Analogna elektronika

Analogna elektronika je deo elektronike koja se bavi obradom analognih signala, koji su po prirodi kontinualni i po vremenu i po amplitudi. Zadatak analogne elektronike je analiza i projektovanje različitih elektronskih kola u koja spadaju ispravljači, pojačavači, stabilizatori, oscilatori, modulatori, detektori (demodulatori), mešači, filtri, itd. Kako su od intresa kola u širokom rasponu radne učestanosti, od industrijskih 50 Hz pa sve do oblasti vidljivog spektra, reda 10¹⁵ Hz, kola se analiziraju i u vremenskom i kompleksnom domenu, primenom takozvane Laplasove transformacije.

Fundamentalna struktura savremene elektronike je, takozvani, pn spoj. Broj komponenata koje u sebi imaju implamentiran pn spoj je poprilično veliki. Najčešće korišćenje komponente su dioda (koja sama po sebi predstavlja jedan, osnovni, pn spoj), zatim bipolarni tranzistor, MOSFET i JFET tranzistori, itd. Svaka od navedenih komponenata ima više podvrsta, različite namene, od kojih su u modernoj elektronici jako popularne one koje u sebi imaju izražen fotoefekat. Takođe, broj režima rada komponenata sa pn spojem je viliki, što je dalo modernoj elektronici oblik i važnost kakvu danas ima. Režimi rada koji se sreću u teoriji i praksi su ispravljači, prekidački, pojačavački, itd.

Analogna elektronika, za razliku od digitalne, uglavnom ne koristi (nije osnovna ideja) prekidački režim rada komponenti baziranih na pn spoju. Iako je danas daleko lakše obrađivati informacije pomoću računara, analogna elektronika predstavlja neizbežnu vezu između prirode, koja je na nama opipljivom nivou kontinualna i po vremenu i po amplitudi, i digitalne elektronike, koja je osnovna ideja modernog računara.

Istorijski razvoj

Preteča današnjih poluprovodničkih komponenti sa implementiranim pn spojem su, takozvane, katodne cevi. Godine 1939. Russell Ohl pronalazi moderni pn spoj i podiže elektroniku na viši nivo. Kako je dioda sama po sebi pn spoj, bila prva komponenta napravljena u poluprovodničkoj tehnologiji. Dalji napredak elektronika doživljava 1947. godine kada je izrađen prvi tranzistor u poluprovodničkoj tehnologiji. Konačna ekspaniza desila se 1959. kada je na jednoj germanijumskoj pločici izrađeno dva tranzistora, u realizaciji Džeka Kilbija. Ovim započinje era integrisane tehnike, tj. era praktične realizacije integrisanih kola, koja danas omogućava da na jednom čipu bude više miliona elektronskih komponenti.

Diskretna i integrisana tehnika

Diskretna tehnika

mini

Diskretna tehnika predstavlja realizaciju elektronskih kola kombinovanjem pojedinačnih komponenti. Najčešće sretana kola u diskretnoj tehnici su pojačavačka kola sa MOSFET i bipolarnim tranzistorima, ispravljačka kola, stabilizatori sa zenerovom diodom itd.

Najpopularnije diskretne komponente na bazi pn spoja su:

1. Diode:

• Šotkijeva dioda
• Zenerova dioda
• Varikap dioda
• LED dioda
• fotodioda
• solarna ćelija

2. Tranzistori:

• bipolarni tranzistor
• JFET
• MOSFET
• MESFET
• Fototranzistor

3. Dijak

4. Trijak

5. Tiristori.

Vezano za gorenavedene komponente treba naglasiti da su izuzetno nelinearne, stoga proračuni mogu biti izuzetno komplikovani, zbog čega je godinama razvijan niz aproksimacija za lakšu analizu.

Komponente kao što su otpornici, kondenzatori i kalemovi su takođe jako česte, i uglavnom spadaju u diskretne komponente (mada se otpornik može realizovati u integrisanoj tehnici). Prva među njima, po osnovnoj ideji je termogena otpornost, koja ima linarnu vezu između napona i struje na svojim krajevima, dok su druga dva elementa dinamička, tj. konstitutivne relacije su im diferencijalne jednačine prvaog reda.

Integrisana tehnika

Integrisana tehnika predstavlja realizaciju pojedinih elektronskih kola na jednoj pločići, takozvanom čipu, koji se koriste kao celina. Sa ostatkom sklopa se povezuju preko pinova, kojih ima različit broj u zavisnosti od kola do kola. Projektuju se za obavljanje različitih zadataka, kako u analognoj elektronici tako i u digitalnoj elektronici.

Najčešće sretana integrisana kola su:

1. Operacioni pojačavač, koji se može realizovati u više različitih tehnika:

• Bipolarna tehnika
• MOS tehnika
• kao i BI-MOS tehnika

2. Čipovi sa komplementarnim parom tranzistora:

• SMOS
• bipolarni

3. Veliki broj namenskih čipova podjednako potrebnih i u analognoj i u digitalnoj elektronici.

Operaconi pojačavač, iako nelinearna komponenta (sada ga posmatramo kao jednu komponentu, jer nemamo mogućnost da koristimo ponaosob tranzistore koji su integrisani unutar čipa), se vrlo jednostavno linearizujemo u pojedinim oblastima, principom deo-po-deo linarne karakteristike. To omogućava jednostavno razumevanje principa rada, kao i realizaciju velikog broja elektronskih sistema za najrazličitije primene u praksi. Jedna od najbitnih komponenti u analognoj elektronici.

Primena analogne elektronike

Oblasti u kojima je neophodno podrobnije razumevanje analogne elektronike su:

• linearna elektronika, linearizacija elektronskih kola u oblasti rada,
• energetska elektronika, projektovanje i upravljanje elektronskim sklopovima za pretvaranje električne energije iz jednog oblika u drugi:

konvertori:

• DC/DC
• AC/DC
• DC/AC
• AC/AC

• mikrotalasna elektronika, elektronska kola za rad na učestanostima od 300 MHz do 300 GHz,
• telekomunikacije, kola za fazne i amplitudske mogulacije, kao i demodulacije, itd.
• automatika, gotova sva kola koja treba da komuniciraju sa mehaničkim delom sistema baziraju se na analognoj elektronici.