электронная схема состоит из отдельных электронных компонентов, таких как резисторы, транзисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и диоды, соединенные токопроводящими проводами или дорожками, через которые может течь электрический ток. Чтобы его можно было назвать электронным, а не электрическим, обычно должен присутствовать по крайней мере один активный компонент. Комбинация компонентов и проводов позволяет выполнять различные простые и сложные операции: можно усиливать сигналы, выполнять вычисления и перемещать данные из одного места в другое.
Цепи могут быть построены из дискретных компонентов. соединены отдельными кусками провода, но сегодня гораздо более распространено создание межсоединений фотолитографическими методами на ламинированной подложке (печатной плате или печатной плате) и припое компоненты этих межсоединений, чтобы создать законченную схему. В интегральной схеме или ИС компоненты и межсоединения сформированы на одной и той же подложке, обычно на полупроводнике, таком как легированный кремний или (реже) арсенид галлия.
Электронную схему обычно можно разделить на аналоговую схему, цифровую схему или схему со смешанными сигналами (комбинацию аналоговых схем и цифровых схем). Наиболее широко используемым полупроводниковым устройством в электронных схемах является MOSFET (металл-оксид-полупроводник полевой транзистор ).
Макеты, монтажные платы и стрипборды обычно используются для тестирования новых проектов. Они позволяют разработчику быстро вносить изменения в схему во время разработки.
Аналоговые электронные схемы - это схемы, в которых ток или напряжение могут непрерывно изменяться во времени, чтобы соответствовать представляемой информации. Аналоговая схема состоит из двух основных строительных блоков: серии и параллельные цепи.
В последовательной цепи один и тот же ток проходит через ряд компонентов. Гирлянда рождественских огней является хорошим примером последовательная цепь: если один погаснет, все погаснут.
В параллельной цепи все компоненты подключены к одинаковому напряжению, а ток делится между различными компонентами в соответствии с их сопротивлением.
Простая схема, показывающая провода, резистор и батареюОсновными компонентами аналоговых схем являются провода, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды и транзисторы. Аналоговые схемы очень часто представлены на схематических диаграммах , на которых провода показаны линиями, а каждый компонент имеет уникальный символ. При анализе аналоговых цепей используются законы Кирхгофа : все токи в узле (месте, где встречаются провода), а напряжение вокруг замкнутого контура проводов равно 0. Провода обычно рассматриваются как идеальные межсоединения при нулевом напряжении. ; любое сопротивление или реактивное сопротивление определяется явным добавлением паразитного элемента, такого как дискретный резистор или катушка индуктивности. Активные компоненты, такие как транзисторы, часто рассматриваются как контролируемые источники тока или напряжения: например, полевой транзистор может быть смоделирован как источник тока от истока до стока, при этом ток регулируется затвором. -источник напряжения.
Когда размер схемы сравним с длиной волны соответствующей частоты сигнала, необходимо использовать более сложный подход, модель с распределенными элементами. Провода рассматриваются как линии передачи с номинально постоянным характеристическим импедансом, а импедансами в начале и конце определяют передаваемые и отраженные волны в линии. Схемы, разработанные в соответствии с этим подходом, представляют собой схемы с распределенными элементами. Такие соображения обычно становятся важными для печатных плат на частотах выше ГГц; интегральные схемы меньше по размеру и могут рассматриваться как сосредоточенные элементы для частот менее 10 ГГц или около того.
В цифровых электронных схемах электрические сигналы принимают дискретные значения для представления логических и числовых значений. Эти значения представляют информацию, которая обрабатывается. В подавляющем большинстве случаев используется двоичное кодирование: одно напряжение (обычно более положительное значение) представляет двоичную «1», а другое напряжение (обычно значение около потенциала земли, 0 В) представляет двоичный «0». В цифровых схемах широко используются транзисторы, соединенные между собой для создания логических вентилей, которые обеспечивают функции логической логики : AND, NAND, OR, NOR, XOR и их комбинации. из них. Транзисторы, соединенные между собой для обеспечения положительной обратной связи, используются в качестве защелок и триггеров, схем, которые имеют два или более метастабильных состояния, и остаются в одном из этих состояний до тех пор, пока не будут изменены внешним входом. Таким образом, цифровые схемы могут обеспечивать логику и память, позволяя им выполнять произвольные вычислительные функции. (Память на основе триггеров известна как статическая память с произвольным доступом (SRAM). Память, основанная на хранении заряда в конденсаторе, динамическая память с произвольным доступом (DRAM) также широко используется.)
Процесс проектирования цифровых схем принципиально отличается от процесса разработки аналоговых схем. Каждый логический вентиль регенерирует двоичный сигнал, поэтому разработчику не нужно учитывать искажения, регулировку усиления, напряжения смещения и другие проблемы, с которыми сталкивается аналоговая конструкция. Как следствие, чрезвычайно сложные цифровые схемы с миллиардами логических элементов, интегрированных в один кремниевый чип, могут быть изготовлены с низкими затратами. Такие цифровые интегральные схемы повсеместно используются в современных электронных устройствах, таких как калькуляторы, мобильные телефоны и компьютеры. По мере того, как цифровые схемы становятся более сложными, проблемы с задержкой по времени, логическими скачками, рассеиваемой мощностью, неидеальным переключением, внутрикристальной и межчиповой нагрузкой, а также токами утечки становятся ограничениями для плотности схемы, скорости и производительность.
Цифровые схемы используются для создания вычислительных микросхем общего назначения, таких как микропроцессоры, и специально разработанных логических схем, известных как специализированные интегральные схемы (ASIC). Программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA), микросхемы с логическими схемами, конфигурация которых может быть изменена после изготовления, также широко используются в прототипировании и разработке.
Цепи со смешанными сигналами или гибридные схемы содержат элементы как аналоговых, так и цифровых схем. Примеры включают компараторы, таймеры, контуры фазовой автоподстройки частоты, аналого-цифровые преобразователи и цифро-цифровые преобразователи. аналоговые преобразователи. В большинстве современных схем радиосвязи и связи используются схемы со смешанными сигналами. Например, в приемнике аналоговая схема используется для усиления и преобразования частоты сигналов, так что они достигают подходящего состояния для преобразования в цифровые значения, после чего дальнейшая обработка сигнала может выполняться в цифровой области.
На Wikimedia Commons есть материалы, связанные с Электронными схемами. |