الکترونیک چیست؟

در این مطلب به تعریف الکترونیک و بررسی تفاوت‌های بین الکترونیک و برق پرداخته می‌شود. ابتدا با هم به این پرسش که الکترونیک چیست؟ پاسخ دهیم:

کنترل جریان الکترون‌ها توسط دستگاه‌هایی (اجزای الکترونیکی) که مقاومت، حمل، انتخاب، هدایت، سوئیچ، ذخیره، دست‌کاری و بهره‌برداری از الکترون را انجام می‌دهند، صورت می‌گیرد.

حال با ما همراه باشید تا به بررسی 0 تا 100 الکترونیک بپردازیم.

تفاوت بین تعریف الکترونیک و برق

این دو اصطلاح، کلمات مشابهی هستند که در بسیاری از موارد موجب سردرگمی می‌شوند و به جای یکدیگر به کار برده می‌شوند، ولی در واقعیت تفاوت زیادی با هم دارند. در ادامه این مطلب تفاوت بین تعریف الکترونیک و برق را برای شما بیان کردیم:

• الکترونیک با جریان بار (الکترون) از طریق نیمه هادی ها یا رساناهای غیرفلزی (نیمه‌رساناها) سروکار دارد.
• برق با جریان بار از طریق هادی ها یا رساناهای فلزی سروکار دارد.
• به‌عنوان‌مثال: جریان بار از طریق سیلیکون که فلز نیست شامل مبحث الکترونیک می‌شود درحالی‌که جریان بار از طریق مس که یک فلز است در مبحث برق قرار می‌گیرد.

تاریخچه الکترونیک

دیود خلأ اولین قطعه الکترونیکی بود که توسط J.A فلمینگ اختراع شد. بعداً، لی دی فارست، ترایود را اختراع کرد؛ ترایود (Triode) یک لوله خلأ تقویت‌کننده ولتاژ است که شامل ۳ الکترود می‌باشد. لوله‌های خلأ کاربرد مهمی در مواردی از جمله مایکروویو، انتقال توان بالا و همچنین، گیرنده‌های تلویزیون ایفا می‌کنند.

شاید برای شما مفید باشد: آموزش الکترونیک از 0 تا  100

در سال 1947، اولین ترانزیستور در آزمایشگاه‌های بل بر اساس تحقیقات شاکلی، باردین و براتین ساخته شد. بااین‌حال، رادیوهای ترانزیستوری تا اواخر دهه 1950 به دلیل وجود لوله‌های خلأ توسعه‌نیافته بودند. در سال 1959، جک کیلبی از تگزاس ابزار، اولین مدار مجتمع یا آی سی (Integrated circuit یا به اختصار IC) را ایجاد کرد. مدارهای مجتمع شامل تعداد زیادی دستگاه نیمه‌رسانا مانند دیودها و ترانزیستورها در مقیاس بسیار کوچک هستند.

دوران لوله خلأ

مطالعات تئوری و تجربی الکتریسیته در طول قرن‌های 18 و 19 منجر به اختراع اولین ماشین‌های الکتریکی و آغاز استفاده گسترده از برق شد. تاریخ الکترونیک جدا از تاریخ الکتریسیته، در اواخر قرن نوزدهم با شناسایی الکترون توسط فیزیکدان انگلیسی جوزف جان تامسون و اندازه‌گیری بار الکتریکی آن توسط فیزیکدان آمریکایی رابرت A. Millikan در سال 1909، شروع به تکامل و توسعه کرد.

در زمان تامسون، مخترع آمریکایی توماس ادیسون در برخی از لامپ‌های خود در شرایط خاصی، نور آبی‌رنگ مشاهده کرد. همچنین، او متوجه شد که اگر پرتو دوم (آند) باتوجه‌به پرتو اول (کاتد) به طور مثبت شارژ شود، در لامپ، جریان از یک الکترود به الکترود دیگر منتقل می‌شود.

کار تامسون و شاگردانش و مهندس انگلیسی جان امبروز فلمینگ نشان داد که این پدیده که به‌اصطلاح، اثر ادیسون نام دارد، نتیجه گسیل الکترون از کاتد است. حرکت الکترون‌ها به سمت آند، یک صفحه فلزی و جریان الکتریکی ایجاد می‌کند که اگر آند دارای بار منفی باشد، ایجاد نخواهد شد.

