1.Электроника и микросхемотехника. Основные направления. Электронные устройства в системах автоматики.
Электроника – наука о теории и практике работы электровакуумных, ионных и полупроводниковых приборов и устройств.
Микросхемотехника (интегральная схемотехника) – раздел электроники, охватывающий иссле-дования и разработку схемотехнических решений (электрических и структурных схем), используемых в интегральных микросхемах и электронной аппаратуре на их основе. Современную электронику можно разделить на три области: радиоэлектроника – раздел электроники, связанный с передачей, приемом и обработкой радиосигналов; энергетическая (промышленная или силовая), связанная с преобразованием переменного и постоянного токов для нужд электроэнергетики, электротяги, металлургии и пр.; информационная, к которой относятся электронные средства, обеспечивающие измерения, контроль и управление различными процессами, включая производство и научные исследования.
В процессе формирования, передачи и обработки электрические сигналы подвергаются различным преобразованиям: усилению, фильтрации для устранения искажений и защиты от помех, формируются по форме, амплитуде, длительности. Для этого используют электронные устройства, которые состоят из электронных элементов и пассивных электрических цепей (резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности), предназначенных для связи отдельных электронных элементов, либо выполняющих самостоятельные функции преобразования электрических сигналов. Характеристики электронных устройств определяются, прежде всего, характеристиками составляющих их электронных элементов. Электронные элементы современных электронных устройств выпускаются промышленностью в двух видах:
в виде отдельных дискретных компонентов (диодов, транзисторов, тиристоров и др.);
в виде микросхем (интегральных схем), в которых в одном корпусе в один функциональный узел объединен ряд отдельных элементов, выполненных, как правило, на одном кристалле полупроводника.
3. Электрические сигналы. Разновидности, параметры. Характеристики
Электрические сигналы в электронных устройствах можно разделить аналоговые и дискретные. Аналоговые сигналы представляют собой непрерывные во времени функции напряжения или тока и, в свою очередь, делятся на постоянные и переменные.
Постоянные аналоговые сигналы представляют собой однополярные медленно изменяющиеся во времени напряжения или токи.
Переменными аналоговыми сигналами называются функции напряжения или тока, изменяющиеся во времени как по амплитуде, так и по знаку. Частным случаем переменного сигнала является гармонический или синусоидальный.
Дискретными называются такие электрические сигналы, которые представляют собой разрывные во времени функции напряжения или тока и могут принимать ограниченное число уровней. Наиболее часто в электронике используются дискретные сигналы, которые имеют только два уровня – высокого напряжения (тока) и низкого напряжения (тока). Такие сигналы называют импульсными или двоичными. Представление информации с помощью таких сигналов имеет ряд преимуществ, обусловленных высокой надежностью и простотой устройств, которыми они генерируются и преобразуются. Два дискретных значения, которые принимают двоичные сигналы, обычно обозначают двумя цифровыми символами – «1» и «0». Поэтому двоичные дискретные сигналы также называют цифровыми, а раздел электроники, изучающий формирование, преобразование и передачу двоичных сигналов – цифровой техникой. Математическое выражение, описывающее синусоидальное напряжение, имеет вид:
u = Um sin(2πƒt + φ). (1.2)
Основное достоинство синусоидальной функции (а также основная причина столь широкого распространения синусоидальных сигналов) состоит в том, что эта функция является решением целого ряда линейных дифференциальных уравнений, описывающих как физические явления, так и свойства линейных цепей.
Линейная цепь обладает следующим свойством: если Вых. (А) – выходной сигнал, порожденный сигналом А, то для линейной цепи справедливо следующее равенство: Вых. (А + В) = Вых. (А) + Вых. (В). Если на входе линейной цепи действует синусоидальный сигнал, то на выходе также получим синусоидальный сигнал, но в общем случае его амплитуда и фаза будут другими. Это утверждение справедливо только для синусоидального сигнала. На практике принято оценивать поведение схемы по ее АЧХ.