Elektronik Nedir?

Bu yazımızda elektroniği ele alacağız. Aslında bu konu çok kapsamlıdır. Bu yüzden burada sadece temelinden ve teorisinden bahsedeceğiz.

Elektronik sözcüğü Türkçeye Fransızcadan geçmiştir, Elektronik sözcüğünün eş anlamlısı “çıncalık” sözcüğüdür.

Elektronik, boşlukta ve maddede elektronların emisyonu, akışı ve kontrolü ile ilgilenen fizik, mühendislik, teknoloji ve uygulamaları içerir. Akım akışını kontrol etmek için direnç, kapasitans ve endüktans gibi pasif etkileri kullanan klasik elektrik mühendisliğinden ayıran, amplifikasyon ve doğrultma yoluyla elektron akışını kontrol etmek için aktif cihazlar kullanır.

Elektronik, modern toplumun gelişimi üzerinde büyük bir etkiye sahip olmuştur. 1897’de elektronun tanımlanması ve ardından küçük elektrik sinyallerini yükseltip düzeltebilen vakum tüpünün icadı, elektronik alanını ve elektron çağını başlattı. Bu ayrım 1906 civarında Lee De Forest’ın mekanik olmayan bir cihazla zayıf radyo sinyallerinin ve ses sinyallerinin elektriksel olarak yükseltilmesini mümkün kılan triyotun icadıyla başladı. 1950’ye kadar bu alana “radyo teknolojisi” adı verildi, çünkü temel uygulaması radyo vericileri, alıcıları ve vakum tüplerinin tasarımı ve teorisiydi.

“Katı hal elektroniği” terimi, çalışan ilk transistörün William Shockley, Walter Houser Brattain ve John Bardeen tarafından 1947’de Bell Laboratuarlarında icat edilmesinden sonra ortaya çıktı. MOSFET (MOS transistörü) daha sonra Bell Laboratuarlarında Mohamed Atalla ve Dawon Kahng tarafından icat edildi. MOSFET, elektronik endüstrisinde devrim yaratan ve mikroelektronik devrimi ile Dijital Devrim’de merkezi bir rol oynayan, çok çeşitli kullanımlar için minyatürleştirilebilen ve seri üretilebilen ilk gerçek kompakt transistördü. MOSFET, o zamandan beri çoğu modern elektronik ekipmanın temel öğesi haline geldi ve dünyada en yaygın kullanılan elektronik komponentdir.(cihaz).

Elektronik, bilgi işleme, telekomünikasyon ve sinyal işleme alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektronik cihazların anahtar görevi görme yeteneği, dijital bilgi işlemeyi mümkün kılar. Devre kartları, elektronik paketleme teknolojisi ve diğer çeşitli iletişim altyapısı biçimleri gibi ara bağlantı teknolojileri, devre işlevselliğini tamamlar ve karışık elektronik bileşenleri elektronik sistem adı verilen düzenli bir çalışma sistemine dönüştürür; örnekler bilgisayarlar veya kontrol sistemleridir. Bir elektronik sistem, başka bir mühendislik sisteminin bir bileşeni veya bağımsız bir cihaz olabilir.

2019 itibariyle çoğu elektronik cihaz elektron kontrolünü gerçekleştirmek için yarı iletken bileşenler kullanır. Genellikle elektronik cihazlar, pasif elemanlarla desteklenmiş aktif yarı iletkenlerden oluşan devreler içerir; böyle bir devre elektronik devre olarak tanımlanır. Elektronik, vakum tüpleri, transistörler, diyotlar, entegre devreler, optoelektronik ve sensörler, ilgili pasif elektrik bileşenleri ve ara bağlantı teknolojileri gibi aktif elektrik bileşenlerini içeren elektrik devreleriyle ilgilenir. Aktif bileşenlerin doğrusal olmayan davranışı ve elektron akışlarını kontrol etme yetenekleri, zayıf sinyallerin amplifikasyonunu mümkün kılar.

