Électronique – Wikipedia

Électronique pour contrôler une vitesse du moteur (hitachij100a)

Surface d’une carte électronique (Arduino FTDI Chip-1)

Le Électronique est un domaine principal de génie électrique. Il s’agit de la science du contrôle du courant électrique à travers des circuits électroniques, c’est-à-dire des circuits dans lesquels au moins un composant fonctionne en raison de la ligne du vide ou du semi-conducteur. Les éléments électroniques se comportent non linéaires, tandis que le comportement d’autres éléments électriques (non électronique) est appelé linéaire. L’électronique traite également de la fonction des composants électroniques lui-même. Les composants électroniques et les circuits à des échelles plus petites sont nommés selon les tailles structurelles avec des préfixes décimaux SI, par ex. B. Microélectronique (typique <100 micromètres) ou nanoélectronique (typiques <100 nanomètres), qui généralement avec le circuit intégré, par ex. B. La puce de silicium est réalisée.

Processus d’électronique Signaux électriques en termes d’informations ou génèrent, ou transforme l’énergie électrique en ce qui concerne leur rapport de courant de tension à l’aide d’amplificateurs ou égaux.

Les circuits électroniques sont principalement basés sur la carte de circuit imprimé à l’aide de l’installation de la carte de circuit imprimé et assemblé comme un module sur des appareils électroniques, soit ils font partie de l’appareil de génie électrique.

L’optoélectronique est une sous-zone d’électronique et traite du contrôle par la lumière.

Le terme électronique est guidé par le mot grec électron (ἤλεκτρον), ce qui signifie ambré. L’électronique est un mot de valise des termes Électron (la particule élémentaire) et Technologie a été assemblé. Les électroniques sont pour ainsi dire pour parler, Technologie électronique.

En 1873, Willoughby Smith a découvert que le sélénium était capable de conduire à la lumière (effet photo). ^[d’abord] À cette connaissance, Karl Ferdinand Braun a découvert l’effet du redresseur en 1874. Stoney et Helmholtz ont façonné le terme électron en tant que porte-avions du courant électrique. En 1883, Thomas Alva Edison a reçu un brevet sur un contrôleur DC basé sur l’émission de lueur (l’effet Edison Richardson), une condition préalable à tous les tubes à vide. En 1897, le développement du tube de Braun a commencé par Karl Ferdinand Braun. Le développement de la diode supérieure a ensuite commencé en 1899. En 1904, John Ambrose Fleming a obtenu un brevet sur une diode sous vide.

Au début du 20e siècle, le développement de tubes électroniques avait déjà progressé. Les premiers tubes d’électrons ont été développés et déjà utilisés dans les circuits électriques. Avec la triode, un composant utilisable pour les amplificateurs de construction était disponible pour la première fois. Cela permet des inventions telles que la radio, la télévision et le radar.

Le premier transistor a été introduit en 1948. Comme les tubes, les transistors peuvent être utilisés comme amplificateur, commutateurs électroniques ou comme oscillateur. Cependant, contrairement aux tubes à vide qui ont besoin de beaucoup d’espace et d’énergie électrique, les transistors peuvent être fabriqués très petits, car ils sont basés sur la technologie des semi-conducteurs, ce qui permet une densité de puissance beaucoup plus élevée.

Dans les années 1960, la production de circuits complets composés de plusieurs transistors et autres composants sur un seul cristal de silicium a été obtenu. La technologie qui en résulte des circuits intégrés (CI court d’Engl. circuit intégré ) a conduit à une miniaturisation régulière depuis lors. Aujourd’hui, l’électronique semi-conductrice est la branche la plus importante de l’électronique.

Les polytroniques sont parfois considérés comme une technologie clé pour l’avenir. Il décrit la fusion des fonctions du système basé sur le plastique pour la vision “plastique intelligent”.

Divers composants électroniques

Les composants importants comprennent la résistance, le condensateur, le transistor, la diode, la bobine et le circuit intégré (pour faire court). Tous ces composants sont proposés dans une grande variété de types. ^[2] Une variante composante est les éléments de construction SMD, qui sont soudés directement à la surface de la carte de circuit imprimé en raison de sa conception principalement très compacte.

On parle de composants passifs, Lorsque les résistances, les condensateurs et l’inductance sont principalement signifiés. Parmi les composants actifs sont principalement compris tous les types de circuits intégrés, les composants semi-conducteurs et les tubes électroniques.

