ELEKTRONİĞİN TARİHTE GELİŞİMİ

Transkript

1 ELEKTRONİĞİN TARİHTE GELİŞİMİ Elektronik günümüzde artık vazgeçilemez olan birçok teknolojik cihazların temellerinin dayandığı elektriğin gelişmiş kollarından biridir. Elektriğin bir cihazın içinde işlenmesi, akışının gerektiğinde durup gerektiğinde devam etmesi, mantık kapıları aracılığı ile yönetilmesi, gerilim değerine göre yönlendirilmesi tam elektronik bir cihazda görülen olaylardır. Eskiden (2.Dünya Savaşı sırasında) bir cihazın içinde elektriğin iletimi ve yönetimi (özellikle yönetimi) için hareketli parçalar(elektromekanik) veya kablolar kullanılırdı. Mesela buna en iyi örnek ilk elektronik bilgisayar modeli olan ENIAC tır. Bu ilk bilgisayar modelinde farklı programlama ve komutları uygulama amacıyla vakum tüpleri ve çok uzun kablolar kullanılırdı. Vakum tüpleri, transistörler keşfedilmeden önce kullanılan elektron akışı sağlayan parçalardı. Ancak bu bilgisayarın çalıştırılmasında neredeyse bir kasabanın ihtiyacı kadar olan elektrik harcanmaktaydı ve farklı bir programlamada binlerce kilometre uzunlukta kabloların kullanımı gerekmekteydi. Bu yüzden ENIAC ın pratik kullanımı yani yaygınlaşması imkansızdı. Şu anda olduğu gibi yine yeni teknolojilerin ilk kullanım alanı askeri merciler idi. ENIAC 2.Dünya Savaşı nda bazı alanlarda kullanıldıktan sonra kullanılmamış ve üzerinde çalışılmamıştır. Ancak bu cihaz içinde hareketli parça barındırmayan ilk tam elektronik bir cihaz olarak akıllarda kalmıştır. 1940lı yıllarda Amerika da kısa ve uzun mesafeli telefon görüşmelerini AT&T şirketi sağlamaktaydı. Şirketin abone sayısı o dönemlerde o kadar çok artmıştıki şirketin altyapısı artık varolan teknoloji ile daha hızlı ve iyi bir ses kalitesini bu kadar çok aboneye sağlayamıyordu. Bu yüzden tam otomatik ve çok daha hızlı bir anahtarlama yöntemine ihtiyaç vardı. Bu anahtarlama yönteminin geliştirilmesinde, fizikçiler tarafından sahip olunan kanı, vakum tüplerinin kullanılmamasının gerektiği idi. Çünkü vakum tüpleri çok yer kaplamaktaydı ve ısınıp çalışır hale gelmeleri için çok fazla zamana ve dolayısıyla çok fazla elektrik enerjisine ihtiyaçları vardı. Bu da maliyeti çok arttırıyordu. Bundan sonra bazı fizikçilerin yaptığı laboratuar çalışmaları sonucunda maden olmayan fakat madene benzer silisyum ve germanyum elementlerinin metal ve ametal özellikleri taşıdıkları keşfedilmiş ve bu elementlerin kullanımının uygun çözüm yolu olabileceği farkedilmiştir. Daha sonra yapılan çalışmalarda bu elementlerin elektriksel olarak iletken ve yalıtkan özelliklerinin aynı anda kullanılabileceği ortaya konulmuştur. Yarı iletken adı verilen bu silisyum ve germanyum elementleri ile daha hızlı ve bağımsız veri anahtarlamaları yapılmıştır. Bu açılan yeni yolda yapılan çalışmalar sonucunda elektriğin akımını belirli koşullarda ileten ve kesen transistörler bileşimi bulunmuştur. Silisyum ve germanyum kristal yapıları üzerinde yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen transistörler önceden ısınma gerektirmemeleri, az yer kaplamaları, verimli çalışmaları ve ekonomik olmaları açısından elektronik dünyasında yepyeni bir çağ başlatmıştır. Transistörlerin kullanımının yaygınlaşmasından sonra ilk el radyoları yapılmış, sonrasında da hesap makineleri, uzaktan kumandalar, kamera ve CD çalıcı gibi birçok elektronik cihaz daha etkin olarak kullanılabilir hale gelmiş ve günlük yaşantımızda kolaylık sağlama yönüyle büyük gelişme olmuştur. Transistörler daha sonra geliştirilerek tümleşik devreler elde edilmiştir. Binlerce transistöre mikroskop yardımı ile birçok elektronik devre elemanı entegre edilerek yeni entegre devreler elde edilmiştir. Elektroğin geçmiş yıllarda gelişim sürecine değindikten sonra elektronikte kullanılan malzemelere bir göz atalım.

