Elektronica

Elektronica is een apart vakgebied binnen de elektrotechniek. Het bestudeert hoe elektrische stroom in een schakeling, waarin elektronenbuizen of halfgeleidertechniek zijn verwerkt, kan worden gestuurd. De betreffende schakelingen worden met elektronische componenten opgebouwd. Daartoe wordt het gedrag van elektronen in actieve componenten, dat zijn onder meer elektronenbuizen en transistors, maar ook in niet-lineaire componenten, bijvoorbeeld in diodes, bestudeerd.

Inleiding

De kennis van elektronica wordt toegepast in apparaten die elektrische stromen en/of elektromagnetische velden manipuleren. Hiermee kan informatie verzonden en/of gemanipuleerd worden, maar ook kan er energie mee verspreid, geregeld en gecontroleerd worden. Deze laatste toepassingen worden bestudeerd in de vermogenselektronica. Alhoewel elektriciteit al langer gebruikt werd om informatie via de telegraaf en de telefoon te verzenden, nam het gebruik van elektronica pas echt een hoge vlucht na de uitvinding van de radio. Hedendaagse elektronica verricht een grote verscheidenheid aan taken. Indien de elektronica wordt toegepast binnen de luchtvaart wordt gesproken over avionica.

Een elektronisch systeem kan als volgt worden beschouwd:

ingangen – Elektrische of mechanische sensoren of opnemers, die een signaal opnemen (zoals temperatuur, luchtdruk, etc.) en deze omzetten in een variabele elektrische spanning, elektrische stroom, capaciteit of weerstand.
signaalverwerkingseenheden – deze bestaan uit elektronische onderdelen die zo met elkaar verbonden zijn dat ze de aangeboden signalen manipuleren, interpreteren en transformeren.
uitgangen – elektrisch bedienbare aandrijvers die een elektrisch signaal weer om kunnen zetten in een andere fysieke vorm, zoals geluid, mechanische beweging, licht et cetera.

Neem bijvoorbeeld de televisie. Het ingangssignaal van een tv is het zendsignaal, uitgezonden door een televisiezender; dit wordt ontvangen via de antenne of kabel. Signaalverwerkingseenheden in het televisietoestel extraheren uit het ontvangen signaal informatie over de helderheid, de kleur en audio-informatie. Het apparaat dat het televisiebeeld uitgeeft, is dan ten slotte de beeldbuis en het apparaat dat de audio-informatie uitgeeft, is de luidspreker.

Electronica-beurzen

Polygoonjournaal Efficiencybeurs 1964
Polygoonjournaal Security '75

Elektronische meetapparatuur

ampèremeter, of galvanometer: meet elektrische stroom in ampère (A)
ohmmeter: meet de elektrische weerstand in ohm (Ω)
voltmeter: meet elektrische spanning in volt (V)
wattmeter of vermogensmeter (meet elektrisch vermogen in watt (W)
capaciteitsmeter: meet de waarde van een condensator in farad (F)
inductiemeter: meet de waarde van een spoel in henry (H)
frequentiemeter: meet de frequentie van een signaal in hertz (Hz)
multimeter: meet verschillende van de bovenstaande grootheden en geeft deze numeriek weer
oscilloscoop: meet verschillende van de bovenstaande tijdveranderlijke grootheden en geeft deze grafisch weer
signaalgenerator: ook wel functiegenerator genoemd, wekt gepaste signalen op die nodig zijn bij metingen
logische analysator: test digitale circuits
elektrostaat: meet elektrostatische ladingen
spectrumanalyzer: meet het spectrum van een elektrisch signaal en geeft dit weer
network analyser: meet de karakteristieken van twee- of vierpool netwerken, bijvoorbeeld het opmeten van de bodediagramma van een versterker, en geeft deze weer

Verbindingsmethoden voor elektronische componenten

draad en verbindingsmateriaal, zoals klemmen – connectoren
gedrukte bedradingskaart (printplaat, PCB)
geïntegreerd circuit
punt-naar-puntconstructie
wire-wrap
experimenteerplank (breadboard)

Componenten

Elektronische componenten kunnen op verschillende wijzen worden ingedeeld:

Actieve of passieve componenten. Actieve componenten kunnen een spanning of stroom versterken.
Discrete en geïntegreerde componenten. Discrete componenten zijn de basisonderdelen zoals weerstand, condensator of transistor. IC’s vallen onder de geïntegreerde componenten.
Lineaire of niet-lineaire componenten. Bij lineaire componenten is er een lineair verband tussen het ingangssignaal en het uitgangssignaal. Digitale schakelingen voor booleaanse algebra en de samenbouw van deze schakelingen vallen onder de niet-lineaire componenten of digitale componenten.
Digitale en analoge componenten.
Vermogens componenten. Dit zijn componenten die relatief grotere stromen, spanningen en vermogens kunnen ‘verwerken’. Het wordt er niet apart bij aangeduid wanneer de stroom door componenten gering is.

Er bestaan over de hiervoor genoemde indelingen veelal geen eenduidige definities. Hieronder volgt een indeling van elektronische componenten.

Passieve componenten

Actieve componenten op basis van halfgeleidertechniek

Het is met de techniek van de halfgeleiders mogelijk daarmee actieve componenten te maken.

Actieve componenten op basis van emissie

Actieve componenten, waarvan de werking op elektromagnetische straling is gebaseerd, werden eerder gemaakt dan componenten gebaseerd op halfgeleidertechniek, maar vinden nog steeds hun toepassing.

elektronenbuis of radiobuis
beeldbuis
klystron
magnetron
lopende-golfbuis of travelling wave tube TWT

Elektromechanische opnemers en activatoren

Thermo-elektrische onderdelen

Lichtgevoelige onderdelen

Diversen

Schakelingen

Een schakeling bestaat uit aan elkaar verbonden elektrische componenten, waarmee een bepaalde functie functies kan worden uitgevoerd.

Analoge schakelingen

De meeste analoge elektronische apparaten, zoals radio-ontvangers, worden geconstrueerd met een samenvoeging van de volgende bouwblokken:

Digitale schakelingen

Computers, elektronische kwartsklokken en programmeerbare logische besturingen (gebruikt om industriële processen te sturen) worden geconstrueerd als digitale schakelingen. Digitale signaalprocessoren zijn een ander voorbeeld.

Hybride schakelingen

Hybride schakelingen, bestaande uit zowel digitale als analoge schakelingen, komen steeds meer voor. Om tussen de digitale en de analoge wereld te kunnen omzetten, gebruikt men analoog-digitaalomzetter en digitaal-analoogomzetters. Deze schakelingen worden ook in de vermogenselektronica toegepast.

Opleidingen

De bachelor en master in de elektronica worden in Nederland op het niveau van hbo- en van TU-ingenieur en in Vlaanderen op het niveau van industrieel en van burgerlijk ingenieur aan verschillende hogescholen en universiteiten aangeboden.

Zie de categorie Electronics van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.