L’affectation avec précision des composants électroniques fonctionnant logiquement sur une carte de circuit imprimé crée un circuit électronique.

Une puce indépendante et logique-opératrice de travail est le processeur moderne, qui peut non seulement être trouvé sur le tableau principal d’un ordinateur, mais fait également partie de la technologie industrielle et des véhicules moderne.

“L’automatisation de la conception des systèmes électroniques” est le nom allemand des aides à ordinateur pour le projet de systèmes électroniques, en particulier la microélectronique. En anglais, cela s’appelle “Automation de conception électronique” (EDA abrégé). Eda est principalement une sous-zone de la conception assistée par ordinateur (CAD) ou le Ingénierie Assistée par Ordinateur (CAE). Alternativement, au lieu d’Eda, ECAD ( CAO électronique ) parlé.

La technologie analogique traite principalement du traitement des signaux continus. On utilise les lois physiques qui décrivent le comportement des composants (résistance, condensateurs, transistors, tubes, etc.), ou vous pouvez créer des exigences favorables grâce aux principes du circuit. Les circuits de base typiques sont des sources d’alimentation, des miroirs de puissance, des amplificateurs différentiels et des cascades, ainsi que des éléments de référence tels que la bande interdite. À partir de cela, des circuits plus compliqués peuvent être mis en place, tels que: B. Amplificateurs avec lesquels d’autres fonctions peuvent être configurées (oscillateur, filtre, etc.). L’amplificateur chirurgical est un amplificateur avec une différence (amplificateur de différence). Son nom résout que les opérations mathématiques (soustraction, addition, intégration, etc.) peuvent être effectuées avec. Les amplificateurs de fonctionnement sont largement utilisés dans l’électronique analogique. La précision du traitement du signal est définie dans l’électronique analogique à travers les tolérances de fabrication des composants et leurs non-idées (par exemple le bruit, la non-linéarité, l’hystérésis) ainsi que des effets plus inquiétants tels que la croisière et le couplage des signaux d’interférence. Des procédures très avancées ont été développées qui compensent ou minimisent ces erreurs et permettent ainsi la précision de l’électronique de précision dans la zone de quelques PPM. Une telle précision élevée est par exemple B. nécessaire pour implémenter des conversions numériques analogiques avec une résolution 20 bits. En principe, la technologie analogique constitue la base de la technologie numérique.

L’électronique numérique ou la technologie numérique traite du traitement des signaux discrets (exprimés en nombres ou des valeurs logiques). La discrétisation affecte toujours la plage de valeurs et souvent aussi le comportement temporel. En pratique, l’une est limitée à des systèmes à deux valeurs, c’est-à-dire H.: En plus des processus de transition, des tensions ou des courants ne devraient prendre que deux valeurs (marche / arrêt, 1 ou 0, également haut / bas, court h / l). Le changement dans les valeurs ne peut avoir lieu que dans les systèmes de béton à temps, à certains équidistants, principalement qu’une horloge spécifie. Dans l’électronique numérique, les signaux analogiques sont numérisés soit avant le traitement à l’aide d’implémentateurs numériques analogiques (implémentés dans les signaux numériques) ou existaient dès le départ comme des valeurs discrètes. Les transistors sont généralement utilisés dans la technologie numérique comme des amplificateurs de commutation et non comme un amplificateur analogique.

L’avantage de l’électronique numérique réside dans le fait qu’après la numérisation, les effets inquiétants mentionnés dans l’électronique analogique ne jouent plus un rôle, mais au détriment de l’effort des composants. Est z. B. Un circuit analogique avec une erreur maximale de 0,1%, cette erreur peut être sous-estimée à partir d’environ 10 bits la largeur de données des circuits numériques. Un multiplicateur analogique a besoin d’une vingtaine de transistors, un multiplicateur numérique avec la même précision plus de vingt fois le nombre. L’effort augmente en raison de la numérisation, mais cela est plus que compensé par l’augmentation de la miniaturisation. Aujourd’hui, une très grande quantité de transistors peut être réalisée sur un circuit intégré (le nombre va généralement dans les 10 millions). L’avantage est que par exemple B. peut varier le niveau de tension dans une large mesure sans entraver l’interprétation correcte comme 1 ou 0. Cela permet aux composants des circuits intégrés d’être très imprécis, ce qui permet à son tour une miniaturisation supplémentaire. Les propriétés du circuit sont largement découplées par les propriétés physiques des composants.

