מיתוג

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

ערך זה עוסק במיתוג חשמלי. לערך העוסק בהפיכת מוצר למותג, ראו מותג.

מִיתּוּג היא שיטה לגרום לזרם חשמלי להתחיל לזרום או לשנות כיוון במעגל חשמלי בעזרת הפעלת מתג חשמלי.

כאשר אנו נכנסים לחדר חשוך, סביר למדי להניח שנרצה להדליק את האור, לכן נלחץ על מתג ההפעלה ונסגור את המעגל המפעיל את הנורה, בכך נדליק אותה. כשנרצה לכבות את האור, אנו נחליף את מצבו של המתג ובכך נכבה את הנורה, או, לחלופין, נפתח את המעגל. בצורה דומה, מתבצע הדבר במערכות מורכבות אף יותר בהן יש להדליק או לכבות רכיבים מסוימים או, לחלופין, להחליף בין שתי רמות מתח - גבוהה ונמוכה. בתחום זה עוסקת תורת המיתוג בחשמל ובאלקטרוניקה. לתורת המיתוג ישומים מרכזיים גם במדעי המחשב, האלקטרוניקה הספרתית ובתחום התקשורת האלקטרונית.

[עריכה] מיתוג בחשמל

בחשמל, ישנם מספר סוגי מתגים עיקריים וביניהם המתג הפשוט המשמש את המשתמש ביום-יום לפעולות פשוטות (כמו הדלקת וכיבוי האור), בנוסף אליו עומדים רכיבים המשמשים כמתגים "פנימיים" בתוך מספר מעגלים; אלו מפעילים או מכבים רכיב מסוים או תת-מערכת מסוימת במעגל. עליהם נתן למנות בעיקר את הדיודה והטרנזיסטור.

[עריכה] מתג חשמלי פשוט

סימול של מתג חשמלי

המתג החשמלי הפשוט ביותר הוא המתג המוכר לכולנו מחיי היום-יום, זהו מתג המיועד לרב בכדי להפעיל ולכבות מכשירי חשמל שונים. המתג אשר נמצא בכל בית ומחובר למערכת התאורה הוא דוגמה טובה לכך. מתגים אלו פועלים לרב על עקרון פשוט בו העברתם מ- '0' ל- '1' מחברת את חוט החשמל ואילו הפעולה ההפוכה- העברה מ- '1' ל- '0', מנתקת אותו. טבלת האמת של המתג הפשוט הינה:

כפי שנתן לראות, הקלט והמוצא בחיבור מתג פשוט הנם זהים, לכן הפונקציה הבוליאנית המממשת את המתג הנה: .

[עריכה] מתג הפוך

ערך מורחב – NOT

מתג הפוך הוא מתג אשר מממש פונקציית שלילה- NOT. מתג כזה נתן למצוא, למשל, במקררים ביתיים, שם הוא אחראי על הפעלת התאורה. כאשר הדלת סגורה, קרי- לוחצת את המתג- האור כבה; כאשר הדלת פתוחה, קרי- המתג איננו לחוץ- האור דולק.

טבלת האמת של המתג ההפוך הינה:

כפי שנתן לראות, הקלט והמוצא בחיבור מתג הפוך הנם הפוכים, לכן הפונקציה הבוליאנית המממשת את המתג הנה: .

[עריכה] דיודות

ערך מורחב – דיודה

מעבר לשימוש במתג החשמלי הפשוט והידני, לעיתים יש צרך בדרכים נוספות "לנווט" בהן זרם, הראשונה שבהן היא הדיודה. הדיודה היא בעצם סוג של מתג המעביר את הזרם החשמלי בכיוון אחד בלבד, בתלות בממתח בו היא מחוברת. הדיודה מסומנת במעגלים בעזרת חץ אשר בקודקודו קו אנכי. תכונה זו מאפשרת שימוש בה כמתג בתלות בכיוון הזרם במעגל.

בעבר, נעשה שימוש בדיודות בכדי להרכיב שערים לוגיים, המשמשים במערכות מיתוג מתקדמות יותר, כמפורט בהמשך.

[עריכה] טרנזיסטורים

מבנה מפושט של טרנזיסטור דו-נושאי

ערך מורחב – טרנזיסטור

הטרנזיסטור הוא רכיב אלקטרוני היכול לשמש אף הוא כמתג חשמלי; באופן כללי, כאשר עובר בהדק הבסיס של הטרנזיסטור זרם מסוים וכאשר המתח בין הפולט והקולט שלו גבוה דיו (מדובר במתח פריצה המשתנה בהתאם לסוג הרכיב), נמצא הטרנזיסטור במצב רוויה והוא משמש, הלכה למעשה, כמוליך טוב למדי. כאשר זרם הבסיס שלו הוא נמוך למדי (או אפסי) והמתח בו איננו עובר את סף הפריצה, נמצא הטרנזיסטור בקיטעון והוא משמש כנתק כמעט מוחלט. על ידי שימוש בתכונה זו, נעשה בטרנזיסטור שימוש כמתג חשמלי מהיר במערכות אלקטרוניות וממוחשבות רבות כאשר השליטה בזרם הבסיס בעצם מהווה החלפת מצבו של המתג. כמו כן, יכולת זו מנוצלת לבניית שערים לוגיים.

