Vakumda, gazlarda ve yarı-iletkenlerde elektrik iletimi olaylarını inceleyen ve bu çeşitli iletim türlerini kullanan tekniklerle ilgili bilim.

Tarihçe

Elektronik’in 1869’da Hittorf’un katot ışınlarını bulmasıyla, sonra da bu ışınların Grookes, Perrin ve Thomson tarafından incelenmesiyle ortaya çıktığı söylenebilir;  çünkü, katot ışınları, onları yayınlayan tüplerin anot ve katodu arasında bulunan büyük potansiyel farkı sayesinde hızlanan elektronlardan oluşurlar. Edison’un 1884 yılında termoelektronik olayı bulması, Fleming’in, bundan yararlanarak, 1904’te “Fleming Vanası” adıyla tanıttığı diyot lambasının ilkesini saptamasına olanak vermiş, bu arada Thomson elektroniğin temellerini sağlamlaştıracak olan elektronu bulmuş (1897), İngiliz fizikçi Shockey’in 1942’de bağlantılı (jonksiyon) diyotu bulmasıyla (transistorları da Shockley bulmuştur) da yeni bir adım atılmıştır.

Elektroniğin İlkeleri

Elektronik bileşenlerden ve çok sayıda kullanım alanlarından söz etmeden önce, vakumda ya da bir gaz içinde nasıl elektron elde edildiği, sonra da bunların nasıl hareket ettirilerek istenilen biçimde saptırılabileceği üstünde durmak yararlı olur.

Bütün elektronik tüplerde, eylemsizlik ve elektrik alanında ya da magnetik alanda saptırılabilme özelliklerinden yararlanılacak elektronların bulunması gerekir. Bu tanecikleri elde etmek için, onları bazı maddelerin atomlarından koparmak ve bir elektronu bağlı olduğu çekirdekten ayırmak için, ona, bağı koparacak enerjiyi sağlamak gerekir. Verilen enerjinin yapısına göre, farklı elektron yayınımları vardır: Enerji katkısının  ısı biçiminde olduğu termoelektronik ya da termoelektrik yayınım; bir maddenin elektronlarına bir ışınım yardımıyla enerji verildiğinde oluşan fotoelektrik ya da fotoelektronik yayınım; yayınım yapan maddenin yüzeyine uygulanan yüksek değerde bir elektrik alanı aracılığıyla yayınım; bir yüzeyin elektronlarla ya da iyonlarla bombardıman edildiği sırada oluşan ikincil yayınım.

Gerçekleşen yayınım hangi türden olursa olsun, genellikle bunun ardından, oluşan elektronlara bir hareket kazandırmak ya da belli bir yörüngeye oturtmak gerekir. Bu sonuçları elde  etmek için, her elektrona, özellikleri uygun biçimde seçilmiş bir kuvvet uygulanır; bunun için de iki yola başvurulur: Bir elektrik alanın etkisi; bir magnetik alanın etkisi.

Bir Elektrik Alanının Bir Elektrona Etkisi, Bir elektrik alanı içindeki bir elektron, elektrostatik bir kuvvetin etkisi altında kalır; bu kuvvetin etkisi altında kalır; bu kuvvetin şiddeti, elektronun bulunduğu noktaya uygulanan E elektrik alanı modülüyle ve elektronun e yüküyle (e-1,6.10^-19 C) orantılıdır: elektrona etki yapan f kuvveti, f-eE’ye eşittir ve yönü elektrik alanınkine terstir.

Elektron, elektrik alanı etkisinde bırakıldığında hareketsizse, f kuvveti etkisiyle yer değiştirir. Tek düze bir elektrik alanı söz konusu olduğundaysa, f kuvvetinin her noktada şiddeti ve yönü aynı olur. Bu durumda, kütlesi m olan elektron, düzgün hızlanan doğrusal bir hareket yapar (ivme: γ= f/m). Tersine, başlangıçta, E elektrik alanı uygulandığında elektron hareket halindeyse, f kuvvetinin etkisi, hareketini değiştirir.

İncelememizi yalınlaştırmak için, E elektrik alanının tek düze olduğunu ve elektronun bu alana sabit bir Vo hızıyla girdiğini kabul edelim.

Üç özel durum göz önünde bulundurulabilir:

  1. E Elektrik alanının ve Vo hızının yönleri birbirine terstir ve bu durumda, elektrona etki eden f kuvvetinin yönü Vo’ınkiyle aynıdır. Hareketin ivmesi sabittir ve Vo’ın yönündedir: Dolayısıyle elektron, düzgün hızlanan doğrusal bir hareket yapar ve yörüngesi, Vo’ın ekseni olarak kalır.
  2. E ve Vo’ın yönü aynıysa, elektronun hareketi, önce hızı sıfır olana kadar doğrusal ve düzgün yavaşlayan harekettir; sonra tanecik, başlangıç hareketine ters yönde yola çıkar ve gene doğrusal olan hareketi, elektrik alanından çıkana kadar düzgün hızlanan cinstendir.
  3. E ve Vo vektörleri birbirlerine dikse (en sık kullanılan durum), kuvvet de (f= -eE) γ ivmesi gibi Vo’a dik olur; bu da, elektronun bir doğru izlemeyerek hareket etmesine neden olur ve elektron, XX’ ekseninin O noktasına teğet bir parabol çizer. Elektrik alanından çıkarken, elektron, çıkış noktasında düzgün bir hareketle parabol bir teğet çizer.

