Elektronik Nedir? Elektronikteki temel kavramlar, Elektroniğin tarihi.

Elektronik Nedir ?

Aktif ve pasif devre elemanlarının oluşturduğu, küçük akımlarla bilgi işleyen, ileten ya da depolayan sistemleri konu alan bilim dalıdır. Elektronik devrelerde kullanılan pasif devre elemanları olarak direnç, kondansatör, bobin sayılabilir. Bunların ortak özelliği bulundukları devrede herhangi bir güç üretmemeleri veya güç kazancında etkilerinin bulunmamasıdır. Aktif devre elemanları ise transistör, diyot, triyak, gibi elemanlardır. Bu elemanlar yer aldıkları devrede güç üretir veya güç kazancı sağlayabilirler. Aktif devre elemanları yarıiletken malzemelerden oluşmaktadır.

Yarı İletken Nedir ?

Yarı iletken maddeler adından da anlaşılacağı gibi elektrik akımına karşı, ne iyi bir iletken nede iyi bir yalıtkan özelliği gösterirler. Elektronik endüstrisinin temelini oluşturan yarı iletken maddelere Örnek olarak; silisyum (si), germanyum (ge) ve karbon (ca) elementlerini verebiliriz. Elektronik devre elemanlarının üretiminde yararlanılan iki temel yarı iletken materyal vardır. Bunlar; N-tipi yarı iletkenler ve P-tipi yarıiletkenlerdir. Yarı iletken maddelere dış yörüngesinde 5 elektron bulunan bir atom eklenerek N tipi yarı iletken oluşur. Aynı şekilde dış yörüngesinde 3 elektron bulunan bir atom eklenerek P tipi yarı iletken elde edilir. P tipi ve N tipi devre elemanları ile oluşturulan elektronik devreler, sinyal türlerine göre analog ve dijital elektronik devreler olarak sınıflandırılır.

Analog Elektronik 

Analog elektronik, elektroniğin sürekli değişen bir sinyal ile işleyen devreleri içeren bir dalıdır. Analog devrelerde sinyaller analog sensörler ile türetilmektedir. Bu sinyaller depolama ve işleme için dijital sinyallere dönüşmekte ve radyo ve ses cihazları ile diğer uygulama alanlarında kullanılmaktadır.

Dijital Elektronik

Dijital elektronik bir ya da birden fazla girdiye, Var (1) ya da Yok (0) olmak üzere yalnızca iki farklı çıkış verebilen elektronik teknolojisidir. Dijital elektroniğin temelini ikili tabanlı sayı sistemleri oluşturur. Analog elektrikteki binlerce değere karşın dijital elektronikte yalnızca 2 değer vardır. Bunlar bir değeri yani enerji var ve sıfır değeri, yani enerji yok demektir. Günümüz dijital teknolojisinin (Bilgisayar, Hesap Makinaları, Akıllı Telefonlar, Dijital Saatler, Programlanabilir Cihazlar vb…) temelini bu iki tabanlı sayı sistemi oluşturur. Programlamada buna makine dili denir.

Elektroniğin Önemli Gelişimi 

Bir zamanlar devasa boyutta olan elektronik aletlerin, bugün çok daha gelişmiş halleriyle ceplerde taşınır hale geldi. Elektronik aletlerin bu denli yetenekli ve küçük olmalarına giden yolun başında iki önemli buluş yer alır: Transistörler ve mikroçipler…

Transistörler 1947 yılında ABD’deki Bell Laboratuvarları’nda fizikçiler John Bardeen, Walter H. Brattainve William B. Shockley tarafından geliştirildi. Yarı iletken malzemelerden oluşan ve ana malzeme olarak germanyum kristalinin kullanıldığı ilk transistörlerde kristaller, bir taraftan gelen en küçük bir elektrik akımı, bir sonraki devredeki daha güçlü bir akımı kontrol altında tutabilecek şekilde yerleştirilmişti.

Transistörleri geliştiren bu üçlü 1956 yılında Nobel fizik ödülü alırken transistörler küçük ve güvenli olması, az ısı üretmesi ve oldukça az miktardaki enerji gereksinimleriyle karmaşık devrelerin minyatürleştirilebilmesini olanaklı kıldı.Transistörlerin geliştirilmesinden sonra ise bir diğer önemli aşamaya, entegre devrelerin üretilmesine sıra gelir.

İlk transistörlerin içindeki her parça birbirine lehim ile bağlanmıştı.1950’li yıllarda ise bu parçaların bir levha üzerinde kalıp haline getirilerek üretilmesi düşünülür. Bu şekilde, küçük silisyum levhacıklar üzerinde çok sayıda transistörün, aralarındaki bağlantılarla birlikte kalıp halinde resmi çıkarılabilecekti. İşte entegre devreler ya da tümleşik devreler bu şekilde oluşacaktı. Bunlar, bugün daha çok ‘mikroçip’ olarak adlandırılıyor.

