Elektronik Nedir Kısaca Açıklaması

elektronik, elektronların katilar, sıvılar ve gazlar içindeki ya da boşluktaki akışlarını inceleyen bilim dalı. 18. yüzyıl sonlarındaki bazı gözlemlerin sonucunda ortaya çıkan elektronik, 20. yüzyılda bir mühendislik dalı durumuna gelmiştir. Çok hızlı ve çarpı­cı bir gelişme çizgisi izleyen elektroniğin uygulamalarını yaşamın her alanında gör­mek olanaklıdır.

TARİHİ. Elektroniğin başlangıcı 1880’lerde bulunan Edison etkisine (termoiyonik sa­lım) bağlanabilir. İlk kez ABD’li mucit Thomas A. Edison tarafından gözlenen bu olay, bir akkor lambada, akkor durumdaki filaman ile bunun karşısına yerleştirilmiş bir levha arasında elektrik akımı oluşması olgu­suydu. Aynı yıllarda elektronu bulmuş olan İngiliz fizikçi J. J. Thomson, Edison etkisi­nin akkor (¡lamandan salınan elektronlar­dan ileri geldiğini belirledi. Thomson, katot ışmlarının(*) da elektronların vakumda (boşlukta) akışı olduğunu gösterdi. Bir başka İngiliz fizikçi, J. A. Fleming, Edison etkisinden yararlanarak akımı yalnızca bir yönde geçiren elektron lambasını (diyot) gerçekleştirdi. 1907’de ABD’li mühendis Lee De Forest, diyota elektron akışını denetleyen üçüncü bir elektrot ekleyerek triyot lambayı yaptı. Sonraki yıllarda birçok yeni lamba türü geliştirildi. Rus asıllı ABD’li mühendis Vladimir Zvvorykin’in görüntüleri elektrik işaretlerine dönüştüren ikonoskop lambasını 1923’te bulması, tele­vizyonun gelişmesinde temel önemde bir adım oldu.

1948’de ABD’li bilim adamları J. Barde- en, W. B. Shockley ve W. H. Brattain transistoru buldular. Elektron lambalarının hemen bütün işlevlerini yerine getirebildiği halde, lambalara oranla çok daha küçük boyutlu ve ucuz olan transistorlar sayesinde elektronik aygıtlarda minyatürleşme döne­mi başladı. Transistorlar, bilgisayarın geliş­mesini de olanaklı kıldı. 1958’de ilk tümle­şik devre gerçekleştirildi. 1970’lerin sonla­rında yüz binlerce devre elemanının çok küçük boyutlu tek bir yonga üzerine yerleş­tirildiği tümleşik devreler yapılabiliyordu. 1971’de gerçekleştirilen ilk mikroişlemci(*), bilgisayar alanında büyük bir gelişmenin simgesiydi.

elektron LAMBALARI. Elektron lamba­lar^*) cam ya da metal bir kap içinde bir elektron akışı oluşturup bunu denetleyerek belirli bir işlevi yerine getiren aygıtlardır. Bu işlev, örneğin, zayıf bir radyo ya da ses sinyalinin yükseltilmesi, ses frekanslı ya da radyo frekanslı elektrik titreşimlerinin üre­tilmesi, X ışınları elde edilmesi olabilir. Diyot(*) elektrik akımını yalnızca bir yönde geçirdiğinden alternatif akımların doğru akıma çevrilmesinde (doğrultma) ya da radyo frekanslı taşıyıcı dalgadan bilginin (örn. ses sinyalinin) ayrılması amacıyla (deteksiyon) kullanılır. Lamba içinde elek­tron akışını denetlemek amacıyla bir kon­trol elektrotu (ızgara) yerleştirilerek üç elektrotlu lamba (triyot) yapılır. Triyot- lar(*) özellikle yükselteç ve titreşim üreteci (osilatör) olarak kullanılır. Izgara sayısı ikiye ya da üçe çıkarılarak tetrot)*) ve pentotlar)*) elde edilir. Mikrodalga fre­kanslarında (1.000 MHz’in üstündeki fre­kanslar) yüksek güçler elde edilmesinde klistron)*) ve magnetronlar(*) kullanılır.

