மின்னணுவியல்

இலத்திரனியல் அல்லது மின்னணுவியல் மின்குமிழ், கடிகாரம், தொலைபேசி, வானொலி, தொலைக்காட்சி, கணினி போன்ற அன்றாட வாழ்வில் பயன்படும் பல கருவிகளின் இயக்கத்துக்குப் பயன்படும் அடிப்படைத் தொழில்நுட்பம் ஆகும். மின்னணுவியல் தகவல்களைத் தேக்கவும் கையாளவும் பயன்படுகிறது. அதாவது, மின்ஆற்றலைக் கொண்டு மின்குறிகைகளை உருவாக்கலாம். மின்குறிகைகளால் தகவல்களை பதிலீடு செய்யலாம். இந்த மின்குறிகைகளை அல்லது தகவல்களை மின்னணுவியல் கருவிகளால் தேக்கலாம் அல்லது கணிக்கலாம்.

இந்தப் புலத்தில் வெற்றிடக் குழல்கள், திரிதடையங்கள், இருமுனையங்கள், நுண் தொகுப்புச்சுற்றுக்களும் ஒளிமின்னன் கருவிகளும் உணரிகளும் போன்ற செயல்படு மின்கூறுகளும் மின்தடையம், மின்தேக்கி, மின்தூண்டிகள் போன்ற செயலறு மின்கூறுகளால் ஆகிய மின்சுற்றுகளும் பெரும் பங்காற்றுகின்றன. எனவே பொதுவாக மின்னனியல் கருவிகளில் செயல்முனைவான அரைக்கடத்திகளும் செயலறு மின்சுற்று உறுப்புகளும் அமையும். இந்தச் சுற்றே மின்னணுவியல் சுற்று எனப்படுகிறது. மின்னணுவியல் இயற்பியலின் பிரிவாகவும் மின்பொறியியலின் பிரிவாகவும் கருதப்படுகிறது.

செயல்படு மின்கூறுகளின் நேர்பாங்கற்ற நடத்தையும் அவற்றின் மின்னன்களின் பாய்வைக் கட்டுப்படுத்தும் பண்பும் மிக நலிவுற்ற குறிகை அலைகளைக் கூட வலுப்படுத்த உதவுகின்றன; இப்பயன்பாடு தகவல் பதப்படுத்தல், தொலைத்தொடர்பு, குறிகைச் செயலாக்கம் அல்லது பதப்படுத்தல் ஆகிய துறைகளில் பெரும் பங்காற்றுகிறது. மேலும் இக் கருவிகளை நிலைமாற்றிகளாகவும் பயன்படுத்தலாம்; இப்பயன்பாடு எண்ணிமத் தகவல் பதப்படுத்தலில் பயனாகிறது. ஒருங்கிணைப்புச் சுற்றுத் தொழில்நுட்பங்கள், பொதியல்சுற்றுத் தொழில்நுட்பங்கள், பல்வேறு இணைப்புத் தொழில்நுட்பங்கள் ஆகியவை, மின்சுற்றுப் பலகை]]களின் மின்சுற்றுச் செயல்பாட்டை முழுமையாக்கிக் கலவையான மின்கூறுகள் வழியாக ஓர் ஒருங்கியமாக அல்லது ஓர் அமைப்பாகச் (System) செயல்படச் செய்கின்றன.

மின்னணுவியல் என்பது மின்னியல், மின்பொறியியல் ஆகியவற்றிலிருந்து வேறுபட்ட து; மின்பொறியியல் பொதுவாக மின்னாக்கம், மின்செலுத்தம், மின்பகிர்மானம் ஆகியவற்றையும் மின்னழுத்தம் அல்லது மின்னோட்டம்ஆகியவற்றின் நிலைமாற்றல், தேக்கிவைத்தல் பற்றியும் மின் ஆற்றலை பிற ஆற்றல் வடிவங்களுக்கும் மற்ற ஆற்றல் வடிவங்களிலிருந்து மின் ஆற்றலுக்கும் மாற்றுவதைப் பற்றியும் கருப்பொருளாக்க் கொண்டுள்ளது. இவற்றின் கூறுகளாக மின்கம்பிகள், மின் இயக்கிகள், மின்னியற்றிகள், மின்கலங்கள், நிலைமாற்றிகள், உணர்த்திகள், மின்மாற்றிகள், மின்தடையங்கள் அமைகின்றன. மின்னியலில் இருந்தான மின்னணுவியலின் பிரிவினை மின்னணுவியல் மிகைப்பிகள் நலிவுற்ற குறிகைகளின் வீச்சையும் திறனையும் மிகுக்கப் பயன்படுத்தத் தொடங்கிய 1906 இல் இருந்து தொடங்கியது எனலாம். 1950 வரை இதன் முதன்மைப் பயன்பாடு வானொலி சார்ந்த அலைபரப்பிகள், அலைவாங்கிகள் ஆகியவற்றிலும் அதற்குப் பயன்பட்ட வெற்றிடக் குழல்களிலும் மட்டுமே இருந்தமையால் இத்துறை தொடக்கத்தில் "வானொலி தொழில்நுட்பம்" என்றே அழைக்கப்பட்டு வந்தது.