این اختراع، انگیزه‌ای برای توسعه لوله‌های الکترونی فراهم کرد. در این راستا، مهندس آمریکایی ویلیام دی یک لوله اشعه ایکس ایجاد کرد. همچنین، کولیج و ترمیونیک فلمینگ یک لوله خلأ دو الکترودی برای استفاده در گیرنده‌های رادیویی ایجاد کردند.

تشخیص یک سیگنال رادیویی که شامل یک جریان متناوب با فرکانس بالا است، مستلزم آن است که سیگنال اصلاح شود. به‌عنوان‌مثال، جریان متناوب باید زمانی توسط دستگاه به جریان مستقیم (DC) تبدیل شود که سیگنال فقط یک قطبیت داشته باشد، نه زمانی که قطب دیگر نیز وجود داشته باشد (دقیقاً مطابق کاری که دریچه فلمینگ (در سال 1904) انجام داد).

پیش‌ازاین، سیگنال‌های رادیویی توسط دستگاه‌های مختلف توسعه‌یافته تجربی مانند تشخیص‌دهنده «cat whisker» که از یک whisker در تماس با سطح بلور طبیعی سولفید سرب (گالن) تشکیل شده بود، شناسایی می‌شد. مواد نیمه‌هادی (نیمه‌رسانا) این دستگاه‌ها غیرقابل‌اعتماد بودند و همچنین، حساسیت کافی را نیز نداشتند.

به‌علاوه، آن‌ها نیاز به تنظیم مداوم تماس whisker به کریستال داشتند تا نتیجه مطلوب ایجاد شود. بااین‌حال، اینها پیش‌گامان دستگاه‌های حالت جامد امروزی هستند. این واقعیت که یکسوکننده‌های کریستالی قادر به کارکردن بودند، دانشمندان را تشویق کرد که به مطالعه آنها ادامه دهند و به‌تدریج درک اساسی از خواص الکتریکی مواد نیمه‌رسانا جهت اختراع ترانزیستور به دست آورند.

در سال 1906، لی دی فارست، مهندس آمریکایی، نوعی لوله خلأ ایجاد کرد که قادر به تقویت سیگنال‌های رادیویی بود. دی فارست به شیر ترمیونیک دو الکترودی ساخته شده توسط فلمینگ، یک شبکه سیم ظریف بین کاتد و آند اضافه کرد. دستگاه جدیدی که دی فارست آن را آئودیون نامید (در سال 1907 ثبت اختراع شد)، در واقع یک لوله خلأ سه الکترودی بود.

در واقعیت، آند در چنین دستگاهی دارای یک پتانسیل مثبت (با بایاس مثبت) نسبت به کاتد است، درحالی‌که شبکه دارای بایاس منفی است. یک بایاس منفی بزرگ در شبکه از رسیدن هر الکترون ساطع شده از کاتد به آند جلوگیری می‌کند. بااین‌حال، ازآنجایی‌که فضای شبکه تا حد زیادی باز است، بایاس منفی کمتر به برخی از الکترون‌ها اجازه می‌دهد که از آن عبور کنند و به آند برسند؛ بنابراین تغییرات کوچک در پتانسیل شبکه می‌تواند مقادیر زیادی از جریان آند را کنترل کند.

انیاک (ENIAC) اولین کامپیوتر دنیا

لوله خلأ امکان ایجاد رادیو، تلفن از راه دور، تلویزیون و اولین کامپیوترهای دیجیتال الکترونیکی را فراهم کرد. این کامپیوترهای الکترونیکی اولیه در واقع بزرگ‌ترین سیستم‌های لوله خلأ ساخته شده بودند. شاید شناخته‌شده‌ترین آن‌ها ENIAC (مخفف Electronic Numerical Integrator and Computer) باشد که در سال 1946 تکمیل شد و به طور رسمی آغاز به کار کرد.

لوله‌های خلأ به دلیل اینکه در موارد گوناگونی کاربرد داشتند، پیشرفت‌های زیادی کردند. از جمله این پیشرفت‌ها عبارت‌اند از:

• آنها قادر هستند که توان بسیار زیادی را اداره کنند،
• در فرکانس‌های بسیار بالا کار کنند،
• قابلیت اطمینان بالاتر از حد متوسط را داشته باشند،
• بسیار فشرده شوند.

