Електроника

Charmed · Malo ~ mače ~

Електроника је наука, део физике која се бави проучавањем кретања електрона у празном простору. Своје име добила је двадесетих година XX века по америчком часопису Електроникс (Electronics).

* Аналогна електроника
* Амплитудна модулација
* Аналогни рачунар
* Антена
* Антенска теорија
* Алармни сензор
* Дигитална електроника
* Електронске компоненте
* Електронски склопови
* Логичка капија
* Радар
* Радио-аматеризам
* Термални сум
* VHDL
* Јаги антена

Charmed · Malo ~ mače ~

Антена

Антена је електронска компонента која је дизајнирана да шаље или прима радио таласе.

Специфичније, антена је аранжман вођица дизајнираних да зрачи (преноси) електромагнетно поље као одговор на примијењену измјеничну електромоторну снагу и повезаном наизмјеничном струјом.

Ако ставимо антену у електромагнетско поље, она ће произвести наизмјенични напон (пријем) као одговор на ово поље.

Charmed · Malo ~ mače ~

Дигитална електроника

* Карно мапа
* VHDL

Карно мапа
Из Википедије, слободне енциклопедије.
Скочи на: навигација, претрага

Карно (Karnaugh) мапу (скраћено К-мапа) је измислио 1950, Морис Карно, тада телекомуникацијски инжењер у Бел лабораторији. Она је веома корисна алатка за рад са булским изразима. Нормално је потребно мноштво калкулација да би се добио минимални израз булске функције, и у ову сврху можемо користити К-мапу. Карно користи чињеницу да људски мозак има одличну способност препознавања мустри да би се донијела одлука који елементи булске функције се требају комбиновати да би се добио најједноставнији израз.

Као додатак, К-мапе дозвољавају брзу идентификацију и елиминацију потенцијалних race(?) хазарда, што булин једначине саме не могу да ураде.

Карно мапа је одлична алатка за поједностављивања до шест варијабли, док је код више варијабли чак и нашем мозгу тешко да нађе оптималне мустре. За изразе који имају више од четири варијабле треба користити Кјуин-Меккласки алгоритам, који се такође зове и метод prime implicants. Овај алгоритам користи детерминистички приступ поједностављењу булских израза. Стога праћење корака алгоритма омогућава да се може наћи најједноставнији израз. Ово је посебно корисно за креацију софтверских програма који поједностављују било који задат булски израз. Карно мапе такође уче у вези булских функција и минимилизацији.

Пример

Погледај сљедећу функцију:

f(A, B, C, D) = E(4, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15)

Ова функција има ову табелу истине:

A B C D f
0 0 0 0 0
0 0 0 1 0
0 0 1 0 0
0 0 1 1 0
0 1 0 0 1
0 1 0 1 0
0 1 1 0 0
0 1 1 1 0
1 0 0 0 1
1 0 0 1 1
1 0 1 0 1
1 0 1 1 1
1 1 0 0 1
1 1 0 1 0
1 1 1 0 1
1 1 1 1 1

Улазне варијабле A,B,C,D се могу комбиновати на 16 различизих позиција. Најједноставнији начин да ово урадимо је да направимо 4x4 поља.

Бинарне бројке у мапи представљају излазне вредности функције за било коју дату комбинацију улазних вредносзи. Написали смо вредност 0 у скроз лијевом горњем углу мапе због тога што је f = 0 када је A = 0, B = 0, C = 1, D = 0. Слично тако уписаћемо вредност десног угла на дну да буде 1 због тога што кад имамо вредности A = 1, B = 0, C = 0, D = 0 даје вредност функције f = 1.

Након што је Карно мапа конструисана наш сљедећи задатак је да нађемо минималне услове које ћемо користити у заврсном изразу. Ови услови се налазе тако што ћемо заокружити у групу јединице на мапи. Групе могу само да садрже 2n поља, гдје је n цијели број ≥ 0 (1, 2, 3, 4...). Оне требају да буду велике колико је то могуће. Оптимална заокружења на овој мапи су маркирана зеленом, црвеном и плавом линијом.

