عـنوان
البحث: عــلم الإلكترونات الحديثة ثورة علمية ليس لها
حد
عناصر البحث:
1 - مقدمة في عـلم
الإلكترونيات
2- نشأة
عـلم الإلكترونيات
3- أثر عـلم الإلكترونيات في الحياة
4-إلى أين يسير بنا عـلم
الإلكترونيات
البحث: عــلم الإلكترونات الحديثة ثورة علمية ليس لها
حد
عناصر البحث:
1 - مقدمة في عـلم
الإلكترونيات
2- نشأة
عـلم الإلكترونيات
3- أثر عـلم الإلكترونيات في الحياة
4-إلى أين يسير بنا عـلم
الإلكترونيات
أولاً :- مقدمة
في عـلم
الإلكترونيات
الحمد لله رب العالمين والصلاة
والسلام على أشرف المرسلين سيدنا محمد وعلى آله وصحبه أجمعـين . . أما بعد ،
التقدم الهائل في التكنولوجيات والذي يشهده عصرنا هذا والتطورات السريعة كماً
ونوعاً المتوقعة خلال الفترة القادمة في جميع مجالات الحياة أصبحت مرتبطة بشكل وثيق
بتقدم علم الإلكترونيات - كل يوم تطور جديد في عالم الإلكترونيات وعلى سبيل المثال
نجح فريق من العلماء الأمريكيين من "معامل بيل" في تطوير أصغر ترانزيستور في العالم
يسمح تصميمه الجديد بالاستمرار في تصغير شرائح السيلكون وقد يتمكنون من مضاعفة سرعة
العمليات لبعض الشرائح.
- ويبلغ مقاس الترانزيستور اللجديد 50 نانومتر ،
أي ما يقل بألفي مرة عن سمك شعرة واحدة في رأس الإنسان. ويعرف القزم الجديد في عالم
الإلكترونيات باسم الترانزيستور الرأسي لأن جميع مكوناته بنيت بدقة بعضها فوق بعض .
ويقول أحد الباحثين إن الترانزيستور الرأسي قد يتخطى الترانزيستور التقليدي الذي
يتوقع خبراء صناعيون أنه سيصل إلى طريق مسدود في غضون عشر سنوات يذكر أن
الترانزيستور التقليدي اكتشفه ثلاثة علماء من نفس المعمل عام 1947
.
-
بني أول حاسب إلكتروني في العالم 1940 وبلغ
وزنه 27 طناً وضم في جوفه عشرات الآلاف من الصمامات وعدة كيلومترات من أسلاك النحاس
وبلغت تكاليفه ملايين الدولاراتبعد ذلك
وباستخدام أنصاف النواقل تم اختراع الترانزستور الأمر الذي أدى إلى ثورة في علم
الإلكترونيات وتوالت الاختراعات فتم صنع أنواع مختلفة من الترانزستورات ثم ظهرت
ثورة جديدة في علم الإلكترونيات وهي الدوائر المتكاملة حيث استطاع مجموعة من
العلماء بترتيب مجموعة من العناصر الإلكترونية على شريحة صغيرة من أنصاف النواقل
وكانت هذه بداية التطور الهائل الذي نراه اليوم في كل الأجهزة الإلكترونية الأمر
الذي أدى إلى إنتاج صناعات ضخمة جداً , وتتوالى الاختراعات في علم الإلكترونيات وما
زال علم الإلكترونيات يفاجئ العام كل يوم بخبر هائل جديد
ثانيا: نشأة
عـلم
الإلكترونيات
ما في عـلم
الإلكترونيات
الحمد لله رب العالمين والصلاة
والسلام على أشرف المرسلين سيدنا محمد وعلى آله وصحبه أجمعـين . . أما بعد ،
التقدم الهائل في التكنولوجيات والذي يشهده عصرنا هذا والتطورات السريعة كماً
ونوعاً المتوقعة خلال الفترة القادمة في جميع مجالات الحياة أصبحت مرتبطة بشكل وثيق
بتقدم علم الإلكترونيات - كل يوم تطور جديد في عالم الإلكترونيات وعلى سبيل المثال
نجح فريق من العلماء الأمريكيين من "معامل بيل" في تطوير أصغر ترانزيستور في العالم
يسمح تصميمه الجديد بالاستمرار في تصغير شرائح السيلكون وقد يتمكنون من مضاعفة سرعة
العمليات لبعض الشرائح.
