نهایی هر یک را بطور نسبی پایین می‌آورد. Ic امکان افزودن اقتصادی قطعات متعددی را دارا هستند، همچنین اطمینان پذیری نیز بهتر می‌شود زیرا ساخت تمام قطعات و اتصالات داخلی روی یک بستر محکم انجام شده و در نتیجه معایب ناشی از اتصالات سیم کاری به میزان بسیار زیادی کاهش می‌یابد، برخی از مزایای کوچک سازی مربوط به زمان پاسخ و سرعت انتقال یکسان بین مدارها است.
کاربرد

مدارهای پیچیده را می‌توان برای استفاده در سفینه فضایی ، کامپیوترهای بزگ و کاربردهای دیگری که استفاده از مجموعه بزرگی از قطعات مجزا در آنها غیر عملی است به میزان بسیار زیادی کوچک کرد یقینا عناصر مجزا نقش مهمی در توسعه مدارهای الکترونیکی داشته‌اند با این وجود امروزه بیشتر مدارها به جای استفاده از مجموعه عناصر منفرد روی یک تراشه Si ساخته می‌شود.

تَراشه یا مدار مجتمع (که برابر فارسی‌ "chip" یا IC یا Integrated circuit به زبان انگلیسی است) به مجموعه‌ای از مدارات الکترونیکی اطلاق می‌گردد که با استفاده از مواد نیمه‌رسانا (عموما سیلیکن همراه با میزان کنترل شده‌ای ناخالصی) در ابعادی‌ کوچک (معمولا کمتر از یک سانتی متر مربع) ساخته می‌شود. این مدارات معمولا شامل دو یا سه نوع دستگاه الکترونیکی‌ می‌‌باشند: مقاومت، خازن و ترانزیستور (مهمترین آنها ترنزیستور می‌‌باشد). هر تراشه معمولا حاوی تعداد بسیار زیادی ترانزیستور می‌‌باشد که با استفاده از فناوری پیچیده‌ای در داخل یک لایه از سیلیکن همگون و با ضخامتی یکنواخت و بدون ترک تزریق شده اند. امروزه تراشه‌ها در اکثر دستگاههای الکترونیکی و بویژه رایانهها در ابعادی گسترده بکار می‌‌روند. وجود تراشه‌ها مرهون کشفیات بشر درباره نیمه رساناها و پیشرفتهای سریع پیرامون آنها در میانه‌های سده بیستم می‌‌باشد.

مدارات مجتمعی که شامل ترانزیستورهای BJT(دو قطبی) باشند را با نام TTL و مدارات مجتمعی که شامل ترانزیستورهای Nmos و Pmos هستند را Cmos مینامند.ترکیب این دو تکنولوژی را با نام BiCmos میشناسند. در مقابل مدارات مجتمع مدارات Discreet یا گسسته وجود دارند که شامل قطعاتی مجزا هستند که به هم روی یک برد متصل شده اند

در ساخت IC ها طراحان سعی می‌کنند تا حد امکان از ترانزیستور استفاده کنند. مثلاً بجای خازن از از ترانزیستور در بایاس معکوس استفاده می کنند. و یا در جایی دیگر که مقاومت بزرگی نیاز دارند مثلاً در حد مگا اهم باز از ترانزیستور استفاده می کنند.چون در حجمی که مقاومت می گیرد می توان چند ترانزیستور جای داد.

مبدلها
مبدلها یا حس کننده ها
مبدلها یا حس کننده ها اولین طبقه یک سیستم اندازه گیری را تشکیل میدهند در واقع عمل تبدیل کمیتهای فیزیکی مختلف به سیگنال الکتریکی را انجام میدهد. سنسوری که در مقابل اکسیژن یا هیدروژن عکس العمل نشان میدهد سنسور گاز است.

حس گرهای گازی
اهداف این تلاش بر پایه توسعه یک سری از حسگرهای گازی حساس/ مشخص/ قابل حمل و پردوام بنا شده . اصول کار اساسا بر این سه مقوله تمرکز دارد که ردیابهایی برای مواد سلاح شیمیایی از قبیل سارین وسومان . ردیابهایی برای مواد منفجره از قبیل /تی ان تی / دی ان تی / و حسگرهایی برای نمایش کیفیت محیط زیست هوا / ردیاب برای ملکولهای از قبیل ( مواد فرار حیاتی ) / منواکسید کربن / دی اکسید کربن / اکسیژن و هیدروکربنها ساخته شود . در این رابطه تلاش بر این نیز است که حسگرهایی را که آلاینده کنان آب در محیط زیست را تشخیص میدهند از قبیل کرومیوم را توسعه داد.
پایه گذار
اداره تحقیقات علمی نیروی هوایی و بنیاد علمی ملی
.
مواد
یک یا چندین لایه از ( اس-آی ) پر از خلل و فرج را بوسیله تیزاب کاری الکتروشیمیایی کریستالی ( اس-آی ) در محلول آناتولی ( اچ-اف ) بدست می آید چند لایه که شکل گروه شیارهای فوتونیک که ساختار بسیار ریز حفره ای دارند ساخته می شوند . چون آنها پر از خلل و فرج هستند/ برشها شامل گاز و مایعات هستند . از تغییرات مشخصه ای درنتایج انعکاسات طیفی چشمی می توان به عنوان عناصر حس کننده حساس استفاده کرد. تجزیه و تحلیل مشخص کننده به وسیله تطابقات شیمیایی بدست می آید