За сваку од ових група треба да нађемо варијабле које имају исто стање и сваком заокруженом пољу. За прво заокружење (црвене боје) нашли смо да:

Варијабла А задржава исто стање (1) кроз цијело окружено поље, и зато треба да буде унесена у израз за 'црвено заокружење'

Варијабла B не задржава исто стање (мијења од 1 на 0) у црвеном заокружењу, и не треба је узети у израз за 'црвено заокружење'.

Слично овоме D се мијења, док C остаје стабилан (задржава исто стање) Први израз постаје АC.

За зелено окружење видимо да А и B задржавају исто стање, а C и D мијењају стања. Варијабла B има вредност 0, и треба је негирати прије него је унесемо у израз.

Други израз постаје АB'.

На исти начин као у претходна два окружења досли смо до израза BC'D' тако да је наш коначни израз за функцију овакав: АC + АB' + BC'D'.

VHDL - Very High Definition Language - је вештачки језик који служи за описивање функционисања хардвера, то јест интегрисаних кола веома великог степена интеграције. Овај језик прошао је кроз више стандарда и сада представља универзално средство при појектовању интегирсаних кола.

Charmed · Malo ~ mače ~

Електронске компоненте

Електронске компоненте су делови из којих се производе - састављају електронски склопови и уређаји . Електронске компонете, њихови контакти, се доводе у међусобну везу путем проводника и на тај начин формирају електична кола која остварују неку функцију у оквиру склопа или уређаја. Остваривање везе се практично изводи лемљењем , наношењем контаката у вакуму, жичаним мотаним везама (Wire-wrap) и сл. Електронске компоненте се деле на:

* Пасивне компоненте
* Активне компоненте
Пасивне компоненте
Из Википедије, слободне енциклопедије.
Скочи на: навигација, претрага

Пасивне компоненте електронских уређаја су компоненте које не могу активно да утичу на промену електричне струје - сигнала у оквиру електичног кола. Пасивне компонете се деле на:

* отпорнике
* потенциометре
* кондензаторе
* индуктивности
* пригушнице
* трансформаторе
* конекторе
* тастере
* прекидаче
* преклопнике
* штампане плоче
* осигураче
* одводнике пренапона

Charmed · Malo ~ mače ~

Логичка капија

Логичка капија је аранжман електронски контролисаних прекидача који се користе за израчунавање опереција у булској алгебри (Енг. Boolean algebra). Логичке капије се такође могу конструисати од релеја, диода, флуидицс?? и оптичких елемената. Никола Тесла је први затражио патенте за електромеханичку AND логичку капију 1899. године. Клод Шенон (Claude E. Shannon) је увео коришћење булске алгебре у анализи и дизајну прекидачких кругова 1937. године. Волтер Бот (Walther Bothe), проналазач тзв. coincidence circuit, подијелио је нобелову награду за физику 1954. године, за прву електроничну AND капију направљену 1924. године.

Прекидачки кругови

Електронски прекидачки кругови су практичне реализације апстрактних булских идеја. Први корак у разумјевању практичног круга је успостављање везе између апстрактних концепата '1' и '0' (нула - или било које име дато за ова два стања) и како су приказани у реалном, аналогном, кругу. Они су обично представљени као разлика у волтажи,

/* Непреведено*/ They are usually represented as a difference in voltage, but are also sometimes represented by differences in current flow, as used, for instance, in the switch examples below.

The reference point for the measurement must be specified, most usually a shared ground point, or a difference between two voltages. In the case of a shared ground, на примјер, распони дозвољених волтажа се морају спецификовати. У RS-232 стандарду на примјер, ови распони су -15 до -3 волта (логички '1'), и +3 до +15 волта (логички '0').

