تمثل الأجهزة الإلكترونية ظاهرة العالم الحقيقي وتتحكم بها من خلال استخدام الإشارات الكهربائية، حيث تم تصميم الدوائر الإلكترونية لأداء مجموعة واسعة من المعالجات والتمثيلات التناظرية المستمرة، كما يتم تعديل بعض جوانب الإشارة الكهربائية بما يتناسب مع عنصر العالم الحقيقي الذي يتم تمثيله.
الإلكترونيات التناظرية
نظرًا لأن تدفق الكهرباء عبر الميكروفون مستمر، فإن الصوت يعدل الإشارة الكهربائية باستمرار على راسم الذبذبات والإشارة التناظرية هي منحنى مستمر، حيث يمكن تعديل الإشارة الكهربائية التناظرية عن طريق تغيير سعة الإشارة أو ترددها أو طورها، والنتيجة هي أن الصوت وهو ظاهرة حقيقية في العالم يتم تمثيله إلكترونيًا، أيضًا يمكن بعد ذلك نقلها وتضخيمها وإعادة تحويلها من إشارة كهربائية إلى صوت وبثها من مكبر صوت عبر الغرفة أو عبر الكرة الأرضية.
إلى جانب ذلك فقد تم تجهيز الطائرات المبكرة باتصالات لاسلكية وأجهزة ملاحية تم إنشاؤها باستخدام دوائر إلكترونية تمثيلية، حيث تم استخدام أنابيب مفرغة تعمل كصمامات تحكم إلكترونية، كما تم استبدال هذه فيما بعد بأجهزة الحالة الصلبة اليوم، وتهيمن الدوائر الإلكترونية الرقمية على إلكترونيات الطيران الحديثة.
صمامات التحكم في الإلكترون
تعد صمامات التحكم في الإلكترون جزءًا أساسيًا من الدائرة الإلكترونية، حيث يمكّن التحكم في تدفق إلكترون الدائرة وذلك من خلال الحصول على النتيجة المرجوة، واستخدمت الطائرات المبكرة الأنابيب المفرغة للتحكم في تدفق الإلكترون، وفي وقت لاحق حلت الترانزستورات محل الأنابيب المفرغة، كما حلت أشباه الموصلات المستخدمة في الترانزستورات والدوائر المتكاملة بالإلكترونيات الرقمية الصلبة الموجودة في الطائرات اليوم.
الأنابيب المفرغة
تم إنشاء صمامات التحكم في الإلكترون الموجودة في الدوائر التناظرية لإلكترونيات الطائرات المبكرة من أنابيب مفرغة، حيث أن الطائرات القديمة هي التي تحتفظ بأجهزة الراديو مع هذه الأجهزة نظرًا لحجمها وعدم قدرتها على تحمل الاهتزازات والصدمات القاسية لبيئة تشغيل الطائرات، ومع ذلك فإنها تعمل ويتم تضمين الوصف هنا كأساس لدراسة الدوائر والمكونات الإلكترونية الأكثر حداثة، ويحتوي الصمام الثنائي الأنبوبي المفرغ على كاثود وسخان ولوحة.
الثنائيات
يعمل الصمام الثنائي كصمام فحص في دائرة التيار المتردد (AC)، حيث يسمح للتيار بالتدفق خلال نصف دورة التيار المتردد، ولكن ليس النصف الآخر وبهذه الطريقة، فإنه يخلق تيارًا مباشرًا نابضًا (DC) مع تيار ينخفض إلى الصفر بين النبضات، كما يحتوي أنبوب الصمام الثنائي على قطبين نشطين: الكاثود واللوحة أيضًا تحتوي على سخان، وكل هذا موجود في مكان فارغ داخل الأنبوب.
يتوهج السخان باللون الأحمر أثناء تسخين الكاثود، حيث يتم طلاء الكاثود بمادة تثير إلكتروناتها الحرارة وتوسع الإلكترونات المثارة مدارها عند تسخينها، كما أنها تقترب بدرجة كافية من اللوحة، التي تم إنشاؤها حول ترتيب الكاثود والسخان، بحيث تنجذب إلى اللوحة المشحونة إيجابياً، وعند دورات التيار المتناوب تصبح اللوحة سالبة الشحنة، ولا تتدفق إلكترونات الكاثود المثارة إلى اللوحة في الدائرة، ويتسبب هذا في تأثير صمام فحص يسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط، وهو تعريف الصمام الثنائي.
الصمامات الثلاثية
الصمام الثلاثي هو صمام تحكم إلكتروني يحتوي على ثلاثة عناصر، غالبًا ما يستخدم للتحكم في كمية كبيرة من التيار بتدفق تيار أصغر، بالإضافة إلى الكاثود واللوحة والسخان الموجود في الصمام الثنائي، يحتوي الصمام الثلاثي أيضًا على شبكة، حيث تتكون الشبكة من سلك رفيع حلزوني بين الكاثود والصفيحة ولكنه أقرب إلى الكاثود.