Bir Magnetik Alanın Bir Elektrona Etkisi, Laplace formülünden, bir V hızıyla hareket eden ve bir B magnetik indüklenmesinin bulunduğu bir noktada yer alan bir elektrona etki eden F kuvvetinin genliğinin F=BeV sin α a’ya eşit olduğu anlaşılır; B ve V vektörlerinin birbirine dik olduğu en basit halde, magnetik alan tekdüze olduğunda, elektron yörüngesinin, yarı çapı R=mV/eB olan bir daire olduğu gösterilir. Magnetik sapmadan, bütün televizyon alıcılarında, siklotronlarda, radarlarda yararlanılır.

Elektron sapmasının en önemli uygulamalarından biri, katot tüpleriyle ilgilidir. Katot tüpü içindeki elektronlara, bir elektriksel büyüklükle (genellikle gerilimle) orantılı bir sapma uygulanır ve bu taneciklerin düşük eylemsizliği, çok büyük hızlara erişseler  de, söz konusu büyüklüğün gelişmelerini izlemelerine olanak sağlar.

Katot tüpü: Frekansları yüzlerce megahertzi (1MHz= 10^6 Hz) aşan devirli (periyodik) gerilimler gibi çok hızlı değişen olayları görselleştirme olanağı veren te aygıttır. Elektrik, mekanik, ses vb. büyüklüklerin incelenmesinde ve devirli ya da geçici büyüklüklerin görselleştirilmesinde çok sık kullanılan bir aygıt olan katot osilografını (titreşim üretici) donatır. Bu aygıt, yerilimciler tarafından toprağın incelenmesinde, biyoloji uzmanları tarafından bazı organların çalışmasının incelenmesinde, hekimler tarafından kalp elektronlarının, beyin elektronlarının çekilmesinde, elektronik uzmanları tarafından çeşitli elektrikli aygıtların korunması ve düzeltilmesinde, ölçümlerde, vb. kullanılır.

Elektronik Bileşenler

Elektronik bileşenler temelde ikiye ayrılırlar: Edilgen (pasif) bileşenler (dirençler, kondansatörler, bobinler, vb.); etkin (aktif) bileşenler (tüpler, yarıiletkenli aygıtlar, vb.),

Elektronik Tüpler, Elektronik tüpler, vakumda ya da gazlı ortamda iletimi sağlarlar. Ama bazı sakıncaları bulunduğundan kullanımları günden güze azalmaktadır: Dayanıksızdırlar; kapladıkları alan büyüktür; birçoğu, gerilim altında girdiğinde çalışmaz (bu nedenle, sözgelimi, ısıtmalı katotlu tüplerde, telin  yeterli bir sıcaklığa erişmesini beklemek gerekir).

Bir elektronik tüp, cam ya da metal bir ampul biçimindedir; uygun bir tabana yerleşmesini ve devreye sokulmasını sağlayan şişlere birleştirilmiş metal elektrotlar içerir.

Vakumlu tüpler arasında en çok kullanılanlar, diyotlar, triyotlar, tetrotlar ve pentotlardır. Diyotlar, anot ya da tüp levhası adı verilen nikelden, silindir biçiminde bir elektrotla çevrili, dolaysız ya da dolaylı ısınmalı bir katot içerirler. Dalgalı (alternatif) aımdan tek yönlü akım elde etmede kullanılırlar (özellikle, düşük şiddetli akımların doğrultulmasında); ama, yerlerini günden güne, daha az hacimli olan ve daha az güç yitimine yol açan yarı-iletkenlerden yararlanan diyotlar almaktadır.

Triyotlar, oksitli ısıl yayıcı bir katot, ızgara adı verilen gözenekli bir elektrot (çoğunlukla helis biçiminde bir metal teldir) ve diyotunkine benzeyen bir anottan oluşurlar. Kuvvetlendirici düzenlerin yapımında kullanılır, titreşim düzenlerine de yerleştirilebilirler.

Tetrotlar, özellikle, radyoelektrik dalga yayıcı düzenlerde kullanılırlar. Pentotlar, triyotlarla aynı alanlarda kullanılırlar; ama yerlerini günden güne transistorlar almaktadırlar.