La description simplifiée des circuits numériques avec les deux états H et L n’est pas toujours suffisante, en particulier à des vitesses et des fréquences toujours plus élevées, pour les caractériser ou les concevoir. Dans le cas limite, le circuit est la majorité du temps dans la transition entre les deux conditions logiquement définies. Par conséquent, dans de tels cas, les aspects analogues et à haute fréquence doivent souvent être pris en compte. Même avec des circuits lents, il ne peut y avoir des problèmes qui ne peuvent être compris que par des vues analogues; Le problème de la métastabilité des flops de flip est un exemple.

Logic der Digital Electronics [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Les circuits numériques – également appelés systèmes de commutation ou circuits logiques sont menacés de simples éléments logiques, tels que et, nand, nand, ni, ou des portes et composants d’urgence avec lesquels les signaux numériques peuvent être enregistrés, par exemple B. Flip -flops ou points. Toutes ces fonctions logiques peuvent être implémentées avec des composants électroniques (par exemple les transistors) fonctionnant dans le fonctionnement de commutateur SO. L’intégration de ces circuits sur une puce (circuit monolithique) crée des composants électroniques complexes tels que les microprocesseurs.

L’électronique à haute fréquence ou la technologie haute fréquence traite principalement de la production et du rayonnement ainsi que de la réception et du traitement des ondes électromagnétiques. Les applications de ceci sont z. B. Technologie radio avec radio, télévision, radar, télécommande, téléphonie sans fil, navigation, mais également éviter les vibrations indésirables (trouble, EMC) et le rayonnement incontrôlé (blindage). Les autres domaines de l’électronique à haute fréquence sont la technologie micro-ondes, la transmission des informations filaires ou les zones d’électronique médicale. La transition de la faible fréquence à la technologie à haute fréquence est fluide. Il commence, par exemple, lorsque la fréquence F de l’onde électromagnétique sur une ligne de connexion de la longueur L forme un produit FL qui conduit à une rotation de phase notable β = 2π l / λ et donc à des ondes permanentes. Il y a λ = λ ₀ / (e _{R eff} ) ^1/2 La longueur d’onde sur la ligne, λ ₀ = c / f la longueur d’onde dans l’espace ouvert et c la vitesse de lumière sous vide. La taille ε _{R eff} Dans le cas le plus simple, selon la distribution du terrain, il est calculé à partir d’une pondération des différents auteurs ε _r Dans la ligne. Même les lignes sans perte ne peuvent donc être négligées que pour une rotation de petite phase ≪ 1 (correspond à environ 57,3 °), c’est-à-dire uniquement pour Fl ≪ C / [2π (ε _{R eff} ) ^1/2 ]. Avec un circuit électronique avec des câbles de L ≥ 3 m et ε _{R eff} = e _r = 2,3 pour βl <5 ° puis environ F <1 MHz. rester. L'électronique à haute fréquence pratique commence donc approximativement à partir de f = 1 MHz, il s'agit d'un pilier de la technologie de l'information.

Même dans le cas le plus simple, vous avez besoin de deux informations pour décrire une ligne:

1. Durée de phase τ _pH = (e _{R eff} ) ^1/2 L/c
2. Envoi de Waveswrite ₀

Ce faisant, z ₀ et ε _{R eff} Dans un modèle quasi-statique sur des plates-formes jusqu’à la zone inférieure de GHZ, calculez à partir de la capacité de ligne et de l’inductance de ligne par unité de longueur. À partir de quelques gigahertz, l’approximation est affinée par les équations de Maxwell, des champs et la particularité So-appelle β avec β = (ε _{R eff} ) ^1/2 2p / L ₀ Valeurs améliorées et dépendantes de la fréquence ε _{R eff} (f) et z ₀ (f) peut être déterminé. À partir de quelques 10 GHz, les équations de Maxwell doivent être résolues en totalité, les ondes réparties dans le zigzag, et l’opération multimode se produit complètement analogue aux réalisateurs d’ondes lumineux, par exemple si les ondes sont également formées dans une direction transversale. Qui s’applique à chaque Gestion, plus précisément, pour chaque structure jusqu’à la ligne des branches, les surfaces de connexion pour les composants et pour la structure des composants.

