الدائرة الالكترونية

تتكون الدائرة الإلكترونية من مكونات إلكترونية فردية ، مثل المقاومات والترانزستورات والمكثفات والمحثات والثنائيات ، متصلة بأسلاك أو مسارات موصلة يمكن للتيار الكهربائي أن يتدفق من خلالها . إنها نوع من الدوائر الكهربائية. لكي يشار إلى الدائرة بأنها إلكترونية ، وليس كهربائية ، يجب أن يكون هناك مكون نشط واحد على الأقل . يسمح الجمع بين المكونات والأسلاك بإجراء عمليات بسيطة ومعقدة مختلفة: يمكن تضخيم الإشارات، ويمكن إجراء العمليات الحسابية، ويمكن نقل البيانات من مكان إلى آخر. ^[1]

يمكن إنشاء الدوائر من مكونات منفصلة متصلة بقطع فردية من الأسلاك، ولكن اليوم أصبح من الشائع إنشاء وصلات متبادلة باستخدام تقنيات الطباعة الضوئية على ركيزة مغلفة ( لوحة دوائر مطبوعة أو PCB) ولحام المكونات بهذه الوصلات المتبادلة لإنشاء دائرة نهائية. في الدائرة المتكاملة أو IC، يتم تشكيل المكونات والوصلات المتبادلة على نفس الركيزة، وعادة ما تكون أشباه الموصلات مثل السيليكون المشوب أو (أقل شيوعًا) زرنيخيد الجاليوم . ^[2]

يمكن تصنيف الدائرة الإلكترونية عادةً على أنها دائرة تناظرية أو دائرة رقمية أو دائرة إشارة مختلطة (مزيج من الدوائر التناظرية والدوائر الرقمية). أكثر الأجهزة شبه الموصلة استخدامًا في الدوائر الإلكترونية هو MOSFET ( ترانزستور تأثير المجال المعدني والأكسيدي وأشباه الموصلات ). ^[3]

الدوائر الإلكترونية التناظرية هي تلك الدوائر التي قد يتغير فيها التيار أو الجهد باستمرار مع مرور الوقت ليتوافق مع المعلومات الممثلة.

المكونات الأساسية للدوائر التناظرية هي الأسلاك والمقاومات والمكثفات والمحثات والثنائيات والترانزستورات . يتم تمثيل الدوائر التناظرية بشكل شائع جدًا في المخططات التخطيطية ، حيث تظهر الأسلاك كخطوط، ولكل مكون رمز فريد. يستخدم تحليل الدائرة التناظرية قوانين دائرة كيرشوف : جميع التيارات عند عقدة (مكان تلتقي فيه الأسلاك)، والجهد حول حلقة مغلقة من الأسلاك يساوي 0. تُعامل الأسلاك عادةً على أنها توصيلات مثالية بجهد صفري؛ يتم التقاط أي مقاومة أو مفاعلة عن طريق إضافة عنصر طفيلي صراحةً، مثل المقاوم المنفصل أو المحث. غالبًا ما تُعامل المكونات النشطة مثل الترانزستورات كمصادر تيار أو جهد متحكم فيها: على سبيل المثال، يمكن نمذجة ترانزستور تأثير المجال كمصدر تيار من المصدر إلى الصرف، مع التحكم في التيار بواسطة جهد البوابة والمصدر.

عندما يكون حجم الدائرة قابلاً للمقارنة بطول موجة تردد الإشارة ذات الصلة، يجب استخدام نهج أكثر تطوراً، وهو نموذج العناصر الموزعة . تُعامل الأسلاك كخطوط نقل، مع معاوقة مميزة ثابتة اسميًا ، وتحدد المعاوقات في البداية والنهاية الموجات المنقولة والمنعكسة على الخط. الدوائر المصممة وفقًا لهذا النهج هي دوائر عناصر موزعة . تصبح مثل هذه الاعتبارات عادةً مهمة للوحات الدوائر عند ترددات أعلى من جيجاهرتز؛ الدوائر المتكاملة أصغر ويمكن التعامل معها كعناصر مجمعة للترددات الأقل من 10 جيجاهرتز أو نحو ذلك.

