Схемотехники. Основы схемотехники: от базовых компонентов до цифровых устройств

Что такое схемотехника и зачем она нужна. Как работают основные электронные компоненты. Какие бывают типы схем. Как проектировать и анализировать электронные схемы. Где применяется схемотехника в современном мире.

Что такое схемотехника и ее основные понятия

Схемотехника — это раздел электроники, изучающий методы анализа и синтеза электронных схем. Она занимается проектированием, расчетом и оптимизацией электрических цепей для создания электронных устройств с заданными характеристиками.

Основные понятия схемотехники включают:

• Электрическая цепь — совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока
• Электронный компонент — базовый элемент электронных схем (резистор, конденсатор, диод и т.д.)
• Принципиальная схема — графическое изображение электронной схемы с использованием условных обозначений
• Печатная плата — пластина из диэлектрика с нанесенными проводящими дорожками для монтажа компонентов
• Сигнал — изменение электрического напряжения или тока во времени, несущее информацию

Базовые электронные компоненты и их характеристики

Основу любой электронной схемы составляют базовые компоненты:

Пассивные компоненты

• Резисторы — ограничивают ток в цепи
• Конденсаторы — накапливают электрический заряд
• Катушки индуктивности — создают магнитное поле

Активные компоненты

• Диоды — пропускают ток в одном направлении
• Транзисторы — усиливают и переключают электрические сигналы
• Интегральные микросхемы — сложные электронные устройства в одном корпусе

Каковы основные характеристики электронных компонентов? Основными параметрами являются:

• Номинал — основное значение параметра (например, сопротивление резистора)
• Допуск — отклонение от номинального значения
• Мощность — максимальная рассеиваемая мощность
• Рабочее напряжение — максимальное допустимое напряжение
• Температурный диапазон — диапазон рабочих температур

Принципы построения аналоговых электронных схем

Аналоговые схемы работают с непрерывно изменяющимися сигналами. Основные типы аналоговых схем включают:

• Усилители — увеличивают амплитуду сигнала
• Фильтры — выделяют или подавляют определенные частоты
• Генераторы — создают периодические сигналы
• Преобразователи — изменяют форму сигнала

При проектировании аналоговых схем важно учитывать:

• Линейность — сохранение формы сигнала
• Частотные характеристики — поведение на разных частотах
• Шумы и помехи — паразитные сигналы
• Динамический диапазон — отношение максимального сигнала к минимальному

Основы цифровой схемотехники и логические элементы

Цифровые схемы оперируют дискретными уровнями сигналов, обычно двумя — логическим нулем и единицей. Основу цифровых схем составляют логические элементы:

• И (AND) — выход равен 1, если все входы равны 1
• ИЛИ (OR) — выход равен 1, если хотя бы один вход равен 1
• НЕ (NOT) — инвертирует входной сигнал
• И-НЕ (NAND) — инвертированный выход элемента И
• ИЛИ-НЕ (NOR) — инвертированный выход элемента ИЛИ
• Исключающее ИЛИ (XOR) — выход равен 1 при разных входах

На основе логических элементов строятся более сложные цифровые устройства:

• Триггеры — хранят один бит информации
• Регистры — хранят несколько бит
• Счетчики — выполняют счет импульсов
• Сумматоры — выполняют сложение чисел
• Мультиплексоры — коммутируют сигналы

Проектирование и анализ электронных схем

Процесс разработки электронных устройств включает следующие этапы:

1. Постановка задачи и определение требований
2. Разработка структурной схемы устройства
3. Выбор элементной базы
4. Расчет и моделирование схемы
5. Разработка принципиальной схемы
6. Проектирование печатной платы
7. Изготовление и отладка прототипа
8. Испытания и доработка

Для анализа схем используются различные методы:

• Расчет по постоянному току
• Расчет по переменному току
• Частотный анализ
• Анализ переходных процессов
• Анализ шумов

Современные САПР позволяют автоматизировать многие этапы проектирования и анализа электронных схем.

Микроконтроллеры и микропроцессорные системы

Микроконтроллеры — это программируемые микросхемы, содержащие процессор, память и периферийные устройства. Они широко применяются для управления различными электронными устройствами.

