مقدمه الکترونیک

مقدمه الکترونیک:

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 دخال

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 .

سیستم صوتی ماشین

امروزه، خودروهای جدید، حتی آنهایی که از نظر قیمتی در رده‌ی چندان بالایی قرار نمی‌گیرند هم، مجهز به سیستم صوتی قابل قبولی هستند. افزایش سطح انتظار مشتریان، شرکت‌های خودروسازی را مجبور به ارتقای این قسمت کرد. سیستم صوتی خودرو برای برخی اهمیت فوق‌العاده‌ای دارد به‌طوری‌که برای آن هزینه‌های چند میلیون تومانی می‌کنند تا بهترین صدای ممکن را به دست بیاورند. حرفه‌ای‌ها چنان روی سیستم صوتی کار می‌کنند که گویی جمعی از نوابغ الکترونیک دور هم جمع شده‌اند. البته در این میان شرکت‌های بزرگی نیز در دنیا شکل گرفته‌اند که به این آتش دامن می‌زنند. این تب‌وتاب حکایت امروز و دیروز نیست. داستان سیستم صوتی خودرو، داستانی ۹۰ ساله است.

دهه‌ی ۲۰ در غرب وحشی، دهه‌ی فوران اقتصادی ناشی از صنعت نفت و فولاد بود. غول‌های اقتصادی و سرمایه‌گذاری آمریکا در این زمان بود که پایه‌های خود را در بازار مصرف‌کننده‌های چشم و گوش بسته فرو بردند. صنعت خودرو، یکی از دستاوردهای رونق اقتصادی در دهه‌ی ۲۰ بود. طی همین ۱۰ سال، صنعت نه‌چندان مدرن اتومبیل چنان پیشرفتی کرد که مهندسان اروپایی را انگشت‌به‌دهان گذاشت. رشد فزاینده‌ی تولید و مصرف خودرو در آمریکا، انتظارات مختلفی را نیز به‌وجود آورد. مشتریان خاص، درخواست‌های خاصی داشتند و بابت آن پول‌های خاصی را نیز می‌پرداختند. اواخر دهه‌ی ۲۰، دنیای الکترونیک تحت تأثیر اختراع ترانزیستور قرار گرفته بود. کامپیوترها هنوز تبدیل به غول‌های محاسبه و منطق امروزی نشده بودند. به همین دلیل ساخت لوازم و قطعات الکترونیکی در ابعاد کوچک چندان میسر نبود. با اینکه استفاده از رادیو در بین مردم دنیا رواج فراوانی داشت ولی هنوز معبری بین رادیو و خودرو حفر نشده بود.

رادیو

درست در ۱۹۳۰ میلادی بود که تیمی کوچک از مهندسان کمپانی موتورولا اولین سیستم صوتی خودرو را که شامل یک رادیو تک‌بانده موسوم به Mono‌ بود ابداع کردند. خودرویی که موتورولا آن را برای تعبیه رادیوی خود انتخاب کرده بود، یک Studebaker بود. کمپانی موتورولا به لطف همین ابداع، توانست میلیون‌ها دستگاه از رادیوهای خودرویی خود را به فروش برساند. این شرکت آن‌قدر در این حوزه موفق بود که حتی سفارش ویژه‌ای از نیروهای پلیس دریافت کرد که طی آنها می‌بایست سیستم‌های دریافت و ارسال رادیویی دو موج طراحی می‌کرد. از دهه‌ی ۳۰ تا ۵۰ میلادی شرکت‌های مختلفی شانس خود را برای حضور در این بازار بکر تست کردند ولی تقریبا هیچ‌کدام موفق نبودند. تا اینکه در ۱۹۵۲ کمپانی Blaupunkt آلمان برای اولین‌بار یک سیستم صوتی رادیویی FM با سیستم فراگیر صوتی را درون خودرو تعبیه کرد. این برای اولین‌بار بود که مشتری می‌توانست موج‌های رادیویی را خود انتخاب و ایستگاه موردنظرش را نیز جست‌وجو کند.

طراحی ساده اما منظم و زیبا

مقدمه، تاریخچه و مبانی تلفن
تلفن از نظر لغتی مرکب از دو کلمه یونانی، تله به معنی دور و فون به معنی صوت است تلفن بوسیله آقای وینستون ساخته شده و از ۱۲۵۶ استفاده از آن بعمل آمده است. تلفن از جهت تاریخ مقدم بر آنست ایرانیان در ۵۵۸ سال قبل از میلاد مسیح گروهی از مردانی که دارای صدای قوی بودند در بالای ساختمان میگماردند تا مطلب لازم را دهان به دهان بمقصدهای منظور برسانند.
کشیشی در سال ۱۱۹۷ میلادی برای ارتباط اطاقهای صومعه خویش چاره‌ای اندیشید نقشه خود را به آکادمی علوم فرانسه تسلیم نمود و اظهار داشت که با این وسیله ممکن است از فاصله ۵۰ فرسنگ دو نفر با یکدیگر صحبت نمایند.

