ELEKTRONIKA ZER DEN ETA NOLA KOKATZEN DEN HISTORIAN

Transcript

1 1. DISPOSITIBOAK ELEKTRONIKA ZER DEN ETA NOLA KOKATZEN DEN HISTORIAN Gaurko hzteg entzklopedko batzuek azaltzen dutenez, elektronka elektro askeek esku hartuz jazotzen dren gertakarak aztertzen dtuen fskaren atala eta jakntza horren ondorozko teknologa da (Elhuyar). Beste entzklopeda batzuetan agertzen den defnzo honek doenez, elektronka gasetan, hutsean edo erderoaleetan gertatzen den kargen mugmenduar buruzko zentza eta teknologa da. Beraz, metaletako kargen mugmendua ez da sartzen elektronkan, elektrkan bazk. Bana metalak elektronkan ere erabltzen dra, nosk. Elektronka eta elektrka defnzo bakar batez bereztea ez da, beraz, erraza. Edonola ere, gaur egun, elektronka nformazoa garraatzen duten senale elektrkoak prozesatzeko behar dren sstema fskoekn lotzen da. Elektronkak, XIX mendearen azken urteetan eta XX. mendearen haseran egn ztuen lehenengo urratsak, gara hartako hanbat gertakzun nabarmenen btartez: elektroaren aurktzea (1897), lehenengo osaga elektronkoak fabrkatzea (zp katodkoen hoda , hutseko dodoa eta trodoa 1906-) eta elektronkaren han lotuta dagoen Irrat Dfusoaren sortzea (1922).

2 Bana gaur egungo elektronka ahalbdetzen duen aurrerapena XX. mendearen erdaldeko urteetan gertatu zen: egoera soldoko elektronka sortu zen, materal erderoaleen ezaugarretan onarrtuz. Gaurko elektronka guzten onarra den transstorea asmatzea (1947) zan zen mugarr nagusa. Hortk aurrera, dspostbo eta zrkutuen garapena oso azkarra zan bazen ere, zrkutu ntegratua (1958) zan zen hurrengo mugarr nagusa. Horrek onarr bakarrean osaga antz fabrkatzea eta trnkotasun espazal zugarra ekarrko dtu. Haren garapenean eznbestekoa zan zen plano bakarreko teknologa a berehala sortu zen, eta lehenengo zrkutu ntegratuak 1961an saldu zren. 70eko hamarkadan, elektronkak azken urrats kualtatboa egn zuen: INTEL etxeak lehenengo prozesadorea sortu zuen, transstore txp bakarrean ntegratuz. Ordutk hona, fabrkazo-teknologen garapena dela eta, ntegrazo eskala karagarrro handtu da: gaur egungo prozesadoreetan, 125 mlo transstore/cm 2 bano gehago eraktzen dra (eta urterako aurrekuspena mlo transstore/cm 2 da). ELEKTRONIKA TITULAZIOAN ETA TELEKOMUNIKAZIOETAKO INGENIARIAREN LANBIDEAN NON KOKATZEN DEN Telekomunkazoek elektronkarekn harreman estua zan dute bet, eta beren balabdeak, elektronkark gabe, pentsaeznak lrateke. Eta ez hor bakarrk: telekomunkazoa elektronkaren aplkazo (eta motbazo) nagusetakoa zan da. Hala, ngenar elektronkoa eta telekomunkazo-ngenara snonmoak zaten zren XX. mendearen azken laurdenerano. Gaur egun, telekomunkazo-ngenaren proflean, beste arlo berrago batzuk ere sartu dra (telematka eta senaleen prozesatzea, besteak beste), bana elektronkak ttulazoaren onarretako bat zaten jarratuko du. Testunguru horretan, Onarrzko Elektronkako Laborategarekn batera, Telekomunkazo Ingenartzako kasleek Elektronkarekn duten lehenengo harremana zaten da rakasga hau. Gero, beste hamar rakasga elektronko kasten dra nahtaez. Ganera, rakasga ez elektronko batzuek elektronkan garaturko kontzeptuak -eta zer esank ez, aparatu elektronkoak- erablko dtuzte. Lehenengo kasturteko rakasgaen artean, Zrkutuen Teora da rakasgark antzekoena, bana haren helburuak eta Dspostboen Elektronkarenak oso ezberdnak dra. Zrkutuen Teoran, osagaak nahko snpleak zaten dra eta konplexutasuna, normalean, zrkutuen ebazpenean datza. Bertan, besteak beste zrkutu abstraktuak ebazteko bdeak azaltzen dra. Dspostboen Elektronkan, aldz, osaga elektronko batzuen ezaugarrak ondoroztatuko dra, gero -Zrkutuen Teoran onarrtuz- zenbat zrkutu elektronko 2