Основные характеристики микроконтроллеров:

• Тактовая частота — скорость работы процессора
• Разрядность — количество бит, обрабатываемых за такт
• Объем памяти программ и данных
• Набор периферийных устройств (АЦП, ЦАП, таймеры и т.д.)
• Количество портов ввода-вывода

Микропроцессорные системы включают:

• Центральный процессор
• Оперативную и постоянную память
• Устройства ввода-вывода
• Интерфейсы для связи с внешними устройствами

Проектирование микропроцессорных систем требует знаний не только схемотехники, но и программирования микроконтроллеров.

Применение схемотехники в современных технологиях

Схемотехника находит широкое применение во многих областях современных технологий:

• Бытовая электроника (смартфоны, компьютеры, телевизоры)
• Промышленная автоматика и робототехника
• Медицинское оборудование
• Автомобильная электроника
• Телекоммуникационные системы
• Аэрокосмическая техника
• Системы безопасности и видеонаблюдения

Развитие схемотехники тесно связано с прогрессом в области микроэлектроники, позволяющим создавать все более компактные и энергоэффективные устройства.

Перспективы развития схемотехники

Основные направления развития современной схемотехники включают:

• Дальнейшую миниатюризацию электронных компонентов
• Повышение быстродействия и снижение энергопотребления
• Развитие систем на кристалле (SoC)
• Применение новых материалов (графен, углеродные нанотрубки)
• Разработку квантовых вычислительных систем
• Создание нейроморфных вычислительных архитектур
• Развитие технологий 3D-интеграции микросхем

Схемотехника продолжает играть ключевую роль в развитии электроники и информационных технологий, открывая новые возможности для создания инновационных устройств и систем.

Открытое образование — Цифровая схемотехника

Select the required university:

———

Закрыть

Основной целью изучения дисциплины «Цифровая схемотехника» является приобретение навыков проектирования цифровых электронных устройств, устройств цифроаналогового и аналого-цифрового преобразования, а также генераторов сигналов. В результате изучения дисциплины, студенты должны быть готовы к разработке цифровых электронных устройств, а также получат базовые знания, необходимые для дальнейшего изучения дисциплин схемотехнического направления и микропроцессорной техники.

• About
• Format
• Information resources
• Requirements
• Course program
• Education results
• Formed competencies
• Education directions

About

Курс посвящен изучению основ цифровой схемотехники и содержит следующие основные разделы: введение, логические операции и логические элементы, функциональные узлы комбинационного типа, функциональные узлы последовательностного типа, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, заключение.

Format

Курс включает:

• тематические видеолекции;
• многовариантные тестовые задания на оценку;
• итоговое контрольное тестирование.

Курс рассчитан на 15 недель изучения. Недельная учебная нагрузка обучающихся по курсу составляет 4-6 часов. Общая трудоемкость курса – 5 зачетных единиц.

1. Быстров Ю. А., Колгин Е. А., Кострин Д. К., Ухов А. А. Аналоговая и цифровая схемотехникаю Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2011. 156 с.
2. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: Учеб. пособие для вузов. – СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, — 2000, 2001, 2002, 2004
3. Схемотехника: лабораторный практикум/ Быстров Ю.А., Колгин Е.А., Кострин Д.К; Изд-во СПбГЭТУ “ЛЭТИ”, 2009, 108 с.

Requirements

Курс рассчитан на бакалавров 4-го года обучения, освоивших базовые курсы физики, математики, информационных технологий, компонентов электронной техники, аналоговой схемотехники. 

Может быть использован для подготовки магистров и специалистов в области микропроцессорной техники.

Course program

РАЗДЕЛ 1. ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ И ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Системы счисления
Основные положения алгебры логики, логические операции: инверсия, дизъюнкция, конъюнкция, исключающее ИЛИ
Правила и теоремы алгебры логики
Обозначения логических элементов
Универсальные логические элементы: ИЛИ-НЕ и И-НЕ
Логические элементы на биполярных транзисторах (РТЛ, ДТЛ, ТТЛ)
Логические элементы на полевых транзисторах (КМОП микросхемы)
Параметры логических элементов. Статические и динамические параметры
Мультивибратор на логических элементах
Представление логических функций, СДНФ, СКНФ
Минимизация логических функций

РАЗДЕЛ 2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ КОМБИНАЦИОННОГО ТИПА

Шифратор 
Дешифратор
Мультиплексор 
Демультиплексор
Полусумматор и полный сумматор
Цифровой компаратор