Yarı iletken cihazlar ve ilgili teknolojinin incelenmesi, katı hal elektroniğinin bir dalı olarak kabul edilir.

Elektroniğin Dalları

• Dijital elektronik
• Analog elektronik
• Mikroelektronik
• Devre tasarımı
• Entegre devreler
• Güç elektroniği
• Optoelektronik
• Yarı iletken cihazlar
• Gömülü sistemler
• Ses elektroniği
• Telekomünikasyon
• Nanoelektronik
• Biyoelektronik

Elektronik Cihazlar ve Komponenetler(Bileşenler)

Elektronik bir bileşen, elektronik sistemin amaçlanan işleviyle tutarlı bir şekilde elektronları veya bunlarla ilişkili alanları etkilemek için kullanılan bir elektronik sistemdeki herhangi bir fiziksel varlıktır. Bileşenlerin genellikle, belirli bir işleve (örneğin bir amplifikatör, radyo alıcısı veya osilatör) sahip bir elektronik devre oluşturmak için, genellikle bir baskılı devre kartına (PCB) lehimlenerek birbirine bağlanması amaçlanmıştır.

Bileşenler tek tek veya daha karmaşık gruplar halinde entegre devreler olarak paketlenebilir. Bazı yaygın elektronik bileşenler kapasitörler, indüktörler, dirençler, diyotlar, transistörler vb.’dir. Bileşenler genellikle;

• Aktif (örn. transistörler ve tristörler)
• Pasif (örn. dirençler, diyotlar, indüktörler ve kapasitörler)

olarak sınıflandırılır. Sitemizde her komponentin kendi yazıları mevcuttur.

Elektronik Bileşenlerin Tarihi

Vakum tüpleri (Termiyonik valfler) en eski elektronik bileşenler arasındaydı. Yirminci yüzyılın ilk yarısındaki elektronik devriminden neredeyse tamamen onlar sorumluydu. Çok daha karmaşık sistemlere izin verdiler ve bize radyo, televizyon, fonograflar, radar, uzun mesafeli telefon ve çok daha fazlasını verdiler. 1980’lerin ortalarına kadar mikrodalga ve yüksek güç iletimi ile televizyon alıcıları alanında öncü rol oynadılar. O zamandan beri, katı hal cihazları neredeyse tamamen devraldı. Vakum tüpleri hala yüksek güçlü RF yükselticileri, katot ışın tüpleri, özel ses ekipmanları, gitar yükselticileri ve bazı mikrodalga cihazları gibi bazı özel uygulamalarda kullanılmaktadır.

Çalışan ilk nokta temaslı transistör, 1947’de John Bardeen ve Walter Houser Brattain tarafından Bell Laboratuarlarında icat edildi. Nisan 1955’te IBM 608, herhangi bir vakum tüpü olmadan transistör devrelerini kullanan ilk IBM ürünüydü ve ticari pazar için üretilmiş ilk tamamen transistörlü hesap makinesi olduğuna inanılıyor.

608, 3.000’den fazla germanyum transistör içeriyordu. Thomas J. Watson Jr., gelecekteki tüm IBM ürünlerinin tasarımlarında transistör kullanmalarını emretti. O zamandan beri transistörler neredeyse sadece bilgisayar mantığı ve çevre birimleri için kullanıldı. Bununla birlikte, erken bağlantı transistörleri, seri üretim temelinde üretilmesi zor olan ve onları bir dizi özel uygulama ile sınırlayan nispeten hacimli cihazlardı.

MOSFET (MOS transistörü), Mohamed Atalla ve Dawon Kahng tarafından 1959’da Bell Laboratuarlarında icat edildi. MOSFET, çok çeşitli kullanımlar için minyatürleştirilebilen ve seri üretilebilen ilk gerçek kompakt transistördü. Avantajları arasında yüksek ölçeklenebilirlik, satın alınabilirlik, düşük güç tüketimi ve yüksek yoğunluk sayılabilir. Elektronik endüstrisinde devrim yarattı, dünyada en yaygın kullanılan elektronik cihaz haline geldi. MOSFET, çoğu modern elektronik ekipmanın temel öğesidir ve elektronik devriminin, mikroelektronik devriminin ve Dijital Devrimin merkezi olmuştur. MOSFET bu nedenle modern elektroniğin doğuşu, ve muhtemelen elektronikteki en önemli buluş olarak kabul edildi.