[עריכה] מערכות מיתוג בוליאניות

בנוסף לשימוש במתגים בסיסיים בעלי שני מצבים- "ON" ו- "OFF", נתן כיום לממש מעגלים בהם המיתוג הנו מימוש של פונקיות בוליאניות-לוגיות. נתן לבצע את הדבר במספר תצורות, בהן על ידי מתגים פשוטים ובהן על ידי שערים לוגיים.

[עריכה] חיבור מתגים באופנים שונים

פונקציות בוליאניות בסיסיות, כמו AND ו- OR, נתנות למימוש על ידי חיבור מתגים בטור ובמקביל. חיבור של מתגים במקביל יתן פונקית OR, למשל. פונקציה זו מוגזרת כך שדי ב- '1' באחד ממבואותיה בכדי לספק '1' במוצאה, ואכן, בחיבור במקביל די במפסק אחד סגור (כלומר, פעיל) בלבד בכדי לאפשר מעבר הזרם. פונקציית AND ניתנת למימוש על ידי חיבור מתגים בטור. פונקציה זו מוגדרת כך שיש צרך ב- '1' בכל מבואותיה בכדי לתת '1' במוצאה ואכן, די יהיה במפסק אחד פתוח (כלומר, לא פעיל) ברשת טורית בכדי להפסיק את הזרם כולו, כך דרוש רצף של מפסקים פועלים המחוברים בטור בכדי לתת '1'. באופן דומה, נתן לממש פונקציות מורכבות יותר.

[עריכה] מימוש באמצעות שערים לוגיים

ערך מורחב – שער לוגי

פיתוחן של טכנולוגיות חדשות מבוססות מוליכים-למחצה אפשר יישום של פונקיות בוליאניות-לוגיות באלקטרוניקה בצורה הפשוטה בהרבה והיא שימוש בשערים לוגיים. אלו הם רכיבים אשר הקשר בין מבואותיהם למוצאם הנו פעולה מתחום הלוגיקה הבוליאנית. כיום קימים שערים המשלבים פעולות שונות כגון שערי NAND (המשלבים ברכיב אחד פעולת כפל לוגי והיפוך לוגי).

פיתוח השערים הלוגיים, במקביל עם פיתוח תחומים נוספים באלקטרוניקה ספרתית, מאפשרים את השימוש במערכות מיתוג מתקדמות יותר בתקשורת ובמחשבים.

[עריכה] מיתוג במחשבים

עקרון הפעולה של המחשב המודרני כולל שימוש בשני מתחי פעולה (המבוטאים כ- "ON" ו- "OFF" או, בכתיב לוגי, '1' (קרי: "אחד לוגי") ו- '0' (קרי: "אפס לוגי") באופן סימבולי). הלכה למעשה, בתוך הרכיבים המרכזיים של המחשב כמו המעבד או האוגר והדלגלג, ישנן כמויות רבות של מתגים מבוססי טרנזיסטורים האחראיים על וויסות מתחי המידע.

שפת מכונה, שהיא בעצם רצף סימנים בבסיס בינארי, היא הלכה למעשה ייצוג ספרתי של מתחי המבוא אל המעבד כאשר כל '1' מיצג מתח גבוה וכאשר כל '0' מיצג מתח נמוך. באופן דומה, כך פועל גם מוצא המעבד. הלכה למעשה, המחשב קורא רק שפת מכונה ולכן כל השפות האחרות "מתורגמות" אליה.

[עריכה] מיתוג בתקשורת

בשימוש במערכות תקשורת המונים אלקטרוניות ישנו צורך להעביר מספר אותות רב מן המוענים לנמענים, לשם כך נעשה שימוש במערכות מיתוג. בשנים האחרונות מתמשכת המגמה של שימוש במרכזיות ונתבי תקשורת ספרתיים על פני מקביליהם האנאלוגיים.

בטלפונים ישנים, למשל, נעשה בתחילה שימוש ב"נערות טלפון" אשר ביצעו מיתוג ידני של השיחות אל יעדיהן. בהמשך, עבר עולם הטלפוניה לשימוש בשיטות אלקטרומכאיות על מנת לנתב את השיחות וכיום נעשה שימוש בשיטות מיתוג המבוססות על מעגלים ספרתיים.

במערכות של תקשורת ספרתית ישנו לרב צרך לטפל במספר רב מאוד של אותות המקודדים בינארית (דבר זה מתרחש במערכות טלפוניה, טלויזיה ואינטרנט המשודרים בתקנים ספרתיים, למשל) ומערכות המיתוג הספרתיות מתאימות עצמן בהדרגה לצרכים אלה עם התפתחות הטכנולוגיה.

[עריכה] לימודי מיתוג

לרב, נלמד מקצוע המיתוג במסגרת לימודי אלקטרוניקה ספרתית או במסגרת לימודי מדעי המחשב. במסגרת לימודי מיתוג נלמדים לרב גם הלוגיקה הבולינאנית ושימוש בכלי-עזר לתכנון מערכות מיתוג, כמו מפת קרנו וטבלת אמת.

בבחינות הבגרות במדינת ישראל, נבחן המקצוע במסגרת שאלון הבגרות "אלקטרוניקה ומחשבים א' ".

[עריכה] ראו גם

• קשר לוגי
• לוגיקה בוליאנית

[עריכה] קישורים חיצוניים

• אתר אלקומפ בו נתן למצוא בחינות בגרות, בין היתר במיתוג, משנים קודמות (הבחינות במיתוג נמצאות בשאלון אלקטרוניקה ומחשבים א')