Elektroniikka

Elektroniikka on sähkötekniikan osa, joka perustuu elektronien liikkeen ohjaamiseen. Elektroniikka sisältää sähköisten laitteiden suunnittelua, rakentelua, käyttöä ja tutkimista. Elektroniikan aikakausi alkoi vuonna 1902 John Ambrose Flemingin keksittyä tyhjiödiodin, jolloin hän myös loi elektroniikan käsitteen.^[1]

Laajempia määritelmiä ovat antaneet alaa tutkivat insinöörit sekä standardointijärjestö. Suomen Akatemian tieteen keskustoimikunnan elektroniikkajaoston mietintö vuodelta 1974 on seuraavanlainen: ”Elektroniikka on teknologia, jossa puolijohdeainetta, elektroniputkia ja muita elektronisia komponentteja käytetään hyväksi toteutettaessa mitä erilaisimpia järjestelmiä, tiedonsiirtoa ja käsittelyä, koneistojen automaattista valvontaa ja ohjausta ynnä prosessisuureiden niin tieteellistä kuin käytännöllistäkin mittausta varten.”

Diodi on yksinkertainen elektroninen komponentti, puolijohteiden liitos päästää elektronien virran lävitseen vain yhteen suuntaan.

Sähköalan kansainvälinen standardisoimisjärjestö International Electrotechnical Commission (IEC) sanoi vuonna 1956, että ”elektroniikka on se tieteen ala, joka käsittelee sähkön johtumista tyhjiössä, kaasussa ja puolijohteessa sekä näihin ilmiöihin perustuvien laitteiden sovellutuksissa.”

Yhdysvaltain sähkö- ja elektroniikkainsinöörit taas määrittelevät, että "elektroniikka on se tieteen ja tekniikan ala, joka käsittelee ihmisen aistin ja aivojen korvaamista ja täydentämistä laitteilla, jotka keräävät ja käsittelevät informaatiota, siirtävät sen haluttuun paikkaan, jossa ohjaavat koneita tai esittävät informaatiota ihmisen käytettäväksi."

Sähkövoimatekniikassa elektroniikan sovelluksia ovat muun muassa taajuusmuuttajat ja HVDC-merikaapelit.

Elektroniikka-aloja

Elektroniikan mittaus- ja testauslaitteita

Jännitemittaus kahdella jännitemittarilla. Yllä kaupallinen mittari.

Elektroniikassa käytetään monia erityisiä sähköteknisiä mittalaitteita, joilla voidaan mitata ja tarkkailla erilaisia sähköisiä ilmiöitä elektronisissa laitteissa. Useat mittaus- ja testauslaitteet ovat itsekin elektronisia laitteita, vaikka vanhat mittalaitteiden periaatteet saattavatkin olla sähkömekaanisia.

Sähköisten suureiden mittaamiseen käytettyjä laitteita ovat:

virtamittari
- galvanometri (nykymuodossaan kiertokäämimittari), jolla voidaan mitata sähkövirtaa
- pihtivirtamittari, jota käytetään johtimessa kulkevan virran mittaamiseen johtimen ulkopuolelta
jännitemittari
yleismittari, jolla voi mitata jännitettä, virtaa ja vastusta.
LCR-mittari, jolla voi mitata induktanssia, kapasitanssia ja vastusta
eristysvastusmittari

Seuraavilla laitteilla voidaan tutkia elektroniikan ilmiöitä ja komponenttien toimintaa:

logiikka-analysaattori (digitaalisten piirien testaamiseen)
oskilloskooppi, joka piirtää kuvaajan jännitteen, virran tai vastuksen muuttumisesta ajan suhteen.
spektrianalysaattori, jolla mitataan signaalin amplitudia taajuuden funktiona.

Seuraavilla laitteilla voidaan tuottaa testaamisessa tarvittavia herätesignaaleita tutkittaville laitteille:

Tutkittavalle laitteelle käyttöjännitettä tuottamaan voidaan käyttää laboratoriovirtalähdettä.

Elektroniikan komponentit

Elektroniikan piireissä käytetään elektronisten, aktiivisten komponenttien lisäksi passiivisia komponentteja, joista osa on toiminnaltaan lineaarisia.

jännite- ja virtalähde

Liitoskomponentit

Johtimet ja kaapelit:

Liittimet:

Passiiviset komponentit

Keraamisia kondensaattoreita

Passiivisiksi komponenteiksi kutsutaan komponentteja, jotka kuluttavat energiaa.

kytkin
muuntaja
vastus
- PTC- ja NTC -termistorit
- VDR eli varistori
- LDR eli valovastus
- potentiometri eli säätövastus
kondensaattori
- säätökondensaattori
kela
yhteismuotokuristin (CMC)
sulake
ylijännitesuoja (TVS)
- metallioksidivaristori (MOV)
- kaasupurkausputki
kide

Aktiiviset komponentit

Elektroniputket olivat ensimmäisiä elektronisia komponentteja, kuuman hehkulangan irrottamat elektronit liikkuvat putken tyhjiössä katodilta anodille.