در سال ۱۸۷۵ میلادی گروه زیادی از دانشمندان و مهندسین در راه تکمیل تلفن و اختراع مسائل زحمت کشیدند و انواع مختلفی از تلفن ساخته شده مانند شیمیاوی که طرحش بوسیله مون ریخته‌شد، تلفن بلوری بوسیله نیکولسون، تلفن با کندانسور نیمه هادی بوسیله رالک و جونسون،

بالاخره تلفن حرارتی و … ولی هیچکدام از این اختراعات مورد توجه مردم قرار نگرفت تا زمانی که یک جوان آمریکایی قدم به میدان نهاد و این افتخار را نصیب خود کرد این جوان الکساندر گراهامبل بود. که پس از خاتمه تحصیلات در سال ۱۲۸۷ به کانادا رفت و از همان راه به اختراع تلفن موفق گردید. روزی واتسون که یکی از همکاران گراهامبل بود در اطاق جداگانه برابر دستگاهی که بدست گراهامبل ساخته شده‌بود قرار گرفت و دستورهای استاد خویش را به کار بست ناگهان از آن

دستگاه صدای دوست خود را شنید که می‌گوید آقای واتسون بیایید با شما کار دارم، وی فوراً از جای برخاست بسوی اطاق بل دوید و فریاد زد صدای شما را شنیدم به این ترتیب نخستین عبارت تلفنی دنیا در روز دهم مارس ۱۸۷۶ میلادی برابر با دهم فروردین ماه ۱۲۵۵ در شهر بوستون بر روی سیمی رویین از اطاقی به اطاق دیگر منتقل شد. تلفن اختراعی بل خیلی ساده بود و گفتگو با آن بایستی به تناوب صورت گیرد بعلت اینکه گوشی و میکروفن آن باید یک نفر سخن بگوید و دیگری

گوش کند بعدها تلفن بسرعت زیاد در تمام دنیا رایج گردید و در حدود سال ۱۳۰۴ به ایران وارد شد. البته اولین تلفن در تبریز مورد استفاده راه‌آهن قرار گرفت که بعدها بصورت شرکت تلفن در آمد که با شرکت زیمنس آلمان قرار داد بست که هم‌اکنون بصورت فعلی بنام وزارت پست و تلگراف و تلفن در آمده‌است.
تلفن به مفهوم لغوی عبارت است از دستگاهی که در دو عمل مشترک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۱٫ ارسال اطلاعات لازم به مراکز برای وصل دو مشترک.

۲٫ فرستادن و گرفتن اطلاعات موجود در مکالمه از طریق جریان برق.
عناصر اصلی تشکیل‌دهنده تلفن
عناصر اصلی تشکیل‌دهنده تلفن عبارتنداز:
۱٫ گوشی و دهنی شامل گوشی وسیله‌ای برای شنیدن و دهنی وسیله‌ای برای ارسال پیام.
۲٫ زنگ و مدار زنگ وسیله‌ای برای خبر شدن.
۳٫ شماره‌گیر عامل اصلی ارسال اطلاعات لازم به مرکز.
برخی مشخصات تلفن‌ها:
۱- NSR برای ایجاد فاصله زمانی کافی بین شماره‌ها در نمره‌گیرهای جدید تعداد ایمپولزهای صادره از NSI به تعداد دو ایمپولز بیش از رقم موردنظر میباشد که این دو ایمپولز نبایستی بمدارهای بعدی متصل گردند برای این منظور کنتاکت NSR را بموازات کنتاکت NSI اتصال داده‌اند این کنتاکت هنگام کار کنتاکت NSI همواره باز است و فقط در آخر کار دو ایمپولز اضافی NSI را اتصال کوتاه و حذف می‌نماید در طی این زمان چون چرخ فرمان هنوز بحالت آزاد خود باز نگشته است ما بین سری نمرات حداقل به اندازه دو ایمپولز فاصله زمانی بوجود آید که در صورت نمره‌گیری عجولانه اشکالی در صحت ارتباطی پیش نمی‌آید.
۲- نمره‌گیری
هنگام نمره‌گیری با گرداندن چرخ فرمان ابتدا کنتاکت NSA ما بین دو خط La,L1 را اتصال کوتاه میکند تا حداکثر جریان بتواند بدون مانع بگذرد پس از آنکه چرخ فرمان رها شد متناسب با رقم گرفته شده بوسیله کنتاکت NSI مدار جریان قطع و وصل می‌گردد و کنتاکت NSR نیز که در این هنگام باز است در آخر کار برای محو کردن دو ایمپولز اضافی بسته میشود پس از اینکه چرخ فرمان بجای خود بازگشت کنتاکت NSA را باز مینماید تا جریان تغذیه میکروفن مجدداً برقرار شود.
۳- جرقه‌گیر
وقتی کنتاکت NSI قطع و وصل می‌شود جرقه تولید می‌کند که برای رفع مضرات آن بموازات کنتاکت، خازن زنگ را با مقاومتی(معمولاً ۱۰۰ اهم) به کنتاکت U1 متصل نموده‌اند.
۴- مکالمه دو جانبه
در دستگاههای تلفن داخلی دگمه‌دار می‌توان مکالمه با مشترک شهری را بوسیله فشاردادن دکمه زمین(T) موقتاً قطع و با گرفتن نمره همکار اداری دیگری با او مذاکره و شور کرد(چنانچه امتیاز مکالمه دو جانبه در مراکز تلفن خودکار داخلی جهت مشترک با مشترکین منظور شده باشد عمل مکالمه دو جانبه امکان‌پذیر خواهد بود) در این مدت مشترک شهری بدون اینکه از مکالمات داخل

