इलेक्ट्रॉनिक्स: इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के मूल तथ्य, भूमिका और कार्य
इलेक्ट्रॉनिक्स: इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के मूल तथ्य, भूमिका और कार्य!
बुनियादी तथ्य:
इलेक्ट्रॉनिक्स और बिजली का विज्ञान दोनों विद्युत प्रवाह से निपटते हैं। लेकिन प्रत्येक वर्तमान के एक अलग उपयोग पर केंद्रित है। विद्युत मुख्य रूप से ऊर्जा के एक रूप के रूप में वर्तमान से संबंधित है जो रोशनी, मोटर और अन्य उपकरणों को संचालित कर सकता है। इलेक्ट्रॉनिक्स विद्युत प्रवाह को मुख्य रूप से सूचना ले जाने के साधन के रूप में मानते हैं। सूचनाओं को ले जाने वाले करंट को सिग्नल कहा जाता है।
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एक स्थिर, अपरिवर्तनीय विद्युत प्रवाह ऊर्जा ले जा सकता है। लेकिन वर्तमान में सिग्नल के रूप में सेवा करने के लिए किसी तरह से भिन्न होना चाहिए। कुछ इलेक्ट्रॉन उपकरण संकेतों के उत्पादन या संशोधित करने के लिए एक वर्तमान व्यवहार को बदलते हैं। अन्य लोग संकेतों की व्याख्या करते हैं। संकेत ध्वनियों, चित्रों, संख्याओं, अक्षरों या कंप्यूटर निर्देशों का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं। सिग्नल का उपयोग वस्तुओं को गिनने, समय या तापमान को मापने या रसायनों या रेडियोधर्मी पदार्थों का पता लगाने के लिए भी किया जा सकता है।
इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में संकेतों को डिजिटल या एनालॉग के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। एक डिजिटल सिग्नल एक साधारण इलेक्ट्रिक स्विच की तरह है-यह या तो चालू या बंद है। एक एनालॉग सिग्नल का एक निश्चित सीमा के भीतर कोई भी मूल्य हो सकता है।
एनालॉग सिग्नल व्यापक रूप से ध्वनियों और चित्रों का प्रतिनिधित्व करने के लिए उपयोग किए जाते हैं क्योंकि प्रकाश स्तर और ध्वनि तरंगों की आवृत्तियों का किसी दिए गए सीमा के भीतर कोई मूल्य हो सकता है। एनालॉग सिग्नल को डिजिटल सिग्नल में और डिजिटल सिग्नल को एनालॉग में बदला जा सकता है। उदाहरण के लिए, कॉम्पैक्ट डिस्क प्लेयर लाउडस्पीकर के माध्यम से प्लेबैक के लिए डिजिटल सिग्नल को डिस्क पर एनालॉग सिग्नल में परिवर्तित करते हैं।
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों द्वारा डिजिटल और एनालॉग दोनों संकेतों का तेज और विश्वसनीय नियंत्रण सिलिकॉन और जर्मेनियम जैसे अर्ध-कंडक्टर सामग्रियों के अद्वितीय गुणों द्वारा संभव बनाया गया है।
इलेक्ट्रॉनिक्स कुछ अत्यधिक विशिष्ट इलेक्ट्रॉन उपकरणों पर निर्भर करता है। एक टेलीविजन सेट, कंप्यूटर, या जटिल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के अन्य टुकड़े में इन उपकरणों के सैकड़ों से लाखों तक कहीं भी हो सकते हैं। सबसे प्रसिद्ध और सबसे महत्वपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक उपकरण ट्रांजिस्टर है।
ट्रांजिस्टर अभी भी लाखों स्टीरियो, रेडियो और टेलीविजन सेट संचालित करते हैं। लेकिन इंजीनियर अब सिलिकॉन की एक चिप पर सौ हज़ार से अधिक ट्रांजिस्टर लगा सकते हैं जो एक नख से छोटा होता है। इस तरह की चिप एक एकीकृत सर्किट बनाती है। इस प्रकार के चिप्स को छोटे और कम खर्चीले - लेकिन पहले से कहीं अधिक शक्तिशाली - इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का उत्पादन करने के लिए सर्किट बोर्ड पर एक साथ वायर्ड किया जा सकता है।