Gazı tüpler’de, bir gazın katılması, bu gazı aşabilecek akımın şiddetinin büyük oranda artmasını sağlar ve bu artış, vakumlu tüplere göre daha düşük bir potansiyel uygulanarak gerçekleştirilebilir. Nitekim bir elektron yeterli büyüklükte bir hızla yer değiştirirse, çarptığı gaz atomlarını iyon haline getirir; anot-katot gerilimi yeterli büyüklükteyse, başlangıç elektronu ve gaz atomundan sökülen elektron, başka atomları iyonlaştırmak için gereken enerjiyi hızla kazanırlar. Böylece, çok sayıda elektron oluşur; yani, akım artar. Ayrıca, iyonlaşmış gazın var oluşunun bir başka yararı da vardır: Vakumlu bir tüp içinde elektron geçişini frenleyen negatif yükün yerini, burada, plazma adı verilen ve elektron sayısı kadar pozitif iyon sayısı taşıyan yüksüz bir ortam almıştır. Gazlı tüpteki elektron geçişi, böylece kolaylaşır ve olağan çatışmasında, tüpün uçları arasına oldukça düşük bir gerilim uygulamak yeterli olur. Elektron yayınımı da kolaylaşır; çünkü elektronları katoda yollayan hiçbir elektrik alanı yoktur. bu sayısız üstünlüklerinden dolayı, gazlı tüpler, yüksek elektrik güçlerini sağlayan aygıtlarda kullanılırlar; sıcak katotlu, soğuk katotlu ve sıvı katotlu çeşitleri vardır.

Sıcak katotlu tüpler, fanotronları ve tiratronları kapsar. Fanatron, bir anot ile doğrudan ya da dolaylı olarak yüksek bir sıcaklıkta ısıtılmış bir katottan oluşur. Çok şiddetli akımların doğrultulmasında ve akümülatör bataryası yükleyicilerinde kullanılır; ama, vakumlu diyotlar gibi, kullanımı günden güne azalmakta ve yerini bağlantılı diyotlar almaktadır. Tiratron, gazlı (genellikle helyum yada argon) bir triyottur. Dalgalı gerilimin doğrultulmasıyla ayarlanabilir bir doğru gerilim sağlayan gerilim değiştiricilerinde kullanılır; ama yerini, daha küçük hacim, şoklardan etkilenmeme, özellikle de ısınmanın ortadan kalkması gibi üstünlüklerinden dolayı, birçok alanda tristor almıştır.

Soğuk katotlu tüpler, sıcak katotlularla aynı biçimdedirler; aralarındaki tek fark, ısınma telinin bulunmamasıdır. Gazlı diyotlar, gerilimi sabit tutucu tüpler olarak kullanılmakta, ama yerlerini Zener diyotları almaktadır.

Işınım sayacı tüplerinde (sözgelimi, Geiger sayacı), akım geçişinin nedeni, saptanacak ışınımların ürettiği iyonlaşmadır. Soğuk katotlu tiratron, elektrik darbeli sayaçların, elektrikli komuta aygıtlarının, tekrarlayıcıların bileşimine girer ve sıcak katotlu tiratrona oranla, hemen çalışma üstünlüğü vardır. Bununla birlikte, bir çok kullanım alanında yerini tristor almıştır.

Sıvı katotlu tüpler, sıvı bir iletkenden (genellikle cıva) oluşan bir katot kapsarlar. Bu tüpleri dolduran, bu durumda cıva buharıdır ve yapım sırasında ya da çalışma sırasında basınçlı bir boşluk gerçekleştirilerek, bütün öbür gazların yok edilmesi sağlanmıştır. Akım geçişi, gazın, sıvı katodun yayımladığı elektronlar tarafından iyonlaştırılmasından kaynaklanır. Sıvı katotlu aygıtlar, çok şiddetli dalgalı akımların doğrultulmasında kullanılırlar ve genellikle tiratronlarla eşdeğerdedirler. Mütatörler ve signitronlar da bu aygıtların sınıfındadırlar. Mütatörler bir ya da çok anot içerebilen, sıvı katotlu gazlı tüplerdir. Binlerce amper geçişine sahip olabilen çok güçlü doğrultucuların yapımına olanak sağlamışlardır ve genellikle, üç fazlı bir şebekenin sağladığı akımların doğrultulmasında kullanılırlarr. İgnitronsa, fitillemenin, kızdırıcı adı verilen özel bir elektrotla sağlandığı, sıvı katotlu, tek anotlu bir doğrultucudur; yarı-iletken bir malzemeden yapılmış bu elektrot, kısmen cıvaya batırılır. Anotsa (grafit silindir), çoğunlukla iyonlaşma önleyici bir kafesle çevrilidir ve bir kalkanla cıva sıçramalarından korunur. İçinde basınçlı boşluk bulunan çelik kap, sözgelimi bir su akımıyla soğutulabilir. İgnitronlar, çok şiddetli akım gerektiren düzenlerde, doğrultucu öğe olarak kullanılırlar.

Elektroniğin Geleceği

Elektronik sürekli bir gelişme içindedir ve yarı-iletkenlerden yapılan aygıtlar, hacim küçüklüğü istenilen pek çok aygıtta, elektronik tüplerde yeğlenmiştir. Aynı nedenle, belli bir sayıda aygıtın yerini de, birkaç milimetreküplük hacim içinde binlerce bileşeni toplayan tümleşik (entegre) devreler almıştır; L.I.S. (“Large İntegration Scale”in [geniş çapta tümleştirme] baş harfleri) adı da verilen bu yüksek bileşen yoğunluklu devrelerin, otomatikleşmenin daha da yayılması beklenmektedir.

Yorum Yazın

Email adresiniz yayınlanmayacak.

DMCA.com Protection Status