3 analzatzeko asmoz. Elektronkaren onarrar eskanko dogu gure arreta, eta erderoaleen ezaugarrak, dodoa eta transstoreak analzatuko dtugu. Geroago etorrko dren kasga elektronkoetan, zrkutu analogko mamtsuak analzatuko dra: anplfkadore operazonala, elkadura turrak, oszladoreak, senalemodulatzaleak... eta, orobat, zrkutu eta osaga elektronko dgtal nteresgarrak : senaledgtalzatzaleak, mkroprozesadoreak, memorak, dspostbo logko programagarrak. Bde horretan, praktka ugar egngo dra, askotarko tresnera erablz. Lanbde batzuetan, aparatu elektronkoak erabltzeko, barneko funtzonamendua jaktea ez da beharrezkoa zaten. Eta nola dablen jakteko, osaga bakotzaren barneko egtura edo funtzonamendua zehazk ezagutzea ere ez da beharrezkoa zaten. Bana hor jaktea bet dra komengarrak. Azaleko erableran ez bagara geratzen eta, adbdez, zrkutu berrak dsenatzen badtugu, zehazk kontrolatu behar dugu osagaen erablera. Eta horrek onarr fskoak jaktea eskatu oh du. Zer esank ez dspostboen fabrkazoan, garapenean edo kerkuntzan lan egteko: orduan, barneko ezagutza hor, nahtaezko blakatzen da. 1.1 Onarrzko kontzeptuak SISTEMAK: SARRERA, IRTEERA ETA POLARIZAZIOA Ba zrkutu elektronko snpleenetan ba sstema konplexuetan, nformazo fluxuar dagokonez, zrkutuak funtzo-kutxen bdez ordezkatzen dra. Normalean, senalea ezkerraldetk sartzen da eta, prozesatu eta gero, ematza eskunaldetk rteten da. Sstema konplexuak funtzo jakneko kutxa multzo batez osatzen dra. Gure senaleek zaera elektrkoa zaten dute -tentso edo korronteak zaten dra-, bana bestelako txura ere har dezakete. Sstema batean senaleek egten duten blbdea nahko luzea eta koraplatsua gerta lteke, eta zaera ezberdnak har dtzake. Adbdez, telebsta-sstema batean, sarrera (sarrerako senalea) objektuen arga zango da. Gero, kamarak arg hor tentso blakatzen du eta, egoktu ondoren, transmsosstemak uhn elektromagnetkoaren formarekn gortzen du antenatk. Mendko errepkagaluak rsten zaon senalea handtu, prozesatu, eta etxeetarantz barreatzen du. Etxeko azp-sstemak uhn elektromagnetkoa antenatk jaso, senale elektrko bhurtu eta anplfkatzen du, eta, azkenean telebstara helarazten du. Bertan, arg blakatzen da prozesatzearen amaeran, eta, fotoek begetan senale nerbosoa eragn ondoren, burmunean sentsazo egoka sortzen da. Telekomunkazo-sstemaren rteera (rteerako senalea), kasu honetan, arga zango da (telebsta ruda). 3

