دائرة إلكترونية

تتكون الدائرة الإلكترونية من مكونات إلكترونية فردية ، مثل المقاومات والترانزستورات والمكثفات والمحاثات والثنائيات ، متصلة بأسلاك أو مسارات موصلة يمر عبرها التيار الكهربائي . وهي نوع من الدوائر الكهربائية. ولكي تُسمى الدائرة إلكترونية ، بدلاً من كهربائية ، يجب أن تحتوي عمومًا على مكون نشط واحد على الأقل . ويتيح الجمع بين المكونات والأسلاك إجراء عمليات متنوعة، بسيطة ومعقدة: إذ يمكن تضخيم الإشارات، وإجراء العمليات الحسابية، ونقل البيانات من مكان إلى آخر. ^{[ 1 ]}

يمكن بناء الدوائر الإلكترونية من مكونات منفصلة متصلة بأسلاك فردية، ولكن من الشائع اليوم إنشاء وصلات بينية باستخدام تقنيات الطباعة الضوئية على ركيزة مصفحة ( لوحة دوائر مطبوعة أو PCB) ولحام المكونات بهذه الوصلات لتكوين دائرة متكاملة. في الدوائر المتكاملة (IC)، تُصنع المكونات والوصلات البينية على نفس الركيزة، وعادةً ما تكون شبه موصلة مثل السيليكون المُطعّم أو (بشكل أقل شيوعًا) زرنيخيد الغاليوم . ^{[ 2 ]}

يمكن تصنيف الدوائر الإلكترونية عادةً إلى دوائر تناظرية ، أو دوائر رقمية ، أو دوائر مختلطة (مزيج من الدوائر التناظرية والرقمية). يُعد ترانزستور MOSFET ( ترانزستور تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة ) أكثر أجهزة أشباه الموصلات استخدامًا في الدوائر الإلكترونية . ^{[ 3 ]}

الدوائر الإلكترونية التناظرية هي تلك التي قد يتغير فيها التيار أو الجهد بشكل مستمر مع مرور الوقت ليتوافق مع المعلومات التي يتم تمثيلها.

تتكون الدوائر التناظرية بشكل أساسي من الأسلاك، والمقاومات، والمكثفات، والمحاثات، والثنائيات ، والترانزستورات . وتُستخدم المخططات التخطيطية لتمثيل هذه الدوائر ، حيث تُمثل الأسلاك بخطوط، ولكل مكون رمز خاص به. ويعتمد تحليل الدوائر التناظرية على قوانين كيرشوف للدوائر الكهربائية : حيث يكون التيار عند نقطة التقاء الأسلاك (نقطة التقاء الأسلاك) مساويًا للصفر، وكذلك الجهد حول حلقة مغلقة من الأسلاك. وعادةً ما تُعامل الأسلاك على أنها وصلات مثالية ذات جهد صفري؛ ويتم تمثيل أي مقاومة أو مفاعلة بإضافة عنصر طفيلي، مثل مقاومة أو محاثة منفصلة. أما المكونات النشطة، مثل الترانزستورات، فتُعامل غالبًا كمصادر تيار أو جهد مُتحكم بها: فعلى سبيل المثال، يمكن نمذجة ترانزستور تأثير المجال كمصدر تيار من المصدر إلى المصرف، حيث يتحكم جهد البوابة-المصدر في التيار.

عندما يكون حجم الدائرة الكهربائية مماثلاً لطول موجة تردد الإشارة المعنية، يجب استخدام نموذج أكثر تطوراً، وهو نموذج العناصر الموزعة . تُعامل الأسلاك كخطوط نقل ذات معاوقة مميزة ثابتة اسمياً ، وتحدد المعاوقات عند البداية والنهاية الموجات المنقولة والمنعكسة على الخط. تُسمى الدوائر المصممة وفقاً لهذا النموذج دوائر العناصر الموزعة . تصبح هذه الاعتبارات مهمة عادةً للوحات الدوائر عند الترددات التي تزيد عن 1 جيجاهرتز؛ أما الدوائر المتكاملة فهي أصغر حجماً ويمكن التعامل معها كعناصر مجمعة للترددات الأقل من 10 جيجاهرتز تقريباً.