Након овога, мора се одредити тзв. 'логицки поларитет'. На примјер, in a voltage representation the most common convention is positive logic, where the more positive voltage level is taken to represent a logical 1. Transistor-transistor logic (TTL) and CMOS logic use this convention. Са друге стране, прије споменут RS-232 стандард користи тзв. 'негативну' логику.

/* Непреведено*/

Логичке капије урађене од релеја и прекидача

Логичке капије се могу конструисати од релеја и прекидача. Мада је полупроводничка електронска логика преферирана у већини апликација, релеји и прекидачи се још увијек користе у неким индустријским апликацијама и у наставне сврхе. У овом чланку, различити типови логичких капија су илустровани са цртежима њихових релејских и прекидачких имплементација, мада читалац треба да има на уму да су они електрички гледано другачији од њихових полупроводничких еквивалената о којима ће се касније расправљати.

Први примјер је AND капија, чија је табела истине приказана на десној страни.

Булска AND функција се може имплементирати са два прекидача , A и B, као што је приказано. Да би круг проводио електрицитет истовремено оба прекидаца (A и B) требају да буду укључени да би круг проводио електрицитет.

Charmed · Malo ~ mače ~

Радар

Радар је енглеска скраћеница за откривање објеката и одређивање њихове удаљености. То је систем који се користи за откривање, одређивање удаљености, и снимање објеката као што су авиони и киша. Јаки радио сигнали бивају одаслани и пријемник у радару слуша да ли постоји ехо од неког објекта. Анализирајући одбијени сигнал, објекат може бити лоциран и понекад идентификован. Мада је количина враћеног сигнала врло слаба, ови сигнали се могу веома лако открити и појачати. Радарски радио таласи се могу лако произвести са било којом пожељном снагом, детектовати са веома мало енергије и затим појачати много пута. Због ових карактеристика радар је погодан за детекцију објеката на веома великим удаљеностима, где би рецимо остале рефлексије од светлости или звука биле веома слабе за детекцију.

Charmed · Malo ~ mače ~

Електромагнетика

Радарски апарати покушавају да рефлектују електромагнетне таласе, као што су радио таласи и микроталаси од мете. Ова детекција се реализује коришћењем радио пријемника. Елецтромагнети таласи се одбијају од било које веће промене у диелектричној или дијамагнетној константи. Ово значи да чврсти објекат у ваздуху или вакууму, или остале значајније промене у атомској густоћи објекта, ће обично рефлектовати радарске таласе. Ово је делимично истинито за електрично проводне материјале као што је метал, и ово чини радаром погодним за детекцију авиона и бродова.

Електромагнетни таласи се не простиру добро под водом; стога за подводну примену, сонар, који је базиран на звучним таласима, треба да се користи уместо радара.

Рефлексија таласа

Радарски таласи се рефлектују на различите начине зависно од величине радио таласа и облика мете. Ако је радио талас много краћи него величина мете, талас ће се одбити на начин слично као што се светлост одбија од огледала. Рани радари су користили дуге таласне дужине које су биле веће од мета, тако да су примали слабе сигнале, док модерни системи користе краће таласне дужине (пар центиметара) и овакви радари могу детектовати објекте величине кришке хлеба или веће.

Радио таласи се увек рефлектују од ћошкова и кривих на начин слично као и сјај од заобљеног стакла. Објекти који највише рефлектују сигнал имају 90° угао између површина које рефлектују таласе. Површина која има три равне површине које се састају у једном углу, слишно углу зграде, ће увек рефлектовати сигнал назад извору сигнала. Ове такозване угловне коцке се уобичајено користе као радарски рефлектори на објектима који су иначе тешки за откривање, и често се налазе на чамцима, да би се олакшало њихово откривање у спасилачкој ситуацији. Због генерално истих разлога објекти који покушавају да избегну детекцију ће увек имати постављене површине под углом који ће елиминисати углове, и због овога имамо "чудне" облике авиона као на пример амерички "stealth aircraft".

