Eletrônicos - Electronics

Componentes eletrônicos de montagem em superfície

Eletrônica compreende a física , engenharia , tecnologia e aplicações que lidam com a emissão, fluxo e controle de elétrons no vácuo e na matéria . Ele usa dispositivos ativos para controlar o fluxo de elétrons por amplificação e retificação , o que o distingue da engenharia elétrica clássica , que usa efeitos passivos como resistência , capacitância e indutância para controlar o fluxo de corrente .

A eletrônica teve um grande efeito no desenvolvimento da sociedade moderna. A identificação do elétron em 1897, juntamente com a subsequente invenção do tubo de vácuo, que poderia amplificar e retificar pequenos sinais elétricos, inaugurou o campo da eletrônica e da era do elétron. Essa distinção começou por volta de 1906 com a invenção do triodo por Lee De Forest , que tornou possível a amplificação elétrica de sinais fracos de rádio e sinais de áudio com um dispositivo não mecânico. Até 1950, esse campo era chamado de " tecnologia de rádio " porque sua principal aplicação era o projeto e a teoria de transmissores , receptores e válvulas de rádio .

O termo " eletrônica de estado sólido " surgiu depois que o primeiro transistor funcional foi inventado por William Shockley , Walter Houser Brattain e John Bardeen na Bell Labs em 1947. O MOSFET ( transistor MOS ) foi posteriormente inventado por Mohamed Atalla e Dawon Kahng na Bell Labs em 1959. O MOSFET foi o primeiro transistor verdadeiramente compacto que poderia ser miniaturizado e produzido em massa para uma ampla gama de usos, revolucionando a indústria eletrônica e desempenhando um papel central na revolução microeletrônica e na Revolução Digital . Desde então, o MOSFET se tornou o elemento básico na maioria dos equipamentos eletrônicos modernos e é o dispositivo eletrônico mais usado no mundo.

A eletrônica é amplamente utilizada no processamento de informações , telecomunicações e processamento de sinais . A capacidade dos dispositivos eletrônicos de atuarem como interruptores torna possível o processamento digital de informações. As tecnologias de interconexão, como placas de circuito , tecnologia de empacotamento de eletrônicos e outras formas variadas de infraestrutura de comunicação completam a funcionalidade do circuito e transformam os componentes eletrônicos misturados em um sistema de trabalho regular , chamado de sistema eletrônico ; exemplos são computadores ou sistemas de controle . Um sistema eletrônico pode ser um componente de outro sistema de engenharia ou um dispositivo autônomo. A partir de 2019, a maioria dos dispositivos eletrônicos usa componentes semicondutores para realizar o controle de elétrons. Normalmente, os dispositivos eletrônicos contêm circuitos que consistem em semicondutores ativos suplementados com elementos passivos; tal circuito é descrito como um circuito eletrônico . Eletrônica lida com circuitos elétricos que envolvem componentes elétricos ativos , como tubos de vácuo , transistores , diodos , circuitos integrados , optoeletrônica e sensores , componentes elétricos passivos associados e tecnologias de interconexão. O comportamento não linear dos componentes ativos e sua capacidade de controlar o fluxo de elétrons torna possível a amplificação de sinais fracos.

O estudo de dispositivos semicondutores e tecnologia relacionada é considerado um ramo da eletrônica de estado sólido .

Ramos da eletrônica

Eletrônica tem filiais da seguinte forma:

  1. Eletrônica digital
  2. Eletrônica analógica
  3. Microeletrônica
  4. Projeto de circuito
  5. Circuitos integrados
  6. Eletrônica de potência
  7. Optoeletrônica
  8. Dispositivos semicondutores
  9. Sistemas embarcados
  10. Eletrônica de áudio
  11. Telecomunicações
  12. Nanoeletrônica
  13. Bioeletrônica

Dispositivos eletrônicos e componentes

Um dos primeiros receptores de rádio Audion , construído por De Forest em 1914.
Técnico em eletrônica realizando verificação de tensão em um cartão de circuito de força na sala de equipamentos de navegação aérea a bordo do porta-aviões USS Abraham Lincoln (CVN-72) .