4 Igorlean, errepkagaluan, etxeko ssteman, telebstan,... a edonon, anplfkadoreak topatzen dtugu. Haen erableraren eskemark snpleena 1.1 Irudkoa da. Sarrera Anplfkadorea Irteera Elkadura 1.1 Iruda. Anplfkadore baten eskema Anplfkadorearen egnkzuna senalea handtzea da, eta, horretarako, onarra transstoreetan duten zrkutuak erabltzen dra. Bana rteera sarrera bano handagoa zateko (potentza edo energa gehago zateko) ez da nahkoa zrkutu anplfkadorea erdan jartzea: Zrkutu hor elkatu behar da, ohko ndar elektrkoaz, batera-sstema batez, gasolozko sorgalu batez edo sorgalu fotooltakoez. Egokro lan egteko, kanpotk jarr behar den energa turra, elkadura-turr edo elkadura zendatuko dugu. Sarrera: Sarrerako senalea sorgalu eta sereko npedantza (erresstentza) batez aderazten da normalean. Fskok sstema oso bat zan dateke, bana bata transduktore snple bat ere (tenperatura-sentsorea da transduktorearen adbde bat. Horrek, behn elkatuz gero, tenperaturarekko proportzonala den tentsoa ematen du; -adbdez, 10 mv/ºc-). Anplfkatze zrkutua eta polarzazoa: Sarrerak (transduktoreak, adbdez) ematen duen senalea oso txka zaten denez, erabl bano lehen anplfkatu behar zaten dugu. Horretarako erabltzen den zrkutu anplfkadorea era askotakoa zan dateke: transstore batez eta b erresstentzaz antola dezakegu, zrkutu ntegratuak erabl datezke, edo sstema nahko konplexu bat egn dateke. Lorturko anplfkatze-rabaza ngurukoa zan dateke, bana, edozen kasutan, zrkutua kanpotk elkatu beharko dugu. Zrkutua polarzatu behar dugu. Irteera: Irteerako senalea sarrerakoa bano egokagoa da lan egteko eta, adbdez, mkrokontrolagalu batera sartzeko prest legoke (nolabat, deskrbatzen ar garen rteera hau, hurrengo etaparen sarrera da) Irteerako senaleak aurktuko duen zrkutua (kasu honetan, mkrokontrolagalua) npedantza batez aderazten da. Inpedantza horr karga detzen dogu. 4

5 SEINALE JARRAITUAK ETA SEINALE ALTERNOAK Badra denboran zehar aldatzen ez dren senaleak. Senale hore jarratuak edo zuzenak dertze. Adbdez, 1.5 olteko pla baten b termnaletan edo tenperatura neurtzen duen sentsore baten rteeran dagoen tentsoa (oltmetroa jartzen badugu, neurketa gutx aldatzen da momentu batetk bestera). Aldz, ahotsar dagokon senalea (hau da, mkrofonotk lortzen den tentsoa), adbdez, oso azkar aldatzen da. Tentso edo korronte horr senale alterno detzen dogu. Senale baten batez besteko baloa nulua denean, berrz, alterno garba dertzogu Askotan, errazago lan egtearren, senale osoak onarrzko b osagatan deskonposatzen dtugu: batetk, jarratua (senalearen batez besteko baloa) eta, bestetk, alternoa (senale osoar batez bestekoa kenduz lortzen dena: forma bereko senalea, bana batez besteko balo hutsekoa). Informazoa, gehenetan, osaga alternoan ager da. Berezteko asmoz, senalearen osagaak honela aderazten dra: Jarratuko osagaak, letra larrz eta azp-ndze larrz. Alternoko osagaak, letra xehez eta azp-ndze xehez. Senale osoak, letra xehez eta azp-ndze larrz. 1.2 Irudko eskeman, sarrerako tentsoa ( ), senale alternoa da; polarzazokoa (V PP ), aldz, jarratua; eta rteerako senaleak b osaga dtu, jarratua eta alternoa (tentsoar dagokonez, V L zuzena- eta l alternoa-; korrontearen b osagaak I L zuzena- eta l alternoa-). Senale osoa L edo L da. L load (karga) htzetk dator, bana, batzuetan, O azpndzea erabltzen da (output htzetk). Sarrerako senaleetarako, I azp-ndzea (ngelesezko n htzetk) erabltzen da. Etxean erabltzen dtugun aparatuetan (ordenadorean, adbdez), jatorrzko elkadura 220 olteko tentso alternoa da (sare elektrkotk, entxufetk, jasotzen duguna, han zuzen ere). Aparatuen barneko zrkutu elektronkoetan elkadura gsa senale jarratuak erabl oh drenez (adbdez, ordenadorearen CPU delakoa edo dsko gogorra elkatzeko, 5 edo 3.5 olteko tentsoa erabl oh da), normalean,, tentso alternoa jarratu bhurtzeko bloke bat egoten da aparatuan sartu bezan laster. Bloke hor elkadura-turra da. 5