Kaksi kappaletta Maximin DIP-pakattua IC-piiriä sekä kaksi 7 segmentin ledinäyttöä.

Aktiiviseksi komponentiksi kutsutaan komponenttia, joka tuottaa energiaa tai osallistuu aktiivisesti piirin sähköiseen toimintaan. Tyypillisiä esimerkkejä ovat jännite, virta- ja teholähteet, esimerkiksi paristo tai komponentit, joilla saadaan aikaan vahvistusta. Mikropiirit ovat laajoja toimintoja sisältäviä aktiivisia komponentteja.

Aktiiviset puolijohdekomponentit:

transistori
- BJT eli bipolaarinen transistori
- FET eli kanavatransistori
tyristori
GTO, Gate Turnoff Thyristor
Triac
IGBT

Puolijohdekomponentit

Puolijohdekomponentteja ovat mm. aktiiviset puolijohdekomponentit kuten transistorit ja seuraavat komponentit:

DIAC
diodi
- laserdiodi
- Schottky-diodi
- tunnelidiodi
- hohtodiodi eli LED
- fotodiodi
- zenerdiodi
- kapasitanssidiodi
- transienttisuojadiodi

Analogiset piirit

Digitaaliset piirit

logiikkapiiriperheet
LVDS-signaalit

Piirirakenteita

tasasuuntaaja, vaihtosuuntaaja ja taajuusmuuttaja
modulaattori ja ilmaisin (modulaation)
oskillaattori
- kideoskillaattori
- VCO
taajuussekoitin
suodattimet
- alipäästösuodatin
- ylipäästösuodatin
- kaistanpäästösuodatin
- kaistanestosuodatin
- kokopäästösuodatin
vaihelukittu silmukka (PLL)
huippuarvoilmaisin
virtageneraattori
optoerotin

Elektroniikan käsitteitä

Sähköisiä suureita ja yksiköitä

jännite U, yksikkö voltti V
virta I, yksikkö ampeeri A
teho P, yksikkö watti W

resistanssi R, yksikkö ohmi Ω
reaktanssi X, yksikkö ohmi Ω
impedanssi Z, yksikkö ohmi Ω

induktanssi L, yksikkö henry H
kapasitanssi C, yksikkö faradi F

sähkövaraus Q, yksikkö coulombi C
taajuus f, yksikkö hertsi Hz

Sähkövirran tyypit

Kohina

Elektroniikan laitteita

Elektroniikan valmistus

Piirilevy
Pintaliitos
Juotos - aaltojuotos ja pastajuotos, juotin
Juotospasta, juotostina

Katso myös

Lähteet

↑ Macksey, Kenneth & Woodhouse, William: ”Electronics”, The Penguin encyclopedia of modern warfare: 1850 to the present day, s. 110. The electronics age may be said to have been ushered in with the invention of the vacuum diode valve in 1902 by the Briton John Fleming (himself coining the word 'electronics'), the immediate application being in the field of radio.. Viking, 1991. ISBN 978-0-670-82698-8. (englanniksi)

Kirjallisuutta

Ahoranta, Jukka, Sähkötekniikka. WSOY. 2002. ISBN 951-0-22291-7.
Koskinen, Martti: Analogiasuunnittelu. SanomaMagazines. 2002. ISBN 951-832-056-X.
Salste, Mikko; Porra, Veikko: Elektroniikka: sovelletun elektroniikan ja digitaalitekniikan perusteet. Otaniemi: Otakustantamo, 1973. ISBN 951-671-053-0.
Silvonen, Kimmo: Sähkötekniikka ja elektroniikka. Helsinki: Otatieto, 2003. ISBN 951-672-335-7.
Silvonen, Kimmo; Tiilikainen, Matti; Helenius Kari: Analogiaelektroniikka. Helsinki: Edita, 2004 (2002). ISBN 951-37-3839-6.

Aiheesta muualla

Wikiaineisto

Wikiaineistoon on tallennettu tekstiä aiheesta:

Kirjallisuutta sähkötekniikasta ja elektroniikasta

Wikibooks

Wikikirjastossa on aihe: Electronics.

sfnet.harrastus.elektroniikka usein kysytyt kysymykset (Arkistoitu – Internet Archive).
ePanorama – tietoa elektroniikasta. (englanniksi)

[1] Macksey, Kenneth & Woodhouse, William: ”Electronics”, The Penguin encyclopedia of modern warfare: 1850 to the present day, s. 110. The electronics age may be said to have been ushered in with the invention of the vacuum diode valve in 1902 by the Briton John Fleming (himself coining the word 'electronics'), the immediate application being in the field of radio.. Viking, 1991. ISBN 978-0-670-82698-8. (englanniksi)

[1]