4

ELECTRONICĂ

Electronii sunt niște particule foarte mici care fac parte din atomi. Curentul electric este, de fapt, un

fl ux de electroni. Electronica este știinţa care studiază comportamentul electronilor și modul în care pot fi ţinuţi sub control pentru ca să facă tot felul de lucruri utile. Aproape toate aparatele și echipamentele pe care le folosim în viaţa de zi cu zi – de la aparatele de radio, calculatoarele de buzunar și telecomanda pentru televizor și până la telefoane, calculatoare și automobile – conţin circuite electronice care le fac să funcţioneze. Electronica este importantă mai ales în tehnologia informaţiei (vezi pagina 9) și în comunicaţii (vezi pagina 12).

Există zeci de tipuri de componente electronice, dar cele mai uzuale sunt rezistenţele, condensatoarele, diodele și tranzistoarele. O rezistenţă într-un circuit limitează curentul electric care trece prin el. Condensatoarele depozitează energia electrică. Curentul electric poate curge în acestea până când se încarcă, și apoi să iasă din ele până când se golesc complet. Dioda permite curentului să curgă într-o singură direcţie și nu permite trecerea lui în direcţie opusă. Tranzistorul poate acţiona ca un întrerupător, comutator sau amplifi cator. El are trei terminale. Curentul care trece prin două dintre ele este controlat de către un curent mult mai slab care trece prin cel de-al treilea terminal.

Mai multe componente electronice, legate între ele prin conductoare prin care trece curent electric, formează un circuit electronic. Prin combinarea diferitor componente și prin conectarea lor în diferite moduri, este posibil să se creeze circuite electronice care să realizeze aproape orice fel de acţiune. În cadrul unui circuit electronic, curentul electric este ţinut sub control chiar de componentele care îl alcătuiesc. De exemplu, în cazul unei lumini de siguranţă, curentul electric este închis sau deschis de către o componentă care detectează dacă este sau nu întuneric și dacă există cineva care se mișcă în apropiere.

Exemple de componente electronice: rezistenţă (1), condensator (2), tranzistor (3)şi diodă cu emisie luminoasă (4). Terminalele (picioruşele din metal) introduc componenta în circuit.

Pentru amplifi carea (întărirea) semnalelor electrice a fost proiectată o triodă cu vid. În interiorul unui tub de sticlă este încălzit un electrod central de la care curge un fl ux de electroni către un alt electrod poziţionat spre exterior. Un semnal electric slab face ca acest fl ux de electroni să se modifi ce foarte mult şi determină apariţia unui semnal electric cu mult mai puternic.

1 2

43

Filament purtător de semnal electric slab

Flux de electroni

Electrozi

Tub din sticlă

Terminale

Studiul electronicii a început pe la sfârșitul secolului XIX, dar primele utilizări practice au fost la începutul secolului XX, în comunicaţiile radio (vezi pagina 16). Primele componente electronice s-au numit tuburi cu vid. În această categorie intrau dioda, care permitea curentului electric să treacă prin ea într-un singur sens, și trioda (vezi imaginea de deasupra), în care un curent de intensitate mică putea fi utilizat pentru a controla un curent de intensitate mare. Piesele folosite pentru construcţia acestor componente electronice , dintre care unele se încălzeau până la un roșu incandescent, trebuiau închise într-un tub de sticlă din care aerul era îndepărtat pentru a se crea un spaţiu vid.

Imediat după 1950, diodele și triodele au fost rapid înlocuite de componentele semiconductoare . Semiconductoarele sunt materiale care se pot comporta atât ca bune conducătoare de electricitate, cât și ca izolatori electrici. Componentele semiconductoare sunt mai simple, mai mici și mai fi abile decât diodele și triodele.

Toate aparatele, cum ar fi calculatoarele de buzunar, calculatoarele personale şi sistemele hi-fi (adică de înaltă fi delitate) conţin circuite electronice complexe, al căror rol este să controleze modul în care acestea funcţionează.