كما يمكن أن يؤثر تطبيق الجهد على الشبكة على إلكترونات الكاثود، والتي تتدفق عادةً إلى اللوحة عند تسخين الكاثود ويمكن أن تؤثر التغييرات في كمية التيار الصغيرة نسبيًا التي تتدفق عبر الشبكة بشكل كبير على تدفق الإلكترونات من الكاثود إلى اللوحة، حيث إن الصمام الثلاثي يتكون من ثلاثة عناصر: الكاثود واللوحة والشبكة.
ويكون الصمام الثلاثي في دائرة بسيطة، حيث يتم تطبيق مدخلات جهد التيار المتردد على الشبكة، ويتم استخدام المقاوم عالي المقاومة بحيث يمر فقط الحد الأدنى من الجهد عبر الشبكة، ونظرًا لتغير جهد دخل التيار المتردد الصغير هذا، فإن مقدار خرج التيار المستمر في دائرة لوحة الكاثود يختلف أيضًا.
وعندما تكون إشارة الإدخال موجبة، تكون الشبكة موجبة، حيث أن هذا يساعد في سحب الإلكترونات من الكاثود إلى اللوحة ومع ذلك، عندما تتحول إشارة دخل التيار المتردد إلى سالبة، تصبح الشبكة مشحونة سالبًا ويتم قطع التدفق من الكاثود إلى اللوحة بمساعدة الشبكة سالبة الشحنة التي تصد الإلكترونات على الكاثود.
الصمامات الرباعية
يحتوي صمام التحكم الإلكتروني ذي الأنبوب الرباعي المفرغ على أربعة عناصر بالإضافة إلى الكاثود واللوحة والشبكة الموجودة في (tridode)، تحتوي أيضًا على شبكة شاشة، حيث يمكن أن يعمل الكاثود ولوحة صمام التحكم الإلكتروني في الأنبوب المفرغ كمكثف وعند الترددات العالية، تكون السعة منخفضة جدًا، بحيث تحدث التغذية الراجعة ويتغذى الإخراج في دائرة اللوحة مرة أخرى في دائرة شبكة التحكم، وهذا يسبب تذبذبًا يولد جهدًا متناوبًا غير مرغوب فيه، ومن خلال وضع شبكة شاشة بين لفائف الأنود وشبكة التحكم، يتم تحييد هذه التغذية الراجعة والتأثير بين القطب الموجب للأنود والكاثود.
يتم تشغيل شبكة الشاشة بجهد (DC) موجب والسعة بين القطب الكهربائي هي الآن بين شبكة الشاشة واللوحة، ويوجد مكثف بين شبكة الشاشة والأرض، حيث تنتقل التغذية المرتدة للتيار المتردد المتولدة في شبكة الشاشة إلى الأرض ولا تتأرجح وهذا يسمح باستخدام صمام رباعي الاتجاه بترددات أعلى من الصمام الثلاثي.
الصمامات الخماسية
يمكن أن تحتوي اللوحة الموجودة في الأنبوب المفرغ على انبعاث ثانوي يجب التحكم فيه، وعندما تتدفق الإلكترونات من الكاثود عبر شبكة التحكم وشبكة الشاشة إلى اللوحة، يمكنها الوصول بسرعة عالية بحيث يرتد بعضها، لذلك فإن الاتجاه هو أن تنجذب تلك الإلكترونات إلى شبكة الشاشة الموجبة الشحنة، حيث أن شبكة الشاشة غير قادرة على التعامل مع كميات كبيرة من التيار دون احتراق ولحل هذه المشكلة.
كما يتم إنشاء شبكة ثالثة بين اللوحة وشبكة الشاشة تسمى شبكة الكبت، وهي مشحونة سالبًا بحيث يتم صد تدفق الإلكترون الثانوي من اللوحة بواسطة الشحنة السالبة نحو اللوحة ولا يُسمح لها بالوصول إلى شبكة الشاشة.
يعتبر الصمام الخماسي المكون من خمسة عناصر مفيدًا بشكل خاص في الدوائر عالية الطاقة، حيث تكون الانبعاثات الثانوية من اللوحة عالية، ويحتوي الخماسي على شبكة تتحكم في انبعاثات الإلكترون الثانوية من اللوحة بطاقة عالية، حيث أن هذا يحافظ على التيار في شبكة الشاشة من أن يصبح مرتفعًا جدًا.
أجهزة الحالة الصلبة
بدأت أجهزة الحالة الصلبة في استبدال صمامات التحكم الإلكتروني في الأنبوب المفرغ في أواخر الخمسينيات، حيث إن عمرها الطويل وموثوقيتها ومرونتها في البيئات القاسية يجعلها مثالية للاستخدام في إلكترونيات الطيران.