- ويبلغ مقاس الترانزيستور اللجديد 50 نانومتر ،
أي ما يقل بألفي مرة عن سمك شعرة واحدة في رأس الإنسان. ويعرف القزم الجديد في عالم
الإلكترونيات باسم الترانزيستور الرأسي لأن جميع مكوناته بنيت بدقة بعضها فوق بعض .
ويقول أحد الباحثين إن الترانزيستور الرأسي قد يتخطى الترانزيستور التقليدي الذي
يتوقع خبراء صناعيون أنه سيصل إلى طريق مسدود في غضون عشر سنوات يذكر أن
الترانزيستور التقليدي اكتشفه ثلاثة علماء من نفس المعمل عام 1947
.
-
بني أول حاسب إلكتروني في العالم 1940 وبلغ
وزنه 27 طناً وضم في جوفه عشرات الآلاف من الصمامات وعدة كيلومترات من أسلاك النحاس
وبلغت تكاليفه ملايين الدولاراتبعد ذلك
وباستخدام أنصاف النواقل تم اختراع الترانزستور الأمر الذي أدى إلى ثورة في علم
الإلكترونيات وتوالت الاختراعات فتم صنع أنواع مختلفة من الترانزستورات ثم ظهرت
ثورة جديدة في علم الإلكترونيات وهي الدوائر المتكاملة حيث استطاع مجموعة من
العلماء بترتيب مجموعة من العناصر الإلكترونية على شريحة صغيرة من أنصاف النواقل
وكانت هذه بداية التطور الهائل الذي نراه اليوم في كل الأجهزة الإلكترونية الأمر
الذي أدى إلى إنتاج صناعات ضخمة جداً , وتتوالى الاختراعات في علم الإلكترونيات وما
زال علم الإلكترونيات يفاجئ العام كل يوم بخبر هائل جديد
ثانيا: نشأة
عـلم
الإلكترونيات
مفهـــوم الإلكـترونيات
؟هي العلم والتقنية المختصان بدراسة
انتقال الدقائق المشحونة في مادة شبه موصلة أو الغازات أو الفراغ
.
وجميع الأجهزة الإلكترونية تعتمد في
عملها على تيارات كهربائية متذبذبة .
وتنتج
التيارات المتذبذبة بإحدى طريقتين
1 – من الصمامات المفرغة 2 – من
الترانزيستورات
الترانزيستورات
:-
وتعتمد في عملها على ظاهرة الانبعاث
الأيوني الحراري أو الانبعاث الثرمو أيوني
تعريف
ظاهرة الانبعاث الثرموأيوني :- هي ظاهرة
انبعاث الإلكترونات من سطح معدن معين عند رفع درجة
حرارته.
تفسير ظاهرة الانبعاث
الثرموأيوني :- ترتبط الإلكترونات الحرة
الموجودة بالقرب من سطح المعدن بالنواة بطاقة معينة سببها قوة التجاذب بين
الإلكترونات السالبة والنواة الموجبة.
ولكي
يترك الإلكترون سطح المعدن لا بد له من الحصول على طاقة تكفي للتغلب على قوة
التجاذب بينه وبين النواة . وتسمي تلك الطاقة باسم دالة الشغل
.
دالة الشغل :- هي
الطاقة التي يستهلكها الإلكترون للقيام بشغل للهروب من سطح
المعدن.
وتتناسب الطاقة الحركية للإلكترون
تناسبا طرديا مع درجة الحرارة. ولذلك فإن الانبعاث الثرموأيوني يحدث إذا ارتفعت
درجة حرارة المعدن إلى درجة الاحمرار.
وتنقسم
الصمامات المفرغة إلى نوعين هما :- أ) صمام ثنائي ب) صمام
ثلاثي
أولا:-الصمام
الثنائي :ويسمي بذلك الاسم لأنه يتكون من
جزأين أساسين هماالمصعد والمهبط
مصعد
مهبط
تسخين غير مباشر
باستخدام فتيلة
تسخين
مباشر
فتيلة
باستخدام فتيلة
تسخين
مباشر
فتيلة
ويوجد
المصعد والمهبط داخل فقاعة زجاجية مفرغة من الهواء
.
1 – المصعد :- وهو لوح معدني الغرض منه
تجميع الإلكترونات المنبعثة من المهبط
2 –
المهبط :- ويسمى الفتيلة والغرض منه الحصول على الإلكترونات . وفي التطبيقات
العملية يكون جهده في حدود 5 فولت .
كيف
تنبعث الإلكترونات من المهبط؟ يتم رفع درجة
حرارة المهبط بطريقة معينة فتتحرر إلكترونات من مادة
المهبط.
كيف يعمل الصمام
الثنائي؟
عند تسخين المهبط تنبعث منه
الإلكترونات ونظرا لأن الصمام مفرغ من الهواء فإن الإلكترونات تتحرك بحرية داخله
ونظرا لوجود فرق في الجهد بين المصعد والمهبط فإن الإلكترونات المنطلقة من المهبط
تنجذب نحو المصعد.
فيما يستخدم الصمام الثنائي
؟ يستخدم الصمام الثنائي في عمليات تقويم
التيار حيث يسمح للتيار بالمرور في اتجاه واحد فقط . ولذلك يسمى
صماما.
طرق توصيل الصمام الثنائي في
الدوائر الإلكترونية:-
1 –
التوصيل الأمامي :- وفيه يوصل المهبط بالقطب السالب لمصدر التيار ويوصل المصعد
بموجب التيار فتنطلق الإلكترونات من المهبط وتتجه إلى المصعد ويمر التيار
.
توصيل أمامي ( يمر
التيار)
توصيل خلفي ( لا يمر
التيار)
التيار)
توصيل خلفي ( لا يمر
التيار)
2 –
التوصيل الخلفي :- وفيه يوصل المهبط بالقطب الموجب لمصدر التيار ويوصل المصعد
بالقطب السالب لمصدر التيار فتتنافر الإلكترونات مع إلكترونات المصعد ولا يمر
التيار .
نلاحظ مما سبق أن الصمام يسمح
بمرور التيار في حالة واحدة فقط وهي أن يكون جهد المصعد موجبا أو في حالة التوصيل
الأمامي فقط.
ما هى استخدامات الصمام
الثنائي؟
1 – تقويم التيار
المتناوب
2 – الكشف عن الموجات الحاملة
عالية التردد ( أو فصل الموجة الحاملة عن
الموجة المحمولة)
3 – رفع الجهد
الكهربي
+
كيف
يستخدم الصمام الثنائي في عملية تقويم التيار المتناوب ( المتردد)
؟
-
يكون
التيار المتناوب بهذا الشكل
المقصود
بتقويم التيار المتناوب هو جعل التيار يمر في اتجاه واحد فقط
( إما موجب أو سالب)
وهناك
نوعين من التقويم هما :-
الشبكة
المهبط
المصعد
المهبط
المصعد
تيار متردد قبل التقويم
تقويم نصف
موجي
تقويم موجي كامل
1 –
التقويم النصف موجي : ويتم ذلك باستخدام صمام واحد فقط حيث يسمح للتيار بالمرور في
الجزء الموجب فقط
2 –
التقويم الموجي الكامل : ويتم باستخدام صمامين معا حيث يقوم كل صمام بتقويم نصف
موجة
الصمام
الثلاثي:-
وهو صمام ثنائي أضيف له جزء ثالث
يسمى
الشبكة ولذلك يسمى صمام
ثلاثي
ووظيفة الشبكة هي التحكم في عدد
الإلكترونات التي تصل إلى المصعد.
فإذا كان جهد الشبكة موجبا زاد عدد الإلكترونات التي تصل
إلى المصعد
وإذا كان جهد الشبكة سالبا قل عدد
الإلكترونات التي تصل إلى المصعد
وإذا كان
جهد الشبكة صفرا لم يتغير عدد الإلكترونات التي تصل إلى
المصعد
ويتم التحكم في جهد الشبكة عن طريق
توصيلها بمصدر مناسب للجهد
وتكون
الشبكة أقرب للمهبط منها للمصعد مما يضعف تأثير المصعد على المهبط وتصبح الشبكة هي
المتحكمة في مرور الإلكترونات لذلك تسمى الشبكة الحاكمة
.