Um componente eletrônico é qualquer entidade física em um sistema eletrônico usado para afetar os elétrons ou seus campos associados de maneira consistente com a função pretendida do sistema eletrônico. Os componentes são geralmente destinados a serem conectados entre si, geralmente sendo soldados a uma placa de circuito impresso (PCB), para criar um circuito eletrônico com uma função específica (por exemplo, um amplificador , receptor de rádio ou oscilador ). Os componentes podem ser embalados individualmente ou em grupos mais complexos como circuitos integrados . Alguns componentes eletrônicos comuns são capacitores , indutores , resistores , diodos , transistores , etc. Os componentes são frequentemente categorizados como ativos (por exemplo, transistores e tiristores ) ou passivos (por exemplo , resistores , diodos , indutores e capacitores ).

História dos componentes eletrônicos

Tubos de vácuo (válvulas termiônicas) estavam entre os primeiros componentes eletrônicos. Eles foram quase os únicos responsáveis ​​pela revolução eletrônica da primeira metade do século XX. Eles permitiram sistemas muito mais complicados e nos deram rádio , televisão , fonógrafos , radar , telefonia de longa distância e muito mais. Eles desempenharam um papel de liderança no campo de microondas e transmissão de alta potência, bem como receptores de televisão até meados da década de 1980. Desde aquela época, os dispositivos de estado sólido praticamente assumiram o controle. Os tubos de vácuo ainda são usados ​​em algumas aplicações especializadas, como amplificadores de RF de alta potência , tubos de raios catódicos , equipamentos de áudio especializados, amplificadores de guitarra e alguns dispositivos de micro-ondas .

O primeiro transistor de contato de ponto de trabalho foi inventado por John Bardeen e Walter Houser Brattain no Bell Labs em 1947. Em abril de 1955, o IBM 608 foi o primeiro produto IBM a usar circuitos de transistor sem válvulas e acredita-se que seja o primeiro -transistorized calculadora a ser fabricado para o mercado comercial. O 608 continha mais de 3.000 transistores de germânio . Thomas J. Watson Jr. solicitou que todos os futuros produtos IBM usassem transistores em seu projeto. A partir dessa época, os transistores foram usados ​​quase exclusivamente para lógica e periféricos de computador. No entanto, os primeiros transistores de junção eram dispositivos relativamente volumosos, difíceis de fabricar em uma base de produção em massa , o que os limitava a uma série de aplicações especializadas.

O MOSFET (transistor MOS) foi inventado por Mohamed Atalla e Dawon Kahng no Bell Labs em 1959. O MOSFET foi o primeiro transistor verdadeiramente compacto que poderia ser miniaturizado e produzido em massa para uma ampla gama de usos. Suas vantagens incluem alta escalabilidade , acessibilidade, baixo consumo de energia e alta densidade . Ele revolucionou a indústria eletrônica , tornando-se o dispositivo eletrônico mais utilizado no mundo. O MOSFET é o elemento básico na maioria dos equipamentos eletrônicos modernos e tem sido fundamental para a revolução eletrônica, a revolução microeletrônica e a revolução digital . O MOSFET foi, portanto, considerado o nascimento da eletrônica moderna e, possivelmente, a invenção mais importante da eletrônica.

Tipos de circuitos

Os circuitos e componentes podem ser divididos em dois grupos: analógicos e digitais. Um determinado dispositivo pode consistir em circuitos que possuem um ou outro ou uma combinação dos dois tipos. Uma importante técnica eletrônica em eletrônica analógica e digital envolve o uso de feedback . Entre muitas outras coisas, isso permite que amplificadores muito lineares sejam feitos com alto ganho e circuitos digitais como registradores, computadores e osciladores.

Circuitos analógicos

Chassi do conversor de frequência Hitachi J100

A maioria dos aparelhos eletrônicos analógicos , como receptores de rádio , são construídos a partir de combinações de alguns tipos de circuitos básicos. Os circuitos analógicos usam uma faixa contínua de tensão ou corrente, em oposição aos níveis discretos, como nos circuitos digitais.