6 V LOAD LOAD (t) = V LOAD + load (t) V mean t V LOAD t load (t) t 1.2 Iruda. Senale jarratuak edo zuzenak eta alternoak. Htzartutako kurrak. 1.2 Dspostboen ereduak Azkenean, zrkutu batean dspostbo bat erabl behar badugu, gehen nteresatzen zaguna beraren portaera aurrekustea da. Eta portaera horren ezaugarr nagusak kanpoko termnal metalkoetan agertuko dren tentso eta korronteen arteko erlazoak dra. Erlazo horek matematkok edo grafkok (I-V kurben bdez) aderaz oh dra. Osaga elektronko baten funtzonamendua edo I-V kurbak zehaztasun osoz jakteko, ekuazo fskoetatk aba gatezke. Bana horen ebazpena latza da (ordenadorea behar zaten da, haren anals fskotk sortzen dren ekuazo multzoa ebaztea eznezkoa baltzateke bestela). I-V kurbak lortzeko beste bde bat, osagaa hartu eta zuzenean neurtzea da. Dspostboen deskrbapenk onena dra kurba espermental horek, eta fabrkatzaleek dspostbo-multzo bakotzar dagozkonak datu-lburuetan slatzen dtuzte. 6

7 Bana osagaa modelo lneal snple batez ordeztea edo modelatzea da erablgarrena. Snplea zank, eredua hurblketa bat besterk ez da zango (ez da zehatza zango), eta, zur ask, egoera oso berezetan ez da balagarra zango, bana gur nteresatzen zagun tartean gure lan-puntuan- dspostboaren portaera nahko ong deskrbatzen badu, erablgarra zango da. Modelo lnealera rsteko b bde dtugu (kus 1.3 Iruda): Ekuazo zehatz guztak planteatu ondoren, zenbat fenomeno edo ekuazo hutsrtzz, ekuazo snpleagoak lortuz eta ebatzz modelo lnealera, snplera, heltzea. Neurtutako kurbetatk zenbat hurblketa egnez, kurba horen ekuazo balokdeak sortzea. Kurba elektrkoen neurgalua Neurtuz I-V kurbak edo ezaugarr - kurbak Fabrkazoa Atalez atal lneal bhurtuz Dspostbo erreala Dspostboaren eredu snplea (lneala) Fska elektronka Ebatzz eta laburblduz Anals matematkoa Ebatzz Ekuazo konplexuetatk, ekuazo lnealetara 1.3 Iruda. Osagaen modelaketa eta I-V kurben erablera 7

8 Hala, dspostboen aderazpenak hru forma zan dtzake: Zrkutu-kurra: zrkutuetan osagaa rudkatzeko marrazka. Batzuetan, balo nomnala jartzen da ondoan. Ekuazo matematkoa: = () ( olt, anpere). Ezaugarr-kurbak edo dspostboaren kurba karakterstkoak: ekuazo matematkoen aderazpen grafkoa. Kurbak teorkoak zan datezke, bana erablgarragoak dra datu-lburuetako kurba espermentalak. 1.3 Dspostboen ezaugarr-kurbak: korronte-tentso eta transferentz kurbak ATE BAKARREKO OSAGAIAK: KORRONTE TENTSIOAREN EZAUGARRI KURBA Ate bakarreko dspostboetan b nodo edo termnal daudenez, tentso bakar bat eta korronte bakar bat ezar datezke. Beraz, b aldaga daude: I eta V. Dspostboen zaerak b aldagaen arteko erlazo bat (ekuazo bat) ematen dgu. Osagaa zrkutu batean sartzean, zrkutuak fnkatzen du korronte eta tentsoaren arteko bgarren erlazoa. Beraz, b ekuazoetatk b aldagaak ebatzz, I eta V jakngo dtugu. Jarraan, ate bakarreko dspostbo batzuen aderazpenak aurkeztuko dtugu. Erresstentza 1 = R R 1.4 Iruda. Erresstentzaren kurra, I-V kurba eta ekuazoa Hau da, R(Ω) baloko erresstentzan erortzen den tentsoa hura bera zeharkatzen duen korrontearekko proportzonala da, eta R da proportzoaren konstantea. 8