İlk mikroçipler ise 1950’lerin sonunda, birbirinden bağımsız olarak iki mühendis tarafından geliştirildi. Bu mühendislerden biri, küçük bir elektrik şirketinin sahibi ve amatör bir radyocunun oğlu Jack S. Kilby’dir.1923’te Kansas’ta doğan Kilby, babasının amatör radyoculuk faaliyetlerinden etkilenerek elektronikle ilgilenmeye başlar. Illionis Üniversitesi’nde elektrik mühendisliği öğrenimi gören Kilby’nin sınıf arkadaşlarının çoğu elektrik güç ile ilgilenirken, o çocukluğundan beri ilgisini çeken elektronikle ilgilenir. BellLaboratuarı’nın transistörü geliştirdiğini açıklamasından bir yıl önce, 1947’de mezun olur.

İş hayatına Milwaukee’de başlayan Kilby, bir yandan da Wisconsin Üniversitesi’nde elektrik mühendisliği yüksek lisans öğrenimine devam eder. 1958’de eşiyle birlikte Texas’a yerleşir ve Texas Instruments’ta elektronik parçaların minyatürizasyonu üzerine çalışmaya başlar. Entegre devresini burada geliştiren Kilby, askeri sistemler ve entegre devreleri içeren ilk bilgisayarları üreten grupların başkanlığını yapar. Pek çok ödülün yanında 2000 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü alan Kilby’nin altmışın üzerinde patenti bulunuyor. Kilby ile aynı yıllarda, entegre devre geliştiren bir diğer mühendis de Robert Noyce idi. Kilby onunla ilgili olarak, beraber entegre devrelerin ticari olarak kabul görmeleri için çok çalıştıklarını vurgular ve eğer yaşasaydı, Nobel Ödülü’nü şüphesiz onunla paylaşabileceğini belirtir.

1927’de Iowa’da, bir papazın oğlu olarak dünyaya gelen Robert Noyce’un elektronik merakı, Kilby’ninki gibi aileden gelmiyordu. Bu merağın kökeni nedir bilinmez ama Grinell Koleji’nde öğrenimine devam ederken hocası, fizik profesörü Grant Gale’in, BellLaboratuarları’nda üretilen ilk transistörlerden ikisini sınıfa getirerek öğrencilerine göstermesi, Noyce’u etkilemiş olmalı… Başarılı bir öğrenim hayatının sonunda, 1953’te Massachutes Teknoloji Enstitüsü’nde (MIT) doktorasını tamamladığında IBM, RCA, AT&Tgibi ünlü firmalardan iş teklifleri alır ancak o transistörlerle ilgilenen Philco firmasını tercih eder. Burada üç yıl çalıştıktan sonra, transistörun mücitlerinden William Shockley’den iş teklifi alan Noyce, ailesiyle beraber Silikon Vadisi’ne taşınır. Shockley ile anlaşamayan Noyce, 1957 yılında yedi arkadaşıyla birlikte kendi firmaları Fairchield’ı kurar. Kısa sürede transistör satışında ticari başarı yakalayan Noyce, 1959yılında tüm dirençler, kapasitörler, transistörler ve diğer bağlantıları tekbir silisyum üzerine yerleştirmeyi düşünerek çalışmalarına bu yönde devam eder. Böylece Kilby’den altı ay sonra, Noyce da entegre devreyi üretebilmeyi başarır. Üstelik, onun silisyum kullanarak ürettiği entegre devresi, germanyum kullanan Kilby’ninkinden daha pratiktir.1990 yılında kalp yetmezliği sonucu hayatını kaybeden Noyce, ‘Silikon Vadisi’nin Belediye Başkanı’ lakabıyla anılıyordu. Noyce, aynı zamanda Intel’in kurucuları arasındaydı. California Santa Clara’da bulunan Intel Genel Müdürlük binası, onun onuruna Robert Noyce Binası” ismini taşır. Mikroçiplerin seri üretimi ve gelişimi ve karşılanabilir maliyetler için hassas üretim tekniklerine gerek duyuluyordu. Bu teknikler 60’lı yıllar boyunca geliştirilir. 1971 yılında ise elektronik sanayisinin gelişiminde bir diğer önemli buluş gerçekleşir. Intel firmasından Ted Hoff ve arkadaşları, ilk mikroişlemci “Intel 4004”ü geliştirir. Artık tek bir levha üzerinde istenilen programlama yapılarak çeşitli görevler bu sayede uygulanabilecekti. Mikro işlemciler, uzay gemilerinden elektronik ev aletlerine çok geniş bir kullanım alanı bulacak ve bilgisayarların küçük boyutlara ulaşabilmesini sağlayacaktı.