E L E C T R O N I C Ă

pag. 1-21_Tehnologie si transport.indd 4 21.11.2011 10:43:04

5

Circuite integrateComponentele electronice sunt, de obicei,

lipite de o placă de bază prin sudarea piciorușelor sau a pinilor (cu ajutorul unei topituri metalice). Urmele continue din metal, imprimate pe placă, fac legătura dintre aceste componente. Circuitele care au nevoie de sute de mii de componente ar putea fi enorme. De aceea se folosesc circuite integrate sau microcipuri în care componentele microscopice și conexiunile dintre ele sunt construite într-o pastilă de material semiconductor, de obicei folosindu-se siliciu. Din această cauză circuitele integrate sunt numite adesea cipuri de siliciu. Există mii de circuite integrate diferite. Unele, cum ar fi cipurile amplifi catoare sau cipurile temporizatoare, conţin câteva zeci de componente. Altele, cum ar fi procesoarele pentru calculatoare sau cipurile de memorie, conţin sute de mii sau chiar milioane de componente.

Primul circuit integrat a fost construit în 1959 în SUA, de către compania Texas Instruments. De atunci, numărul componentelor care pot fi utilizate în cipuri a crescut rapid. Ele sunt asamblate pe pastilă prin adăugarea sau îndepărtarea straturilor de material semiconductor, bune conducătoare de electricitate sau izolatoare, cu ajutorul unor procese complexe, chimice și fotografi ce.

Iată o furnicuţă care ţine între cleşti un circuit integrat ce conţine sute de componente.

Un tranzistor individual este, de fapt, un circuit integrat (1), care măsoară doar câteva sutimi de milimetru. El este alcătuit din terminale de aluminiu care se suprapun peste mai multe straturi de siliciu.

Circuitul integrat sau microcipul (2) conţine mii de tranzistoare şi de alte componente şi poate avea o lăţime mai mică de un milimetru. Microcipul este tratat cu diferite substanţe chimice, astfel anumite componente acţionează ca tranzistoare, iar altele ca rezistenţe, condensatoare sau diode.

Delicatul circuit integrat este încapsulat într-o cutiuţă (3) din material plastic care să-l protejeze. Conexiunile se realizează cu ajutorul terminalelor, care sunt introduse în adâncituri speciale sau sunt lipite pe o placă de bază.

1

2

3

E L E C T R O N I C Ă

pag. 1-21_Tehnologie si transport.indd 5 21.11.2011 10:43:05

6

5

6

4

3

2

1

0

0

0

0 0 0

2

1 0 1

4

0 0 1

6

1 0 1

4

0 0 0

2

1 0 0

3

1 1

ELECTRONICA DIGITALĂ

În multe circuite electronice, cum ar fi cele din aparatele de radio, curentul din circuit poate fi de

orice intensitate. Aceste circuite se numesc circuite analogice. În circuitele digitale, curentul poate avea doar două valori ale intensităţii: pornit și oprit. Circuitele digitale sunt folosite în dispozitivele în care curentul electric reprezintă înformaţii. Un astfel de dispozitiv este calculatorul.

Numerele sunt reprezentate în circuitele digitale cu ajutorul sistemului numeric binar. Acest sistem numeric folosește doar cifrele 0 și 1, ceea ce îl face ușor de reprezentat în circuitele electronice prin pornirea, respectiv, oprirea circuitului electric. În sistemul numeric zecimal, cifrele (0, 1, 2, 3 etc.) din care sunt alcătuite numerele reprezintă unităţi, zeci, sute și așa mai departe. În sistemul numeric binar (vezi ilustraţia din stânga), fi ecare dintre cele două cifre, adică 0 și 1, este numită, în circuitele digitale, un bit. Un număr binar de 4 biţi poate reprezenta numere zecimale de până la 15 (un 8, un 4, un 2 și un 1).

Aproape orice fel de informaţie (de la litere simple până la imagini complexe, în mișcare) poate fi reprezentată prin numere, care, la rândul lor, pot fi redate sub formă binară. Aceasta înseamnă că orice fel de informaţie poate fi reprezentată în circuite electronice digitale. Pe acest fapt se bazează calculatoarele (vezi pagina 8) pentru a stoca numere, cuvinte, fotografi i și sunete. Ele folosesc așa-numitele circuite logice pentru a procesa și manipula informaţiile.

16 8 4 2 1

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 1

0 0 0 1 0 2

0 0 0 1 1 3

0 0 1 0 0 4

0 0 1 0 1 5

0 0 1 1 0 6

0 0 1 1 1 7

0 1 0 0 0 8

0 1 0 0 1 9

0 1 0 1 0 10

0 1 0 1 1 11

0 1 1 0 0 12

0 1 1 0 1 13

0 1 1 1 0 14

0 1 1 1 1 15

1 0 0 0 0 16

Numere binare

Numere zecimale

Biţi

Semnal analogic

Un semnal electric analogic este convertit într-un semnal digital. Biţii devin pulsuri electrice: pornit (1) sau oprit (0).