Charmed · Malo ~ mače ~

Поларизација

Поларизација је смер у којем талас вибрира. Радари користе хоризонталну, вертикалну и циркуларну поларизацију да би открили различите типове рефлексија. На пример, циркуларна поларизација се користи да би се смањио утицај мешања кише на сигнал. Линеарна поларизација обично индикује металне површине, и помаже да се игнорише киша. Случајна поларизација обично показује фракталну површину као што су стене или блато, и користе се од стране навигационих радара

Фреквентни опсези

Традиционална имена фреквентних опсега су настала као шифриране ознаке у Другом светском рату и још увек се користе у војскама и авијацији широм света у 21. веку. Ови називи су прихваћени у Сједињеним Државама од стране IEEE орагнизације, и међународно од ITU организације. Већина земаља је додатно регулисала који су делови од којег опсега за војну или цивилну употребу. Остали корисници радио спектрума, као што су дифузна индустрија и индустрија за електронски рат (енг. Electronic Countermeasures - ECM), су замениле традиционалне војне ознаке са својим властитим системима.

Мерење удаљености

Најједноставнији начин да се измери удаљеност неког објекта је да се емитује кратак импулс, и након тога измери колико дуго времена треба да се одбијени сигнал од објекта врати назад. Удаљеност је једна половина целог пута који је сигнал прешао (због тога што сигнал треба да допре до објекта и да се врати назад до пријемника) подељено брзином сигнала. За радар брзина је брзина светлости, што чини путању до објекта и назад временски веома кратком. Због овог разлога прецизна мерења удаљености су била компликована до увођења електронике високих перформанси, и где можемо рећи да су старије генерације радара биле прецизне за пар процената.

Charmed · Malo ~ mače ~

Фреквентна модулација

Следећа врста радара за мерење удаљености је базирана на фреквентној модулацији. Упоређивање фреквенција између два сигнала је пуно прецизније, чак и са старијом електроником, него мерење сигнала. Мењањем фреквенције повратног сигнала и упоређивањем истог са оригиналом, разлика се може лако измерити.

Ова техника се може користити код радарских система, и често се налази код радарских висиномера на авионима. У овим системима "носећи" радарски сигнал је фреквентно модулиран на предвидив начин, типично варирајући горе и доле синусним таласом на звучним фреквенцијама. Сигнал након овога се шаље са једне антене и прима се на другој, која је типично лоцирана на испод авиона, и након овога се сигнал упоређује. Пошто се фреквенција сигнала мења, за време док се сигнал врати до летелице, пренос се променио на неку другу фреквенцију. Количина те промене је већа за дуже време, тако да веће разлике у фреквенцијама значе већу удаљеност. Количина промене је стога директно повезана са пређеним путом и може да се прикаже на инструменту. Ова врста процесовања сигнала је слична оној који се користи у Доплеровом радару за мерење брзине.

Сигнали

Сваки радар користи одређени тип сигнала. Далекометни сигнали обично користе дуге пулсеве са дугим закашњењима између њих, док радари краћег домета користе мање пулсеве са мање времена између њих. Ова шема импусла и пауза је позната као Фреквенција Понављања Пулсева (ФПП) и једна је од главних начина како се радар карактеризуја. Како се електроника знатно поправила, многи радари мога да мењају своју ФПП.

Мерење Брзине

Брзина је промена у удаљености објекта током времена. Стога, постојећи системи за мерење удаљености, комбиновани са мало меморије да виде где се мета задњи пут налазила, довољни су да измере брзину.

