إلكترونيات: الفرق بين النسختين

علاوةً على ذلك، تعتبر دراسة [[شبه موصل|أشباه الموصلات]] والتكنولوجيا الخاصة بها أحد فروع علم [[الفيزياء]]، بينما يعد تصميم وبناء [[دائرة إلكترونية|الدوائر الإلكترونية]] لحل المشاكل العملية أحد فروع علم [[هندسة الإلكترونيات]]. وهذا المقال فيركز على الجوانب [[الهندسة|الهندسية]] للإلكترونيات.

 

{{مفصلة|مكونات إلكترونية}}

إن المكونات الإلكترونية عبارة عن أي كيان مادي في النظام الإليكتروني وتتمثل وظيفتها في التأثير على الإلكترونات أو المجالات المتصلة بها بطريقة معينة تتسق مع الوظيفة المحددة للنظام الإلكتروني. وعمومًا، يتم تصنيع المكونات الإلكترونية بحيث يتم توصيلها ببعضها البعض - بجعلها عادةً تلتحم [[لوحة دائرة مطبوعة|بلوحة دائرة مطبوعة]] - بهدف إنشاء دائرة إلكترونية لها وظيفة معينة (على سبيل المثال، لصنع مضخم أو جهاز استقبال لاسلكي أو مولد ذبذبة). ويمكن أن توجد المكونات الإلكترونية في صورة فردية بسيطة أو في صورة مجمعة أكثر تعقيدًا كالتي توجد في الدوائر المتكاملة. هذا، ومن الأمثلة الشائعة للمكونات الإلكترونية [[مكثف|المكثفات]] و[[مقاوم|المقاومات]] و[[صمام ثنائي (دايود)|الصمامات الثنائية (دايود)]] و[[الترانزستور]] وغير ذلك.

 

=== دوائر تناظرية (أنالوج) ===

{{مفصلة|إلكترونيات تناظرية}} [[ملف:HitachiJ100A.jpg||thumb|250px|شاسيه هيتاشي J100 ذو تردد قابل للضبط]] تتكون معظم الأجهزة [[إشارة تناظرية|التناظرية]]، مثل أجهزة الاستقبال [[لاسلكي|اللاسلكية]]، من مجموعات من الدوائر الأساسية. وتستخدم الدوائر التناظرية مدى من الجهد الكهربي المتصل، وليس المنفصل كما هو الحال في الدوائر الرقمية.

في هذه الأيام، تُستخدم في بعض الدوائر التناظرية أحيانًا تقنيات رقمية أو حتى تقنيات مايكروبروسيسور (خاصة بالمعالجة الدقيقة) من أجل تحسين الأداء الأساسي للدائرة. وعادةً ما يطلق على هذا النوع من الدوائر اسم "الدوائر ذات الإشارة المختلطة". وفي بعض الأحيان، قد يكون من الصعب التمييز بين الدوائر الرقمية والتناظرية؛ لأنهما يحتويان على عناصر خاصة بالعمليات الخطية وغير الخطية. ويعد أحد الأمثلة على ذلك "المقارن" الذي يسحب مدى متصل من الجهد الكهربي (وهذا من خصائص الدوائر التناظرية) لكن يخرج مستوى واحد فقط من مستويين، كما هو الحال في الدوائر الرقمية الموضحة لاحقًا. وبالمثل، يمكن لمضخم الترانزستور عند تشغيله على جهد عالي بالنسبة له أن يكتسب صفات [[مفتاح|المفتاح]] الذي يتم التحكم فيه وبالتالي، يكون له مستويان من الخرج.

 

{{مفصلة|إلكترونيات رقمية}} إن الدوائر الرقمية عبارة عن دوائر كهربية مبنية على عدد من مستويات الجهد الكهربي المنفصل. كما أنها تعتبر التطبيق العملي الأكثر شيوعًا لقواعد الجبر البووليني والأساس لكل أجهزة الكمبيوتر الرقمية. وبالنسبة لمعظم المهندسين، فإن مصطلحات "الدائرة الرقمية" و"النظام الرقمي" و"المنطق" مصطلحات تُستخدم على نحو متبادل في سياق الحديث عن الدوائر الرقمية. وبالنسبة للدوائر الرقمية فيستخدم معظمها مستويين من الجهد الكهربي يطلق عليهما "منخفض"(0)، و"عالٍ"(1). وغالبًا يكون مستوى الجهد الكهربي "منخفضًا" عندما يقترب من الصفر ويكون "عاليًا" عندما يزيد على ذلك، ويتوقف هذا الأمر على الجهد الكهربي المستخدم. وتجدر الإشارة هنا أنه تم عمل بعض نماذج أولية لأجهزة كمبيوتر تعتمد على ما يسمى بالمنطق [[كمبيوتر يستخدم المنطق الثلاثي|الثلاثي]] الذي يحتوي على ثلاثة مستويات منطقية وليس مستويين فقط.

تتكون كل من أجهزة [[كمبيوتر|الكمبيوتر]] و[[ساعة الكوارتز|الساعات]] الإلكترونية و[[أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة]] (التي تستخدم للتحكم في العمليات الصناعية) من دوائر [[رقمي (ديجيتال)|رقمية]]. كما تعد [[وحدة معالجة الإشارات الرقمية|وحدات معالجة الإشارات الرقمية]] مثالاً آخر على ذلك.

