Elektronika je grana nauke i tehnologije koja se bavi korištenjem kontrolisanog kretanja elektrona kroz različite prenosioce i kroz vakuum. Mogućnost kontrole protoka elektrona je obično primijenjeno u rad sa informacijama ili za upravljanje uređajima.

Elektronika se razlikuje od nauke o struji i odgovarajuće tehnologije, koje se bave proizvodnjom, distribucijom, kontrolom i primjenom električne energije. Ovo razdvajanje nastaje oko 1906. godine sa izumom triode od naučnika po imenu Lee De Forest, koja je omogućila električno pojačavanje, bez mehaničkih uređaja. Sve do 1950. tih oblast elektronike se zvala “radio tehnika”.

Uvod u elektroniku

Kada je 1904 godine fizičar John Ambrose Fleming proučavajući radove koje je Edison postavio usavršavajući električne sijalice, nije ni slutio da će se otvoriti jedna od nauka koja će se najbrže razvijati u uvući u sve pore tehnike i tehnologije. Dodajući unutar staklenog balona još jednu elektrodu izoliranu od grijne niti napravio je prvu elektronsku cijev – diodu .

Svi elektronski sklopovi sačinjeni su od elemenata (komponenti) koji se mogu svrstati u dvije grupe:

• Aktivne komponente (el.cijevi, poluprovodnici, integrisana kola..)
• Pasivne komponente (provodnici, izolatori, otpornici, kondenzatori, zavojnice..)

Prema vrsti aktivnih komponenti i sklopovi se dijele u četiri generacije

1. generacija-elektronske cijevi
2. generacija-tranzistori
3. generacija-integralna kola niske integracije
4. generacija-integralna kola visoke integracije

Uređaji koji imaju elemente iz dvije generacije zovu se hibridi.

Elektronska dioda

Dioda je elektronska cijev, koja nasuprot užarene niti katode ima još jednu hladnu elektrodu anodu. Ako se između ove dvije elektrode dovede dovoljno visok napon poteći će električna struja. Struja će teći uvijek u smjeru od katode ka anodi pa će se dugo vremena ova, elektronska cijev, koristiti za “ispravljanje električne struje”. Konstrukcijski Dioda se radi kao jednostruka ili dvostruka i kao takva upotrebljava za poluvalno ili punovalno ispravljanje signala.Tipičan primjer dvostruke diode je EZ80. Ova oznaka je dio standardnog obilježavanja gdje je slovom E određeno da ova cijev za grijanje treba napon od 6,3V, Z je oznaka dvostruke ispravljačice (duo-dioda) a 80 je kataloški broj i tamo se može vidjeti da ova lampa može ispravljati napon do 350V i struje do 90mA. te da je katoda indirektno grijana.

Trioda i ostale pojačivačke cijevi

Daljim razvojem i dodavanjem još jedne mrežice nastaje trioda, potom tetroda i pentoda. Karakteristika elektronskih cijevi je da imaju veliko naponsko pojačanje velike ulazne i izlazne otpore. Danas su gotovo sve vrste cijevi potpuno zamijenjene. Ostale su samo u veoma rijetkim slučajevima do danas i to:

1. Gajger-Milerova cijev za detekciju i mjerenje radio-aktivnosti
2. Rentgenske cijevi
3. Katodna cijev (ekran) kod CRT monitora i TV uređaja

Iako polako idu u zaborav i dalje bude nostalgiju kod starijih radio-amatera, rok gitarista i ljubitelja “starog dobrog zvuka”, Fender ili Gibson električne gitare sa “Marshalla”, “Ampega” ili “Orange-a”.