Charmed · Malo ~ mače ~

Допплеров ефект

Постоји такође други ефекат који се може користити да би се урадило много прецизније мерење брзине, који се може готово тренутно урадити (радарски систем не треба меморију), познат као Доплеров ефекат. Доплеров ефект је промена у фреквенцији било којег сигнала због коначне брзине по којој сигнал путује која се упоређује са кретањем објекта. На пример, звук путује на релативно спорој брзини око 300 m/s, и због овога можете доживети Доплеров ефект кад поред вас прођу амбулантна кола са сиреном брзином 3 метра y секунди. Мада ово резултира у малој (1%) промени фреквенције, људско ухо је веома добро у детекцији ове промене.

У случају радара, брзина светлости је много бржа него брзина звука (па је и резултујућа промена много мања). Модерна електроника је чак боља у детекцији ове промене него што је људско ухо за звук. Брзине као што су пар центиметара у секунди се могу веома лако измерити, и прецизност је типично много боља него код мерења удаљености. Практично сваки модерни радар користи овај принцип.

Charmed · Malo ~ mače ~

Термални шум

Tермални шум (познат под називом Џон Никуист шум, John-Nyquist шум, Џонсон шум или Никуист шум) је шум генерисан од стране флуктација електричне струје унутар електричног проводника, који се дешава без икаквог напона због случајних покрета електрона.

Charmed · Malo ~ mače ~

Јаги антена

Јаги-Уда антена (Yagi-Uda Antenna), обично позната као Јаги антена, је антена која садржи низ диполских и додатних 'паразитних' елемената.

Дипол је активни, напајани, зрачећи, елемент, а други, нешто дужи, је рефлектор (огледало). Остали краћи, 'паразитни' елементи се могу поставити испред дипола као директори (усмеривачи). Овакво решење даје антени усмереност која није карактеристична за слободни дипол. Јаги антена је усмерена у оси која је нормална на сам дипол, а истовремено је у равни у којој су и други елементи антене, директори (усмеривачи), рефлектори (огледала) и зрачећи дипол. Ако раширите руке у облику дипола и замислите да је рефлектор иза вас, највећи добитак сигнала ћете имати за сигнале који долазе право испред Вас.

Јаги антене могу имати више усмеравајућих елемената, директора, који су поређани у низу на међусобном растојању приближно четвртине таласне дужине, а дужине нешто мало краће од половине таласне дужине (и све краће у низу). Оваква конструкција обезбеђује антени да постиже различите одзиве на разним опсезима, што је одређено дужином, пречником и размаком међу појединим елементима. Међутим, укупан добитак антене је сразмеран укупној дужини, а не броју елемената.

Сви елементи антене обично леже у истој равни, монтирани су на шипкасте носаче или унакрсне шипке. Паразитни елементи не морају лежати у истој равни већ могу бити са обе стране равни симетрије.

Мноштво Јаги-Уда антена су дизајниране да оперишу са вишеструким опсезима (енглески: Bands); завршни дизајн антене који је чини компликованом је присуство калема тзв. "замке" (енглески: Traps) у елементима антене. Ово међутим смањује ефикасност низа на било којој датој фреквенцији, радикално утичне на одговор у жељеном правцу.

Јаги-Уда антена је измислио 1926. година Шинтаро Уда са Тохоку универзитета, Сендаи, Јапан, уз сарадњу Хидетсугу Јагија са истог универзитета. Јаги је објавио први чланак на енглеском језику о овој антени 1928. па је антена повезана са његовим именом. Ипак, Јаги је увек наглашавао да је Уда дао главни допринос дизајну антене, и исправно име за антену је Јаги-Уда.

Прво масовно коришћење Јаги антена доживљава током Другог светског рата на авионским радарима, због своје функционалности и дирекционих карактеристике. Иронично је да многи јапански радарски инжењери нису знали за Јаги антену све до самог краја рата, због конкуренције између јапанске армије и морнарице. Ове антене се могу видети на носевима многих авиона из Другог светског рата, између осталих на неким верзијама немачког Јункерс Ју-88 ловца бомбардера и британског Авро Ланкастер бомбардера.