ی مطلع شود با دستگاه مرکز تلفن خودکار داخلی ارتباط برقرار مینماید.
۵- مکالمه مجدد
با فشاردادن دکمه زمین(T) میتوان مکالمه با همکار اداری را قطع و دوباره با مشترک شهری مکالمه را ادامه داد و همچنین همکار اداری میتواند با فشاردادن دکمه زمین خود مذاکره شهری را به تلفن خود مرتبط نماید.

۶- ختم مکالمه و قطع ارتباط
با نهادن گوشی بر روی قلاب بر اثر وزن گوشی و فشرده‌شدن فنر قلاب کنتاکت U1 باز شده و مدار جریان که بوسیله U1 برقرار شده‌بود قطع می‌شود. اصول شش‌گانه فوق برای مکالمه کار مراکز تلفن و چگونگی برقراری ارتباط اتوماتیک کمال اهمیت را دارا می‌باشد. ضمناً در مدار گوش

ی تلفنهای مدرن یک عدد دیاک قرار دارد تا صداهای اضافی و تقه‌های کار رله‌ها و غیره را حذف یا تضعیف نماید تا باعث ناراحتی گوش نگردد.

مقدمه و مبانی باتری

باتری (battery)، مجموعه‌ای از یک یا چند سلول است که با انجام واکنش‌های شیمیایی، جریان الکترون‌ها در درون مدار را ایجاد می‌کند. همه باتری‌ها از سه جز اصلی تشکیل شده‌اند: یک آنود (anode) یا همان قسمت منفی (-)، یک کاتد (cathode) یا همان قسمت مثبت (+) و نوعی الکترولیت (یک ماده شیمیایی که با آند و کاتد واکنش می‌دهد).

زمانی که آند و کاتد یک باتری به مدار متصل است، یک واکنش شیمیایی بین آند و الکترولیت اتفاق می‌افتد. این واکنش، باعث جریان الکترون‌ها در درون مدار و برگشت آن‌ها به کاتد شده و در آنجا (کاتد)، یک واکنش دیگر رخ می‌دهد. زمانی که مواد موجود در کاتد یا آند مصرف شده یا دیگر در واکنش قابل استفاده نباشد، باتری دیگر قادر به تولید الکتریسیته نخواهد بود. در آن حالت، باتری اصطلاحاً «مرده» است.

باتری‌هایی که بعد از استفاده دور انداخته می‌شوند، به عنوان «باتری اولیه» شناخته می‌شوند. به باتری‌های قابل شارژ، «باتری ثانویه» می‌گویند.

تاریخچه

اصطلاح باتری

از نظر تاریخی، واژه «باتری» برای توصیف «مجموعه‌ای از اشیا مشابه که برای انجام عملکرد خاصی در کنار هم قرار گرفته‌اند»، مانند یک آتشبار (Artillery battery) استفاده شده است. در سال 1749 میلادی، بنجامین فرانکلین (Benjamin Franklin) برای اولین بار از این اصطلاح، به منظور توصیف یک سری خازن استفاده کرد که برای انجام آزمایش‌های الکتریکی خود به هم متصل کرده بود. بعدها این اصطلاح، برای همه سلول‌های الکتروشیمیایی استفاده شد که به منظور فراهم کردن نیروی الکتریکی به هم متصل شده‌اند.