Les composants R, L et C perdent leurs propriétés idéales U = Ri, U = L DI / DT et I = C I / DT entre l’électricité I et la tension, même dans la conception SMD. B. est toujours caractérisé par capacitif avec l’augmentation de la fréquence et en cas d’écoulement de courant par des effets inductifs. Les composants électroniques sont donc précédemment mesurés dans un environnement de remplacement avec des câbles de connexion 50 Ω (NWA = analyseur de réseau), par lequel la structure de l’élément doit être reproduit plus tard dans le circuit réel. The waves, which are reflected on the measuring object and are reflected on the measuring object and transit the object, are in a linear connection in the passive elements and for non-linear elements (e.g. transistors) with only small production: In the case of a 2-goal measurement, an NWA then delivers a 2 × 2 streumatrix (S-parameter),), ^[3] qui dépend même du point de travail dans les éléments non linéaires et décrit le comportement de tension d’électricité même pour F> 50 GHz. Ces données se reflètent ensuite dans un système CAO qui utilise les lois Kirchhoff pour déterminer tous les U et. Les éléments L ou C peuvent être reproduits pour les hautes fréquences par une ligne avec βL ≪ 1 et court-circuit ou inactif à la fin et une résistance R à travers une ligne de perte de perte dans laquelle une vague court et s’infiltre dans un marais.

Certains composants et structures peuvent également être adoptés en tant que modèles finis à partir d’un système CAO, à condition que les modèles soient familiers, ce qui équivaut à une question importante de conscience, car toute l’analyse est et tombe avec les modèles. En plus des modèles finis et des mesures de la NWA, une «mesure logicielle» des paramètres S peut être effectuée, pour ainsi dire, avec des structures passives. Afin de maintenir le temps de calcul considérablement croissant dans les limites, vous n’utilisez que les zones les plus critiques d’une structure: surfaces de connexion, croix, bouchons, antennes, branches, etc.

Dans le cas d’une grande modification du signal des éléments non linéaires, jusqu’à quelques gigahertz, la modélisation connue de l’électronique générale selon les épices peut être essayée. Les paramètres d’épices qui conçoivent les équations physiques des modèles “flexibles” sont à choisir de sorte que les paramètres S du modèle d’épices et de la mesure NWA à tous les points de travail et toutes les fréquences correspondent autant que possible: avec seulement 10 points de travail de test et 50 points de fréquence avec 4 paramètres S chacun, il y a déjà 2000 valeurs S-paramètres complexes. L’effort est énorme et la modélisation est extrêmement difficile, même pour un seul travail. ^[4]

Même à des fréquences moyennes, le bruit des circuits électroniques n’est plus facile à décrire par des modèles d’épices. Par conséquent, analogue à la mesure de la NWA, le comportement du bruit dans un environnement de remplacement (centre de bruit) est mesuré. Avec les paramètres de bruit obtenus (nombre min. RAUSCH avec une impédance de générateur optimale plus une résistance au bruit équivalente) peut être convertie dans le système CAO, ^[5] Comment le composant se précipite dans le circuit réel. Un centre de bruit est très complexe et nécessite a priori une NWA.

Sans les systèmes CAO, l’évaluation des nombreuses équations est impossible. L’utilisation raisonnable nécessite également une connaissance approfondie des théories et des modèles programmés utilisés.

L’électronique de performance décrit la sous-zone de génie électrique, qui a la tâche de transformer l’énergie électrique avec des composants électroniques. La transformation de l’énergie électrique avec les transformateurs ou avec les débits de machines rotatives, en revanche, n’est pas comptée pour l’électronique d’alimentation.

La microélectronique traite du développement et de la fabrication de circuits intégrés avec des tailles structurelles ou des largeurs structurelles de moins de 100 micromètres. Dans certaines régions, la limite de 100 nanomètres était une sous-dépréciation, donc on parle officiellement de nanoélectronique. Un pikoélectronique à base de silicium (<100 picomètres) n'est jamais réalisé, car par ex. B. avec une largeur structurelle de 5 nm seulement environ 20 à 25 atomes de silicium (dans [[110]] la structure du diamant) sont connectées.

Les plus petites largeurs structurelles pour les circuits intégrés dans la production en série étaient de 7 nm, voir Apple A12 Bionic et actuellement (2020) à 5 nm, voir Apple A14 Bionic. ^[6]

L’électronique comprend désormais d’innombrables zones, de l’électronique semi-conductrice à l’électronique quantique en passant par la nanoélectronique. L’importance de l’électronique s’est constamment élargie depuis la marche triomphale de l’ordinateur, le développement constant des technologies de l’information et l’automatisation croissante. L’électronique prend aujourd’hui une grande importance dans notre société et fait partie intégrante de nombreux domaines.