O número de circuitos analógicos diferentes concebidos até agora é enorme, especialmente porque um 'circuito' pode ser definido como qualquer coisa, desde um único componente a sistemas contendo milhares de componentes.

Os circuitos analógicos às vezes são chamados de circuitos lineares, embora muitos efeitos não lineares sejam usados ​​em circuitos analógicos, como mixers, moduladores, etc. Bons exemplos de circuitos analógicos incluem tubo de vácuo e amplificadores de transistor, amplificadores operacionais e osciladores.

Raramente encontramos circuitos modernos inteiramente analógicos. Hoje em dia, os circuitos analógicos podem usar técnicas digitais ou mesmo de microprocessador para melhorar o desempenho. Esse tipo de circuito é geralmente chamado de "sinal misto" em vez de analógico ou digital.

Às vezes, pode ser difícil diferenciar entre circuitos analógicos e digitais, pois eles têm elementos de operação linear e não linear. Um exemplo é o comparador que leva em conta uma faixa contínua de tensão, mas apenas produz um de dois níveis como em um circuito digital. Da mesma forma, um amplificador de transistor com overdrive pode assumir as características de uma chave controlada tendo essencialmente dois níveis de saída. Na verdade, muitos circuitos digitais são implementados como variações de circuitos analógicos semelhantes a este exemplo - afinal, todos os aspectos do mundo físico real são essencialmente analógicos, portanto os efeitos digitais só são percebidos restringindo o comportamento analógico.

Circuitos digitais

Os circuitos digitais são circuitos elétricos baseados em vários níveis de tensão discretos. Os circuitos digitais são a representação física mais comum da álgebra booleana e são a base de todos os computadores digitais. Para a maioria dos engenheiros, os termos "circuito digital", "sistema digital" e "lógica" são intercambiáveis ​​no contexto dos circuitos digitais. A maioria dos circuitos digitais usa um sistema binário com dois níveis de tensão identificados como "0" e "1". Freqüentemente, o "0" lógico será uma tensão mais baixa e denominado "Baixa", enquanto o "1" lógico será denominado "Alta". No entanto, alguns sistemas usam a definição reversa ("0" é "Alto") ou são baseados na corrente. Freqüentemente, o projetista lógico pode reverter essas definições de um circuito para o outro, conforme achar adequado para facilitar seu projeto. A definição dos níveis como "0" ou "1" é arbitrária.

A lógica ternária (com três estados) foi estudada e alguns protótipos de computadores foram feitos.

Computadores , relógios eletrônicos e controladores lógicos programáveis (usados ​​para controlar processos industriais) são construídos em circuitos digitais . Os processadores de sinais digitais são outro exemplo.

Blocos de construção:

Dispositivos altamente integrados:

Dissipação de calor e gerenciamento térmico

O calor gerado pelo circuito eletrônico deve ser dissipado para evitar falhas imediatas e melhorar a confiabilidade a longo prazo. A dissipação de calor é obtida principalmente por condução / convecção passiva. Os meios para obter maior dissipação incluem dissipadores de calor e ventiladores para resfriamento de ar e outras formas de resfriamento de computador , como resfriamento de água . Essas técnicas usam convecção , condução e radiação de energia térmica .

Barulho

Ruído eletrônico é definido como distúrbios indesejados sobrepostos a um sinal útil que tendem a obscurecer seu conteúdo de informação. Ruído não é o mesmo que distorção de sinal causada por um circuito. O ruído está associado a todos os circuitos eletrônicos. O ruído pode ser gerado eletromagneticamente ou termicamente, o que pode ser diminuído diminuindo a temperatura de operação do circuito. Outros tipos de ruído, como ruído de tiro, não podem ser removidos, pois são devido a limitações nas propriedades físicas.

Teoria eletronica

Os métodos matemáticos são essenciais para o estudo da eletrônica. Para se tornar proficiente em eletrônica, também é necessário se tornar proficiente na matemática da análise de circuitos.

