Электронная схема - Electronic circuit
An Электронная схема состоит из отдельных электронные компоненты, Такие как резисторы, транзисторы, конденсаторы, индукторы и диоды, соединенные токопроводящими провода или же следы через который электрический ток может течь. Называться электронный, скорее, чем электрические, как правило, по крайней мере, один активный компонент должен присутствовать. Комбинация компонентов и проводов позволяет выполнять различные простые и сложные операции: можно усиливать сигналы, выполнять вычисления и перемещать данные из одного места в другое.[1]
Цепи могут быть построены из дискретных компонентов, соединенных отдельными кусками провода, но сегодня гораздо более распространено создание межсоединений с помощью фотолитографических методов на ламинированных. субстрат (а печатная плата или печатной платы) и припаять компоненты этих межсоединений, чтобы создать законченную схему. В Интегральная схема или IC, компоненты и межсоединения сформированы на одной подложке, обычно полупроводник например, допированный кремний или (реже) арсенид галлия.[2]
Электронную схему обычно можно отнести к категории аналоговая схема, а цифровая схема, или схема со смешанными сигналами (комбинация аналоговых схем и цифровых схем). Наиболее широко используемые полупроводниковый прибор в электронных схемах МОП-транзистор (металл-оксид-полупроводник полевой транзистор ).[3]
Макеты, перфокарты, и стрипборды распространены для тестирования новых разработок. Они позволяют разработчику быстро вносить изменения в схему во время разработки.
Аналоговые схемы
Аналоговые электронные схемы те, в которых текущий или Напряжение может непрерывно меняться со временем, чтобы соответствовать представляемой информации. Аналоговая схема состоит из двух основных строительных блоков: серии и параллельно схемы.
В последовательной цепи один и тот же ток проходит через ряд компонентов. Гирлянда рождественских огней - хороший пример последовательной цепи: если одна погаснет, погаснут все.
В параллельной цепи все компоненты подключены к одинаковому напряжению, а ток делится между различными компонентами в соответствии с их сопротивлением.
Основными составляющими аналоговых схем являются провода, резисторы, конденсаторы, индукторы, диоды, и транзисторы. Аналоговые схемы очень часто представлены в принципиальные схемы, в котором провода показаны линиями, а каждый компонент имеет уникальный символ. Анализ аналоговых цепей использует Законы цепи 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 напряжением затвор-исток.
Когда размер схемы сопоставим с длиной волны соответствующей частоты сигнала, необходимо использовать более сложный подход: модель с распределенными элементами. Провода рассматриваются как линии передачи с номинально постоянным характеристическое сопротивление, а сопротивление в начале и в конце определяют прошедшие и отраженные волны на линии. Схемы, разработанные в соответствии с этим подходом, 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.
Цифровые схемы
В цифровые электронные схемы электрические сигналы принимают дискретные значения для представления логических и числовых значений.[4] 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». Цифровые схемы широко используют транзисторы, взаимосвязанные для создания логические ворота которые обеспечивают функции Логическая логика: AND, NAND, OR, NOR, XOR и их комбинации. 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 шлепки известен как статическая оперативная память (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 искажение, 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, логические гонки, рассеиваемая мощность, неидеальное переключение, внутрикристальная и межкристальная нагрузка, а также токи утечки становятся ограничениями для плотности схемы, скорости и производительности.
Цифровые схемы используются для создания вычислительных микросхем общего назначения, таких как микропроцессоры, и специально разработанные логические схемы, известные как специализированная интегральная схема (ASIC). Программируемые вентильные матрицы (ПЛИС), микросхемы с логической схемой, конфигурация которых может быть изменена после изготовления, также широко используются при прототипировании и разработке.
Схемы смешанного сигнала
Смешанные или гибридные схемы содержат элементы как аналоговых, так и цифровых схем. Примеры включают компараторы, таймеры, петли фазовой автоподстройки частоты, аналого-цифровые преобразователи, и цифро-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.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Чарльз Александр и Мэтью Садику (2004). «Основы электрических схем». Макгроу-Хилл. Цитировать журнал требует
| журнал =(помощь) - ^ Ричард Джегер (1997). «Проектирование микроэлектронных схем». Макгроу-Хилл. Цитировать журнал требует
| журнал =(помощь) - ^ Голио, Майк; Голио, Джанет (2018). ВЧ и СВЧ пассивные и активные технологии. CRC Press. п. 18-2. ISBN 9781420006728.
- ^ Джон Хейс (1993). «Введение в цифровой логический дизайн». Эддисон Уэсли. Цитировать журнал требует
| журнал =(помощь)