2 ELEKTRONİKTE KULLANILAN MALZEMELER VE ÖZELLİKLERİ Elektronikte kullanılan başlıca malzemeler : - Transistörler(Transistors) - Röleler(Relays) - Dirençler(Resistors) - Entegre devreler(integrated circuits) - Diyodlar(Diodes) - Kapasitörler(Capacitors) - Dönüştürücüler(Transducers) - Anahtarlar(Switches) - Güç kaynakları(power supplies) - Osiloskoplar-Multimetreler (Oscilloscopes-Multimeters) Transistörler : Transistörler akımı kuvvetlendirirler. Örnek vermek istersek mantıksal bir chipten çıkan düşük çıkışlı bir akımı yükselterek bir lambanın, rölenin veya yüksek akımlı bir cihazın çalışmasını sağlayabilirler. Birçok devrede dirençler değişken akımı değişken gerilime çevirmek için kullanıldığı için transistörler genelde akımı kuvvetlendirmek amacıyla kullanılırlar. Transistörler ya anahtar olarak ya da kuvvetlendirici olarak kullanılır. Transistör tipleri NPN ve PNP olmak üzere ikiye ayrılır. Silisyumla kullanılan elemente bağlı olarak transistörün NPN veya PNP olduğunu anlarız. Genelde günümüzde NPN tipi transistörler kullanılmaktadır. B:Base ; C:Collector ; E:Emittor Bipolar Junction Transistörler dışında Field-Effect-Transistörlerde kullanılmaktadır. Ancak bu transistör tipleri daha çok günümüz mikroişlemcilerinde kullanılmaktadır. Röleler : Röleler elektrikle çalışan anahtarlardır. Rölenin bobininden geçen akım bir manyetik alan oluşturur ki bu manyetik alan mekanizmanın içindeki bir parçayı oynatarak anahtarı açık veya kapalı

3 duruma getirir. Röleler birbirinden ayrı iki devre arasında bir anahtar olur ve akımın bu iki devre arasında geçişini sağlar. Röle iki devre arasında manyetik ya da mekaniksel bir geçiş sağlar. Röle seçilirken fiziksel boyutuna, bobin voltajı ve direncine, anahtarlama değerlerine göre seçilmelidir. Transistörler de anahtarlamada kullanılabildiği için rölelerle bir karşılaştırma yaparsak; - Röleler AC ve DClerde çalışabilir ancak transistörler sadece DC de çalışırlar. - Röleler yüksek gerilimleri anahtarlayabilirken transistörler yapamaz. - Yüksek akımlar için röleler tercih edilmelidir. - Transistörler düşük akımlarda daha verimlidirler. - Transistörler daha hızlıdırlar. - Röleler transistörlere göre daha fazla güç tüketirler ve daha fazla akım gerektirirler. Dirençler : Dirençler bir devrede akıma karşı iş yapan parçalardır. Mesala örnek verecek olursak bir LED den geçecek akımı düşürmek için seri olarak dirençler bağlayabiliriz. Dirençler seri ve paralel olarak bağlanabilirler. Dirençlerdeki renkler bize dirençlerin değerlerini okumamızda yardımcı olur.

4 Genelde dirençler dört bantlıdır. Mesela bu üstteki direnci okuyacak olursak; İlk iki bant bize direnç değerinin ilk iki rakamını verir. 3.bant sıfır sayısını, 4.bant ise toleransı verir. - Kırmızı:2 ; Mor:7 ; Sarı:4 yani ; ohm = 27 k bu direncin değeridir. Üstteki tabloda renkler dışında küçük dirençler için 3.bantta kullanılmak üzere altın ve gümüş renkleri vardır ve bunların değeri altın:0.1 ; gümüş:0.01 dir. Entegre Devreler : Entegre devreler genel olarak çip yada IC olarak bilinirler. Çok küçük silisyum çiplerin üzerine özel tekniklerle dağlanmış olan karmaşık devrelerdir. Plastik bir taşıyıcı içine paketlenmiş halde 2.54 mmlik bir ızgara dizilişinde pinlere sahiptir ki bu pinler özel üretilmiş boardlara uygundurlar. Entegre devreler içlerinde birçok transistör ve bağlantı devre elemanları bulunmaktadır. Entegre devreler çıkışlarındaki akım yönüne göre sink veya source akımlarına sahiptirler. Sinking Current çıkışa giren akım, Source Current çıkıştan çıkan akımdır Mantıksal entegre devrelerde vardır ki bunlarda dijital sinyalleri işlerler. Bunlar ise mantık kapıları, flip-floplar, yazmaçlar, sayaçlar vbleridir. Diyodlar : Diyodlar elektriğin bir yönde akmasına izin verirler. Diyodun devre sembolündeki ok, akımın hangi yönde akabileceğini gösterir. Diyodlar bildiğimiz vanaların elektriksel halidir ki eski diyodlara da vana deniyordu. Elektriğin belirli yönde geçişine izin veren diyodun içinde küçük bir akım vardır. Buna Forward Voltage Drop denir. Diyodun izin verdiğinin tersi yönünde akım olduğunda diyoddan çok küçük bir akım geçer, buna da Reverse Voltage denir. Küçük akımlarda Sinyal Diyodları, büyük akımlarda ise Doğrultucu Diyodlar kullanılır. Zener diyodlar düzetilmiş gerilimleri korurlar. Zener diyodlar akımı güvenilir ve zarar vermeyecek bir biçimde durdurmak üzere tasarlanmışlardır. Bu yüzden zener diyodlar akıma ters yönde, düzeltilmiş gerilimi korumak amacıyla kullanılabilirler. Zener diyod