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को आमतौर पर बड़ी संख्या में उन अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जो पूर्व में उनके संचालन के लिए यांत्रिक या इलेक्ट्रिक सिस्टम पर निर्भर थे। उदाहरण स्वचालित कैमरों में इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण, कारों में इलेक्ट्रॉनिक इग्निशन सिस्टम और वाशिंग मशीन जैसे घरेलू उपकरणों में इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण हैं।
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के कार्य:
इलेक्ट्रॉनिक उपकरण तीन मुख्य कार्य करते हैं: (1) प्रवर्धन, (2) स्विचिंग, और (3) दोलन, सर्किट के हिस्से के रूप में। सर्किट में जुड़े इलेक्ट्रॉन उपकरणों और अन्य भागों की एक श्रृंखला होती है। तीन कार्यों को विभिन्न तरीकों से जोड़कर, इंजीनियर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण डिजाइन करते हैं जो कई अन्य विशेष कार्य करता है, जैसे कि कंप्यूटर के उच्च गति संचालन।
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों द्वारा कुछ अन्य कार्य भी किए जाते हैं।
बिजली में परिवर्तन प्रकाश:
जब कुछ सामग्री, जैसे कि कॉपर ऑक्साइड या सेलेनियम, प्रकाश के संपर्क में आते हैं, तो वे विद्युत प्रवाह का उत्पादन करते हैं या किसी धारा को अपने से प्रवाहित होने देते हैं। इन सामग्रियों से बने इलेक्ट्रॉनिक उपकरण इस प्रकार प्रकाश को बिजली में बदल सकते हैं। इस तरह के उपकरणों को फोटोइलेक्ट्रिक उपकरण या इलेक्ट्रिक आंखें कहा जाता है। एक फोटोइलेक्ट्रिक डिवाइस से करंट आमतौर पर बेहद कमजोर होता है। एम्पलीफायरों का उपयोग करने से पहले इसे चालू करना चाहिए।
एक्स-रे का उत्पादन और उपयोग करना:
एक्स-किरणों के उत्पादन के लिए विशेष प्रकार के इलेक्ट्रॉन ट्यूबों का उपयोग किया जाता है। एक्स-रे मानव ऊतक और अन्य पदार्थों से गुजर सकते हैं और एक फोटोग्राफिक प्लेट पर या एक फ्लोरोसेंट स्क्रीन पर एक छवि छोड़ सकते हैं। एक्स-रे इस प्रकार दिखा सकते हैं कि कौन से पदार्थ अंदर की तरह दिखते हैं। एक्स-रे का उपयोग निदान और चिकित्सा में किया जाता है।
निदान में फ्रैक्चर का पता लगाना, शरीर में विदेशी वस्तु, दंत गुहाओं और कैंसर जैसी रोगग्रस्त स्थिति का पता लगाना शामिल है। एक्स-रे का उपयोग चिकित्सीय उपचार में भी किया जाता है जैसे कि घातक ट्यूमर के प्रसार को रोकने के लिए। उद्योगों में, एक्स-रे का उपयोग सामग्रियों की मोटाई का पता लगाने के लिए किया जाता है। एक्स-रे का उपयोग "चित्र" प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी को स्कैन करने के लिए भी किया जाता है।
इलेक्ट्रॉनिक्स का विकास:
1800 के दशक में कुछ विद्युत प्रयोगों से मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स का विकास हुआ। इन प्रयोगों में एक गैस-डिस्चार्ज ट्यूब का उपयोग करना शामिल है, यानी एक ऐसा क्यूब जिसमें से कुछ हवा को हटा दिया गया था, जिससे गैसों का एक पतला मिश्रण निकल जाता है। प्रत्येक छोर पर ट्यूब में एक धातु इलेक्ट्रोड (विद्युत पोल या टर्मिनल) था।