في الدوائر الإلكترونية الرقمية ، تتخذ الإشارات الكهربائية قيمًا منفصلة، ​​لتمثل القيم المنطقية والعددية. ^[4] تمثل هذه القيم المعلومات التي تتم معالجتها. في الغالبية العظمى من الحالات، يتم استخدام التشفير الثنائي: يمثل جهد واحد (عادةً القيمة الأكثر إيجابية) ثنائيًا "1" ويمثل جهد آخر (عادةً قيمة قريبة من جهد الأرض، 0 فولت) ثنائيًا "0". تستخدم الدوائر الرقمية على نطاق واسع الترانزستورات ، المترابطة لإنشاء بوابات منطقية توفر وظائف المنطق البولياني : AND وNAND وOR وNOR وXOR ومجموعات منها. تُستخدم الترانزستورات المترابطة لتوفير ردود فعل إيجابية كمزالج وقلابات، وهي دوائر لها حالتان أو أكثر من الحالات غير المستقرة، وتظل في إحدى هذه الحالات حتى يتم تغييرها بواسطة إدخال خارجي. وبالتالي، يمكن للدوائر الرقمية توفير المنطق والذاكرة، مما يمكنها من أداء وظائف حسابية تعسفية. ( تُعرف الذاكرة المبنية على القلابات باسم ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة (SRAM). كما تُستخدم على نطاق واسع أيضًا الذاكرة المبنية على تخزين الشحنة في مكثف، وهي ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM).)

تختلف عملية تصميم الدوائر الرقمية اختلافًا جوهريًا عن عملية تصميم الدوائر التناظرية. حيث تقوم كل بوابة منطقية بإعادة توليد الإشارة الثنائية، وبالتالي لا يحتاج المصمم إلى مراعاة التشوهات، والتحكم في المكسب، وفولتية الإزاحة، وغيرها من المخاوف التي تواجه التصميم التناظري. ونتيجة لذلك، يمكن تصنيع دوائر رقمية معقدة للغاية، مع مليارات العناصر المنطقية المدمجة على شريحة سيليكون واحدة، بتكلفة منخفضة. مثل هذه الدوائر الرقمية المتكاملة موجودة في كل مكان في الأجهزة الإلكترونية الحديثة، مثل الآلات الحاسبة، والهواتف المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر. ومع تزايد تعقيد الدوائر الرقمية، تصبح قضايا التأخير الزمني، والسباقات المنطقية ، وتبديد الطاقة، والتبديل غير المثالي، والتحميل على الشريحة وبين الشرائح، وتيارات التسرب، قيودًا على كثافة الدائرة وسرعتها وأدائها.

تُستخدم الدوائر الرقمية لإنشاء شرائح حاسوبية للأغراض العامة، مثل المعالجات الدقيقة ، والدوائر المنطقية المصممة خصيصًا، والمعروفة باسم الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASICs). تُستخدم أيضًا مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة ميدانيًا (FPGAs)، وهي شرائح 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. تشمل الأمثلة المقارنات والمؤقتات وحلقات القفل الطوري والمحولات التناظرية إلى الرقمية والمحولات الرقمية إلى التناظرية . تستخدم معظم دوائر الراديو والاتصالات الحديثة دوائر إشارات مختلطة. على سبيل المثال، في جهاز الاستقبال، تُستخدم الدوائر التناظرية لتضخيم الإشارات وتحويل التردد بحيث تصل إلى حالة مناسبة لتحويلها إلى قيم رقمية، وبعد ذلك يمكن إجراء معالجة إضافية للإشارة في المجال الرقمي.

• كتاب الدوائر الالكترونية
• أساسيات الإلكترونيات