ومن أهم استخدامات الصمام الثلاثي تكبير ( أو تضخيم الجهد)
وتستخدم العلاقة التالية عن حساب الزيادة في الجهد أو معامل
التضخيم
التغير في جهد
المصعد
معامل التضخيم =
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
التغير
في جهد الشبكة
أشباه
الموصلات:
هي مواد غير موصله للتيار أو ضعيفة
التوصيل في الظروف العادية .
ويعتمد
توصيل المادة الجامدة للكهرباء على الكثافة الحجمية
للإلكترونات.
تعريف الكثافة الحجمية
للإلكترونات :
هو عدد الإلكترونات الحرة في المتر
المكعب من المادة.
وفي المواد الموصلة تصل الكثافة
الحجمية للإلكترونات 10 28 إلكترون / م3 وفي المواد العازلة تصل الكثافة الحجمية
للإلكترونات 10 7 إلكترون / م3 . وفي المواد شبه الموصلة تكون الكثافة الحجمية بين
هذين الرقمين.
ومن أشهر المواد شبه الموصلة
الجرمانيوم والسيليكون. حيث يحتوى مستوى الطاقة الأخير لها 4 إلكترونات لذلك تربط
كل ذرة مع أربع ذرات مجاورة لها لتكوين روابط تساهمية بين كل ذرتين للوصول إلى حالة
التركيب الثماني.
وتتميز أشباه الموصلات بأن
خفض درجة حرارتها يؤدي إلى جعلها غير موصلة للتيار وذلك لأن الإلكترونات تصبح أكثر
ترابطا بالنواة. وعند درجة الصفر المطلق يكون ارتباط الإلكترونات بالنواة أكبر
مايمكن وعند ازدياد درجة الحرارة تحصل بعض الإلكترونات على طاقة تكفي للتغلب على
طاقة الارتباط ويؤدى تحرر الإلكترون إلى تحركه حرا داخل النواة تاركا وراءه فراغا
يسمى فجوة.
ما أهمية الفجوة؟ تكمن أهمية الفجوة في أنه يمكن اعتبارها ناقلة للتيار مثل
الإلكترونات .
وتعمل كل فجوة على جذب إلكترون من ذرة
أخرى فيترك هذا الإلكترون فجوة جديدة أخرى وهكذا . ويمكن اعتبار الفجوة شحنة موجبة
تتحرك بعكس اتجاه حركة الإلكترون .
ولجعل
المواد شبه الموصلة موصلة يضاف إلى المادة شبه الموصلة مواد أخري تسمى
الشوائب.
فجــــوة
إلكترون
الشوائب هى مواد ثلاثية التكافؤ أو خماسية التكافؤ تضاف
إلى المواد شبه الموصلة لجعلها موصلة
للتيار.
وأشهر أنواع الشوائب الثلاثية
الألومنيوم
والبورون
الشوائب الخماسية الأنتيمون
والزرنيخ
وعند إضافة الشوائب إلى أشباه الموصلات
يتكون
نوعين من البلورات الموصلة هي :-
1 – بلورة موصلة موجبة
وتتكون إذا أضفنا شائبة ثلاثية( تحوى ثلاث إلكترونات في المستوى الخارجي) إلى
المادة شبه الموصلة فتتكون ثلاث روابط تساهمية وتظل الرابطة الرابعة غير مكتملة حيث
تظل فجوة موجبة تجذب إليها الإلكترونات الحرة . ومن أمثلتها إضافة شائبة من
الألومنيوم أو البورون إلى عنصر الجرمانيوم أو السيليكون . ويرمز لهذا النوع من
البلورات بالرمز ( م P) وفي هذا النوع تعتبر الفجوات هي حاملات
التيار.
2 – بلورة موصلة سالبة
وتتكون إذا أضفنا شائبة خماسية ( تحوى خمس إلكترونات في المستوى الخارجي) إلى
المادة شبه الموصلة وتتكون في هذه الحالة أربع روابط تساهمية ويبقى الإلكترون
الخامس إلكترونا زائدا ويكون هذا الإلكترون حرا
تحياتي احلى البنات
وتتكون إذا أضفنا شائبة خماسية ( تحوى خمس إلكترونات في المستوى الخارجي) إلى
المادة شبه الموصلة وتتكون في هذه الحالة أربع روابط تساهمية ويبقى الإلكترون
الخامس إلكترونا زائدا ويكون هذا الإلكترون حرا
تحياتي احلى البنات
شكرا ع الموضوع تحياتي