இன்று, பெரும்பாலான மின்னணுவியல் கருவிகள் குறைக்கடத்திகளைப் பயன்படுத்தி மின்னன்களைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன. குறைகடத்திக் கருவிகளின் அறிவியலும் தொழில்நுட்பமும் திண்மப்பொருள் இயற்பியலின் பிரிவாகக் கருதப்படுகிறது; நடைமுறை இடர்களுக்குத் தீர்வாக மின்னனியல் மின்சுற்றுக்களின் வடிவாக்கமும் உருவாக்கமும் மின்னணுவியல் பொறியியல் துறையாக உருமாறியது.

மின்னணுவியல் கீழுள்ள கிளைப்பிரிவுகளாக அமைகிறது:

1. எண்ணிம அல்லது எண்ணியல் மின்னணுவியல்
2. ஒப்புமை மின்னணுவியல்
3. நுண்மின்னணுவியல்
4. சுற்றதர் வடிவமைப்பு
5. ஒருங்கிணைந்த மின்சுற்றதர்கள்
6. ஒளிமின்னணுவியல்
7. செங்கடத்திக் (அரைக்கடத்திக்) கருவிகள்
8. பொதியல் சுற்றதர்கள்

தொடக்கநிலை மின்னனியல்உறுப்புகளாக வெற்றிடக் குழல்கள் (வெம்மின்னணுக் கவாடங்கள்) அமைந்தன. இருபதாம் நூற்றாண்டின் முதல் அரைப்பகுதியில் இவைதாம் மின்னனியல் புரட்சிக்கு வழிவகுத்தன. இவை வானொலி, தொலைக்காட்சி, இசைத்தட்டுகள், இராடார் (வீவாணி-வீச்சும் வாக்கும் காணி), நெடுந்தொலைவுத் தொலைபேசி ஆகிய தொழில்நுட்ப அமைப்புகளுக்கும் மேலும் பல நுட்பங்களுக்கும் வழிவகுத்தன. இவை 1980 கள் வரை நுண்ணலை உயர்திறன் செலுத்த்த்துக்கும் தொலைக்கட்சி அலைவாங்கிகளுக்கும் அடிப்படை உறுப்புகளாக அமைந்தன. 1980 களில் இவற்றின் இடத்தைத் திண்மநிலைக்கருவிகள் கைப்பற்றின. சிறப்புப் பயன்பாடுகளான உயர்திறன் வானொலி அலைவெண் மிகைப்பிகளிலும் எதிர்முனைக் கதிர்க்குழல்களிலும் சிறப்பு ஒலியியல் கருவியாகிய கிதார் மிகைப்பிகளிலும் குழிக்காந்த மிகைப்பி போன்ற நுண்ணலைக் கருவிகளிலும் வெற்றிடக் குழல்கள் தாம் இன்றும் பயன்பாட்டில் உள்ளன.

1955 ஏப்பிரலில் IBM 608 எனும் கணக்கீட்டுக் கருவியில் IBM நிறுவனம் முதலில் திரிதடையங்களைப் பயன்படுத்தியது. வணிகச் சந்தையில் புழங்கிய முதல் அனைத்துத் திரிதடையக் கணக்கீட்டுக் கருவி இதுவேயாகும். IBM 608 கணக்கீட்டுக் கருவியில் 3000 க்கும் மேற்பட்ட ஜெர்மேனியத் திரிதடையங்கள் பயன்பட்டன. தாமசு ஜே. வாட்சன் இளவல் IBM பொருள்களில் திரிதடையங்களை மட்டுமே பயன்படுத்தவேண்டும் என்ற ஆணையை வழங்கினார். அப்போதிலிருந்தே கணினி தருக்கத்திலும் பிற இணைகருவிகளிலும் திரிதடையங்கள் மட்டுமே பயன்படலாயின.

மின்னணுவியல் தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படைக் கருவியான திரிதடையம். கண்டுபிடித்த பின்னரே இத்துறை மாபெரும் வளர்ச்சி பெற்றது.கீழே சில மின்னனியல் வரலாற்று நிகழ்வுகள் தரப்படுகின்றன.

• 1897 - அணுத் துகள்களில் ஒன்றான மின்னனைக் (electron) ஜெ. ஜெ. தாம்சன். கண்டுபிடித்தார்.
• 1904 - ஜான் அம்புரோசு பிளெமிங் வெப்பமின்னணுக் குழலைக் கண்டுபிடித்தார். இது செயற்பாட்டில் திரிதடையங்ளை ஒத்த மும்முனையம் ஆகும்.
• 1947 - வில்லியம் ஷாக்லி, ஜான் பர்டீன், வால்டர் பிராட்டைன் ஆகியோர் திரிதடையத்தைக் கண்டுபிடித்தனர்.
• 1940-1950 - கணினி உருவாக்கம்
• 1959 - ஜாக் கில்பி ஒருங்கிணைந்த சில்லு கண்டுபிடித்தார்.
• 2000 - மீநுண் திரிதடையம்

 

 

மின்னணுக் கூறு என்பது ஒரு இலத்திரனியல் அமைப்பில் எதிர்பார்க்கப்படுகின்ற வகையில் அவ்வமைப்பு செயல்பட ஏதுவாக இலத்திரன்களையோ அதன் தொடர்புடைய புலங்களையோ பாதிக்கின்ற உளதாம் பொருளாகும். இக்கூறுகள் பொதுவாக மற்றக்கூறுகளுடன் குறிப்பிட்ட செயற்பாட்டை (காட்டாக பெருக்கி, வானொலி பெறும் கருவி, அல்லது அலையியற்றி) நிகழ்த்துமாறு இணைக்கப்பட்டிருக்கும். (பொதுவாக மின்சுற்றுப் பலகையில் பற்றவைக்கப்பட்டிருக்கும்.) மின்னணுக்கூறுகள் தனியாகவோ அல்லது சற்றே சிக்கலான ஒருங்கிணைந்த சில்லு போன்ற தொகுதிகளாகவோ பொதியப்படலாம். சில பரவலான மின்னணுக்கூறுகள்: மின்தேக்கிகள், மின்தூண்டிகள், மின்தடையங்கள், இருமுனையங்கள், திரிதடையங்கள் ஆகியனவாகும். மின்னணுக்கூறுகளை செயல்படு கூறுகள் என்றும் ( திரிதடையங்கள்,இருமுனையங்கள்) செயலறு கூறுகள் (மின்தடையங்கள்,மின்தேக்கிகள்) வகைப்படுத்தப்படுகின்றன.

வெற்றிடக் குழல்கள் துவக்கத்தில் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட இலத்திரனிய கூறுகளில் ஒன்றாகும். இவை நடு1980கள் வரை முதன்மை செயல்படு கூறுகளாக இருந்தன. 1980களிலிருந்து திண்மநிலைக் கருவிகள் இவற்றிற்கு மாற்றாக அமைந்துள்ளன. இன்றும் வெற்றிடக் குழல்கள் உயராற்றல் பெருக்கிகள், எதிர்முனைக் கதிர்க்குழாய்கள், வல்லுநர் ஒலிக்கருவிகள், நுண்ணலைக் கருவிகள் போன்ற சில சிறப்புப் பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

மின்சுற்றுக்களும் இலத்தினியக் கூறுகளும் இருவகையாகப் பிரிக்கப்படலாம்: அலைமருவி மற்றும் எண்மருவி. ஒரு குறிப்பிட்ட கருவியில் இவற்றில் ஏதேனும் ஒருவகையிலோ அல்லது இரண்டும் கலந்துமோ பயன்படுத்தப்படலாம்.

ஒப்புமை மின்சுற்றுக்கள்

வானொலிப் பெட்டிகள் போன்ற பெரும்பாலான அலைமருவி இலத்தினிய சாதனங்கள் சில அடிப்படையான மின்சுற்றுக்களைக் கொண்டு உருவாக்கப்படுகின்றன. இவற்றில் மின் அழுத்தத்தின் வீச்சு எவ்வித இடைவெளியும் இன்றி தொடர்ந்திருக்கும். எண்ணிம முறை (எண்மருவி)யில் மின் அழுத்தம் படிப்படியாக இடைவெளியுடன் இருக்கும். ஒரேஒரு இலத்தினியக் கூறு கொண்ட அலைமருவிச் சுற்றிலிருந்து பல கூறுகளை அடக்கிய சிக்கலான சுற்றுக்கள் வரை பல்லாயிரக்கணக்கான அலைமருவிச் சுற்றுக்கள் உள்ளன.

இவை சில நேரங்களில் நேரியல் சுற்றுக்கள் எனவும் அழைக்கப்படுகின்றன. இருப்பினும் மின்னதிர்வு கலக்கிகள், அலைமாற்றிகள் போன்றவற்றில் இவை நேரியல் அல்லாத தன்மையைக் கொண்டுள்ளன.

அண்மைக்கால சுற்றுக்களில் முழுமையும் அலைமருவி சுற்றுக்கள் காணப்படுவதில்லை. பெரும்பாலும் எண்மச் சுற்றுக்களே காணப்படுகின்றன.சில குறிப்பிட்ட பகுதிகள் மட்டுமே அலைமருவி முறையில் அமைக்கப்படுகின்றன; இவை கலப்பு மின்சுற்றுக்கள் எனப்படுகின்றன.

எண்ணிம மின்சுற்றுக்கள்

எண்மருவி சுற்றுக்களில் மின்னழுத்தம் பலதனித்தனி மதிப்புகளில் இருக்கும். காட்டாக, 1 வோல்ட், 1.5 வோல்ட், 2 வோல்ட் என்று பயன்படுத்தப்படும். இவற்றிற்கு இடையேயான 1.25 வோல்ட் போன்றவை இருக்காது. பூலியன் ஏரணம் என்ற கணிதவகையின் நிகழ் சார்பாள அமைப்பாக இவை விளங்குகின்றன. அனைத்து எண்ணிம கணினிகளும் இந்த ஏரணத்தின் அடிப்படையிலேயே இயங்குகின்றன.

பல எண்ணிம மின்சுற்றுக்கள் ஈரியல் எண்முறையில் இரண்டு மின்னழுத்த நிலைகளுடன், "0" மற்றும் "1" இயங்குகின்றன. பெரும்பாலும் ஏரணம் "0" கீழ்நிலை மின்னழுத்தமாகவும் ( "தாழ்" எனப்படும்) ஏரணம் "1" உயர்நிலை மின்னழுத்தமாகவும் ( "உயர்" எனப்படும்) உள்ளது. கணினிகள், இலத்திரனிய கைக்கடியாரங்கள், நிரலேற்பு தருக்கக் கட்டுப்படுத்திகள் எண்ணிம முறை மின்சுற்றுக்களைக் கொண்டு உருவாக்கப்படுவன ஆகும்.

எண்ணிமச் சுற்றதரின் கட்டமைப்புக் கூறுகள்:

• தருக்க அல்லது அளவையியல் வாயில்கள்
• கூட்டிகள்
• Flip-flopகள்
• எண்ணிகள்
• செயலாக்கப் பதிவகங்கள்
• பன்மைப்படுத்திகள்
• சுகிமிடு தொடங்கிகள்

எண்ணிம உயர்நிலை ஒருங்கிணைப்புக் கருவிகள்:

• நுண்செயலிகள்
• நுண்கட்டுபடுத்திகள்
• சிறப்புப் பயன்பட்டு ஒருங்கிணைந்த சுற்றதர்கள் (ASIC)
• எண்ணிமக் குறிகைச் செயலாக்கி (DSP)
• கள நிரலாக்க வாயில் அணிகள் (FPGA)

• இலத்திரனியல் கலைச்சொற்கள்
• மின்காந்தவியல் தலைப்புகள் பட்டியல்