जब एक बैटरी को दो इलेक्ट्रोड से जोड़ा गया था, तो ट्यूब चमकीले रंगों के साथ चमकता था। वैज्ञानिकों का मानना था कि नकारात्मक इलेक्ट्रोड, कैथोड, ने अदृश्य किरणों को छोड़ दिया जो रंगों का कारण बना। उन्होंने अदृश्य किरणों का नाम कैथोड किरणें रखा। जैसा कि वैज्ञानिकों ने कंद से अधिक हवा को हटा दिया, उनके प्रयोगों के लिए, ट्यूब वैक्यूम ट्यूब बन गए।
1895 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी विल्हेम रोएंटजेन ने पाया कि कैथोड किरणें एक पूरी तरह से अलग और अपरिचित तरह की किरण उत्पन्न कर सकती हैं। कैथोड किरणों ने इन असामान्य किरणों का निर्माण तब किया जब उन्होंने कैथोड के सामने ट्यूब के अंत में कांच मारा। अपने आश्चर्य के लिए, Roentgen ने यह भी पाया कि इस तरह से उत्पादित रे 3 पशु और पौधे के ऊतकों से गुजर सकता है और एक फोटोग्राफिक प्लेट पर एक छाप छोड़ सकता है। उन्होंने रहस्यमय किरणों का नाम एक्स-रे रखा।
1897 में, ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी जुसेफ जे। थॉमसन की इलेक्ट्रॉनों की खोज ने उन उपकरणों का आविष्कार किया, जो एक इलेक्ट्रॉन प्रवाह, या इलेक्ट्रिक सिग्नल को नियंत्रित कर सकते थे, और इसे काम करने के लिए टी रखा था।
वैक्यूम ट्यूब (वाल्व):
1904 में, जॉन एम्ब्रोस फ्लेमिंग नामक एक ब्रिटिश वैज्ञानिक ने पहली वैक्यूम ट्यूब का निर्माण किया, जिसका व्यावसायिक उपयोग किया जा सकता था। यह एक दो-इलेक्ट्रोड या डायोड ट्यूब था जो रेडियो संकेतों का पता लगा सकता था। समय में, डायोड ट्यूबों को बारी-बारी से चालू करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
1907 में, अमेरिकी आविष्कारक ली डे फॉरेस्ट ने तीन-इलेक्ट्रोड, या ट्रायोड ट्यूब का पेटेंट कराया। ट्रायोड ट्यूब पहली इलेक्ट्रॉनिक एम्पलीफायर बन गई। पहले अनुप्रयोगों में से एक लंबी दूरी की टेलीफोन लाइनों में था। 1912 और 1913 में, डी फॉरेस्ट और अमेरिकी रेडियो अग्रदूत एडविन एच। आर्मस्ट्रांग ने स्वतंत्र रूप से काम करते हुए ट्रायोड ट्यूब को थरथरानवाला के रूप में विकसित किया। एक इलेक्ट्रॉनिक एम्पलीफायर और थरथरानवाला के आविष्कार ने 1920 में संयुक्त राज्य में रेडियो प्रसारण की शुरुआत की। इस तिथि में इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग की शुरुआत भी हुई।
1920 से 1950 के दशक तक, वैक्यूम ट्यूबों के बारे में ज्ञान ने टेलीविजन, साउंड, रडार और इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर वाली फिल्मों जैसे आविष्कार किए। बदले में, इन आविष्कारों से नए इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का विकास हुआ।
जीआर केरी नाम के एक अमेरिकी वैज्ञानिक ने एक फोटोइलेक्ट्रिक डिवाइस का निर्माण किया था, जिसे 1875 की शुरुआत में एक फोटोइलेक्ट्रिक सेल कहा जाता था। लेकिन इंजीनियरों ने 1920 के दशक तक इसका बहुत कम उपयोग किया, जब उन्होंने टेलीविजन और फिल्मों को ध्वनि के साथ विकसित करने के अपने प्रयासों को तेज किया।
