Схемотехніка

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Схемотехніка — науково-технічний напрям, що охоплює проблеми проектування і дослідження схем електронних пристроїв радіотехніки і зв'язку, обчислювальної техніки, автоматики і інших областей техніки. Основне завдання С. — синтез (визначення структури) електронних схем, що забезпечують виконання певних функцій, і розрахунок параметрів елементів, які входять до них . Термін «С.» з'явився в 60-х рр.. 20 ст. у зв'язку з розробкою уніфікованих схем, придатних одночасно для багатьох застосувань.

На основі електронної схеми створюють відповідний пристрій (входить до складу деякої технічної системи). До пристрою пред'являється вимога надійної роботи протягом заданого часу в реальних умовах виробничого розкиду параметрів елементів і їх старіння, впливу зовнішнього середовища і збурюючих впливів. Тому при розробці схем поряд з розрахунком номінальних значень параметрів елементів необхідно розраховувати експлуатаційні допуски на них, передбачати в схемі засоби, що підвищують надійність пристрою (забезпечують стійку роботу схеми при зовнішніх впливах), а також дозволяють контролювати його справність.

Елементною базою для створення електронних пристроїв служать дискретні електро- і радіоелементи (резистори, конденсатори, діоди, транзистори і т. д.) і інтегральні мікросхеми (ІС). Якщо електронна схема реалізується у вигляді ІС або декількох ІС, то говорять про «мікросхемотехніку», під якою розуміють область мікроелектроніки, пов'язану з проектуванням ІС. Крім синтезу і розрахунку електронних схем, мікросхемотехніка вирішує задачу розробки на основі електронних схем структури (топології) ІС. Основні етапи розробки:

  • розрахунок геометричних розмірів елементів ІС;
  • раціональне розміщення елементів на поверхні або в об'ємі підкладки ІС;
  • знаходження оптимальних з'єднань елементів (можливі критерії оптимальності — забезпечення мінімальних довжин провідників, або числа їх перетинів, або взаємного впливу тощо).

Так як створення нової ІС — комплексна проблема, то її вирішують спільно фахівці з мікросхемотехніки, фізики, технологи, конструктори, використовуючи комплексні дослідно-теоретичні методи, в тому числі моделювання на ЕОМ як самої схеми, так і умов її роботи.

Теоретичною базою С. (у тому числі мікросхемотехніки) служать теорія лінійних і нелінійних електричних кіл, електродинаміка, математичне програмування, теорія автоматів і ін. При створенні електронних схем перспективне використання методів проектування з застосуванням ЕОМ (див. в ст. Проектування). По мірі розвитку мікроелектроніки, розробки великих ІС (ВІС) — функціональних пристроїв, що представляють собою цілі системи, С. по ряду аспектів зливається з системотехнікою.

Суміжні дисципліни[ред.ред. код]

Електроніка[ред.ред. код]

В рамках електроніки вивчаються фізичні основи функціонування електронних пристроїв. Розглядається досить «низький» фізичний рівень, тобто взаємодія електронів з електромагнітними полями. Схемотехніка знаходиться на більш високому рівні абстракції, ніж електроніка: в рамках електроніки розробляються окремі «деталі» (транзистори, діоди, електронні лампи і так далі), а в рамках схемотехніки ці деталі використовуються. При цьому для схемотехніки абсолютно не поважно, як влаштовані електронні компоненти і які фізичні принципи покладені в основу їх роботи. Схемотехніка зазвичай розглядає всі електронні компоненти як чорні ящики (подібно до того, як ми успішно користуємося мобільними телефонами, не замислюючись про їх внутрішній устрій). З цієї причини для вивчення схемотехніки не потрібні глибокі пізнання в загальній фізиці: спершу достатньо шкільного курсу.

Теорія електричних кіл[ред.ред. код]

Вивчення властивостей окремих електронних компонентів (наприклад, транзистора) є завданням електроніки. Але якщо з'єднати декілька компонентів провідниками, то виникає абсолютно новий сенс — електричне коло; у ньому окремі компоненти взаємодіють і, завдяки цьому, виникають нові ефекти і процеси, які в окремих компонентах спостерігати не можна. Вивченням процесів в електричних колах займається окрема дисципліна — теорія електричних кіл.

Теорія електричних кіл — розділ теоретичної електротехніки, в якому розглядаються математичні методи обчислення електричних величин в електричних колах.

Теорія електричних кіл оперує не реальними електронними компонентами (вони дуже складні для точного математичного опису), а їх простими моделями, що ідеалізуються. Можна навіть вважати, що теорія електричних кіл взагалі не цікавиться реальними компонентами (транзисторами, діодами і так далі), а обмежується вивченням моделей, що лише ідеалізуються. Щоб застосувати методи теорії електричних кіл до реальних пристроїв, їх необхідно представити у вигляді еквівалентних схем, що містять лише моделі, що ідеалізуються.

Теорія електричних кіл дає для схемотехніки методи для вивчення процесів в електричних колах. В деякому розумінні завдання цих двох дисциплін перекриваються (обидві мають справу з процесами в електричних колах). Відмінність полягає в тому, що теорія електричних кіл дає методи роботи з абстрактними моделями, що ідеалізуються, а схемотехніка застосовує ці методи для побудови реальних пристроїв.

Джерела[ред.ред. код]

  • БСЭ. Схемотехника

Література[ред.ред. код]

  • Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах = The Art of Electronics: Second Edition (© Cambridge University Press, 1980, 1989) / Пер. с англ.: Б. Н. Бронина, И. И. Короткевич, А. И. Коротова, М. Н. Микшиса, Л. В. Поспелова, О. А. Соболевой, К. Г. Финогенова, Ю. В. Чечёткина, М. П. Шарапова. — Изд. 4-е, переработанное и дополненное. — М.: Мир, 1993. — 50 000 экз. — ISBN 5-03-002336-4, 5-03-002337-2, 5-03-002338-0, 5-03-002954-0

Див. також[ред.ред. код]