لوله اشعه کاتدی که برای نشان‌دادن شکل موج‌های الکتریکی روی صفحه‌نمایش برای اندازه‌گیری‌های مهندسی ساخته شده بود، به لوله تصویر تلویزیون تبدیل شد. چنین لوله‌هایی با تشکیل الکترون‌های ساطع شده از کاتد مانند یک پرتو نازک عمل می‌کنند که به صفحه فلورسنت در انتهای لوله برخورد می‌کند. همچنین، صفحه‌نمایش، نوری را ساطع می‌کند که از بیرون لوله قابل‌مشاهده است. انحراف پرتو الکترونی باعث می‌شود که الگوهای نور بر روی صفحه‌نمایش نشان‌داده‌شده و تصاویر نوری موردنظر تشکیل شوند.

با وجود موفقیت چشمگیر دستگاه‌های حالت جامد در کاربردهای الکترونیکی، عملکردهای تخصصی خاصی وجود دارد که فقط لوله‌های خلأ می‌توانند آنها را انجام دهند. این موارد معمولاً شامل عملیات در حداکثر توان یا فرکانس هستند.

لوله‌های خلأ شکننده هستند و در نهایت، در هنگام کار فرسوده می‌شوند. در زمان استفاده معمولی، خرابی لوله‌های خلأ به دو دلیل زیر رخ می‌دهد:

• دلیل اول این است که ایجاد اثرات گرمایش و سرمایش مکرر هنگام روشن و خاموش‌شدن تجهیزات (خستگی حرارتی) باعث شکستگی فیزیکی در بخشی از ساختارهای داخلی لوله می‌شود،
• دلیل دوم نیز شامل تخریب خواص کاتد توسط گازهای باقیمانده در لوله است.

لوله‌های خلأ نیز به‌منظور رسیدن به دمای عملیاتی، به مقداری زمان (از چند ثانیه تا چند دقیقه) برای “گرم‌شدن” نیاز دارند که در بهترین حالت این یک مشکل کوچک و در برخی موارد حتی محدودیتی جدی برای استفاده از آنها به شمار می‌رود. این محدودیت‌ها و مشکلات باعث ایجاد انگیزه‌ای در دانشمندان آزمایشگاه بل شد تا به دنبال جایگزینی برای لوله‌های خلأ باشند که در نهایت، این امر منجر به ایجاد ترانزیستور شد.

مدارهای مجتمع

تا سال 1960، ترانزیستورها به‌سرعت، جایگزین لوله‌های خلأ شدند، زیرا ترانزیستورها دارای قیمت ارزان‌تری بودند، در حین کار نمی‌سوختند و دارای وزن سبک‌تر و همچنین، قابل‌اعتمادتر بودند. به‌طورکلی در هر کامپیوتر از صدها هزار ترانزیستور استفاده می‌شد. نیاز به سیستم‌های هدایت الکترونیکی فشرده و سبک‌وزن، منجر به اختراع مدار مجتمع (IC) در سال 1958 توسط جک کیلبی از تگزاس اینسترومنتز آمریکا (Texas Instruments Incorporated) شد.

کیلبی (Kilby) اغلب با توسعه مفهوم یکپارچه‌سازی دستگاه و عناصر مدار بر روی تک تراشه سیلیکونی شناخته می‌شود، درحالی‌که نویس (Noyce) به ایجاد روش ادغام عناصر جداگانه معروف است. همچنین، رابرت نویس در کنار جک کیلبی از مخترعان مدار مجتمع شناخته می‌شود.

در اواخر سال 1971، اولین ریزپردازنده معرفی شد. این دستگاه شامل تمام مدارهای محاسباتی، منطقی و کنترلی موردنیاز برای انجام عملکردهای واحد پردازش مرکزی کامپیوتر (CPU) بود. این نوع آی سی در مقیاس بزرگ توسط تیمی در شرکت اینتل، همان شرکتی که آی سی حافظه را نیز در سال 1971 معرفی کرد، توسعه یافت. در نتیجه، هم اکنون مرحله کامپیوتری کردن تجهیزات الکترونیکی کوچک آماده شده است.

ریزپردازنده

زمانی که ریزپردازنده ایجاد شد، کامپیوترها تجهیزاتی بودند که برای محاسبات پردازش داده‌ها و همچنین، محاسبات علمی مورداستفاده قرار می‌گرفتند. اندازه آنها از کوچک (مینی‌کامپیوترها) تا بسیار بزرگ (سیستم‌های مرکزی) متغیر بود. ریزپردازنده این امکان را برای مهندسان کامپیوتر فراهم می‌کرد تا میکروکامپیوترها را توسعه دهند.