في الدوائر الإلكترونية الرقمية ، تتخذ الإشارات الكهربائية قيمًا منفصلة لتمثيل القيم المنطقية والرقمية. ^{[ 4 ]} تمثل هذه القيم المعلومات التي تتم معالجتها. في الغالبية العظمى من الحالات، يُستخدم الترميز الثنائي: يُمثل جهد كهربائي (عادةً القيمة الموجبة) الرقم الثنائي '1'، بينما يُمثل جهد كهربائي آخر (عادةً قيمة قريبة من جهد الأرض، 0 فولت) الرقم الثنائي '0'. تستخدم الدوائر الرقمية الترانزستورات على نطاق واسع ، حيث يتم توصيلها ببعضها لتكوين بوابات منطقية تُؤدي وظائف المنطق البولياني : AND، NAND، OR، NOR، XOR، ومجموعاتها. تُستخدم الترانزستورات الموصولة ببعضها لتوفير تغذية راجعة موجبة كدوائر تثبيت وقلابات، وهي دوائر لها حالتان أو أكثر شبه مستقرتين، وتبقى في إحدى هذه الحالات حتى يتم تغييرها بواسطة مدخل خارجي. لذلك، يمكن للدوائر الرقمية توفير المنطق والذاكرة، مما يُمكّنها من أداء وظائف حسابية متنوعة. ( تُعرف الذاكرة القائمة على القلابات باسم ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (SRAM). كما تُستخدم على نطاق واسع الذاكرة القائمة على تخزين الشحنة في مكثف، وهي ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM).)

تختلف عملية تصميم الدوائر الرقمية اختلافًا جوهريًا عن عملية تصميم الدوائر التناظرية. فكل بوابة منطقية تُعيد توليد الإشارة الثنائية، لذا لا يحتاج المصمم إلى مراعاة التشوه، أو التحكم في الكسب، أو فروق الجهد، أو غيرها من المشكلات التي تواجه التصميم التناظري. ونتيجةً لذلك، يُمكن تصنيع دوائر رقمية بالغة التعقيد، تضم مليارات العناصر المنطقية المدمجة على شريحة سيليكون واحدة، بتكلفة منخفضة. وتنتشر هذه الدوائر الرقمية المتكاملة على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية الحديثة، مثل الآلات الحاسبة، والهواتف المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر. ومع ازدياد تعقيد الدوائر الرقمية، تُصبح مشكلات تأخير الوقت، وتضارب الإشارات المنطقية ، وتبديد الطاقة، والتبديل غير المثالي، والتحميل على الشريحة وبين الشرائح، وتيارات التسريب، عواملَ مُقيِّدة لكثافة الدائرة وسرعتها وأدائها.

تُستخدم الدوائر الرقمية لإنشاء رقائق حاسوبية للأغراض العامة، مثل المعالجات الدقيقة ، ودوائر منطقية مصممة خصيصًا، تُعرف باسم الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASICs). كما تُستخدم مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة الميدانية (FPGAs)، وهي رقائق ذات دوائر منطقية يمكن تعديل تكوينها بعد التصنيع، على نطاق واسع في النماذج الأولية والتطوير.

تحتوي الدوائر المختلطة أو الهجينة على عناصر من الدوائر التناظرية والرقمية. ومن أمثلتها المقارنات ، والمؤقتات ، وحلقات التزامن الطوري ، ومحولات التناظرية إلى الرقمية ، ومحولات الرقمية إلى التناظرية . وتستخدم معظم دوائر الراديو والاتصالات الحديثة دوائر مختلطة. فعلى سبيل المثال، في جهاز الاستقبال، تُستخدم الدوائر التناظرية لتضخيم الإشارات وتحويل ترددها حتى تصل إلى حالة مناسبة لتحويلها إلى قيم رقمية، وبعد ذلك يمكن إجراء المزيد من معالجة الإشارة في المجال الرقمي.

• كتاب الدوائر الإلكترونية
• أساسيات الإلكترونيات