điện tử

Điện tử

0
(0)

Lĩnh vực điện tử là một nhánh của vật lýkỹ thuật điện liên quan đến sự phát xạ, hành vi và hiệu ứng của các electron sử dụng các thiết bị điện tử. Điện tử sử dụng các thiết bị tích cực để điều khiển dòng điện tử bằng cách khuếch đạichỉnh lưu, điều này phân biệt với kỹ thuật điện cổ điển, vốn chỉ sử dụng các hiệu ứng thụ động như điện trở, điện dungđộ tự cảm để điều khiển dòng điện.

hóa đơn điện tử viettel
Hóa đơn điện tử Viettel

Lịch sử và phát triển

Điện tử đã ảnh hưởng vô cùng lớn đến sự phát triển của xã hội hiện đại. Việc xác định electron vào năm 1897, cùng với sự phát minh sau đó về ống chân không có thể khuếch đại và chỉnh lưu các tín hiệu điện nhỏ, đã mở đầu cho lĩnh vực điện tử và thời đại electron. Các ứng dụng thực tế bắt đầu với việc phát minh ra đi-ốt của Ambrose Fleming và tri-ốt của Lee De Forest vào đầu những năm 1900, giúp phát hiện các điện áp nhỏ như tín hiệu vô tuyến từ ăng-ten vô tuyến bằng một thiết bị phi cơ học.

hóa đơn điện tử viettel
Hóa đơn điện tử Viettel

Các ống chân không là linh kiện điện tử hoạt động đầu tiên điều khiển dòng điện bằng cách ảnh hưởng đến dòng chảy của các electron riêng lẻ. Chúng là nguyên nhân dẫn đến cuộc cách mạng điện tử của nửa đầu thế kỷ XX. Họ cho phép chế tạo các thiết bị sử dụng khuếch đại và chỉnh lưu dòng điện để cung cấp cho chúng ta đài phát thanh, truyền hình, radar, điện thoại đường dài và hơn thế nữa. Sự phát triển ban đầu của thiết bị điện tử rất nhanh chóng, và đến những năm 1920, phát thanh và truyền thông thương mại đã trở nên phổ biến và bộ khuếch đại điện tử được sử dụng trong các ứng dụng đa dạng như điện thoại đường dài và công nghiệp ghi âm nhạc.

Bước tiến công nghệ lớn tiếp theo phải mất vài thập kỷ mới xuất hiện, khi bóng bán dẫn tiếp xúc điểm làm việc đầu tiên được phát minh bởi John Bardeen và Walter Houser Brattain tại Bell Labs vào năm 1947. Tuy nhiên, ống chân không đóng vai trò hàng đầu trong lĩnh vực vi sóng và công suất cao. truyền dẫn cũng như máy thu hình cho đến giữa những năm 1980. Kể từ đó, các thiết bị trạng thái rắn đã hoàn toàn tiếp quản. Ống chân không vẫn được sử dụng trong một số ứng dụng chuyên dụng như bộ khuếch đại RF công suất cao, ống tia âm cực, thiết bị âm thanh chuyên dụng, bộ khuếch đại guitar và một số thiết bị vi sóng.

Vào tháng 4 năm 1955, IBM 608 là sản phẩm đầu tiên của IBM sử dụng mạch bán dẫn mà không có ống chân không nào và được cho là máy tính toàn bóng bán dẫn đầu tiên được sản xuất cho thị trường thương mại. 608 chứa hơn 3.000 bóng bán dẫn germani. Thomas J. Watson Jr. đã ra lệnh cho tất cả các sản phẩm tương lai của IBM sử dụng bóng bán dẫn trong thiết kế của họ. Từ thời điểm đó, các bóng bán dẫn hầu như chỉ được sử dụng cho logic máy tính và thiết bị ngoại vi. Tuy nhiên, các bóng bán dẫn tiếp giáp ban đầu là những thiết bị tương đối cồng kềnh, khó sản xuất trên cơ sở đại trà, điều này hạn chế chúng trong một số ứng dụng chuyên biệt.

MOSFET (bóng bán dẫn MOS) được phát minh bởi Mohamed Atalla và Dawon Kahng tại Bell Labs vào năm 1959. MOSFET là bóng bán dẫn thực sự nhỏ gọn đầu tiên có thể thu nhỏ và sản xuất hàng loạt cho nhiều mục đích sử dụng. Ưu điểm của nó bao gồm khả năng mở rộng cao, khả năng chi trả, tiêu thụ điện năng thấp và mật độ cao. Nó đã cách mạng hóa ngành công nghiệp điện tử, trở thành thiết bị điện tử được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. MOSFET là yếu tố cơ bản trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại.

Khi sự phức tạp của các mạch tăng lên, các vấn đề nảy sinh. Một vấn đề là kích thước của mạch. Một mạch phức tạp như một máy tính phụ thuộc vào tốc độ. Nếu các thành phần lớn, dây kết nối chúng phải dài. Các tín hiệu điện mất thời gian để đi qua mạch, do đó làm chậm máy tính. Phát minh ra mạch tích hợp của Jack Kilby và Robert Noyce đã giải quyết vấn đề này bằng cách chế tạo tất cả các thành phần và chip ra khỏi cùng một khối (nguyên khối) bằng vật liệu bán dẫn. Các mạch có thể được làm nhỏ hơn và quá trình sản xuất có thể được tự động hóa. Điều này dẫn đến ý tưởng tích hợp tất cả các thành phần trên tấm wafer silicon đơn tinh thể, dẫn đến tích hợp quy mô nhỏ (SSI) vào đầu những năm 1960, và sau đó là tích hợp quy mô trung bình (MSI) vào cuối những năm 1960, tiếp theo là VLSI. Năm 2008, bộ vi xử lý tỷ bóng bán dẫn đã được bán trên thị trường.

Các chi nhánh ngày nay của điện tử

Điện tử năm 2022 có các ngành chính như sau:

  1. Điện tử kỹ thuật số
  2. Điện tử tương tự
  3. Vi điện tử
  4. Thiết kế mạch
  5. Mạch tích hợp
  6. Năng lượng điện
  7. Quang điện tử
  8. Những thiết bị bán dẫn
  9. Những hệ thống nhúng
  10. Điện tử âm thanh
  11. Viễn thông
  12. Điện tử nano
  13. Điện tử sinh học

Thiết bị và linh kiện điện tử

Thành phần điện tử là bất kỳ thành phần nào trong hệ thống điện tử hoạt động hoặc thụ động. Các thành phần được kết nối với nhau, thường bằng cách được hàn vào bảng mạch in (PCB), để tạo ra một mạch điện tử với một chức năng cụ thể. Các thành phần có thể được đóng gói đơn lẻ hoặc trong các nhóm phức tạp hơn dưới dạng mạch tích hợp. Linh kiện điện tử thụ động là tụ điện, cuộn cảm, điện trở, trong khi linh kiện tích cực là thiết bị bán dẫn; bóng bán dẫnthyristor, điều khiển dòng điện ở cấp độ điện tử.

Các loại mạch

Chức năng mạch điện tử có thể được chia thành hai nhóm chức năng: tương tự và kỹ thuật số. Một thiết bị cụ thể có thể bao gồm mạch điện có một hoặc khác hoặc kết hợp của hai loại. Các mạch tương tự ngày càng trở nên ít phổ biến hơn, vì nhiều chức năng của chúng đang được số hóa.

Mạch tương tự

Hầu hết các thiết bị điện tử tương tự, chẳng hạn như máy thu thanh, được chế tạo từ sự kết hợp của một số loại mạch cơ bản. Các mạch tương tự sử dụng một dải điện áp hoặc dòng điện liên tục thay vì các mức rời rạc như trong các mạch kỹ thuật số.

Số lượng các mạch tương tự khác nhau được tạo ra cho đến nay là rất lớn, đặc biệt là bởi vì một ‘mạch’ có thể được định nghĩa là bất kỳ thứ gì từ một thành phần đơn lẻ đến các hệ thống chứa hàng nghìn thành phần.

Các mạch tương tự đôi khi được gọi là mạch tuyến tính mặc dù nhiều hiệu ứng phi tuyến tính được sử dụng trong các mạch tương tự như bộ trộn, bộ điều chế, v.v. Các ví dụ điển hình về mạch tương tự bao gồm bộ khuếch đại ống chân không và bóng bán dẫn, bộ khuếch đại hoạt động và bộ dao động.

Người ta hiếm khi tìm thấy các mạch hiện đại hoàn toàn tương tự – ngày nay mạch tương tự có thể sử dụng các kỹ thuật kỹ thuật số hoặc thậm chí vi xử lý để cải thiện hiệu suất. Loại mạch này thường được gọi là “tín hiệu hỗn hợp” hơn là tương tự hoặc kỹ thuật số.

Đôi khi có thể khó phân biệt giữa mạch tương tự và mạch kỹ thuật số vì chúng có các phần tử hoạt động cả tuyến tính và phi tuyến tính. Một ví dụ là bộ so sánh nhận một dải điện áp liên tục nhưng chỉ xuất ra một trong hai mức như trong mạch kỹ thuật số. Tương tự, một bộ khuếch đại bóng bán dẫn quá mức có thể mang các đặc điểm của một công tắc điều khiển có hai mức đầu ra về cơ bản. Trên thực tế, nhiều mạch kỹ thuật số thực sự được thực hiện dưới dạng các biến thể của mạch tương tự tương tự như ví dụ này – xét cho cùng, tất cả các khía cạnh của thế giới vật lý thực về cơ bản là tương tự, vì vậy hiệu ứng kỹ thuật số chỉ được thực hiện bằng cách hạn chế hành vi tương tự.

Mạch kỹ thuật số

Mạch kỹ thuật số là mạch điện dựa trên một số mức điện áp rời rạc. Các mạch kỹ thuật số là biểu diễn vật lý phổ biến nhất của đại số Boolean và là cơ sở của tất cả các máy tính kỹ thuật số. Đối với hầu hết các kỹ sư, các thuật ngữ “mạch kỹ thuật số”, “hệ thống kỹ thuật số” và “logic” có thể thay thế cho nhau trong ngữ cảnh của các mạch kỹ thuật số. Hầu hết các mạch kỹ thuật số sử dụng một hệ thống nhị phân với hai mức điện áp có nhãn “0” và “1”. Thông thường logic “0” sẽ là điện áp thấp hơn và được gọi là “Thấp” trong khi logic “1” được gọi là “Cao”. Tuy nhiên, một số hệ thống sử dụng định nghĩa ngược lại (“0” là “Cao”) hoặc dựa trên dòng điện. Thông thường, nhà thiết kế logic có thể đảo ngược các định nghĩa này từ mạch này sang mạch tiếp theo khi họ thấy phù hợp để tạo điều kiện thuận lợi cho thiết kế của họ. Định nghĩa các mức là “0” hoặc “1” là tùy ý.

Logic bậc ba (với ba trạng thái) đã được nghiên cứu và một số máy tính nguyên mẫu đã được chế tạo.

Máy tính, đồng hồ điện tử và bộ điều khiển logic khả trình (được sử dụng để điều khiển các quy trình công nghiệp) được cấu tạo bằng các mạch kỹ thuật số. Các bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số là một ví dụ khác.

Thành phần cấu tạo:

Các thiết bị tích hợp cao:

Tản nhiệt và quản lý nhiệt

Nhiệt tạo ra bởi mạch điện tử phải được tiêu tán để ngăn ngừa sự cố ngay lập tức và nâng cao độ tin cậy lâu dài. Tản nhiệt chủ yếu đạt được bằng dẫn truyền / đối lưu thụ động. Các phương tiện để đạt được khả năng tản nhiệt lớn hơn bao gồm tản nhiệtquạt để làm mát không khí, và các hình thức làm mát máy tính khác như tản nhiệt nước. Các kỹ thuật này sử dụng đối lưu, dẫn truyềnbức xạ nhiệt năng.

Nhiễu

Nhiễu điện tử được định nghĩa là những nhiễu động không mong muốn chồng lên một tín hiệu hữu ích có xu hướng che khuất nội dung thông tin của nó. Nhiễu không giống như hiện tượng méo tín hiệu do mạch gây ra. Tiếng ồn có liên quan đến tất cả các mạch điện tử. Tiếng ồn có thể được tạo ra bằng điện từ hoặc nhiệt, có thể được giảm bớt bằng cách hạ nhiệt độ hoạt động của mạch. Không thể loại bỏ các loại nhiễu khác, chẳng hạn như nhiễu bắn do chúng bị hạn chế về đặc tính vật lý.

Lý thuyết điện tử

Các phương pháp toán học là không thể thiếu trong việc nghiên cứu điện tử. Để trở nên thành thạo về điện tử, nó cũng cần thiết phải trở nên thành thạo trong toán học phân tích mạch.

Phân tích mạch là nghiên cứu các phương pháp giải hệ thống tuyến tính nói chung cho các biến chưa biết như điện áp tại một nút nhất định hoặc dòng điện qua một nhánh nhất định của mạng. Một công cụ phân tích phổ biến cho việc này là trình mô phỏng mạch SPICE.

Cũng quan trọng đối với điện tử là nghiên cứu và hiểu biết về lý thuyết trường điện từ.