5 Bir de özel bir diyod çeşidi olan LEDler vardır. Light Emitting Diode olarak geçen bu diyodlar üstlerinden geçen akımı kullanarak ışık yayarlar. Birçok farklı rengi yayabilirler. Kırmızı LED LEDler kolay üretilebildikleri, maliyeti düşük olduğu için ve uzun ömürlü oldukları için yaygın olarak kullanılmaya ve farklı alanlara uygulama çalışmaları başlamıştır. Sokak lambalarında ve yeni nesil LCD TVlerde kullanılmaya başlanmıştır. Kapasitörler : Kapasitörler elektrik yükünü(farad) depolarlar. Zamanlı devrelerde dirençlerle birlikte kullanılırlar. Çünkü kapasitörün dolması zaman alır. DC kaynaklarında akımı düzlemek için bir depo olarak kullanılırlar. Ayrıca filtre devrelerinde de kullanılırlar, çünkü kapasitörler AC sinyallerinin geçişine kolaylıkla izin verirken DC sinyallerini bloklarlar. Polarize ve unpolarize olmak üzere iki tip kapasitör vardır: - Polarize Kapasitörler : Elektrolitik Kapasitör ve Tantalum Bead Kapasitör 1mikrofaraddan yüksek değerlerde kullanılırlar. - Unpolarize Kapasitörler : 1mikrofaraddan küçük değerlerde kullanılırlar. Dönüştürücüler : Dönüştürücüler belli bir formdaki sinyali başka bir forma dönüştürürler. Giriş ve çıkış olmak üzere iki tip dönüştürücü vardır. Her iki tip dönüştürücü de aynı anda bir devrede kullanılır. Giriş dönüştürücüsü, belli bir niceliği bir elektriksel sinyale veya bir dirence(ki bu direnç de gerilime çevrilebilir) çevirir. Bu dönüştürücülere ayrıca sensörler de denir. - LDR : Parlaklığı dirence çevirir. - Thermistor(ısıl direnç) : Sıcaklığı dirence çevirir. - Mikrofon : Sesi gerilime çevirir.

6 Çıkış dönüştürücüleri elektriksel bir sinyali farklı bir niceliğe çevirirler. - Lamba, LED : Elektriği ışığa çevirir. - Hoparlör : Elektriği sese çevirir. - Motor : Elektriği harekete çevirir. Anahtarlar : Anahtarların temel görevi devreye akımı vermek ya da kesmektir. Birçok çeşit anahtar bulunmakta olup kullanılacakları yere göre farklılık gösterirler. Güç Kaynakları : Güç kaynakları, devrelerimize gelecek olan şehir elektriğinin düzenlendiği noktalar olup çeşitlilikler göstermektedirler. Çoğu güç kaynağı yüksek değerlerdeki AC (alternatif akım) yi eletronik devre ve cihazlar için uygun düşük DC (direct current) ye çevirirler. - Transformer : Yüksek AC yi düşük AC ye indirir. - Rectifier : Düşük AC yi değişken DC ye dönüştürür. - Smoothing : Değişken DC yi küçük dalgalı bir hale düzenler. - Regulator : Küçük dalgaları elimine ederek DC çıkışını düzenlenmiş gerilime ayarlar. Transformer Regulator Osiloskoplar & Multimetreler : Osiloskop Multimetre

7 Osiloskop, elektrik sinyallerinin şekillerini grafiksel olarak ekranında gösteren, zamana bağlı olarak çalışan bir test entrümanıdır. Voltmetreden farklı olarak bize voltajın zamanla nasıl bir değişim gösterdiğini ekranında gösterir. İstenilen zaman aralıklarında kayıt tutar. DC de olan akım önce AC ye çevriliyor sonra dalgacıklar görülebiliyor. Multimetre çok fonksiyonel bir ölçme cihazıdır. Voltmetre, ampermetre, dirençölçer olarak kullanılabilmektedir. AC de veya DC de ölçme yapabilmektedir. Kimi multimetrelerin, transistör ölçme, kapasitans ve frekans ölçme gibi özellikleri de bulunmaktadır. Dijital ve analog olmak üzere iki tipi vardır: Analog Multimetre Dijital Multimetre