(میکروکامپیوترها سیستم‌هایی کوچک‌ هستند که دارای قدرت محاسباتی کافی برای انجام بسیاری از کارهای تجاری، صنعتی و علمی می‌باشند.) چنین سیستم‌هایی با استفاده از اجزای استاندارد برنامه‌ریزی‌شده برای انجام یک کار خاص، امکان کنترل مجموعه‌ای از دستگاه‌های کوچک (به‌عنوان‌مثال، دستگاه‌های روباتیک دستی برای جوشکاری نقطه‌ای) را فراهم می‌کنند.

تقاضای زیاد برای ریزپردازنده‌ها منجر به تولید با حجم بالا و کاهش چشمگیر قیمت شد. این موضوع به نوبه خود کاربرد این دستگاه‌ها را گسترش داد؛ به‌عنوان‌مثال، در لوازم‌خانگی و اتومبیل که قبلاً در آنها کنترل‌های الکترونیکی استفاده می‌شد که بسیار گران‌قیمت هم بودند. پیشرفت‌های حاصل شده در فناوری IC باعث ایجاد یکپارچگی در مقیاس بسیار بزرگ (VLSI) شد که به طور قابل‌توجهی چگالی مدار ریزپردازنده‌ها را افزایش داد.

این پیشرفت‌های فناوری باعث کاهش هزینه‌های ناشی از بهبود روش‌های تولید شد. همچنین، تولید انبوه رایانه‌های شخصی را برای استفاده در ادارات، مدارس و خانه‌ها امکان‌پذیر کرد.

در اواسط دهه 1980، ریزپردازنده‌های ارزان‌قیمت، کامپیوتری شدند. از همین جهت، آن‌ها در طیف وسیعی از محصولات مصرفی کاربرد پیدا کردند؛ از جمله رایج‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• مایکروویو و ترموستات‌های قابل‌برنامه‌ریزی،
• ماشین‌های لباس‌شویی و خشک‌کن لباس،
• دستگاه‌های تلویزیونی تنظیم شونده و دوربین‌های خود تمرکز،
• نوار کاست و بازی‌های ویدئویی،
• تلفن و دستگاه‌های منشی تلفنی،
• آلات موسیقی،
• ساعت‌ها،
• سیستم‌های امنیتی.

 ازاین‌رو، میکروالکترونیک در تجارت، صنعت، دولت و سایر بخش‌ها نیز مطرح شد. به‌علاوه، استفاده از ریزپردازنده‌ها در دستگاه‌های خودپرداز (ATM) و حتی سیستم‌های مونتاژ خودکار کارخانه‌ها، رواج یافت.

تا اواسط سال 1986 آی‌سی‌های حافظه با ظرفیت 262144 بیت (رقم باینری) در دسترس بودند. در اوایل سال 1965، گوردون مور، از بنیان‌گذاران شرکت اینتل، قاعده‌ای را ارائه کرد که بیان می‌کند تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه با مساحت ثابت هر ۲ سال، به طور تقریبی دوبرابر می‌شود. این قانون به نام قانون مور (به انگلیسی: Moore’s Law)  نام‌گذاری شد.

به‌طورکلی از این قانون در پیش‌بینی تکنولوژی‌های لازم برای ساخت آی‌سی‌های آینده استفاده می‌شود (تصویر را مشاهده کنید).

تعریف مبانی پایه الکترونیک

۱. عناصر پسیو (Passive)

• قابلیت کنترل جریان الکتریکی توسط سیگنال الکتریکی دیگری را ندارند.
• برای کارکردن، نیاز به منبع خارجی ندارند. به‌عنوان‌مثال، یک مقاومت با هر ولتاژی کار خودش را انجام خواهد داد و مثل ترانزیستور نیاز به ولتاژ حداقلی (مثلاً ۰.۷) ندارد.
• گیرنده انرژی هستند.
• مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از: مقاومت، خازن، سلف و دیود.

۲. عناصر اکتیو (Active)

• جریان الکتریسیته را کنترل می‌کنند.
• برای کارکردن، نیاز به منبع خارجی دارند. به‌عنوان‌مثال، یک ترانزیستور نیاز به یک حداقل ولتاژی مثلاً ۰.۷ ولت دارد که بتواند کار کند.
• دهنده انرژی هستند.
• مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از: ترانزیستور‌ها، مدار‌های مجتمع (IC) ، یکسوکننده‌های باتری و LED.