Elektronik Devre Türleri

Devreler ve bileşenler iki gruba ayrılabilir: analog ve dijital. Belirli bir cihaz, bir veya diğerini veya iki tipin bir karışımını içeren devrelerden oluşabilir. Hem analog hem de dijital elektronikte önemli bir elektronik teknik, geri besleme kullanımını içerir. Diğer birçok şeyin yanı sıra bu, yüksek kazançlı çok lineer amplifikatörlerin ve kayıtlar, bilgisayarlar ve osilatörler gibi dijital devrelerin yapılmasına izin verir.

Analog Devreler (Analog Elektronik)

Radyo alıcıları gibi çoğu analog elektronik cihaz, birkaç tip temel devrenin kombinasyonlarından yapılmıştır. Analog devreler, dijital devrelerde olduğu gibi ayrık seviyelerin aksine sürekli bir voltaj veya akım aralığı kullanır.

Şimdiye kadar tasarlanan farklı analog devrelerin sayısı çok fazladır, özellikle de bir ‘devre’ tek bir bileşenden binlerce bileşen içeren sistemlere kadar herhangi bir şey olarak tanımlanabilir.

Analog devrelere bazen lineer devreler denir, ancak mikserler, modülatörler vb. gibi analog devrelerde birçok lineer olmayan efekt kullanılır. Analog devrelerin iyi örnekleri arasında vakum tüpü ve transistör amplifikatörleri, işlemsel amplifikatörler ve osilatörler bulunur.

Tamamen analog olan modern devreler nadiren bulunur. Bu günlerde analog devre, performansı artırmak için dijital ve hatta mikroişlemci tekniklerini kullanabilir. Bu devre türü genellikle analog veya dijital yerine “karma sinyal” olarak adlandırılır. Bazen, hem doğrusal hem de doğrusal olmayan işlem öğelerine sahip olduklarından, analog ve dijital devreler arasında ayrım yapmak zor olabilir.

Bir örnek, sürekli bir voltaj aralığı alan ancak dijital bir devrede olduğu gibi yalnızca iki seviyeden birini veren karşılaştırıcıdır. Benzer şekilde, aşırı tahrikli bir transistör amplifikatörü, esas olarak iki çıkış seviyesine sahip olan kontrollü bir anahtarın özelliklerini alabilir. Aslında, birçok dijital devre aslında bu örneğe benzer analog devrelerin varyasyonları olarak uygulanmaktadır – sonuçta gerçek fiziksel dünyanın tüm yönleri esasen analogdur, bu nedenle dijital efektler sadece analog davranışı kısıtlayarak gerçekleştirilir.

Dijital Devreler (Dijital Elektronik)

Dijital devreler, bir dizi ayrık voltaj seviyesine dayanan elektrik devreleridir. Dijital devreler, Boole cebrinin en yaygın fiziksel temsilidir ve tüm dijital bilgisayarların temelidir. Çoğu mühendis için “dijital devre”, “dijital sistem” ve “mantık” terimleri dijital devreler bağlamında birbirinin yerine kullanılabilir.

Çoğu dijital devre, “0” ve “1” olarak etiketlenmiş iki voltaj seviyesine sahip bir ikili sistem kullanır. Genellikle “0” mantığı daha düşük bir voltaj olacaktır ve “Düşük” olarak adlandırılırken “1” mantığı “Yüksek” olarak adlandırılır. Ancak, bazı sistemler ters tanımı kullanır (“0”, “Yüksek”) veya akım tabanlıdır. Çoğu zaman mantık tasarımcısı, tasarımını kolaylaştırmak için uygun gördüğü için bu tanımları bir devreden diğerine tersine çevirebilir. Seviyelerin “0” veya “1” olarak tanımlanması isteğe bağlıdır.