1923 में, एक रूसी मूल के अमेरिकी वैज्ञानिक, जिसका नाम व्लादिमीर के। ज़्वोरकिन है, ने इलेक्ट्रानिक बंदूक के साथ एक फोटोइलेक्ट्रिक सेल को संयोजित किया और इसलिए पहला सफल टीवी कैमरा ट्यूब बनाया।
1921 में, एक अमेरिकी इंजीनियर अल्बर्ट डब्ल्यू हल ने एक मैग्नेट्रॉन नामक एक वैक्यूम ट्यूब ऑसिलेटर का आविष्कार किया। मैग्नेट्रॉन पहला उपकरण था जो कुशलता से माइक्रोवेव का उत्पादन कर सकता था। रडार, जिसे धीरे-धीरे 1920 और 1930 के दशक के दौरान विकसित किया गया था, ने माइक्रोवेव का पहला व्यापक उपयोग प्रदान किया।
वैक्यूम ट्यूब युग 1946 में पहला सामान्य-उद्देश्य इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर के पूरा होने के साथ अपने चरम पर पहुंच गया।
सॉलिड-स्टेट एरा:
सेलेनियम से बने आदिम सेमीकंडक्टर उपकरणों ने 1900 की शुरुआत में रेक्टिफायर के रूप में काम किया था। शुरुआती रेडियो में क्रिस्टल डिटेक्टर भी अर्धचालक थे। लेकिन इनमें से किसी भी उपकरण ने वैक्यूम ट्यूब रेक्टिफायर्स और डिटेक्टरों के साथ काम नहीं किया।
फिर, 1940 के दशक की शुरुआत में, अमेरिकी भौतिकविदों की एक टीम ने पहले सफल अर्धचालक डायोड का उत्पादन किया। टीम में जॉन बार्डीन, वाल्टर एच। ब्राटेन और विलियम शॉकले शामिल थे। 1947 में, इसी टीम ने ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया। 1950 के दशक की शुरुआत में निर्माताओं ने श्रवण यंत्रों और जेब के आकार वाले रेडियो में एम्पलीफायरों के रूप में ट्रांजिस्टर का उपयोग शुरू किया। 1960 के दशक तक, सेमीकंडक्टर डायोड और ट्रांजिस्टर ने वैक्यूम ट्यूबों को बहुत अधिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में बदल दिया था।
माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक:
1950 के दशक के उत्तरार्ध में, सैन्य और अंतरिक्ष कार्यक्रमों ने अधिक कॉम्पैक्ट इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की मांग शुरू कर दी। यद्यपि निर्माताओं ने इलेक्ट्रॉन उपकरणों के आकार को कम कर दिया था, फिर भी प्रत्येक डिवाइस ने सर्किट में एक अलग घटक का गठन किया; सैन्य और अंतरिक्ष कार्यक्रमों की मांगों के लिए इलेक्ट्रॉनिक उपकरण बहुत बड़े थे। इलेक्ट्रॉनिक कंपनियों ने दूर के छोटे सर्किट विकसित करने का काम शुरू किया। उनके काम से माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक-डिजाइन और एकीकृत सर्किट और एकीकृत सर्किट का उपयोग करने वाले उपकरणों का उत्पादन हुआ।
1960 तक, इंजीनियरों और वैज्ञानिकों ने एक एकीकृत सर्किट बनाने में सफलता हासिल की थी। इसमें एक पारंपरिक सर्किट के सभी कार्य अर्धचालक क्रिस्टल में पैक किए गए थे, जो पारंपरिक सर्किट से 1, 000 गुना छोटा था।
इलेक्ट्रॉनिक्स की भूमिका:
आज देश की विकास प्रक्रिया में इलेक्ट्रॉनिक्स की महत्वपूर्ण भूमिका है। इलेक्ट्रॉनिक्स अर्थव्यवस्था के प्रमुख क्षेत्रों में उत्पादन और उत्पादकता बढ़ाने में एक उत्प्रेरक की भूमिका निभाता है, चाहे वह बुनियादी ढांचे, प्रक्रिया उद्योगों, संचार या यहां तक कि जनशक्ति प्रशिक्षण से संबंधित हो। उच्च तकनीक वाले क्षेत्र आज इलेक्ट्रॉनिक्स पर बहुत अधिक निर्भर हैं।