E L E C T R O N I C Ă

pag. 1-21_Tehnologie si transport.indd 6 21.11.2011 10:43:05

7

0

3

1 1 0

1

0 1 1

4

0 0 1

4

0 0 0

2

1 0 0

0

0 0 0

0

0 0

Înainte de a fi manipulate de către circuitele digitale, multe tipuri de informaţii, primite în formă analogică, trebuie transformate în formă digitală. Acest proces se numește digitalizare (vezi imaginea de dedesubt ). Într-un microfon, de exemplu, sunetul, creat iniţial de vibraţia presiunii aerului, este transformat într-un curent electric variabil, numit semnal electric analogic, care reprezintă modifi cările apărute în presiunea aerului. Acest curent variabil este apoi transformat într-un semnal digital, cu ajutorul unui circuit electronic numit convertor analogic/digital. Convertorul măsoară semnalul analogic de nenumărate ori și îl transformă într-un fl ux continuu de numere binare.

Imagini digitaleOrice apare pe monitorul unui calculator este numit

grafi că de calculator. Poate fi ceva foarte simplu, cum ar fi un text alb pe un ecran negru, sau ceva foarte complex, de exemplu, imagini tridimensionale animate. Oricare ar fi elementele de grafi că, toate sunt realizate din niște pătrăţele colorate foarte mici, numite pixeli (prescurtare de la picture elements [n. trad.- elemente de imagine]) structurate precum o coală de matematică.

Concentraţia de pixeli într-o imagine se numește rezoluţie. Grafi ca de înaltă rezoluţie poate fi văzută pe un ecran mare, fără ca pixelii să fi e vizibili. Grafi ca poate folosi palete de culori diferite. Într-o grafi că pe 8 biţi, fi ecare pixel este reprezentat de 8 biţi, așa că poate avea oricare din cele 256 de culori.

În sistemele de telefonie (vezi pagina 12), sunetul vocii este digitalizat, de obicei, chiar în timpul convorbirii, înainte de a călători prin reţeaua telefonică. Înainte ca semnalele digitalizate să ajungă la telefonul persoanei cu care vorbiţi, acestea sunt transformate din nou, de data aceasta în semnale analogice (necesare pentru ca difuzorul să poată funcţiona), cu ajutorul unui convertor digital/analogic. Același lucru se întâmplă în interiorul unui CD-player, deoarece sunetul este înregistrat sub formă digitală pe un CD.

Imaginea de pe monitorul unui calculator este alcătuită din puncte micuţe numite pixeli. Fiecare dintre aceştia are o poziţie, culoare şi strălucire, care există în calculator sub formă de coduri binare.

Un pixel este la 4 unităţi pe orizontală şi la 6 unităţi pe verticală, deci codul poziţiei sale este 4, 6. Culoarea sa, verde, este codifi cată cu 5, iar strălucirea – cu 3, pe o scară de la 1 la 10. Deci codul pixelului este 4653.

Codul acestui pixel este depozitat sub forma unui număr binar care, în interiorul calculatorului, există sub formă de semnale electrice. 1 înseamnă un puls electric, iar 0 – niciun fel de puls electric.

E L E C T R O N I C Ă

pag. 1-21_Tehnologie si transport.indd 7 21.11.2011 10:43:06

 

8

CALCULATOARE

Calculatoarele fac sute de mii de sarcini diferite, de la procesarea textelor la pilotarea avioanelor. Ele

pot realiza sarcini diverse deoarece sunt niște mașini electronice universale controlate de către programe de calculator. Odată cu schimbarea programului, calculatorul realizează o altă sarcină. Un calculator stochează date, cum ar fi numere, cuvinte, sunete și imagini și le procesează sub îndrumarea unui program.

Primele calculatoare care au lucrat în același mod ca și cele din zilele noastre au fost realizate în anii 40 ai secolului XX. Aceste mașini imense foloseau mii de diode (vezi pagina 4). Calculatoarele au devenit cu mult mai mici, odată cu introducerea circuitelor integrate în anii 50 ai aceluiași secol, câștigând, totodată, din ce în ce mai multă putere.