Üçlü (üç durumlu) mantık çalışılmış ve bazı prototip bilgisayarlar yapılmıştır.

Bilgisayarlar, elektronik saatler ve programlanabilir mantık denetleyicileri (endüstriyel süreçleri kontrol etmek için kullanılır) dijital devrelerden yapılmıştır. Dijital sinyal işlemcileri başka bir örnektir.

Dijital Elektroniğin Yapı Taşları:

• Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) –  (Metal oksit yarı iletken alan etkili transistör (MOSFET))
• Logic gates (Mantık Kapıları)
• Adders (Toplayıcılar)
• Flip-flops
• Counters (Sayaçlar)
• Registers (Kayıtlar)
• Multiplexers (Çoklayıcılar)
• Schmitt triggers (Schmitt Tetikleyicileri)

Yüksek düzeyde entegre cihazlar:

• Memory chip (Bellek Yongası)
• Microprocessors (Mikroişemciler)
• Microcontrollers (Miktodenetleyiciler)
• Application-Specific Integrated Circuit (ASIC) – (Uygulamaya Özel Entegre Devre)
• Digital Signal Processor (DSP) – (Dijital Sinyal İşlemcisi)
• Field-Programmable Gate Array (FPGA) – (Sahada Programlanabilen Kapı Dizisi)
• Field-programmable Analog Arrays (FPAA) – (Sahada Programlanabilir Analog Diziler)
• System On Chip (SOC) – (Çip Üzerinde Sistem)

Isı Dağılımı ve Isı Yönetimi

Elektronik devre tarafından üretilen anlık  ısı, arızayı önlemek ve uzun vadeli güvenilirliği artırmak için dağıtılmalıdır. Isı dağılımı çoğunlukla pasif iletim/konveksiyon ile sağlanır. Daha fazla dağıtım elde etmenin yolları, hava soğutma için ısı alıcıları ve fanları ve su soğutma gibi diğer bilgisayar soğutma biçimlerini içerir. Bu teknikler, ısı enerjisinin konveksiyon, iletim ve radyasyonunu kullanır.

Gürültü

Elektronik gürültü, bilgi içeriğini karartma eğiliminde olan yararlı bir sinyalin üzerine bindirilmiş istenmeyen sinyaller olarak tanımlanır. Gürültü, bir devrenin neden olduğu sinyal bozulması ile aynı şey değildir. Gürültü tüm elektronik devrelerle ilişkilidir. Gürültü, devrenin çalışma sıcaklığı düşürülerek azaltılabilen elektromanyetik veya termal olarak üretilebilir. Atış gürültüsü gibi diğer gürültü türleri, fiziksel özelliklerdeki sınırlamalar nedeniyle giderilemez.

Elektronik Teorisi

Matematiksel yöntemler elektronik çalışmanın ayrılmaz bir parçasıdır. Elektronikte uzmanlaşmak için devre analizi matematiğinde de yetkin olmak gerekir.

Devre analizi, belirli bir düğümdeki voltaj veya bir ağın belirli bir dalından geçen akım gibi bilinmeyen değişkenler için genel olarak doğrusal sistemleri çözme yöntemlerinin incelenmesidir. Bunun için yaygın bir analitik araç, SPICE devre simülatörüdür.

Elektronik için ayrıca önemli olan elektromanyetik alan teorisinin incelenmesi ve anlaşılmasıdır.

Elektronik Laboratuvarı

Elektronik teorisinin karmaşık yapısı nedeniyle, laboratuvar deneyleri elektronik cihazların geliştirilmesinin önemli bir parçasıdır. Bu deneyler, mühendisin tasarımını test etmek veya doğrulamak ve hataları tespit etmek için kullanılır. Tarihsel olarak, elektronik laboratuvarları, fiziksel bir alanda bulunan elektronik cihaz ve ekipmanlardan oluşuyordu, ancak daha yakın yıllarda eğilim CircuitLogix, Multisim ve PSpice gibi elektronik laboratuvar simülasyon yazılımlarına doğru oldu.

Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD)

Günümüzün elektronik mühendisleri, güç kaynakları, yarı iletkenler (yani, transistörler gibi yarı iletken cihazlar) ve entegre devreler gibi önceden üretilmiş yapı taşlarını kullanarak devreler tasarlama yeteneğine sahiptir. Elektronik tasarım otomasyon yazılım programları, şematik yakalama programlarını ve baskılı devre kartı tasarım programlarını içerir.

EDA yazılım dünyasındaki popüler isimler NI Multisim, Cadence (ORCAD), EAGLE PCB and Schematic, Mentor (PADS PCB and LOGIC Schematic), Altium (Protel), LabCentre Electronics (Proteus), gEDA, KiCad ve diğerleridir.

Paketleme Metodu (Electronic Packaging)

Yıllar boyunca bileşenleri bağlamak için birçok farklı yöntem kullanılmıştır. Örneğin, erken elektronikler genellikle devreleri oluşturmak için ahşap devre tahtalarına bağlı bileşenlerle noktadan noktaya kablolama kullanıyordu. Kordon konstrüksiyonu ve tel sarma kullanılan diğer yöntemlerdi.

Günümüz elektronik cihazlarının çoğu artık FR4 gibi malzemelerden veya daha ucuz (ve daha az dayanıklı) Sentetik Reçineli Bonded Kağıt (SRBP, ayrıca Paxoline/Paxolin (ticari markalar) ve FR2 olarak da bilinir) gibi malzemelerden yapılmış baskılı devre kartlarını kullanır. (kahverengi.) Elektronik montajıyla ilgili sağlık ve çevre sorunları, özellikle Avrupa’ya yönelik ürünler için son yıllarda artan bir ilgi görmüştür.

Elektronik Sistem Tasarımı

Elektronik sistem tasarımı, cep telefonları ve bilgisayarlar gibi karmaşık elektronik cihazların ve sistemlerin çok disiplinli tasarım konularıyla ilgilenir. Konu, bir elektronik sistemin tasarımı ve geliştirilmesinden (yeni ürün geliştirme) sistemin düzgün çalışmasının, hizmet ömrünün ve bertarafının sağlanmasına kadar geniş bir yelpazeyi kapsamaktadır. Bu nedenle elektronik sistem tasarımı, kullanıcının belirtilen gereksinimlerini karşılamak için karmaşık elektronik cihazları tanımlama ve geliştirme sürecidir.

Montaj seçenekleri

Elektrikli bileşenler genellikle aşağıdaki şekillerde monte edilir:

• Açık delik (Pin. bazen ‘İğne Deliği’ olarak anılır.)
• Yüzey Montaj
• Şasi Montaj
• Raf Montaj
• LGA/BGA/PGA soketi

Elektronik endüstrisi

Elektronik endüstrisi çeşitli sektörlerden oluşmaktadır. Tüm elektronik endüstrisinin arkasındaki merkezi itici güç, 2018 itibariyle yıllık satışı 481 milyar doları aşan yarı iletken endüstrisi sektörüdür. En büyük endüstri sektörü, 2017’de 29 trilyon doların üzerinde gelir elde eden e-ticarettir.

En yaygın olarak üretilen elektronik cihaz, 1960 ile 2018 arasında tahmini 13 sekstilyon MOSFET’in üretildiği metal oksit-yarı iletken alan etkili transistördür (MOSFET). 1960’larda ABD’li üreticiler, daha düşük fiyatlarla yüksek kaliteli ürünler üretebilen Sony ve Hitachi gibi Japon şirketleriyle rekabet edemiyorlardı. Ancak 1980’lere gelindiğinde, ABD’li üreticiler yarı iletken geliştirme ve montajında dünya lideri oldular.

Kaynak: https://en.wikipedia.org/wiki/Electronics