Gazlı lambalar arasında doğrultucu ve geri­lim regülatörü olarak kullanılan gazlı diyot – lar ile yüksek güçlü doğrultucu olarak kullanılan tiratronlar)*) anılabilir. Katot ışınlı lambalar, ısıtılan katottan salman elektron demetinin elektrik ya da magnetik alanların etkisiyle odaklanıp saptırılarak ışıldayan bir ekran üzerine düşürülmesi ilkesine göre çalışır. Bunlar televizyonda ve katot ışınlı osiloskoplarda görüntü lambası olarak kullanılır-. Fotoelektrik tüplerde, üzerine ışık düştüğünde elektron salan bir katot bulunur. Bu elektronlar, katotuıı karşısına yerleştirilmiş artı yüklü bir anot tarafından çekilir. Fotosel)*) olarak da bilinen bu tüpler ışığın sezilmesine dayanan uygulamalarda (örn. televizyon kamerası, hırsız alarmları) ve ışık şiddetinin ölçülme­sinde kullanılır. Birden çok anotu olan ve ikincil salım(*) olayından yararlanan foto- çoğaltıcı lamba(*) katotta oluşan elektron demetini milyonlarca kez çoğaltarak çok zayıf ışık ışınlarının sezilebilmesini olanaklı kılar.

YARIİLETKEN AYGITLAR. Transistorlar. Yarıiletkenleri*), elektriksel iletkenlikleri, iletkenler ile yalıtkanlar arasında bulunan kristal yapılı katilardır. Silisyum ve german­yum kristalleri, içlerinde çok az (örn. 1/ lCP’den daha az oranda) yabancı atom bulunması durumunda çok düşük iletkenlik gösterir. Böyle bir kristale çok küçük oran­da (örn. 1/106 oranında) yabancı atom katkılanırsa, iletkenlik büyük oranda artar. Silisyum atomlarının en dış kabuklarında 4 elektron bulunur; bunlar atomlara bağlı olduğundan serbestçe hareket edemez; bu nedenle silisyumun iletkenliği çok düşüktür. Bu yapıya, dış kabuğunda 5 elektron bulu­nan fosfor katkılanırsa, bunların 4’ü komşu silisyum atomlarıyla bağ oluştururken 5’inci elektron serbest kahr. Silisyuma, alümin­yum gibi 3 değerlikli bir element katkılanır- sa, bu kez de bir elektronluk bir eksiklik ortaya çıkar; delik adı verilen bu elektron eksikliği, madde içinde serbestçe hareket eden bir artı yük gibi davranır ve elektrik iletimini sağlar. 5 değerlikli katkılamayla elde edilen yarıiletkene n türü yarıiletken denir; bu türde elektrik akımı elektronlar tarafından taşınır. 3 değerlikli katkılamayla elde edilen yarıiletken ise p türü yarıiletken olarak adlandırılır; bu türde akım, artı yüklü delikler tarafından taşınır.

Bu iki türden yaniletken birbirine bitiştirilirse, arada, “p-n bitişimi” olarak adlandırılan bir bölge oluşur. Böyle bir bitişimde, n bölgesi­ne artı, p bölgesine de eksi gerilim uygula­nırsa, iki bölgedeki yük taşıyıcılar da biti­şimden uzaklaşacak yönde hareket eder ve devreden akım akmaz. Uygulanan gerilimin yönü değiştirilirse, bu kez yük taşıyıcılar bitişime doğru hareket eder ve devreden akım akar. Demek ki, p-n bitişimi, akımı yalnızca bir yönde geçirme özelliğine sahip­tir; bir başka deyişle, bir yarıiletken diyot elde edilmiş olur. Yarıiletkenlerde akımın iletilmesi mekanizması daha tam anlaşılmaz­dan önce de yaniletken diyotlar kullanılı­yordu. Örneğin bakır oksitli ve selenyumlu doğrultucular 1930’lardan beri biliniyordu.