En 2007, 38% de tous les produits électroniques produits dans le monde provenaient de la région Asie-Pacifique.
En 1995, cette proportion était encore de 20%. La Chine à elle seule a augmenté sa part de 3% en 1995 à 16% en 2007. La Corée du Sud, la Malaisie, Singapour et la Thaïlande sont également situées parmi les 10 premiers pays. La proportion d’Europe occidentale représentait 19% de la production mondiale en 2007 (correspond à environ 192 milliards d’euros). Le classement suivant (à partir de 2006): Allemagne, France, Grande-Bretagne, Irlande, Irlande, Italie s’applique à l’ordre de performance de la taille de la production électronique en Europe occidentale. ^[7]

Apprentissage [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Entraînement avancé [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Une formation pour devenir électricien a lieu dans une école de maître et prend 1 an à temps complet ou 2 ans de partie.

Une formation plus approfondie en tant qu’ingénieur électricien peut être terminée dans une école de techniciens à temps complet en 4 semestres ou 8 semestres.

Sujet [ Modifier | Modifier le texte source ]]

L’électronique est proposée comme cours dans de nombreuses universités, universités des sciences appliquées et des académies professionnelles. Dans les universités, les travaux scientifiques sont soulignés au cours de leurs études, dans les universités des sciences appliquées et des académies professionnelles, l’utilisation des connaissances physiques est au premier plan.

• Karsten Block, Hans J. Hölzel, Günter Weigt: Éléments de construction de l’électronique et de ses circuits de base. Stam-Publisher, ISBN 3-8237-0214-9.
• Stefan Goßner: Bases de l’électronique. 11. Édition. Shaker Verlag, Aachen 2019, ISBN 978-3-8440-6784-2
• Ekbert Hering, Klaus Bressler, Jürgen Gutekunst: Électronique pour les ingénieurs. Springer, Berlin 2001, ISBN 3-540-41738-9.
• P. Horowitz, W. Hill: Le lycée d’électronique. Bande 1 Technologie analogique. Éditeur électoral, ISBN 978-3-89576-024-2.
• P. Horowitz, W. Hill: Le lycée d’électronique. Bande 2 Technologie digitale. Éditeur électoral, ISBN 978-3-89576-025-9.
• P. Horowitz, W. Hill: L’art de l’électronique . Troisième édition. Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-80926-9.
• K. Küpfmüller, G. Kohn: Génie électrique théorique et électronique, une introduction. 16., complet. Nouveau éd. u. Édition mise à jour. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-20792-9.
• Patrick Schnabel: FIBula électronique. 4. Édition entièrement révisée. Bod, Norderstedt 2006, ISBN 3-8311-4590-3.
• U. Tietze, C. Schenk: Technologie du circuit à demi-conducteur. Springer, Berlin, ISBN 3-540-42849-6.
• Claus-chrétien Timmermann: Électronique à haute fréquence avec CAD, Volume 1. Lignes, quatre pôles, modèles de transistorm et simulation avec des systèmes CAD / CAE numériques et symboliques. Profund Verlag, 2003, ISBN 3-932651-21-9.
• Claus-chrétien Timmermann: Électronique à haute fréquence avec CAD, Volume 2. Rush, Amplificateur étroit et à large bande, oscillateur, coupleur, filtre, PLL, antenne et optoélectronique. Profund Verlag, 2005, ISBN 3-932651-22-7.

1. ↑ L’effet photo. Dans: Udo-leluschner.de. Consulté le 13 février 2022 .
2. ↑ Le FBDI. Consulté le 22 mai 2022 .
3. ↑ Timmermann: Électronique à haute fréquence avec CAD, volume 1. (Lit.), S. 70 ff.
4. ↑ Timmermann: Électronique à haute fréquence avec CAD, volume 2. (Lit.), S. 100 FF.
5. ↑ Timmermann: Électronique à haute fréquence avec CAD, volume 2. (Lit.), p. 150 et pp. 12-30.
6. ↑ Hannes Brecher: TSMC commence par la production de puces de 5 nm. Dans: https://www.notebookcheck.com/ . 20. juin 2020, consulté le 23 juin 2020 .
7. ↑ Annuaire de la recherche mondiale Elektronik Von Reed Electronics Research, Juni 2006.