इलेक्ट्रॉनिक्स को पारंपरिक रूप से उपभोक्ता, औद्योगिक, रक्षा, संचार और सूचना प्रसंस्करण क्षेत्रों में वर्गीकृत किया गया है। हाल के दिनों में, चिकित्सा इलेक्ट्रॉनिक्स, और परिवहन और बिजली उपयोगिताओं के लिए सिस्टम अपने आप ही महत्वपूर्ण खंड बन गए हैं।
उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र का सबसे पुराना क्षेत्र है जो ट्रायोड के आविष्कार के बाद रेडियो रिसीवर के विकास के साथ शुरू हुआ। इस क्षेत्र में अंतर्राष्ट्रीय प्रतिस्पर्धा को निरंतर नवाचार की आवश्यकता है।
कॉम्पैक्ट डिस्क (सीडी) खिलाड़ियों, डिजिटल ऑडियोटेप, माइक्रोवेव ओवन, वाशिंग मशीन और उपग्रह टेलीविजन रिसेप्शन सिस्टम जैसी वस्तुओं के विकास के साथ इस क्षेत्र में पिछले कुछ वर्षों में उल्लेखनीय विस्तार हुआ है। हालांकि, ये सभी वस्तुएं अर्धचालक लेजर और माइक्रोवेव उपकरणों जैसे निर्माण की उन्नत तकनीकों और तकनीकों का उपयोग करती हैं।
औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्स मॉडेम उद्योग-प्रक्रिया नियंत्रण उपकरण, संख्यात्मक रूप से नियंत्रित मशीनरी और रोबोट, और परीक्षण और माप के लिए उपकरण द्वारा आवश्यक विनिर्माण उत्पादों की ओर उन्मुख है। प्रयोगशालाओं को भी परिशुद्धता के साधनों की आवश्यकता होती है। इस क्षेत्र में वृद्धि और विकास की काफी संभावनाएं हैं।
सामग्री विज्ञान और परिष्कृत इलेक्ट्रॉनिक्स में उन्नत बुनियादी ढांचे दोनों रक्षा क्षेत्र के लिए प्रासंगिक हैं जहां लागत आम तौर पर एक सीमित कारक नहीं है। उपकरण सटीक और संवेदनशील होने के साथ-साथ पर्यावरणीय दबावों का सामना करने के लिए पर्याप्त हार्डी होना चाहिए।
रक्षा-इलेक्ट्रॉनिक्स पाठ्यक्रम की रणनीतिक है; इसमें उद्योग की पेशकश करने के लिए मूल्यवान स्पिन-ऑफ भी हैं। रक्षा वित्त पोषित संगठन भारत इलेक्ट्रॉनिक्स लिमिटेड (बीईएल) ने भारत में ट्रांजिस्टर और टेलीविजन के विकास में बहुत योगदान दिया है।
संचार इलेक्ट्रॉनिक्स नवाचार और औद्योगिक अनुप्रयोग के लिए बहुत अधिक गुंजाइश वाला एक तेजी से बढ़ता हुआ क्षेत्र है। कुशल अर्धचालक लेजर, ऑप्टिकल फाइबर प्रौद्योगिकी, डिजिटल तकनीक और शक्तिशाली माइक्रोप्रोसेसर के विकास से संचार उपकरण को अत्यधिक लाभ हुआ है।
सूचना प्रौद्योगिकी, फिर से, स्पष्ट रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स पर निर्भर है। एकीकृत सर्किट कंप्यूटर का आधार है जो बदले में, बहुत बड़े पैमाने पर एकीकृत (वीएलएसआई) सर्किट, विशेष रूप से माइक्रोप्रोसेसर और यादों को डिजाइन करने के लिए उपयोग किया जाता है। बेहतर कंप्यूटर फिर से संचार प्रणालियों को बेहतर बनाने में मदद करते हैं, जबकि तेज और कुशल संचार वितरित कंप्यूटर नेटवर्क के लिए नेतृत्व करते हैं, जो किसी के कार्यस्थल से दूर के कंप्यूटर में विशेष डेटा तक पहुंच प्रदान करता है।
चिकित्सा क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनिक्स ने ईसीजी (इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम) रिकॉर्डर के साथ-साथ एनएमआर (न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस) स्कैनर के अलावा अन्य माप उपकरणों को भी संभव बनाया है।