İki n türü katman arasına çok ince bir p türü katman yerleştirilerek n-p-n türü tran­sistor oluşturulur. Elektronlar birinci kat­mandan (yayıcı, emetör) orta katmana (ta­ban) oradan da üçüncü katmana (toplayıcı, kolektör) geçerken, tabandaki elektrik yü­künün etkisinde kalırlar. Örneğin tabandaki eksi yük artırılırsa elektronların geçişi zorla­şır. Böylece, tabana uygulanan zayıf bir sinyal, toplayıcı akımına çok büyütülmüş olarak yansır. Aynı’ transistor etkisi iki p türü katman arasına bir n türü katman yerleştirilerek de elde edilebilir (p-n-p- transistor). 1948’de gerçekleştirilen ilk tran­sistor “nokta değimli” adı verilen türdendi, ama kısa sürede bunların yerini bitişimli transistorlar aldı.

Transistorlar elektron lambalarının hemen bütün işlevlerini yerine getirebilir; üstelik bunların lambalara oran­la önemli üstünlükleri vardır: Transistor çok daha küçük boyutludur, çok daha ucuzdur, ısı kayıpları çok düşük olduğun­dan küçük bir hacme çok sayıda yerleştirile­bilir, ömrü çok daha uzundur. Bütün bu üstünlükleri, transistorların kısa sürede lam­baların yerini almasını sağladı. Transistorla­rın elektronik devrelerindeki temel işlevleri arasında yükselteç (zayıf sinyallerin güçlen­dirilmesi), osilatör (elektriksel titreşimlerin elde edilmesi) ve anahtarlama elemanı (sa­yısal devrelerde geçit, sayıcı, darbe yüksel­teci vb) olarak kullanılması sayılabilir. Gü­nümüzde, yapım teknikleri ve çalışma ilke­leri bakımından çok çeşitli transistor türleri geliştirilmiştir.

İki uçlu yaniletken aygıtlar da değişik işlevlere uygun olacak biçimde geliştirilmiş türlere ayrılır. Doğrultucu olarak kullanılan diyotların yanı sıra çığ etkisine(*) dayana­rak çalışan ve gerilim regülatörlerinde belir­li ve sabit gerilim elde etmek amacıyla kullanılan Zener diyotları; uygulanan gerili­me göre değeri değişen bir sığaç oluşturan ve bu nedenle rezonans devrelerinde ayar amacıyla kullanılan varaktor diyotlar; ultra yüksek frekanslarda (UHF) osilatör ve yükselteç olarak kullanılan tünel diyotları (Esaki diyotları); çalışması Gunn etkisi- ne(*) dayanan Gunn diyotları bunlar arasın­da sayılabilir.

Işık yayan diyotlarda (LED) elektronların p-n bitişimini aşarken kazan­dıkları enerji,bunlarp türü katmanda delik­lerle birleşirken ışık enerjisine dönüşür. Yarıiletken malzeme olarak genellikle gal­yum arsenürün kullanıldığı ışık yayan diyot­lar, elektronik hesap makinelerinde ve baş­ka elektronik aygıtlardaki sayısal gösterge­lerde yaygın olarak kullanılır. Işığa duyarlı fotodiyot ve fototransistorlar ise ışığın sezil­mesi ve ölçülmesinde yararlanılan aygıtlar­dır. Işık yayan diyot ve fotodiyot çiftleri, optik lifler aracılığıyla haberleşmede ve optoelektronik denetim sistemlerinde yay­gın olarak kullanılır. 4 katmanlı (3 bitişimli) transistorlara tiristor(*) denir. Değişik tiris- tor türleri arasında en yaygın olarak kulla­nılanlar, denetlenebilir silisyum doğrultucu­lar (SCR), diyaklar ve triyaklardır. Denetle­nebilir silisyum doğrultucular elektrik, mo­torlarının kontrolunda; alarm, koruma, za­manlama, uzaktan kumanda ve ışık kontro­lü devrelerinde ve güç elektroniğinde çok yaygın kullanım alanı olan aygıtlardır.

Tümleşik devreler. Tümleşik devreler(*) çok sayıda devre elemanının (transistor, diyot, direnç, sığaç) ve bunlar arasındaki bağlantıların, taban görevi yapan bir kat­man (yonga, çip) üzerinde ve tek bir birim halinde oluşturulması yoluyla elde edilir. Devreyi oluşturan elemanlar mikroskopik boyutlarda olduğundan, bu devreler mikro- devre olarak da adlandırılır. Tümleşik dev­reler, ayrık devre elemanlarıyla oluşturulan devrelere oranla çok büyük üstünlükler gösterir. Bunlar arasında, boyutların küçül­mesi, düşük enerji kaybı, çalışma hızının yüksekliği, yüksek güvenilirlik ve maliyette çok büyük oranlarda düşme sayılabilir.