A análise de circuitos é o estudo de métodos de resolução de sistemas geralmente lineares para variáveis ​​desconhecidas, como a tensão em um determinado ou a corrente em um determinado ramo de uma rede . Uma ferramenta analítica comum para isso é o simulador de circuito SPICE .

Também importante para a eletrônica é o estudo e compreensão da teoria do campo eletromagnético .

Laboratório de eletrônica

Devido à natureza complexa da teoria da eletrônica, a experimentação em laboratório é uma parte importante do desenvolvimento de dispositivos eletrônicos. Esses experimentos são usados ​​para testar ou verificar o projeto do engenheiro e detectar erros. Historicamente, os laboratórios de eletrônica consistem em dispositivos e equipamentos eletrônicos localizados em um espaço físico, embora nos anos mais recentes a tendência tenha sido em direção a softwares de simulação de laboratório de eletrônicos, como CircuitLogix , Multisim e PSpice .

Design auxiliado por computador (CAD)

Os engenheiros eletrônicos de hoje têm a capacidade de projetar circuitos usando blocos de construção pré-fabricados, como fontes de alimentação , semicondutores (ou seja, dispositivos semicondutores, como transistores ) e circuitos integrados . Os programas de software de automação de projeto eletrônico incluem programas de captura esquemática e programas de projeto de placa de circuito impresso . Nomes populares no mundo do software EDA são NI Multisim, Cadence ( ORCAD ), EAGLE PCB e Schematic, Mentor (PADS PCB e LOGIC Schematic), Altium (Protel), LabCentre Electronics (Proteus), gEDA , KiCad e muitos outros.

Métodos de embalagem

Muitos métodos diferentes de conexão de componentes foram usados ​​ao longo dos anos. Por exemplo, os primeiros aparelhos eletrônicos costumavam usar fiação ponto a ponto com componentes presos a placas de ensaio de madeira para construir circuitos. A construção em cordwood e o envoltório de arame foram outros métodos usados. A maioria dos eletrônicos modernos agora usa placas de circuito impresso feitas de materiais como FR4 , ou o mais barato (e menos resistente) Papel Ligado de Resina Sintética ( SRBP , também conhecido como Paxoline / Paxolin (marcas registradas) e FR2) - caracterizado por seu cor marrom. As preocupações com a saúde e o meio ambiente associadas à montagem de eletrônicos têm ganhado atenção cada vez maior nos últimos anos, especialmente para produtos destinados à Europa.

Projeto de sistemas eletrônicos

O projeto de sistemas eletrônicos lida com as questões de projeto multidisciplinar de dispositivos e sistemas eletrônicos complexos, como telefones celulares e computadores . O assunto abrange um amplo espectro, desde a concepção e desenvolvimento de um sistema eletrônico ( desenvolvimento de novos produtos ) para garantir seu funcionamento adequado, vida útil e descarte . O projeto de sistemas eletrônicos é, portanto, o processo de definir e desenvolver dispositivos eletrônicos complexos para satisfazer requisitos específicos do usuário.

Opções de montagem

Os componentes elétricos são geralmente montados das seguintes maneiras:

Indústria de eletrônicos

A indústria eletrônica é composta por vários setores. A força motriz central por trás de toda a indústria eletrônica é o setor da indústria de semicondutores , que tem vendas anuais de mais de US $ 481 bilhões em 2018. O maior setor da indústria é o comércio eletrônico , que gerou mais de US $ 29 trilhões em 2017. O dispositivo eletrônico mais amplamente fabricado é o transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido metálico (MOSFET), com cerca de 13 sextiliões de MOSFETs fabricados entre 1960 e 2018. Na década de 1960, os fabricantes dos EUA não conseguiam competir com empresas japonesas como Sony e Hitachi, que podiam produzir produtos de alta qualidade a preços mais baixos. Na década de 1980, no entanto, os fabricantes dos Estados Unidos tornaram-se líderes mundiais no desenvolvimento e montagem de semicondutores.  

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos