电子学

电子学是研究如何控制电子的流动。它涉及由控制电流流动的元件组成的电路。电子学是物理学电气工程的一部分。

晶体管和继电器等电气元件可以作为开关。这让我们可以使用电路来处理信息和远距离传输信息。电路还可以将微弱的信号(如耳语)放大(使其更响亮)。

大多数电子系统分为两类。

  • 信息的处理和分发。这些称为通信系统。
  • 能量的转换和分配。这些称为控制系统

观察电子系统的一种方法是将其分为三个部分。

  1. 输入--电气或机械传感器,从物理世界中获取信号(温度、压力等形式),并将其转换为电流和电压信号。
  2. 信号处理电路--由连接在一起的电子元件组成,用于操作、解释和转换信号中的信息。
  3. 输出 - 将电流和电压信号转换为人类可读信息的执行器或其他设备。

例如,一台电视机的输入端为从天线接收的广播信号,对于有线电视来说,则为电缆。

电视机内部的信号处理电路利用接收到的信号中包含的亮度、色彩和声音信息来控制电视机的输出设备。显示输出设备可以是阴极射线管(CRT)或等离子液晶显示屏幕。音频输出设备可以是磁力驱动的音频扬声器。显示输出装置将信号处理电路的亮度和颜色信息转换为屏幕上显示的可见图像。音频输出装置将处理后的声音信息转换成听众可以听到的声音。

电路/网络的分析包括知道输入和信号处理电路,并找出输出。知道输入和输出并找出或设计信号处理部分称为合成。

一块印制电路板。Zoom
一块印制电路板。

历程

早在公元前600年,人们就开始尝试用电,米利都的泰勒斯发现在琥珀上摩擦毛皮会使它们互相吸引。

从20世纪开始,设备使用玻璃或金属真空管来控制电流的流动。有了这些元件,一个低功率的电压可以用来改变另一个。这彻底改变了无线电,并允许其他发明。

在20世纪60年代和70年代初,晶体管和半导体开始取代真空管。晶体管的体积可以比真空管小得多,而且它们可以用较少的能量工作。

大约在同一时间,集成电路(在极薄的硅片上放置大量极小的晶体管的电路)开始普遍使用。集成电路使制造电子产品所需的零件数量减少,并使产品的价格普遍降低。

模拟电路

模拟电路用于有一定幅度的信号。一般来说,模拟电路是测量或控制信号的幅度。在电子技术的早期,所有的电子设备都使用模拟电路。在模拟信号处理中,经常测量或控制模拟电路的频率。即使制造出更多的数字电路,模拟电路也永远是必要的,因为世界和人们都是以模拟方式工作的。

脉冲电路

脉冲电路用于需要快速能量脉冲的信号。例如,飞机和地面雷达设备的工作原理是利用脉冲电路从雷达发射器产生和发送高功率的无线电能量脉冲。特殊的天线(因其形状而称为"波束"或"碟形"天线)用于向波束或碟形天线指向的方向发送("发射")高功率脉冲串。

雷达发射器的脉冲或无线电能量的爆发从坚硬和金属物体上击中并反弹回来(它们被"反射")。坚硬的物体是指建筑物、山丘和山脉等物体。金属物体是指任何由金属制成的物体,如飞机、桥梁,甚至是太空中的物体,如卫星。反射的雷达能量由雷达脉冲接收器检测,它同时使用脉冲和数字电路。雷达脉冲接收机中的脉冲和数字电路用来显示反射了雷达发射机高功率脉冲的物体的位置和距离。

通过控制雷达发射机发出雷达能量快速脉冲的频率(称为发射机的"脉冲定时"),以及反射的脉冲能量回到雷达接收机所需的时间,人们不仅可以知道物体的位置,还可以知道物体的距离。雷达接收机中的数字电路通过知道能量脉冲之间的时间间隔来计算与物体的距离。雷达接收机的数字电路会计算在脉冲之间需要多长时间,物体的反射能量才能被雷达接收机探测到。由于雷达脉冲的发送和接收速度大约为光速,因此可以很容易地计算出与物体的距离。这在数字电路中是通过将光速乘以接收物体反射回来的雷达能量所需的时间来实现的。

脉冲之间的时间(通常称为"脉冲率时间",或PRT)设定了可以探测到的物体的距离限制。这个距离被称为雷达发射器和接收器的"范围"。雷达发射机和接收机使用长PRT来寻找与远处物体的距离。例如,长PRT's可以准确地确定到月球的距离。快速PRT用于探测更近的物体,如海上的船只、高空飞行的飞机,或确定高速公路上快速行驶的汽车的速度。

数字电路

数字电路用于只开启和关闭的信号,而不是经常工作在开启和关闭之间的电平。数字电路中的有源元件通常在开启时有一个信号电平,而在关闭时有另一个信号电平。一般来说,在数字电路中,一个元件只有开和关。

计算机和电子钟是主要由数字电路构成的电子设备的例子。

基本块。

复杂的设备。

半加法器的示意图,数字电路Zoom
半加法器的示意图,数字电路

相关网页

  • 电气和电子工程师协会
  • 电费

问题和答案

问:什么是电子学?
答:电子学是研究电(电子的流动),以及如何利用它来建造计算机等东西。它使用由元件和连接线组成的电路来做有用的事情。

问:电子学的基础是什么科学?
答:电子学背后的科学来自物理学研究,并通过电气工程领域在现实生活中得到应用。

问:电子元件的一些例子是什么?
答:电子元件的例子包括晶体管、保险丝、断路器、电池、电机、变压器、LED和灯泡。

问:一个电子系统如何能被分解成若干部分?
答:一个电子系统可以分解成三个部分--输入、信号处理电路和输出。输入是电气或机械传感器,它们从物理世界获取信号并将其转换为电流和电压信号。信号处理电路由连接在一起的电子元件组成,用于处理、解释和转换信号中包含的信息。输出是执行器或其他装置,将电流和电压信号转化为人类可读的信息。

问:电视机是如何工作的?
答:电视机的输入是由天线或有线电视的电缆接收的广播信号。电视机内的信号处理电路利用接收到的信号中所包含的亮度、颜色和声音信息来控制其输出设备,如用于显示输出设备的阴极射线管(CRT)、等离子或液晶显示屏;用于音频输出设备的磁驱动音频扬声器等,将这些信号分别转换成屏幕上显示的可见图像或听众听到的声音。

问:什么是电路/网络的分析?
答:电路/网络的分析包括了解其输入和信号处理电路,以便找出其输出。

问:在电子学方面,什么是综合?
答:综合包括了解输入和输出,然后找出或设计出需要什么样的信号处理部分,以便使其能够正常工作。

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