* [[مصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة]]

 

يجب العمل على تبديد [[الحرارة]] المتولدة عن الدوائر الإلكترونية وتشتيتها لمنع تلف الدوائر وضمان عملها بكفاءة على المدى الطويل. لذلك، يوجد العديد من التقنيات التي يمكن استخدامها لتبديد الحرارة ومنها [[مشتت حراري|المشتت الحراري]] و[[مروحة (ميكانيكا)|مراوح]] التبريد وغيرها من الوسائل المستخدمة في [[تبريد الحاسوب]] مثل [[تبريد بالمياه|التبريد بالمياه]]. أما عن الوسائل المستخدمة في هذه التقنيات من أجل تبديد الحرارة فتتمثل في انتقال الحرارة بواسطة [[حمْل حراري|الحَمْل الحراري]] و[[توصيل حراري|التوصيل الحراري]] و[[إشعاع حراري|الإشعاع]].

 

{{مفصلة|ضوضاء الكترونية}} تعتبر الضوضاء خاصية مصاحبة لجميع الدوائر الإلكترونية. ووفقًا لما جاء في كتاب <ref>Dictionary of Electrical and Electronics Terms الصادر عن جمعية مهندسي الكهرباء والإلكترونيات، الرقم المعياري الدولي للكتاب 978-0471428060</ref>، فإنه يتم تعريف الضوضاء على أنها تشويش غير مرغوب فيه يغطي على الإشارة الإلكترونية المفيدة، مما يؤدي إلى تعتيم أو غموض المحتوى المعلوماتي الخاص بها. جدير بالذكر أن الضوضاء تختلف في مفهومها عن تشويه الإشارة الناتج عن الدائرة الإلكترونية.

 

تعتبر دراسة الرياضيات جزءً لا يتجزأ من دراسة الإلكترونيات. لذا، فمن أجل إتقان دراسة الإلكترونيات، لا بد من إتقان دراسة القواعد الرياضية المتعلقة بتحليل الدوائر الإلكترونية.

يقصد بتحليل الدوائر الإلكترونية دراسة طرق الحل المطلوبة لمعرفة المتغيرات المجهولة المرتبطة بالأنظمة الخطية عمومًا مثل معرفة مقدار الجهد الكهربي عند [[عقدة (الدوائر الكهربية)|عقدة]] معينة أو التيار الكهربي في [[المسار (نظرية الرسم البياني)|فرع]] معين من [[الرسم البياني (رياضيات)|شبكة]] إلكترونية. ومن الأدوات التحليلية الشائع استخدامها في هذا المجال برنامج [[برنامج محاكاة الدوائر الإلكترونية SPICE|SPICE]] لمحاكاة الدوائر الإلكترونية.

من المهم أيضًا لإتقان دراسة الإلكترونيات العمل على دراسة وفهم نظرية [[المجال الكهرومغناطيسي]].

في هذه الأيام، بات لمهندسي الإلكترونيات القدرة على [[تصميم الدوائر|تصميم]] [[دائرة إلكترونية|الدوائر]] الإلكترونية باستخدام مكونات جاهزة الصُنع مثل [[مزود الطاقة|مصادر الإمداد بالطاقة]] و[[شبه موصل|أشباه الموصلات]] (مثل [[الترانزستور]]) و[[دائرة متكاملة|الدوائر المتكاملة]]. هذا وتشتمل برامج الكمبيوتر [[برامج EDA الخاصة بأتمتة التصميم الإلكتروني|(EDA)]] الخاصة بأتمتة التصميم الإلكتروني على برامج الرسم التخطيطي [[برامج الرسم التخطيطي Schematic Capture|Schematic Capture]] وبرامج تصميم [[لوحة دائرة مطبوعة|لوحات الدوائر المطبوعة]]. ومن أشهر التطبيقات والبرامج المستخدمة في مجموعة برامج EDA برنامج [[برنامج NI Multisim|NI Multisim]] وCadence ([[برنامج أوركاد|ORCAD]]) وEagle PCB وSchematic وMentor (PADS PCB وLOGIC Schematic)وAltium (Protel) وLabCentre Electronics (Proteus) وغيرها من البرامج والتطبيقات الأخرى.

 

لقد تم، على مدار سنوات عدة، استخدام العديد من الأساليب المختلفة من أجل توصيل المكونات الإلكترونية ببعضها البعض. على سبيل المثال، كان مهندسو الإلكترونيات في البداية يستخدمون لوحات تجارب خشبية لبناء الدوائر الإلكترونية عن طريق [[توصيل الأطراف النهائية للمكونات باستخدام الأسلاك]]. كما كان يتم توصيلها من خلال [[لوحة دائرة مطبوعة#.22التركيب المكدس للدائرة.22|التركيب المكدس للدائرة]] و[[وصلة سلكية التفافية|الوصلات السلكية الالتفافية]]. أما الآن، فيتم استخدام [[لوحة دائرة مطبوعة|لوحات الدوائر المطبوعة]] (المصنوعة من المادة المثبطة للهب [[المادة المثبطة للهب FR4|FR4]])، و[[دائرة متكاملة|الدوائر المتكاملة]]. تجدر الإشارة إلى أنه في خلال السنوات الأخيرة تم تسليط الضوء على المخاوف المتعلقة بتجميع المكونات الإلكترونية على البيئة والصحة، وخاصة فيما يتعلق بالمنتجات الإلكترونية الموجهة إلى دول الاتحاد الأوروبي. لذلك، أصدر الاتحاد الأوروبي قوانين [[توجيه الحد من المواد الخطرة|الحد من المواد الخطرة (RoHS)]] و[[توجيه النفايات الكهربائية والأجهزة الإلكترونية|المعدات الكهربية والإلكترونية المخلفة (WEEE)]]، التي دخلت في حيز التنفيذ في شهر يوليو عام 2006.

 

* [[مبيعات الشركات الرائدة في مجال صناعة أشباه الموصلات في كل سنة|مبيعات الشركات الرائدة في مجال صناعة أشباه الموصلات سنويًا]]

* [[إلكترونيات تناظرية]]

* [[تصميم الدوائر الكهربية]]