*اختلاف‌نظر: برای دیود اختلاف‌نظر شدیدی وجود دارد که آیا اکتیو است یا پسیو. برخی از دانشمندان دیود را در دسته اکتیو و برخی دیگر آن را در دسته پسیو طبقه‌بندی می‌کنند.

۳. جریان مستقیم (DC)

• DC مخفف Direct Current
• یعنی عبور یک‌طرفه بار الکتریکی.
• به‌عبارت‌دیگر، در DC الکترون‌ها فقط در یک‌جهت جریان دارند.
• جهت جریان از منفی به مثبت است، اگرچه اغلب راحت‌تر است که جهت آن را از مثبت به منفی در نظر بگیریم.
• این جریان از منابعی مثل باتری، منابع تغذیه، سلول‌های خورشیدی یا دینام تأمین می‌شود.

۴. جریان متناوب (AC)

• AC مخفف Alternating current
• الکترون‌ها در هر دو جهت به‌صورت چرخه‌ای جریان دارند. (ابتدا به یک سمت، سپس به سمت دیگر در جریان هستند.)
• نرخ تغییر جهت فرکانس را بر حسب هرتز تعیین می‌کند.
• AC توسط دستگاهی که متناوب ساز نامیده می‌شود، قابل‌تولید می‌باشد.

۵. فرکانس

• واحد: هرتز
• نماد قدیمی:cps (cycles per second)
• یک ‌چرخه کامل زمانی تکمیل می‌شود که سیگنال AC از صفر ولت به یک ولت منتهی شود یا اینکه از صفر ولت به انتهای مخالف و سپس دوباره به صفر برگردد.
• تعداد امواج صوتی که در یک ثانیه منتشر می‌شود، بسامد یا فرکانس صدا نامیده می‌شود.
• محدوده صوتی از 20 هرتز تا 20000 هرتز است.

۶. ولتاژ

• واحد: ولت
• نماد کنونی: V یا U
• نماد قدیمی:E
• ولتاژ فشار الکتریسیته یا نیروی محرکه الکتریکی است.
• یک باتری 9 ولتی دارای ولتاژ 9 ولت DC است و بسته به پایانه‌ای که به‌عنوان مرجع استفاده می‌شود ممکن است مثبت یا منفی باشد.
• ولتاژ برق شهری بسته به محل زندگی 220، 240 یا 110 ولت است، این جریان AC است و بین مقادیر مثبت و منفی متناوب است.
• ولتاژ معمولاً بر حسب میلی‌ولت (mV) اندازه‌گیری می‌شود و هر 1000 میلی‌ولت 1 ولت است. در برخی موارد از میکروولت (uV) و نانوولت (nV) نیز برای اندازه‌گیری استفاده می‌شود.

۷. جریان

• واحد: آمپر (A)
• نماد: I
• جریان شامل شارش الکترون‌ها است.
• جریان از طریق اعمال میدان الکتریکی به رسانا یا با تغییر میدان الکتریکی در دو سر خازن ایجاد می‌شود.
• مقدار جریان توسط ولتاژ موجود، مقاومت بار و منبع تغذیه تعیین می‌شود.
• جریان می‌تواند متناوب یا مستقیم، مثبت یا منفی باشد.
• جریان می‌تواند با میلی‌آمپر نیز اندازه‌گیری شود. هر 1000 میلی‌آمپر برابر با 1 آمپر است. در برخی موارد نانو آمپر (nA) نیز برای اندازه‌گیری استفاده می‌شود.

۸. مقاومت

• واحد: اهم
• نماد: R یا Ω
• مقاومت به کاهش یا کم‌کردن مقدار حرکت الکتریسیته داخل مدار کمک می‌کند.
• سیم مسی مقاومت بسیار کمی دارد، بنابراین در آن یک ولتاژ کوچک می‌تواند جریان زیادی را عبور دهد؛ در مقابل، پلاستیک مقاومت بسیار بالایی دارد و از عبور جریان از یک سیم به سیم‌های مجاور جلوگیری می‌کند.
• مقاومت‌ها دارای توان مشخصی هستند و هر مقاومتی یک ولتاژ معینی را تحمل می‌کند، بنابراین می‌توان جریان را برای هر ولتاژ محاسبه کرد.
• مقاومت در دستگاه‌های پسیو (passive) همیشه مثبت است.

۹. ظرفیت خازن

• واحد: فاراد
• نماد: C
• شامل ظرفیت اندازه‌گیری بار ذخیره شده است.
• برخلاف باتری، خازن شارژ را به‌صورت الکترواستاتیک ذخیره می‌کند و بسیار سریع‌تر واکنش نشان می‌دهد.
• یک خازن جریان متناوب یا AC را از خود عبور می‌دهد، اما از جریان مستقیم یا DC عبور نمی‌کند.
• مقاومت AC (امپدانس) یک خازن به مقدار آن و فرکانس سیگنال AC بستگی دارد.
• ظرفیت خازنی همیشه یک مقدار مثبت است.

۱۰. اندوکتانس (Inductance)

• واحد: Henrys
• نماد: H یا L
• اندوکتانس ویژگی یک مدار الکتریکی است که بر اساس قانون لنز، متناسب با تغییر جریان الکتریکی برحسب زمان، نیروی محرکه الکتریکی درست می‌کند که در تقابل با تغییر جریان مدار است.
• اندوکتانس در همه قطعاتی که شامل مواد رسانا هستند، رخ می‌دهد.
• اندوکتانس همواره یک مقدار مثبت است.

۱۱. امپدانس

• واحد: اهم
• نماد: Ω یا Z
• برخلاف مقاومت، امپدانس یک مقدار وابسته به فرکانس است و برای سیگنال‌های AC مشخص می‌شود.
• امپدانس از ترکیب مقاومت، ظرفیت خازنی و اندوکتانس ساخته شده است.
• در بسیاری از موارد، مقدار امپدانس و مقاومت یکسان است.
• امپدانس معمولاً مثبت است؛ اما می‌تواند منفی نیز باشد.

۱۲. دسی‌بل (Decibel)

• واحد: بل (Bel)، اما چون این مقیاس بزرگ است از دسی‌بل استفاده می‌شود که نماد آن dB است.
• دسی‌بل نسبت لگاریتمی پایه 10 است که برای بیان افزایش یا کاهش توان، ولتاژ یا جریان در مدار استفاده می‌شود.
•  برای اندازه گیری شدت صدا از واحد دسی‌بل استفاده می‌شود.
• دسی‌بل در سیگنال‌ها، تجهیزات یا پدیده‌هایی که با بسامدهایی واقع در حوزه شنوایی انسان سروکار دارند، استفاده می‌شود؛ زیرا دسی‌بل‌ها معیار لگاریتمی ولتاژ، جریان یا قدرت هستند.

کاربرد الکترونیک

به‌طورکلی وسایل الکترونیکی نقش بسیار مهمی در زندگی روزمره ما دارند. از جمله مهم‌ترین وسایل الکترونیکی که ما در زندگی روزمره خود استفاده می‌کنیم عبارت‌اند از:

• کامپیوتر

امروزه کامپیوترها در همه‌جا کاربرد دارند. به‌عنوان‌مثال، در خانه، رایانه‌ها برای بازی، تماشای فیلم، انجام تحقیق و پروژه، پرداخت قبوض و موارد دیگر استفاده می‌شود. همچنین، در بسیاری از شرکت‌ها و ارگان‌ها برای انجام کارها از کامپیوتر استفاده می‌شود.

• تلفن همراه

تلفن‌های همراه برای اهداف مختلفی مانند ارسال پیامک، برقراری تماس تلفنی، گشتن در اینترنت، بازی‌کردن و گوش‌دادن به آهنگ استفاده می‌شوند.

• دستگاه خودپرداز یا ATM

خودپرداز یک دستگاه الکترونیکی است که برای مشتریان بانک این امکان را فراهم می‌کند تا در هر زمان به‌وسیله قراردادن کارت‌بانکی خود در دستگاه، بتوانند از حساب خود پول دریافت کرده یا موجودی حساب بانکی خود را چک کنند. همچنین، خودپردازها امکان واریز پول یا چک و جابه‌جایی پول بین حساب‌های بانکی را نیز برای مشتریان فراهم می‌کنند. ATM مخفف Automated Teller Machine به معنی عابربانک خودکار است. مشتری می‌تواند در هر زمانی از شبانه‌روز تا سقف مشخصی پول برداشت کند.

• تلویزیون

تلویزیون یک وسیله الکترونیکی است که در درجه اول برای سرگرمی استفاده می‌شود. همچنین، به‌طورکلی از این وسیله اغلب برای تماشای فیلم، اخبار، کارتون برای کودکان استفاده می‌شود. به‌علاوه، از کاربردهای دیگر تماشای تلویزیون، کسب اطلاعات و دانش است.

• دوربین دیجیتال

کاربرد اصلی دوربین دیجیتال برای گرفتن عکس و فیلم می‌باشد. همچنین، دوربین دیجیتال داده‌های عکس را به‌صورت ارقام عددی در حافظه خود ذخیره می‌کند؛ بنابراین امکان ذخیره‌سازی تعداد زیادی از عکس در فضای کمی وجود دارد. امروزه اکثر دوربین‌هایی که تولید می‌شوند، دیجیتال هستند.

• ترانزیستور

ترانزیستورها در مدارهای آمپلی‌فایر به‌عنوان دستگاه‌های خطی استفاده می‌شوند؛ یعنی سیگنال ورودی و سیگنال خروجی بزرگ‌تر تقریباً مشابه یکدیگر هستند. ترانزیستورها و سایر وسایل نیمه‌هادی نیز ممکن است به‌عنوان سوئیچ استفاده شوند. در چنین کاربردهایی، پایه یا گیت ترانزیستور، بسته به نوع ترانزیستور مورداستفاده، به‌عنوان یک ابزار کنترل برای روشن یا خاموش‌کردن جریان بین امیتر و کلکتور یا منبع و تخلیه استفاده می‌شود.

• تریستورها

تریستورها دسته مهم دیگری از وسایل نیمه‌هادی هستند که در کاربردهای سوئیچینگ استفاده می‌شوند. ساده‌ترین این دستگاه‌ها، یکسوکننده تنظیم‌پذیر از سیلیکون است که ممکن است به‌عنوان دو ترانزیستور متصل به یکدیگر در نظر گرفته شود.

اگر مقدار مناسبی از جریان گیت اعمال شود، دستگاه شروع به هدایت می‌کند. جریان گیت معادل جریان پایه برای ترانزیستور n-p-n است. جریان کلکتور بزرگ‌تر حاصل جریان پایه برای ترانزیستور p-n-p است. ترانزیستور p-n-p دارای ناحیه پایه غیرمعمول گسترده‌ای است، بنابراین بهره آن به‌خصوص در جریان‌های پایین، کم است.

بررسی الکترونیک از نظر ساختاری

الکترون‌های ظرفیت

ازآنجایی‌که الکترونیک به کنترل حرکت الکترون‌ها می‌پردازد، باید در نظر داشت که الکترون‌هایی که دارای بار منفی هستند، به سمت بارهای مثبت جذب شده و توسط بارهای منفی دیگر دفع می‌شوند؛ بنابراین، الکترون‌ها در خلأ تمایل دارند خود را از یکدیگر جدا کنند و ابری را تشکیل دهند که تحت‌تأثیر بارهای دیگری که ممکن است وجود داشته باشند. جریان الکتریکی از طریق حرکت الکترون‌ها در خلأ یا سیم و یا در هر رسانای الکتریکی دیگری ایجاد می‌شود. در هر یک از این موارد، الکترون‌ها در نتیجه جاذبه، به سمت بارهای مثبت یا به‌واسطه دافعه، به سمت بارهای منفی حرکت می‌کنند.

به‌طورکلی هر اتم از یک هسته شامل پروتون‌ها و نوترون‌ها تشکیل شده است که الکترون‌ها، از نظر تعداد برابر با پروتون‌های هسته می‌باشند. همچنین، آن‌ها در مدارهایی بسیار شبیه به مدارهای سیارات به‌دور خورشید حرکت می‌کنند. به دلیل برابری در تعداد بار مثبت و منفی، از نظر الکتریکی، اتم به‌عنوان یک کل بدون بار شناخته می‌شود.

هنگامی که اتم‌ها با جامدات خاصی به نام جامدات کووالانسی (به‌ویژه عناصر ستون IV جدول تناوبی) ترکیب می‌شوند، الکترون‌های ظرفیت (الکترون‌های بیرونی) بین اتم‌های همسایه به اشتراک گذاشته می‌شوند و در نتیجه، اتم‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند. این امر نه‌تنها در جامدات عنصری که در آن‌ها همه اتم‌ها از یک نوع هستند اتفاق می‌افتد، بلکه در ترکیبات شیمیایی (به‌عنوان‌مثال، ترکیبات III-V) نیز رخ می‌دهد.