Calculatoarele de birou, folosite acasă, în școli sau la serviciu, se numesc calculatoare personale (PC ). Alte tipuri sunt calculatoarele mainframe, utilizate de către marile companii pentru procesarea datelor, și supercalculatoarele, folosite pentru a realiza calcule știinţifi ce extrem de complicate cu viteze foarte mari.

Unitatea centrală de procesare a unui PC este formată dintr-un singur circuit electronic, relativ mare, numit microprocesor. Acesta are două unităţi: una care face calcule şi alte operaţii şi o alta, care primeşte date şi instrucţiuni din memoria calculatorului.

Tastatură

Sursa de alimentare (furnizează energia necesară funcţionării calculatorului)

Plăci ce conţin circuite suplimentare racordate la calculator prin care acesta se leagă de alte echipamente.

Monitor

Scaner

Unitatea de hard disc stochează programe şi date

Unitatea de CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) sau de DVD (Digital Versatile Disc) stochează informaţii ce pot fi copiate în calculator.

RAM (Random Access Memory) – memoria de lucru a calcula-torului, care păstrează temporar informaţiile sub formă de semnale electrice.

Unitatea centrală de procesare

E L E C T R O N I C Ă

pag. 1-21_Tehnologie si transport.indd 8 21.11.2011 10:43:06

9

Părţile componente ale unui calculator

Un calculator este alcătuit din componente fi zice, numite cu un cuvânt hardware, și date și programe pe care le stochează și le utilizează, numite software. Partea de hardware este constituită din calculatorul propriu-zis și din echipamentele periferice atașate de acesta, cum ar fi monitoarele sau imprimantele.

Componenta cea mai importantă a unui calculator personal este unitatea centrală de procesare, de obicei numită simplu procesor, care poate fi considerată „creierul” calculatorului. Procesorul primește instrucţiuni de la program și le realizează. Programele și datele sunt stocate în memoria calculatorului. Mai multe piste metalice, numite bus-uri, asigură conexiunea dintre procesor și memorie. Bus-ul pentru date transferă date, iar cel pentru adrese îi „spune” memoriei de unde să le trimită sau unde să le stocheze.

Aplicaţii pentru calculator

Există două tipuri de software considerate de bază: de sistem și pentru aplicaţii. Software-ul de sistem se ocupă de sarcinile legate de „menajul” intern al calculatorului, cum ar fi ţinerea sub control a imprimantelor sau scrierea datelor cu o unitate specializată (pe CD, DVD etc.). Aplicaţiile fac calculatorul să realizeze anumite sarcini.

Majoritatea calculatoarelor personale au aplicaţii, de exemplu, un program de procesare a textului (pentru pregătirea scrisorilor și a rapoartelor), o bază de date (pentru stocarea și regăsirea informaţiilor), un program de navigare pe internet și unul de poștă electronică (e-mail). Jocurile și programele educaţionale sunt și ele aplicaţii. Calculatoarele de birou pot, de asemenea, să includă aplicaţii pentru efectuarea unor calcule, pentru procesarea comenzilor, pentru contabilitate, pentru planifi carea proiectelor și pentru pregătirea unor prezentări. Cei care se ocupă de editarea cărţilor și a altor publicaţii folosesc programe pentru elaborarea design-ului și editarea paginilor înainte de tipărire. Inginerii și proiectanţii utilizează programe de proiectare asistată de calculator, care îi ajută să creeze produse noi și să le vadă pe ecran înainte de a începe confecţionarea lor reală. Detaliile privitoare la fabricarea diferitor piese pot fi apoi trimise altor calculatoare, ce controlează mașinile care le fabrică.

În cele mai multe birouri, calculatoarele sunt legate între ele în reţele, astfel încât să poată folosi în comun programe și date stocate într-un calculator mai performant, numit server.

Numeroase calculatoare sunt specializate pe o singură sarcină specifi că. Exemple de calculatoare de acest fel, numite calculatoare dedicate, sunt mașinile pentru jocuri electronice, calculatoarele de navigaţie pentru mașină și calculatoarele care asistă la dirijarea zborurilor (vezi pagina 52 ) și pilotează avioanele de luptă.

Mouse

Modem

Imprimantă

ROM (Read-Only Memory) – unitatea în care sunt stocate permanent instrucţiunile calculatorului.

Roboţii de sudură, utilizaţi la fabricarea automobilelor, sunt dirijaţi de către calculatoare.

E L E C T R O N I C Ă

pag. 1-21_Tehnologie si transport.indd 9 21.11.2011 10:43:07