9 V ss baloko Tentso Sorgalu Independentea Sorgalu horrek V SS baloan mantentzen du tentsoa bet, eta, horretarako, zrkutuak eskatzen duen korrontea ematen do (edo hartu). = V SS = V DC = VSS = ac _ peak sn( wt) V SS 1.5 Iruda. Tentso Sorgalu Independentearen kurra, I-V kurba eta ekuazoa I ss baloko Korronte Zuzeneko Sorgalu Independentea: Osaga horrek I SS korrontea njektatzen du bet zrkutura, eta horretarako behar den tentsoa ematen du edo jasanten du. I SS S S = I = I SS SS = I = DC ac _ peak sn( wt) 1.6 Iruda. Korronte Sorgalu Independentearen kurra, I-V kurba eta ekuazoa Zrkutulaburra eta zrkutu reka Zrkutulaburra ON egoeran dagoen etengaluaren (edo kable baten) parekoa da. Erresstentza nuluko osagaa denez, = 0 beteko da bet. Kanpoko zrkutuak fnkatuko du korrontea. Beste kuspuntu batetk, zero baloko tentso-sorgalua ere bada. Zrkutu reka, OFF egoeran dagoen etengaluaren (edo erresstentza nfntu baten) parekoa da. Korrontea, pasabderk ez duenez, nulua da eta = 0 beteko da bet. Ganontzeko zrkutuek fnkatzen dute tentsoa. 9

10 Beraz, zero baloko korronte-sorgalutzat ere har dateke, nolabat. = 0 = Iruda. Zrkutulaburraren (ezk) eta zrkutu rekaren (esk) ezaugarr-kurbak, kurrak eta ekuazoak BI ATEKO DISPOSITIBOAK: SARRERA, IRTEERA ETA TRANSFERENTZIA KURBA KARAKTERISTIKOAK Dspostbo edo zrkutu askok b ate dtuzte kanpoaldearekn komunkatzeko. Ate horetako bat sarreratzat hartzen da eta bestea, rteeratzat. Ate bakotzean, b nodo edo termnal daude, eta batetk joaten den korrontea bestetk tzultzen da. Kutxaren barruan dagoena nah dugun bezan snplea edo konplkatua zan dateke. Sarrerako kanpoko zrkutua B ateko zrkutua 2 Irteerako kanpoko zrkutua Iruda. B ateko zrkutua 1.8 Irudan kusten denez, badaude lau aldaga ezagutzen ez dtugunak, eta zrkutuak haen arteko b erlazo ematen dzkgu. Kanpoko b zrkutuek ekuazo bana emanez, lau erlazo eta lau aldaga dtuen sstema ebazten da. Grafkok aderazteko, b erlazo zatea(?) nahkoa zan arren arren, normalean hru kurba aurkezten dra: sarrerako I-V kurba, rteerako I-V kurba eta sarreratk rteerarako transferentza-kurba. Zer da transfertzen (edo pasatzen) da? Batzuetan tentsoa, bestetan korrontea edo potentza, bana, azkenean, nformazoa. Ondoren, b ateko dspostbo batzuk aurkeztuko dtugu. 10

11 Tentsoaren bdez kontrolatutako tentso-sorgalua: Erlazoak honako hauek dra: 1 = 0 2 = μ = k 1 1 = k Iruda. Tentsoaren menpeko tentso-sorgalua: a) kurra b) sarrerako ezaugarra c) rteerako ezaugarra d) transferentza-kurba Sarrera eta rteera erlazonatzen dtuen konstantea (μ) transmtantza da. 1.9.c Irudan 2 korrontearen eta 2 tentsoaren arteko erlazoa aderazteko, 1 tentsoar balo jakn batzuk eman behar zazko. Korrontearen bdez kontrolatutako korronte-sorgalua: Erlazo analtkoak honako hauek dra: 1 = 0 2 = β 1 Irteera eta sarrera erlazonatzen dtuen konstantea (β) transmtantza da c Irudan 2 eta 2 aldagaen arteko erlazoa aderazteko, 1 parametro gsa erabltzen da. 11

12 1 1 1 = k = k Iruda. Korronte menpeko korronte-sorgalua. a) kurra b) sarrerako ezaugarra c) rteerako ezaugarra d) transferentz kurba B ateko beste dspostbo batzuk 1.11 Irudan, korrontez kontrolatutako tentso-sorgalua ( 1 = 0; 2 = r m x 1 ) eta tentsoz kontrolatutako korronte-sorgalua ( 1 = 0; 2 = g m x 1 ) rudkatu dra. a) b) 1.11 Iruda. Tentsoz kontrolatutako korronte-sorgalua (a) eta korrontez kontrolatutako tentso-sorgalua (b) 12