Teorija kristala

Četvorovalentni kristali kao što su germanij i silicij u čistom stanju ne provode ili vrlo loše provode električnu struju: Njihova četiri elektrona u posljednjoj ljusci su relativno čvrsto vezana za atom organizujući tzv. kristalnu rešetku. Ako se na površinski sloj tankog četvorovalentnog kristala nanesu (fundiraju) petovalentni elementi (donatori ili donori) kakvi su kalaj, arsen i drugi, nastat će višak elektrona pa se ovakav sloj zove N – tip. Ako se na tanku pločicu silicija ili nanese tanak sloj bora koji je trovalentan pojaviće se manjak elektrona tzv. “šupljina” P – tip koja može primiti novi elektron. Zahvaljujući slobodnim elektronima i šupljinama (P i N prijelazima) omogućen je jednosmjeran protok električne struje. Kombinacijama slojeva PN moguće je raditi i poluprovodničke elemente različitih namjena: diode, diaci, tiristori, triaci, tranzistori.

Kristalni poluprovodnici

Prvi poluprovodnici napravljeni su od kristala selena, galenita i pirita. Korišteni su kao demodulatori za AM i radarske prijemnike. Usavršavajući kristalne diode, 1948. godine, dva naučnika J. Bardeen i W. Brattain uspjeli su proizvesti prvi tranzistor. Bio je to tačkasti germanijev tranzistor.

Kristalna dioda

Prvobitno je napravljena tako što je metalni šiljak “uboden” na kristal selena ili sličan “nečist” kristal. Osobina da će ovakav “sklop” provoditi struju samo u jednom smjeru je kasnije usavršavana te raznim “onečišćavanjima” kristala četvorovalentnih elemenata kao što su germanij i silicij proizvedeni su poluprovodnički elementi različitih namjena. Prvo, diode za ispravljanje slabih visokofrekventnih struja, potom jakih niskofrekventnih struja pa sve do raznih vrsta, zener, varikap, PIN, GUN ..dioda.

Tranzistor

Naziv tranzistor je nastao spajanjem dvije riječi transfer i resistor što znači prenosni otpornik. U sklopovima se tranzistor koristi ili kao prekidač ili kao pojačivač što je određeno radnom tačkom. Karakteristika bipolarnih tranzistora je da, za razliku od elektronskih cijevi, pojačanje snage se vrši na račun strujnog pojačanja. Danas se tranzistori proizvode u velikom broju vrsta, tipova i karakteristika, kako u zasebnim kućištima kao elektronske komponente, tako i sastavni elementi integralnih kola (čip-ova).Od germanijevih i silicijevih bipolarnih, FET, JFET, MOSFET. tranzistora za niske, frekvencije, visoke frekvencije, digitalne sklopove (prekidački tranzistori), foto tranzistori.

Integralna kola

Treća i četvrta generacija elektronskih uređaja bazirani su na integralnim kolima i to:

• Integralna kola niske integracije
• Integralna kola visoke integracije

Prema namjeni integralni sklopovi se dijele na:

• Analogne (razne vrste pojačivača za audio, video, operaciona..)
• Digitalne (brojački, pomjerački registri, memorijski blokovi, multivibratori..)

Prema tehnologiji izrade integralni sklopovi se dalje dijele na:

• Monolitne bipolarne
• Monolitne unipolarne (MOS)
• Hibridne integralne sklopove

Linearni integralni sklopovi

Ako sklop prati promjenu ulazne veličine analognom (sličnom, odgovarajućom) promjenom na izlazu onda se taj sklop smatra analognim, Ako su te promjene linearno zavisne jedna od druge (linearna funkcija) onda se i sklopovi smatraju linearnim. Radi lakšeg proučavanja i upotrebe ova vrsta sklopova se dijeli u nekoliko grupa i to:

• Operaciona pojačala
• Komparatori
• Niskofrekventna pojačala
• Visokofrekventna i širokopojasna pojačala
• Modulatori, demodulatori i mješači signala
• Generatori funkcija
• Analogno – digitalni pretvarači (AD – DA konverteri)
• Stabilizatori i regulatori napona i struje
• Sklopovi posebne namjene