باتری خازن‌های بطری لیدن (Leyden Jar) در اتصال با یکدیگر

اختراع باتری

در یک روز سرنوشت‌ساز در سال 1780 میلادی، فیزیکدان، پزشک، زیست‌شناس و فیلسوف ایتالیایی، لوییجی گالوانی (Luigi Galvani)، در حال کالبدشکافی یک قورباغه آویزان از قلابی برنجی بود. زمانی که او پای قورباغه را با چاقوی جراحی آهنی لمس کرد، پای قورباغه جمع شد. گالوانی عقیده داشت که انرژی جمع شدن، از خود پا به وجود آمد ولی همکار او، آلساندرو ولتا، عقیده‌ی دیگری داشت.

ولتا فرض کرد که حرکت‌های پای قورباغه در اثر برخورد فلزهای متفاوت خیس شده در مایع است. او این آزمایش را به جای جسد قورباغه، با استفاده از یک لباس خیسانده شده در آب‌نمک تکرار کرد که منجر به نتایجی با ولتاژ مشابه شد. ولتا، یافته‌های خود را در سال 1791 منتشر کرد و در سال 1800، اولین باتری را با عنوان پیل ولتایی (Voltaic pile) ساخت.

پیل ولتایی، شامل صفحه‌های روی و مس روی هم که به وسیله پارچه خیسانده شده در آب‌نمک از هم جدا شده‌اند

پیل ولتایی، دو مشکل بزرگ داشت. اول این که وزن ناشی از صفحات روی هم باعث نشت الکترولیت از درون پارچه می‌شد. دوم این که خواص ویژه شیمیایی اجزای تشکیل دهنده، باعث طول عمر بسیار کوتاه باتری می‌شد (حدود 1 ساعت). تا 200 سال بعد، تحقیقات صرف بهبود عملکرد طراحی ولتا و رفع این مشکلات شد.

رفع مشکلات پیل ولتایی

ویلیام کرویکشانگ (William Cruickshank) اسکاتلندی، مشکل نشت را با قرار دادن پیل ولتایی به صورت «باتری افقی» حل کرد.

باتری افقی، مشکل نشت پیل ولتایی را حل کرد

مشکل دوم (طول عمر کوتاه)، ناشی از تخریب روی بر اثر وجود ناخالصی‌ها و ایجاد حباب‌های هیدروژن بر روی مس بود. در سال 1835 میلادی، ویلیام استورجن (William Sturgeon) کشف کرد که تقویت روی با جیوه، از تخریب آن جلوگیری می‌کند.

شیمیدان بریتانیایی، جان فردریک دانیل (John Frederic Daniell)، از یک الکترولیت ثانویه استفاده کرد. این الکترولیت، جهت جلوگیری از انباشته شدن هیدروژن بر روی کاتد مس، با آن واکنش می‌داد. باتری دو الکترولیتی دانیل، به عنوان سلول دانیل (Daniell cell) شناخته می‌شود. این باتری، محبوبیت زیادی در فراهم کردن انرژی شبکه‌های نوپای تلگراف داشت.

مجموعه‌ای از سلول دانیل، سال 1836

اولین باتری قابل شارژ

در سال 1859، فیزیکدان فرانسوی، گاستون پلانته (Gaston Planté)، با استفاده از دو ورق نورد شده سرب قرارگرفته در اسیدسولفوریک، یک باتری ساخت. با معکوس کردن جریان الکتریکی از طریق باطری، مواد شیمیایی به وضعیت قبلی خود باز می‌گشتند. این شروع اختراع اولین باتری قابل شارژ بود.

در سال 1881، کامیل آلفونس فوره (Camille Alphonse Faure)، عملکرد طراحی پلانته را با تبدیل ورقه‌های سرب به صفحات سرب بهبود بخشید. این طراحی جدید، تولید باتری‌ها را آسان‌تر کرد. باتری‌های سربی-اسیدی، کاربرد گسترده‌ای در اوتوموبیل‌ها پیدا کرد.


طراحی معمول «باتری ماشین» از حدود 100 سال پیش ایجاد شد

باتری خشک

تا اواخر سده 1800 میلادی، الکترولیت درون باتری‌ها به صورت مایع بود. این مسئله، حمل‌ونقل باتری‌ها را به یک کار بسیار محتاطانه تبدیل کرد. اکثر باتری‌ها، به منظور جابجایی پس از اتصال به مدار ساخته نشده بودند.

در سال 1866، جورجز لکلانشه (Georges Leclanché)، با استفاده از آند روی، کاتد دی‌اکسید منگنز و محلول آمونیوم کلرید به عنوان الکترولیت، یک باتری ساخت. در حالی که الکترولیت درون سلول لکلانشه، مایع بود، ترکیبات شیمیایی باتری، قدم مهمی برای اختراع باتری‌های خشک به حساب می‌آمد.