Bilgisayarlardaki karmaşık sayısal (dijital) devreler, çok sayıda devre elemanının kul­lanılmasını gerektirir; tümleşik devrelerden yararlanılmaksam bu tür karmaşık devrele­ri pratik olarak gerçekleştirmek olanaklı değildir. Uçaklar ve uzay araçlarındaki elektronik devreler, elektronik hesap maki­neleri, sayısal kol saatleri ve daha birçok uygulama alanı için de aynı durum geçer- lidir.

1958’de gerçekleştirilen ilk tümleşik devre, bir transistor ile birkaç direnç ve sığaçtan oluşuyordu. O zamandan günümüze, tüm­leşik devre teknolojisinde çok büyük geliş­meler gerçekleştirildi. Bir yonga üzerine yerleştirilebilen transistor katlarının sayısı giderek arttı ve günümüzde milyonlar düze­yine erişti. Bu gelişmeler sonucunda, örne­ğin, bir bilgisayarın tüm ana işlem birimi­nin)*) bir yonga üstüne yerleştirilmesi ola­naklı duruma geldi.

Tümleşik devreler, çalışma biçimine göre iki ana türe ayrılır: sayısal devreler ve örneksel devreler. Sayısal devreler, kendi aralarında uyumlu çalışan, örneğin aynı kaynak gerilimiyle beslenen, giriş ve çıkışla­rındaki sinyal düzeyleri aynı olan, bu ne­denle de birbirlerine doğrudan bağlanabilen tümleşik devrelerin oluşturduğu ailelere ayrılır. Sayısal devreler, bir yonga üzerinde birkaç geçit içeren basit devrelerden, çok karmaşık mikroişlemci devrelerine kadar uzanan geniş bir yelpaze oluşturur. Sayısal tümleşik devrelerde metal-oksit-yarıiletken (MOS) tekniğiyle gerçekleştirilen alan etkili transistorlar (FET) kullanılması büyük yay­gınlık kazanmıştır. Örneksel tümleşik dev­reler, yükselteçler (özellikle işlem yüksel­teçleri), gerilim regülatörleri ve benzeri devreleri içerir.

Öteki yaniletken aygıtlar. Yaniletkenler ile metaller arasında uygun biçimde bağlantı sağlanarak oluşturulan varistorlar, uçların­daki gerilim ile içlerinden geçen akım arasında doğrusal olmayan bir ilişki bulu­nan, bir başka deyişle Ohm yasasına uyma­yan dirençlerdir. Termistorlar, direnç de­ğerleri sıcaklığa büyük ölçüde bağlı direnç­lerdir ve elektronik devrelerde yaygın bi­çimde kullanılır. Fotoiletken ve fotovoltaik aygıtlar ışık etkisiyle direnci değişen ya da gerilim üreten aygıtlardır.

Güneş enerjisini yüzde 10’dan daha büyük bir verimle elek­trik enerjisine dönüştüren silisyumlu güneş pilleri bu aygıtların en önemlilerinden biri­dir. Ferritler)*) sert, kırılgan, seramik ben­zeri malzemelerdir. Temel olarak başka bir metalle kimyasal olarak birleştirilmiş demir oksitten oluşur. En önemli özelliği yüksek magnetik geçirgenlik ve yüksek elektriksel direnç olan ferritler radyo, televizyon ve kuranportör devrelerinde bobin çekirdeği olarak kullanılır, bobinlerin (özellikle çer­çeve antenlerin) ve transformatörlerin çok küçük boyutlara indirgenmesini olanaklı kılar. Magnezyum-manganez-çinkolu ve lit- yum-nikelli ferritler bilgisayarlarda magne­tik çekirdek belleklerin yapımında kullanı­lır. Başka ferrit türleri arasında mikrodalga ferritleri, sabit mıknatıs olarak kullanılan baryumlu ferritler ve bilgisayarların magne­tik kabarcıklı belleklerinde kullanılan tek kristalli ferritler anılabilir. Ayrıca bak. bil­gisayar belleği; radyo; sayısal bilgisayar; televizyon.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir