الکترونیک

رشته الکترونیک

الکترونیک علمی است که به بررسی حرکت الکترون در خلاء، مواد رسانا و یا نیمه رسانا و اثرات و کاربردهای آن می‌پردازد. این رشته همین‌طور به معرفی و تشریح کامل مدارهای الکترونیکی مختلف مانند تلفن همراه، لپ‌تاپ، کامپیوتر و دیگر سیستم‌های پیشرفته می‌پردازد و در واقع، یک مهندس الکترونیک در زمینه ساخت قطعات الکترونیک و کاربرد آن در مدارها فعالیت می‌کند. دانشجوی رشته الکترونیک، در طول مدت تحصیل خود با اصول طراحی تمام مدارهای الکترونیک و نحوه کارکرد آن‌ها آشنا می شود.

به عبارت ساده تمام تجهیزات الکترونیکی که در اطراف ما وجود دارد توسط متخصصان الکترونیک طراحی و ساخته شده و می توان رشته الکترونیک را به علم طراحی مدارهای مختلف که با ولتاژ و جریان کم کار می‌کنند تلقی کرد. البته متاسفانه برندهای تولید قطعات الکترونیکی در ایران توانایی رقابت با برند‌های مشهور موجود در جهان را ندارند و به همین دلیل، تولید قطعات الکترونیکی در کشور ما در سطح وسیعی صورت نمی‌گیرد، اما در هر صورت، تمام پیشرفت‌های که در حوزه الکترونیک صورت گرفته و جهان امروز را متحول ساخته‌است، مرهون تلاش شبانه روزی متخصصان الکترونیک بوده‌است.

آشنایی با پیشینه مهندسی الکترونیک

مهندسی الکترونیک به انگلیسی : (Electronics engineering)  به عنوان یک حرفه از پیشرفت‌های فنی در صنعت تلگراف در قرن ۱۹ و صنایع رادیو و تلویزیون در قرن ۲۰ حاصل شد. شاخه جدید مهندسی الکترونیک تا حد زیادی از پیشرفت تلفن، رادیو، تجهیزات تلویزیون و مقدار زیادی از توسعه سیستم‌های الکترونیکی در طول جنگ جهانی دوم از جمله رادار، سونار، سیستم‌های ارتباطی و مهمات پیشرفته و سیستم‌های جنگ‌افزاری حاصل شد. در آن زمان سال‌ها این موضوعات به عنوان مهندسی رادیو شناخته می‌شدند.

در رشته مهندسی الکترونیک مهندسان، مدارهایی را طراحی می‌کنند که از خواص الکترومغناطیسی قطعات الکتریکی همچون مقاومت، خازن، سلف، دیود و ترانزیستور برای رسیدن به عملکرد خاصی بهره می‌برند. گیرنده رادیو که می‌تواند همه سیگنال‌ها بجز سیگنال‌های یک ایستگاه را فیلتر کند، تنها یک نمونه از این مدارهاست. در طراحی مدار مجتمع، مهندسان الکترونیک، ابتدا نقشه‌هایی را می‌سازند که قطعات الکتریکی را مشخص کرده و ارتباطات بین آن‌ها را وصف می‌کند. سپس مهندسان VLSI نقشه‌ها را به طرح‌هایی تبدیل می‌کنند که لایه‌های مختلف نیمه هادی مورد نیاز برای ساخت مدار را رسم می‌کنند. 

گرایش الکترونیک

گرایش الكترونیک به دو زیر بخش عمده تقسیم می‌شود

•    میكروالكترونیک

•    مدار و سیستم

بخش اول که ميكروالكترونيک نام دارد، شامل علم مواد، فيزيک الكترونيک، طراحي و ساخت قطعات از ساده‌ترين آن‌ها تا پيچيده ‌ترين آن‌ها است و بخش دوم نيز مدار و سيستم ناميده مي‌شود و هدف آن طراحی و ساخت سيستم‌ها و تجهيزات الكترونيكي با استفاده از قطعات ساخته شده توسط متخصصان ميكروالكترونيک است. 

در بحث‌های تخصصی‌تر در مقاطع تحصیلات تکمیلی نیز رشته الکترونیک گسترده شده‌ است و به گرایش‌های مختلفی مانند الکترونیک هواپیمایی، الکترونیک و مخابرات دریایی، الکترونیک مدار مجتمع، الکترونیک افزاره‌های میکرو نانو الکتریک و الکترونیک دیجیتال تبدیل شده که هر کدام از این گرایش‌ها به ارائه یکی از مباحث تخصصی در حوزه الکترونیک می‌پردازد.

گرایش میكروالكترونیک

فناوری میكرو الكترونیك كه علاوه بر اینكه خود، یك فناوری نوظهور،‏‏‏‏‏‏‏ كاربردی و استراتژیك است‌، به‌نوعی زیربنای رشد و توسعه فناوری‌های مرتبط از جمله IT و رکن انکار ناپذیر Industry 4 محسوب می‌شود. پیشرفت‌های این صنعت در قرن جدید نیز‌، با شتاب بیشتر از گذشته ادامه دارد و دستاوردهای آن حتی از پیش‌بینی‌های خوشبینانه گذشته هم فراتر رفته است. فناوری كه در سال ۱۹۴۷ میلادی پس از ساخت اولین ترانزیستور دو قطبی اعلام وجود كرد، در فاصله زمانی كمتر از ۸۰ سال مرزهای میكرون را در نوردید و با عرضه تراشه ریز پردازنده Pentium 4 با دقت ابعادی در حد دهم میكرون، عملا نانو الكترونیك را تداعی نمود. در سال‌های اخیر شاهــد تحـول چشم گیری در صنایع دنیا از نظر گسترش و توسعه كاربــرد صنعت الكترونیك كه در حقیقت بستر اصــلی در پیشرفت سایر صنایع در دنیـــاست، بوده‌ایم.

امروزه كمتر وسیله‌ای را می‌توان در صنایع مختلف یافت كه به‌نوعی در آن از قطعات مختلف الكترونیكی استفاده نشده باشد. لذا می‌توان پیش‌بینی نمود كه یكی از سریع‌ترین روندهـای توسعه و بهینه سازی تولیدات صنعتی دنیای امروز جهت تسخیر بازارهای دنیای فردا، مجهز كردن آن‌ها به سیستم‌های الكترونیكی می باشد. امروزه تعداد خطوط تولیدی با سرعت و دقت زیاد، فرآورده‌های بسیار پیچیده و متنوع‌، با كیفیت‌های بسیار بالا بدون نیروی انسانی تولید كم نیستند. لذا این صنعت و فناوری در همین دوره، تاثیرها و تغییرهای مهمی در مفاهیم اساسی مانند تولید، مصرف، اشتغال و كار، صنعت و تجارت و رقابت بین المللی ایجاد كرده است. لذا صنعت الكترونیك بدون اغراق در حال حاضر به عنوان یکی از بزرگ‌ترین صنایع در عرصه جهانی شناخته می گردد.

شركت‌های بزرگی نظیر‌ ای بی ام، اینتل، موتورولا، فیلییس، سونی و … فناوری‌های متفاوتی را در این صنعت توسعه و بهبود می‌دهند. صنعت الكترونیك علاوه بر گستره وسیع خود، هسته و سنگ بنای بسیاری از صنایع و فناوری‌ها به‌ویژه فناوری اطلاعات محسوب می‌گردد. قطعات و دستگاه‌های الكترونیكی شامل انواع سنسورها و دتكتورها، دستگاه‌های مختلف مخابراتی، سیستم‌های صوتی و تصویری و هزاران سیستم دیگر استفاده روز افزونی در سایر صنایع دارند.

آموزش الکترونیک

یکی از جذابیت‌های مهندسی الکترونیک در تنوع و گستردگی آن است. در واقع، آموزش الکترونیک تنها به یک یا چند حوزه محدود نمی‌شود و زمینه‌های فراوانی را در بر می‌گیرد. از طراحی مدارهای آنالوگ، اصول الکترونیک و ادوات حالت جامد گرفته تا مدارهای مجتمع فرکانس رادیویی، مدارهای پالس و دیجیتال و حتی مدارهای یک‌پارچه مایکروویو؛ هریک از این حوزه‌ها بسیار تخصصی است و جزییات خاص خود را به همراه دارد. به همین دلیل در اینجا بحث مهم آموزش الکترونیک مطرح می‌شود. به این معنا، که برای یک مهندس الکترونیک برای پیدا کردن تخصص، تنها اکتفا کردن به دروس دانشگاهی کافی نیست و شایسته است که در کنار مباحث تئوری، از دوره‌های مختلف آموزش الکترونیک نیز استفاده کند.

گرایش مدار و سیستم

تمرکز گرایش مدار و سیستم بیشتر در خصوص طراحی مدارات مجتمع  (IC)است. یعنی تولید مدار‌های مختلف از قطعات از پیش ساخته شده. در این گرایش به طور مثال با توجه به ویژگی هر عنصر به بررسی کارکرد المان‌های مختلف از جمله انواع ترانزیستورها، خازن‌ها، دیودها و … در مدار مجتمع می‌پردازد .

فرض کنید می‌خواهیم عملکرد یک ‌ای سی تقویت کننده را بهبود دهیم. می‌توان از قطعات دیگری در طراحی این‌ IC استفاده کرد به طور مثال نوع ترانزیستور برخی قسمت‌های مدار را با انواع دیگری جایگزین کرد. این انتخاب حاصل بررسی عملکرد ذاتی آن قطعه در شرایط مداریست. معمولا این اطلاعات با مطالعه دقیق منحنی‌های مختلف مداری آن قطعه (مثلا منحنی جریان امیتر یک ترانزیستور به ولتاژ VCE در فرکانس‌های مختلف) به‌دست می‌آید. ضمن اینکه می‌توان از نو قطعات جدیدی برای این ‌ای سی طراحی کرد .

از نرم افزار‌های بسیار مهم طراحی و شبیه سازی مدار مجتمع می‌توان به H-SPICE و L-EDIT اشاره کرد. دوره-های مختلفی از آموزش الکترونیک در حوزه مدار و سیستم در سایت مکتب‌خونه وجود دارد که بسیاری از این آموزش‌ها رایگان هستند و شما می‌توانید برحسب نیاز از محتوای ارزشمند هر دوره به راحتی استفاده کنید. این دوره‌ها شامل: آموزش نرم افزار H-SPICE، آموزش طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌ها با آردینو، طراحی مدارهای آنالوگ، مدارهای منطقی، آموزش مدارهای پالس و دیجیتال، آموزش میکروکنترلر AVR، طراحی مدار چاپی با نرم افزار Altium Designer، آموزش Active VHDL، آموزش مدارات الکترونیک، اموزش طراحی مدارهای مجتمع خطی سیماس 1، آموزش مبانی آشکارسازی و تخصص دیجیتالی، آموزش طراحی مدارهای مجتمع فرکانس رادیویی 1 و 2، آموزش مدارهای یکپارچه مایکروویو و آموزش‌های بسیار دیگری می‌باشد.

الکترونیک پایه

منظور از الکترونیک پایه، شناخت قطعات الکترونیکی و کاربرد هرکدام در علم طراحی قطعات الکترونیکی است. در زمینه آموزش الکترونیک پایه نیز، می توانید از دوره‌هایی نظیر: دوره آموزش اصول الکترونیک، دوره ادوات حالت جامد، دوره ابزاردقیق الکترونیکی، دوره مدارهای الکتریکی 1، آموزش الکترونیک 3، آموزش مبانی سیستم‌های نهفته، دوره آموزش الکترونیک نوری و دوره‌های متنوع دیگر استفاده کنید.

قطعات الکترونیک

می‌دانیم که قطعات الکترونیک به دسته بندی‌های مختلف تقسیم می‌شوند و شما در مرحله اول با دسته بندی‌ها آشنا می‌شوید.

•     مقاومت‌ها

•    خازن‌ها

•    سلف یا القاگرها

•    دیودها

•    ترانزیستور‌ها

بعد از شناخت هر قطعه ما باید سعی کنیم در مورد انواع آن‌ها و نحوه استفاده از آن‌ها در مدار یاد بگیریم

مثلا انواع مقاومت‌ها، انواع خازن‌ها، انواع سلف ها، انواع ترانزیستور ها و همچنین اتصال سری و موازی مقاومت‌ها، اتصال سری و موازی خازن‌ها، اتصال سری و موازی سلف‌ها و…

بعد از شناخت قطعات و توضیح انواع و نحوه اتصالات مداری آن‌ها به زبان ساده، ما به مواردی نظیر اهم چیست؟ قانون اهم، ظرفیت خازنی، ظرفیت سلفی، تعریف مدار، تعریف قطعات اکتیو و پسیو (قطعات فعال و قطعات غیر فعال ) و… پرداختیم و کم کم می‌توانید از این موارد استفاده کنید تا مدارات را درک کنید. به‌همین دلیل یادگیری الکترونیک پایه برای شروع آموزش الکترونیک ضروری است.

مبانی الکترونیک

منظور از مبانی الکترونیک آشنایی با مقاومت، خازن، سیم پیچ یا سلف، ترانسفورماتور، نیمه هادی‌ها، دیود و ترانزیستور است که به صورت مختصر هرکدام به شرح زیر است :

1.  آشنایی با مقاومت

به هر قطعه یا عنصری که در مقابل عبور جریان الکتریکی از خود مخالفت نشان می‌دهد مقاومت الکتریکی گفته می‌شود‌. مقاومت الکتریکی را با حرف R که از کلمه Resistor گرفته شده است نشان می‌دهند. واحد اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی اهم است که آن را با علامت Ω نشان می‌دهند. مقاومت‌ها در صنایع برق و الکترونیک از اهمیت بالایی برخوردارند و بیشتر به منظور محدود کردن جریان، تقسیم جریان و نیز ایجاد ولتاژهای مختلف در مدارات به کار گرفته می‌شود .

مقاومت‌های الکتریکی به دو دسته کلی مقاومت‌های ثابت و مقاومت‌های متغیر تقسیم می‌شوند. مقاومت‌های ثابت مقاومت‌هایی هستند که مقدار اهمی آن‌ها همواره ثابت است و مقاومت‌های متغیر مقاومت‌هایی هستد که مقدار اهم آن‌ها قابل تغییر است. مقاومت‌های ثابت خود به سه دسته تقسیم می‌شوند که این سه دسته عبارتند از :

1- مقاومت‌های کربنی (ترکیبی)

2- مقاومت‌های سیمی (سیم پیچی شده)

3- مقاومت‌های لایه ای

2.  آشنایی با خازن

خازن (Capacitor) المانی است که انرژی الکتریکی را توسط یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره می‌کند و تحت شرایطی این انرژی الکتریکی را آزاد می‌کند. خازن‌ها به اشکال گوناگون ساخته می‌شوند که پر استفاده‌ترین آن‌ها در صنایع برق و الکترونیک خازن‌های مسطح هستند. این نوع خازن‌ها از دو صفحه هادی که بین آن‌ها ماده عایقی قرار گرفته است تشکیل می‌شوند .به صفحات خازن، جوشن‌های خازن نیز می‌گویند که معمولا از آلومینیوم، نقره، قلع و روی ساخته می‌شوند. صفحات خازن در فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. عایق بین صفحات خازن معمولا از جنس هوا، کاغذ، میکا، پلاستیک، سرامیک، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم است.

به عایق بین صفحات خازن دی الکتریک می‌گویند. دی الکتریک‌ها انواع مختلفی دارند و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردند .

3.  آشنایی با سیم پیچ یا سلف

هرگاه از یک سیم جریان عبور کند در اطراف سیم یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود. اگر مقدار جریان ثابت باشد، شدت میدان مغناطیسی در هر نقطه از اطراف سیم ثابت خواهد بود. همچنین در این حالت جهت میدان مغناطیسی نیز همواره ثابت خواهد بود. اما در صورتی که مقدار جریان متغیر باشد، در اطراف سیم یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد خواهد شد. یعنی در این حالت شدت و جهت میدان مغناطیسی پیوسته تغییر می‌کند. اما در هر حال شدت میدان مغناطیسی ایجاد شده، در هر لحظه در نزدیکی سیم بیشتر است و هر چه از سیم دورتر شویم میدان مغناطیسی ضعیف تر می‌شود.

حال اگر یک سیم راست را پیچیده و به شکل فنر درآوریم، با عبور جریان از آن، میدان مغناطیسی اطراف حلقه‌های این سیم پیچ با هم جمع شده و یک میدان مغناطیسی قوی تر را تشکیل می‌دهند که این میدان مغناطیسی شبیه به میدان مغناطیسی اطراف یک آهن ربای دائم است. به این سیم پیچ، بوبین یا سلف نیز می‌گویند .

4.  آشنایی با ترانسفورماتور

یک ترانسفورماتور ساده از هسته و دو سیم پیچ ساخته می‌شود. اگر دو سیم پیچ را در کنار یکدیگر قرار داده و از یکی از آن‌ها جریان متغیری عبور دهیم، در سیم پیچ دوم ولتاژی القا می‌شود. در واقع با عبور جریان متغیر از سیم پیچ اولیه یعنی سیم پیچی که ورودی به آن اعمال می‌شود، در اطراف آن یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می‌شود. این میدان متغیر، سیم پیچ دوم را قطع می‌کند و سبب القای ولتاژ در آن می‌شود. این پدیده اساس کار ترانسفورماتور است. دقت داشته باشید که در یک ترانسفورماتور بین سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه هیچ گونه تماس الکتریکی وجود ندارد و انرژی ورودی تماماً از طریق میدان مغناطیسی به ثانویه منتقل می‌شود.

هسته ترانسفورماتورها از ورقه‌های مغناطیسی یا فریت ساخته می‌شوند. ورقه ورقه کردن هسته‌ها و یا استفاده از فریت به عنوان هسته، برای کاهش تلفات فوکو است. هسته ترانسفورماتورها باید تا حد امکان دارای قابلیت نفوذ مغناطیسی خوب و هدایت الکتریکی بد باشد. به همین دلیل هسته‌های فریتی فقط در صنعت مخابرات به کار می‌روند، زیرا در این صنعت به دلیل وجود فرکانس‌های بالا، تلفات فوکو در هسته زیاد می‌شود. در ترانسفورماتورهای قدرت از هسته‌های مغناطیسی ورقه ورقه استفاده می‌شود. برای جلوگیری از لرزش صفحات و ایجاد صدا، ورقه‌ها باید کاملاً یه یکدیگر فشرده شوند. بستن ورقه‌ها به یکدیگر به وسیله پیچ یا خار و یا قابی که روی آن‌ها پرس می‌شود، انجام می‌گیرد. این وسایل توسط مواد عایق الکتریکی و غیر مغناطیسی از ورقه‌ها جدا نگه داشته می‌شود.

5.  آشنایی با نیمه هادی‌ها 

اتم‌های عناصر مختلف دارای الکترون‌هایی هستند که در مدارهای مختلفی به دور هسته گردش می‌کنند. الکترون‌هایی که در مدارهای نزدیک به هسته گردش می‌کنند انرژی کمتری دارند اما از طرف هسته، نیروی جاذبه بیشتری بر آن‌ها وارد می‌شود و در نتیجه نمی‌توان به آسانی این الکترون‌ها را از اتم جدا کرد. در هر اتم، آخرین مدار را لایه ظرفیت یا لایه والانس می‌گویند و الکترون‌های این لایه را الکترون‌های ظرفیت یا والانس می‌نامند. الکترون‌های والانس انرژی بیشتری نسبت به بقیه الکترون‌ها دارند اما وابستگی آن‌ها به هسته کمتر از بقیه الکترون‌ها است. 

•    اجسام هادی: 

اتم‌های تشکیل دهنده این اجسام کمتر از چهار الکترون والانس دارند و این الکترون‌ها به راحتی از قید هسته آزاد می‌شوند. اجسام هادی الکترون‌های آزاد زیادی دارند و این الکترون‌های آزاد سبب عبور جریان برق می‌شوند. به این اجسام رسانا هم می‌گویند. فلزات یک تا سه ظرفیتی هادی‌های خوبی هستند و بهترین هادی‌ها عبارتند از: نقره، مس و طلا.

•    اجسام عایق:

اتم‌های تشکیل دهنده این اجسام معمولاً دارای پنج تا هشت الکترون والانس هستند. به علت اینکه انرژی داده شده به اتم‌های اجسام عایق میان تعداد زیادی الکترون والانس تقسیم می‌شود انرژی دریافت شده توسط هر الکترون بسیار ناچیز است و بنابراین این الکترون‌ها به سختی از اتم جدا می‌شوند و همین امر سبب می‌شود که اجسام عایق در وضعیت معمولی دارای الکترون‌های آزاد بسیار کمی بوده و جریان برق را از خود عبور ندهند .

•    اجسام نیمه هادی‎:

اتم‌های تشکیل دهنده اجسام نیمه هادی معمولاً دارای چهار الکترون والانس می‌باشند. اجسام نیمه هادی در دمای صفر مطلق (273– درجه سانتیگراد) تقریباً عایق هستند. در دمای اتاق (25 درجه سانتیگراد)، انرژی حرارتی محیط باعث آزاد شدن تعدادی از الکترون‌های والانس می‌شود و هدایت الکتریکی در جسم بالا می‌رود. در دمای اتاق، هدایت الکتریکی نیمه هادی‌ها بهتر از عایق‌ها و بدتر از هادی‌ها است. نیمه هادی‌های پرکاربرد عبارتند از کربن، سیلیسیم (سیلیکن)، ژرمانیوم، توریم، زیرکونیوم و هافنیوم که از بین آن‌ها سیلیسیم و ژرمانیوم در برق و الکترونیک کاربرد فراوان دارند. در ادامه به بررسی نیمه هادی‌های سیلیسیم و ژرمانیوم می‌پردازیم .

1.  نیمه هادی نوع N

با افزودن هر اتم ناخالصی، یک الکترون آزاد به وجود می‌آید. با تنظیم مقدار اتم ناخالصی، تعداد الکترون‌های آزاد کریستال را کنترل می‌کنند. علاوه بر الکترون‌های آزادی که از افزودن اتم ناخالصی در کریستال به وجود می‌آیند تعداد کمی الکترون نیز در اثر انرژی گرمایی محیط از قید هسته آزاد می‌شوند و جای خالی آن‌ها حفره ایجاد می‌گردد. اتم ناخالصی که به کریستال یک الکترون آزاد می‌دهد و خود به صورت یون مثبت درمی‌آید اتم اهدا کننده نام دارد. چون در این کریستال‌ها تعداد الکترون‌های آزاد که عمل هدایت الکتریکی را انجام می‌دهند به مراتب بیشتر از تعداد حفره‌ها است، به الکترون‌های آزاد، حامل‌های اکثریت و به حفره‌ها، حامل‌های اقلیت می‌گویند. این نوع کریستال‌ها را که حامل‌های اکثریت آن‌ها الکترون‌ها هستند کریستال‌های نوع N می‌نامند که N  از کلمه Negative به معنی منفی گرفته شده است.

2.  نیمه هادی نوع P

 با افزودن یک اتم سه ظرفیتی به یک کریستال نیمه هادی یک حفره ایجاد می‌شود. ممکن است الکترونی در اثر داشتن انرژی جنبشی کافی، پیوند خود با الکترون دیگر را شکسته و محل این حفره را پر نماید که در این صورت حفره جدیدی در کریستال ایجاد می‌شود. بنابراین به ازای اضافه کردن هر اتم سه ظرفیتی به یک نیمه هادی، مطمئناً یک حفره در آن نیمه هادی ایجاد می‌شود. به اتم سه ظرفیتی که قادر است یک الکترون آزاد را جذب کند اتم پذیرنده گویند. اتم پذیرنده با دریافت الکترون به صورت یون منفی درمی‌آید. در اثر گرمای محیط تعداد کمی الکترون نیز انرژی لازم را کسب می‌کنند و از هسته خود جدا می‌شوند و به صورت الکترون آزاد درمی آیند.

بنابراین در کریستال علاوه بر تعداد زیادی حفره که حامل‌های اکثریت هستند، تعداد اندکی الکترون آزاد یعنی حامل‌های اقلیت نیز وجود دارند. چون در این نوع کریستال‌ها، حفره‌ها که دارای بار مثبت هستند حامل‌های اکثریت هستند این نوع کریستال‌ها را، کریستال‌های نوع P می‌نامند که P از کلمه Positive به معنای مثبت گرفته شده است.

6.  آشنایی با دیود 

دیودها از نیمه هادی‌های نوع N و P ساخته می‌شوند. هرگاه دو کریستال نیمه هادی نوع N و P به هم اتصال یابند الکترون‌های آزاد نیمه هادی نوع N که در نزدیکی محل اتصال P–N قرار دارند به منطقه P نفوذ می‌نمایند و با حفره‌های کریستال نوع P ترکیب می‌شوند و به این ترتیب حفره‌هایی از بین می‌روند و الکترون‌های آزاد به صورت الکترون‌های ظرفیت درمی‌آیند.

عبور یک الکترون از محل اتصال سبب ایجاد یک جفت یون می‌شود زیرا وقتی الکترونی از ناحیه N به ناحیه P وارد می‌شود در ناحیه N یک اتم پنج ظرفیتی الکترونی را از دست داده و به یون مثبت تبدیل می‌شود و در مقابل، در ناحیه P یک اتم سه ظرفیتی الکترونی را دریافت می‌کند و به یون منفی تبدیل می‌شود. به این ترتیب در اثر عبور تعداد زیادی الکترون از محل اتصال نیمه هادی‌ها، در محل پیوند تعداد زیادی یون مثبت و منفی ایجاد می‌شود. این یون‌ها در کریستال ثابت هستند زیرا به علت پیوند کووالانس بین الکترون‌های اتم‌ها، نمی‌توانند مانند الکترون‌های آزاد حرکت کنند.

بنابراین در محل پیوند ناحیه‌ای به نام لایه تخلیه به وجود می‌آید که در آن حامل‌های هدایت الکتریکی یعنی الکترون‌ها و حفره‌ها وجود ندارند. به ناحیه تخلیه، ناحیه سد هم گفته می‌شود. یون‌های مثبت و منفی در ناحیه تخلیه سبب ایجاد میدان الکتریکی می‌شوند. این میدان الکتریکی با عبور الکترون‌های آزاد از محل اتصال مخالفت می‌کند. هرگاه میدان ایجاد شده به حدی برسد که مانع عبور الکترون از محل اتصال گردد حالت تعادل به وجود می‌آید و به این صورت دیود کریستالی ساخته می‌شود. ولتاژ ایجاد شده در ناحیه تخلیه، پتانسیل سد نامیده می‌شود.

7.  آشنایی با ترانزیستور

ترانزیستور یکی از پرکاربردترین قطعات در صنعت الکترونیک است که با اختراع آن در سال 1947 میلادی تحولی عظیم در صنعت الکترونیک به وقوع پیوست. ترانزیستور معمولی، یک المان سه قطبی معمولی است که از سه عدد نیمه هادی نوع N و P تشکیل شده است این نیمه هادی‌ها به دو شکل می‌توانند در کنار هم قرار گیرند .

دو نیمه هادی نوع N در دو طرف و یک نیمه هادی نوع P در وسط قرار می‌گیرند که در این حالت ترانزیستور را NPN  می‌نامند.

دو نیمه هادی نوع P در دو طرف و یک نیمه هادی نوع N در وسط قرار می‌گیرند که در این حالت ترانزیستور را PNP  می‌نامند. لایه‌های ترانزیستور را امیتر (Emitter)، بیس (Base) و کلکتور  (Collector)می‌نامند که امیتر را با حرفE ، بیس را با حرف B و کلکتور را با حرف C نمایش می‌دهند .

نیمه هادی نوع N یا P که به عنوان امیتر به کار می‌رود، نسبت به لایه‌های بیس و کلکتور دارای ناخالصی بیشتری است. ضخامت این لایه حدود چند ده میکرون است و سطح تماس آن نیز بستگی به فرکانس کار و قدرت ترانزیستوردارد .

لایه بیس نسبت به لایه‌های کلکتور و امیتر دارای ناخالصی کمتری است و ضخامت آن نیز به مراتب کمتر از ضخامت لایه‌های امیتر و کلکتور است و عملاً از چند میکرون تجاوز نمی‌کند .

تمامی مطالب گفته شده و مباحث مرتبط در دوره آموزش الکترونیک1 آورده شده‌است. 

مدار الکتریکی:

مدار الکتریکی قطعه‌ای است که بار منفی را از منبع در سیم انتقال میدهد و دوباره به منبع بر می‌گرداند به صورت خلاصه و دقیق اگر قطعات تشکیل دهنده مدار، الکتریکی باشند، مدار الکتریکی نامیده می‌شود و اگر برخی از قطعات، الکتریکی و برخی الکترونیکی باشند، مدار الکترونیکی است.

مدارهای الکتریکی خطی نوعی از این مدارها هستند که از یک منبع جریان یا ولتاژ و عناصر خطی همانند مقاومت تشکیل می‌شوند.

هر مدار الکتریکی از مؤلفه‌های زیر تشکیل شده‌است:

یک منبع تغذیۀ مانند باتری یا مولد

سیم‌ها یا نوارهای ارتباط دهنده مدار، که از یک ماده رسانای الکتریسیته خوب مانند مس ساخته می‌شوند.

قطعات مداری همچون خازن، مقاومت، القاگر، دیود، ترانزیستور و در نهایت وسیله نارسانا که بین سیم قرار گیرد.

این مبحث به طور کامل در دوره آموزش مدارهای الکتریکی1 سایت مکتب‌خونه تشریح شده‌است. همچنین در دوره آموزش مقدماتی کار با اسیلوسکوپ می‌توانید نحوه کار با دستگاهی که می‌تواند شکل موج انواع مختلف مدارها را نشان دهد، آشنا شوید.

بازار کار مهندسان الکترونیک

مهندسان الکترونیک شغلشان با تک تک افراد جامعه سر و کار دارد. آن‌ها مسئول اجرا و طراحی اجزای هر وسیله یا ابزاری هستند که برق مصرف می‌کند. مهندسان الکترونیک همواره بر روی تولید الکترونیک جهت مصرف وسایل و تجهیزات متمرکز می‌شوند. این وسایل می‌تواند شامل هر چیزی باشد که با الکتریسیته کار می‌کند. مهندسان الکترونیک همچنان بر روی تحقیق، ساخت و یا بهبود محصولات و خدمات می‌پردازند. به واسطه ماهیت کار مهندسی، آن‌ها اغلب برای حل مسائل پیچیده به صورت گروهی کار می‌کنند.

درآمد رشته مهندسی الکترونیک

میانگین درآمد مهندسین الکترونیک در کانادا در سال 2021 در حدود 77,221$ (دلار کانادا) و دستمزد هر ساعت این مهندسان چیزی در حدود 39.60$ (دلار کانادا) است. بر همین اساس، میانگین درآمد سالانه مهندسان الکترونیک تازه کار در کانادا حدود 42,500$ (دلار کانادا) است در حالی که مهندسان با سابقه تا 127,827$ (دلار کانادا) در کانادا دریافت می‌کنند.

شغل‌های رشته الکترونیک

کار اصلی الکترونیک طراحی و ساخت تجهیزات برای کنترل و پردازش داده ها، تبدیل و توزیع توان الکتریکی و یا اجرای عملیات‌های خاص است.

رشته الکترونیک گستره وسیعی از مشاغل را در بر می‌گیرد؛ تعمیر وسایل الکترونیکی، طراحی و ساخت مدارهای الکترونیکی، مونتاژ قطعات الکترونیکی، نصب و راه اندازی تجهیزات الکترونیک، نصب و راه اندازی آنتن‌های ساختمانی و تعمیر بورد‌ها و تجهیزات کامپیوتری بخشی از فعالیت‌های شخصی است که در زمینه الکترونیک فعالیت دارد.

برای ورود به این شغل می‌توانید از طریق تحصیل در هنرستان‌ها مهارت‌های اولیه را فرا گرفته و در صورت علاقه بدون گذراندن دوره پیش دانشگاهی در آزمون سراسری شرکت نموده و مدرک کاردانی پیوسته را از مراکز فنی و حرفه‌ای یا دانشگاه‌های علمی کاربردی دریافت نمایید و در نهایت به کاردان فنی الکترونیک تبدیل شوید.

تکنسین فنی الکترونیک پس از دریافت مدرک می‌توانید در صنایع مختلف مرتبط با الکترونیک مشغول به کار شده و یا به صورت مستقل و برای خود شروع به کسب در آمد نماید.

دروس تخصصی مهندسی الکترونیک

دانشجویان در گرایش الکترونیک موظف به گذراندن تعداد 141 واحد درسی می باشند که به شرح زیر است :

•    21 واحد دروس عمومی

•    27 واحد دروس پایه

•    51 واحد دروس اصلی

•    32 واحد دروس تخصصی

•    10 واحد اختیاری

دروس اصلی رشته مهندسی برق گرایش الکترونیک عبارتند از:

کارگاه برق، زبان تخصصی، نقشه‌کشی صنعتی، ریاضی مهندسی، مدارهای الکتریکی 1 ، مدارهای الکتریکی2 ، آز مدار و اندازه‌گیری 1، الکترومغناطیس، الکترونیک 1، آز الکترونیک 1، الکترونیک 2، ماشین‌های الکتریکی1، ماشین‌های الکتریکی2، آز ماشین‌های الکتریکی1، مدارهای منطقی، آز مدار منطقی، تجزیه و تحلیل سیستم‌ها، سیستم‌های کنترل خطی، آز سیستم‌های کنترل خطی، بررسی سیستم‌های قدرت 1، مخابرات1

 دروس تخصصی آن نیز عبارتند از: 

معماری کامپیوتر، آزمایشگاه معماری کامپیوتر، الکترونیک 3، آزمایشگاه الکترونیک 3، الکترونیک دیجیتال، ریزپردازنده، آزمایشگاه ریزپردازنده، مدارهای مخابراتی، آز مدارهای مخابراتی، فیلتر و سنتز مدار، فیزیک مدرن، فیزیک الکترونیک، الکترونیک صنعتی.

نرم افزار‌های مناسب برای گرایش الکترونیک:

۱) Code Vision AVR (کد ویژن‌ای وی آر)

۲) Altium Design (آلتیوم دیزاین)

۳) Proteus Design (پروتئوس دیزاین)

۴) Cadence PSpice (کدنس پی اس پایس)

همانطور که پیشتر گفته‌شد، دوره‌های آموزشی اکثر دروس رشته مهندسی الکترونیک و همین‌طور نرم افزارهای مناسب برای این رشته در سایت مکتب‌خونه در دسترس است.