РАЗДЕЛ 3. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ

RS-триггеры с прямыми входами 
RS-триггеры с инверсными входами
JK-триггер
Синхронные RS-триггер и JK-триггер
Т-триггер и D-триггер 
Параллельный регистр
Последовательный (сдвиговый) регистр
Асинхронный двоичный суммирующий счетчик
Асинхронный двоичный вычитающий счетчик 
Асинхронный двоичный универсальный (суммирующий и вычитающий) счетчик 
Счетчики с обратными связями и модулем счета не кратным 2
Кольцевой счетчик 
Счетчик Джонсона
Синхронный счетчик
Логический элемент с Z состоянием
Двунаправленный шинный формирователь
Логические элементы с выходом типа «открытый коллектор»
Логические элементы – преобразователи уровней
Логический элемент – триггер Шмитта
Одновибратор на логических элементах
Питание цифровых микросхем

РАЗДЕЛ 4. ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Параметры ЦАП
Параметры АЦП
ЦАП с резисторами веса
ЦАП с матрицей R-2R
Следящий АЦП
Параллельный АЦП
АЦП последовательных приближений
АЦП с двойным интегрированием
Сигма-дельта АЦП

РАЗДЕЛ 5. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ

Преобразователи «напряжение-частота»
Транзисторные ключи
Простейшие схемы управления двигателями
Аналоговые коммутаторы и мультиплексоры
Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ)
Генератор звуковой частоты
Управление направлением счета

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Education results

В результате освоения курса, обучающийся способен:

• Знать и понимать элементную базу цифровой электроники; методы анализа и синтеза цифровых устройств
• Уметь применять аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи; синтезировать цифровые устройства на основе данных об их функциональном назначении, электрических параметрах и условиях эксплуатации
• Владеть современными методами расчета, моделирования и проектирования электронных устройств на основе цифровой элементной базы; навыками оформления принципиальных электрических схем в соответствии с действующими стандартами.

Formed competencies

ОПК-1. Способен использовать положения, законы и методы естественных наук и математики для решения задач инженерной деятельности

ОПК-2. Способен самостоятельно проводить экспериментальные исследования и использовать основные приемы обработки и представления полученных данных

Education directions

11.00.00 Электроника, радиотехника и системы связи
11.03.01 Радиотехника

11.03.03 Конструирование и технология электронных средств
11.03.04 Электроника и наноэлектроника

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Ухов Андрей Александрович

Доктор технических наук, доцент
Position: профессор кафедры Электронных приборов и устройств СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Similar courses

15 February 2021 — 31 December 2023 г.

Всеобщая история. Часть 1

СПбГУ

15 February 2021 — 31 December 2023 г.

История России

СПбГУ

4 September 2022 — 5 February 2023 г.

Математический анализ

УрФУ

К сожалению, мы не гарантируем корректную работу сайта в вашем браузере. Рекомендуем заменить его на один из предложенных.

Также советуем ознакомиться с полным списком рекомендаций.

Google Chrome

Mozilla Firefox

Apple Safari

Основы аналого-цифровой схемотехники — Новая Инженерная Школа

Настоящий курс повышения квалификации направлен  на приобретение базовых знаний для разработчиков электронной аппаратуры. Программа охватывает следующие профессиональные задачи:

• моделирование и расчет электронных схем;
• выбор наиболее рациональных схемных решений;
• разработку конструкторской документации на  выбранные схемотехнические решения.

Тематический план:

Тема 1. Программа схемотехнического моделирования PSPICE

Изучаются основные возможности среды при схемотехническом проектировании. Рассматривается процесс взаимодействия отдельных программных модулей. Проводится моделирование простейшей схемы с расчетом постоянных токов и напряжений в режиме DC Sweep. Анализируется выходной файл программы. Исследуются настройки режима анализа и методов отображения результатов. Строятся временные диаграммы и частотные характеристики для различных схем.

По теме даются лекционные занятия.

Тема 2. Диоды и стабилитроны

Рассматриваются вольт-амперные характеристики диодов и стабилитронов, выполненных по различной технологии. Анализируются временные диаграммы работы диодов и стабилитронов на различных сигналах. Исследуются выпрямители и варикапы,  а также  применение диодов с ложных схемах.       

По теме даются лекционные занятия.

Тема 3. Биполярные транзисторы

Рассматриваются основные схемы включения биполярных транзисторов и их вольт-амперные характеристики. Исследуются типовые схемы задания рабочей точки транзисторного каскада. Анализируются основные параметры транзисторных каскадов с общим эмиттером и общим коллектором. Исследуется влияние нагрузки на коэффициент усиления транзисторного каскада. Проводится расчет рабочей точки каскада по постоянному току.

По теме даются лекционные и расчетное занятие (расчет каскада с общим эмиттером и общим коллектором).

Тема 4. Базовые схемы на биполярных транзисторах

Рассматриваются базовые схемы на биполярных транзисторах. Исследуются составные транзисторы и методы организации рабочей точки в таких каскадах. Анализируется источник тока на биполярном транзисторе и его применимость при работе на различную нагрузку. Исследуется двухтактный выходной каскад и методы организации смещения в них.  

По теме даются лекционные занятия.

Тема 5. Полевые транзисторы и схемы на них

Рассматриваются особенности работы полевых транзисторов и их основные отличия от биполярных. Анализируются входное сопротивление и методы организации смещения. Исследуются каскады с общим истоком и общим стоком. Рассматривается дифференциальный каскад на полевых транзисторах. 

По теме даются лекционные и расчетные занятия (расчет каскада с общим истоком).

Тема 6. Схемы на операционных усилителях

Рассматриваются основные схемы включения ОУ. Исследуются их параметры. Анализируется работа ОУ в составе интегратора, дифференциатора и повторителя. Исследуются сумматор и дифференциальный усилитель на ОУ. Рассматриваются компаратор и триггер Шмитта, аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи на базе ОУ.

По теме даются лекционные занятия.

Тема 7. Активные фильтры

Рассматриваются базовые схемы построения активных фильтров. Исследуются основные методики их проектирования. Анализируются примеры реализации активного фильтра низких частот, высоких частот, полосового и режекторного фильтров.

По теме даются лекционные занятия.

Тема 8. Генераторы

Рассматриваются релаксационные генераторы. Исследуются мостовые генераторы Вина и LC-генераторы. Проводится анализ генераторов на специализированных таймерах. Рассматриваются кварцевые генераторы и методы повышения их стабильности. По теме даются лекционные занятия.

Подробная программа курса

печатных плат | Электросхемотехника

Печатные платы | Схемотехника | Элк-Гроув-Виллидж, Иллинойс

О нас

• Главная
• /около

Обеспечение качества и безопасности

Circuit Engineering L.L.C. признает, что дисциплины управления качеством, охраной труда/безопасностью и охраной окружающей среды являются неотъемлемой частью ее функции управления. Организация считает это своей основной обязанностью и ключом к успешному бизнесу при принятии соответствующих стандартов качества:

• Соблюдать все применимые законы и правила
• Следовать концепции постоянного совершенствования и наилучшим образом использовать наши управленческие ресурсы во всех вопросах качества
• Информировать о наших целях в области качества и о наших достижениях в отношении этих целей по всей Организации и заинтересованным сторонам
• Принимать надлежащие меры для обеспечения безопасности всех видов деятельности для сотрудников, партнеров и поставщиков, а также других лиц, соприкасающихся с нашей работой
• Работать в тесном контакте с нашими клиентами и поставщиками, чтобы установить самые высокие стандарты качества
• Плиты из алюминия и меди
• Принятие перспективного взгляда на будущие бизнес-решения, которые могут повлиять на качество
• Ослепление по технологии
• Обучение наших сотрудников потребностям и обязанностям в области управления качеством

Цель компании Circuit Engineering L. L.C. что при полном участии и понимании всего нашего персонала посредством внедрения нашей документированной системы управления качеством и соответствия стандарту ISO 9001:2015 стандартные требования к информации, мы превзойдем ожидания наших клиентов, сотрудников и инвесторов.

Вот наши спецификации, квалификации и регистрации:

• Регистрация ITAR
• ИСО 9001:2015
• Совет по развитию поставщиков из национальных меньшинств ( NMSDIC )
• Одобрено UL
• Женский бизнес

Политика компании:

Политика компании заключается в обеспечении безопасных и здоровых условий труда для всех ее сотрудников. Травмы и болезни потери от инцидентов являются дорогостоящими и предотвратимыми. Компания Circuit Engineering, LLC будет применять эффективную программу предотвращения несчастных случаев и заболеваний, в которой участвуют все ее сотрудники, стремящиеся устранить опасности на рабочем месте.

Управление:

Руководство несет ответственность за предотвращение несчастных случаев на рабочем месте, травм и заболеваний. Руководство обеспечит поддержку инициатив программы безопасности на высшем уровне. Руководство рассмотрит все предложения сотрудников по созданию более безопасного и здорового рабочего места. Руководство также будет информироваться о безопасности на рабочем месте и опасностях для здоровья и будет регулярно пересматривать программу компании по безопасности и охране здоровья.

Надзор:

Надзорные органы несут ответственность за надзор и обучение рабочих безопасным методам работы. Руководители должны обеспечивать соблюдение правил безопасности компании и работать над устранением опасных условий. Руководители должны руководить мерами безопасности, подавая пример.

Комитет по безопасности:

В комитет по безопасности входят представители работодателей и работников, которые несут ответственность за рекомендации по улучшению безопасности и гигиены труда на рабочем месте. Комитет также отвечает за выявление опасностей и небезопасных методов работы, устранение препятствий для предотвращения инцидентов и помощь компании в оценке программы предотвращения несчастных случаев и заболеваний. Сотрудники: Ожидается и поощряется участие всех сотрудников в мероприятиях программы безопасности и охраны здоровья, включая следующее: немедленное сообщение об опасностях, небезопасных методах работы и несчастных случаях своему руководителю или представителю комитета по безопасности; ношение необходимых средств индивидуальной защиты; а также участие и поддержка деятельности комитета по безопасности.

Безопасность и здоровье компании Circuit Engineering покрываются Управлением по охране труда и промышленной безопасности (OSHA)

Чтобы получить БЕСПЛАТНЫЙ ОБРАЗЕЦ, свяжитесь с нами, позвонив нам по телефону (847) 806-7777 | Факс (847) 806-8088

Подать заявку сейчас

печатных плат | Электросхемотехника

Печатные платы | Схемотехника | Элк-Гроув-Виллидж, Иллинойс

Служба

• Дом
• /Сервис

Наше стремление к совершенству

Наша цель — всегда предоставлять нашим клиентам самые лучшие печатные платы на современном рынке. Имея это в виду, мы всегда реинвестируем в наше предприятие, чтобы убедиться, что у нас есть лучшее оборудование, доступное нам сегодня.

 

За последние 18 месяцев мы инвестировали более 3 миллионов долларов США в современное оборудование, включая:

• Microcraft Emma E4L6151 Машина для электрических испытаний с летающим зондом
• Система CAMTEK Phoenix-HDI AOI
• OLEC ACCUTRAY AT-30 Принтер высокого разрешения Блок экспонирования
• Машина поперечного сечения STRUERS Abramin
• Спектрометр Perkin Elmer Pinnacle 500 AA
• Лента CHEMCUT XLI, травление, полосковая линия олова
• Circuit Automation DP2500 LPI Просеивающая машина
• Туннельные печи Precision Quincy
• Подсчетная машина Accusytems Accu Score AS-150-MAX
• ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ КОЛЛЕКТОРОВ LTD Auto Desmear & PTH
• MANIFOLD PLATING EQUIPMENT LTD Автоматическое нанесение покрытия
• Струйный трафаретный принтер Orbotech
• Штамповочная машина DIS Post Etch
• Mass Via fill и Planarizer

НАШ ПРОЦЕСС

Что отличает нас от остальных

ТОЧНОЕ СВЕРЛЕНИЕ

Наши современные высокоточные высокоскоростные сверлильные станки с компьютерным управлением и встроенным TMG (метрологический измеритель инструмента) для лазерной проверки диаметра, проверка радиального биения шпинделя и обнаружение поломки сверла, мы можем просверлить готовые отверстия размером до 5 мил (с предельной точностью) с точностью ± 0,001 мил. что позволяет нам выполнять самые строгие требования к сверлению и изготовлению.

ФОТОИЗОБРАЖЕНИЕ

Наша тщательно контролируемая, экологически чистая зона фотопечати и автоматизированное выравнивание блоков формирования изображения с высоким разрешением обеспечивают точную печать ширины линий и интервалов до 2 и 2. качество, наши инженеры-химики тщательно контролируют процесс. Ежедневный анализ и составление графиков системного контроля процессов (SPC) помогают поддерживать высочайшее качество и полную прослеживаемость. Наша современная, ПОЛНОСТЬЮ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ линия химического осаждения, использующая новейшие технологии, обеспечивает надежное меднение высочайшего качества даже на отверстиях самого малого диаметра. Наша АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ линия нанесения покрытия по образцу обеспечивает высококачественное меднение с использованием новейшей технологии двойного выпрямления.

ТРАВЛЕНИЕ

С помощью нашей линии SES (полоска-травление-полоска) мы можем протравить ширину и расстояние до 3 и 3 с предельной точностью и до 10 унций меди.