Phòng thí nghiệm điện tử

Do tính chất phức tạp của lý thuyết điện tử, thí nghiệm trong phòng thí nghiệm là một phần quan trọng trong sự phát triển của các thiết bị điện tử. Các thí nghiệm này được sử dụng để kiểm tra hoặc xác minh thiết kế của kỹ sư và phát hiện lỗi. Trong lịch sử, phòng thí nghiệm điện tử bao gồm các thiết bị điện tử và thiết bị nằm trong một không gian vật lý, mặc dù trong những năm gần đây xu hướng hướng tới phần mềm mô phỏng phòng thí nghiệm điện tử, chẳng hạn như CircuitLogix, MultisimPSpice.

Thiết kế hỗ trợ bởi máy tính (CAD)

Các kỹ sư điện tử ngày nay có khả năng thiết kế mạch bằng cách sử dụng các khối xây dựng được sản xuất trước như nguồn điện, chất bán dẫn (tức là thiết bị bán dẫn, chẳng hạn như bóng bán dẫn) và mạch tích hợp. Các chương trình phần mềm tự động hóa thiết kế điện tử bao gồm chương trình chụp giản đồ và chương trình thiết kế bảng mạch in. Những cái tên phổ biến trong thế giới phần mềm EDA là NI Multisim, Cadence (ORCAD), EAGLE PCB và Schematic, Mentor (PADS PCB và LOGIC Schematic), Altium (Protel), LabCentre Electronics (Proteus), gEDA, KiCad và nhiều loại khác.

Phương pháp đóng gói

Nhiều phương pháp kết nối các thành phần khác nhau đã được sử dụng trong nhiều năm. Ví dụ, các thiết bị điện tử thời kỳ đầu thường sử dụng hệ thống dây điểm tới điểm với các thành phần được gắn vào bảng mạch gỗ để tạo mạch. Các phương pháp khác được sử dụng để xây dựng bằng dây và quấn dây. Hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại ngày nay đều sử dụng bảng mạch in làm bằng vật liệu như FR4, hoặc Giấy liên kết nhựa tổng hợp rẻ hơn (và ít mài mòn hơn) (SRBP, còn được gọi là Paxoline / Paxolin (thương hiệu) và FR2) – đặc trưng bởi màu nâu. Mối quan tâm về sức khỏe và môi trường liên quan đến việc lắp ráp thiết bị điện tử đã được chú ý ngày càng tăng trong những năm gần đây, đặc biệt là đối với các sản phẩm dành cho châu Âu.

Thiết kế hệ thống điện tử

Thiết kế hệ thống điện tử giải quyết các vấn đề thiết kế đa ngành của các thiết bị và hệ thống điện tử phức tạp, chẳng hạn như điện thoại di động và máy tính. Chủ đề bao gồm một phạm vi rộng lớn, từ thiết kế và phát triển một hệ thống điện tử (phát triển sản phẩm mới) để đảm bảo chức năng thích hợp, tuổi thọ sử dụng và thải bỏ của nó. Do đó, thiết kế hệ thống điện tử là quá trình xác định và phát triển các thiết bị điện tử phức tạp để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của người sử dụng.

Ngành công nghiệp điện tử

Ngành công nghiệp điện tử bao gồm nhiều lĩnh vực khác nhau. Động lực trung tâm thúc đẩy toàn bộ ngành công nghiệp điện tử là lĩnh vực công nghiệp bán dẫn, có doanh thu hàng năm hơn 481 tỷ đô la vào năm 2018. Lĩnh vực công nghiệp lớn nhất là thương mại điện tử, đã tạo ra hơn 29 nghìn tỷ đô la trong năm 2017. Thiết bị điện tử được sản xuất rộng rãi nhất. là bóng bán dẫn hiệu ứng trường kim loại-oxit-bán dẫn (MOSFET), với ước tính khoảng 13 tỷ MOSFET được sản xuất từ năm 1960 đến năm 2018. Trong những năm 1960, các nhà sản xuất Hoa Kỳ không thể cạnh tranh với các công ty Nhật Bản như Sony và Hitachi, những người có thể sản xuất hàng hóa chất lượng cao với giá thấp hơn. Tuy nhiên, đến những năm 1980, các nhà sản xuất Hoa Kỳ đã trở thành những nhà sản xuất hàng đầu thế giới về phát triển và lắp ráp chất bán dẫn.

Bạn thấy bài viết này có bổ ích không?

Bấm vào ngôi sao để đánh giá!!

Điểm đánh giá trung bình 0 / 5. Số lượng đánh giá: 0

Chưa có ai đánh giá bài viết này! Hãy là người đầu tiên đánh giá.