به‌طورکلی رسانایی الکتریسیته مواد مختلف، بسیار متفاوت است و به‌سهولت یا دشواری آزادکردن الکترون‌ها از اتم‌هایشان بستگی دارد. در مواد عایق، پیوند بین الکترون‌های بیرونی اتم‌های آن‌ها بسیار محکم هستند و نمی‌توانند آزادانه حرکت کنند. در فلزات، الکترون‌های ظرفیتی اضافی وجود دارد که این الکترون‌ها می‌توانند آزادانه حرکت کنند و در نتیجه، جریان الکتریکی را هدایت کنند.

بیش‌تر عایق‌ها و فلزات، مواد کریستالی هستند و از تعداد زیادی کریستال بسیار کوچک تشکیل شده‌اند. (در تمام بلورها، اتم‌ها در یک آرایه سه‌بعدی با فاصله منظم قرار گرفته‌اند.) بااین‌حال، جامدات نیمه‌رسانا برای کاربردهای الکترونیکی به‌صورت بلورهای بزرگ منفرد تهیه می‌شوند.

این واقعیت که اتم‌های یک نیمه‌رسانا در یک آرایه تناوبی و سه‌بعدی با اندازه‌های بزرگ قرار گرفته‌اند، باعث می‌شود اتم‌ها برای الکترون‌هایی که درون کریستال حرکت می‌کنند تقریباً نامرئی به نظر برسند. دلایل این رفتار بسیار پیچیده است. اما به‌طورکلی این ویژگی به الکترون‌ها اجازه می‌دهد تا بتوانند در نیمه‌هادی‌ها به‌صورت آزادانه حرکت کنند.

رسانایی در نیمه‌هادی‌ها

در نیمه‌رساناهایی مانند سیلیکون، هر اتم تشکیل‌دهنده دارای چهار الکترون بیرونی است که هر کدام با یک الکترون از یکی از چهار اتم همسایه جفت می‌شوند تا پیوندهای بین‌اتمی تشکیل دهند؛ بنابراین، در دمای اتاق، سیلیکون خالص هیچ الکترونی برای رسانش الکترونیکی ندارد که این موضوع آن را به یک رسانای بسیار ضعیف تبدیل می‌کند.

 بااین‌حال، اگر یک اتم از ستون V جدول تناوبی، مانند فسفر، جایگزین یک اتم سیلیکون شود، چهار الکترون از پنج الکترون بیرونی آن برای پیوند استفاده می‌شود، درحالی‌که الکترون پنجم آزاد خواهد بود تا درون کریستال حرکت کند. اگر اتم جایگزین از ستون III جدول تناوبی – مثلاً بور – انتخاب شود، فقط سه الکترون بیرونی خواهد داشت که یک الکترون برای تکمیل چهار پیوند بین‌اتمی کم است.

در صورت کامل‌بودن این پیوند، کریستال از نظر الکتریکی خنثی خواهد بود که به این معنی است که اگر یک الکترون وجود نداشته باشد، فضای خالی دارای بار مثبت خواهد بود. همچنین، یک الکترون همسایه می‌تواند به داخل جای خالی حرکت کند و جای خالی دیگری در جای قبلی الکترون باقی بگذارد. این جای خالی که دارای بار مثبت است، «حفره» نامیده می‌شود.

تعریف نیمه‌هادی نوع n و p

نیمه‌هادی‌هایی که الکترون‌ها حامل بار آن‌ها هستند، نیمه‌هادی نوع n نامیده می‌شوند (n مخفف negative به معنی منفی). اگر حامل‌های بار عمدتاً حفره باشند، نیمه‌هادی از نوع p است (p مخفف  Positive به معنی مثبت). فرایند جایگزینی عناصر (در اینجا به‌جای سیلیکون)، دوپینگ نامیده می‌شود و عناصر، ناخالصی نامیده می‌شوند. مقدار ناخالصی که در واقعیت موردنیاز است بسیار ناچیز می‌باشد و از حدود 100 اتم ناخالص در هر میلیون اتم سیلیکون تا 1 در میلیارد متغیر است.