Список экзаменационных вопросов по курсу «Схемотехника эвм», 4-й семестр. 2012 г.

1. Задачи анализа и задачи синтеза в деятельности инженера-схемотехника: их особенности и различия.

Цель деятельности инженера – построить, а затем эксплуатировать устройство. В ходе своей деятельности инженеру приходится решать два типа задач. Задачи синтеза: как построить устройство, которое ведет себя заданным образом. Может существовать несколько решений, либо не существовать ни одного. Задачи анализа: как будет вести себя существующее устройство при определенных условиях. Обычно существует лишь единственное решение. Решение задач анализа намного проще решения задач синтеза, так как задача синтеза неоднозначна и имеет множество решений. Если анализ — процесс мысленного расчленения (декомпозиции) или реального разбиения объекта на элементы с учетом имеющихся между ними связей, то синтез — процесс воссоединения элементов в одно целое.

Цель деятельности инженера – построить, а затем эксплуатировать устройство. В ходе своей деятельности инженеру приходится решать два типа задач. Задачи синтеза: как построить устройство, которое ведет себя заданным образом. Может существовать несколько решений, либо не существовать ни одного. Задачи анализа: как будет вести себя существующее устройство при определенных условиях. Обычно существует лишь единственное решение. Главная задача всех дальнейших исследований – задача анализа, которая заключается в том, что по заданной топологии электрической цепи и её параметрам определяют токи ветвей. Задача анализа однозначна. Задача синтеза обратна задаче анализа: по заданным токам предполагаемых ветвей или каким-то частным характеристикам (откликам) восстановить электрическую цепь. Решение задач анализа намного проще решения задач синтеза, так как задача синтеза неоднозначна и имеет множество решений. Если анализ — процесс мысленного расчленения (декомпозиции) или реального разбиения объекта на элементы с учетом имеющихся между ними связей, то синтез — процесс воссоединения элементов в одно целое. Анализ и синтез системы во взаимосвязи выявляют, из каких частей состоит целостная система и как они (части) взаимодейст­вуют друг с другом, таким образом раскрываются принципы функционально-структурной организации системы. Анализ и синтез диалектически взаимосвязаны «Мышление состоит столько же в разложении предметов сознания на их элементы, сколько в объединении связанных друг с другом элементов. Анализ не является самоцелью. Подобно тому, как части подчиняются целому, служат ему, анализ служит синтезу, свершает­ся во имя синтеза, направляется и контролируется синтезом.

2. Основные физические величины, используемые при описании электромагнитных устройств: что характеризуют эти величины.

Теория электромагнетизма описывает поведение систем, в которых наиболее существенными являются процессы передачи и преобразования электромагнитной энергии. В рамках теории электромагнетизма основные переменные физические величины, которые используются при описании явлений: 1) электрическое напряжение U или u (далее – просто «напряжение») характеризует электрическое поле, создаваемое током, 2) электрический ток I или i и электрический заряд Q или q (далее – просто «ток» и «заряд») характеризуется силой тока, которая в системе СИ измеряется в амперах (А), 3) напряженность электрического поля E (силовая характеристика, не учитывает влияния среды), 4) напряженность магнитного поля H (не учитывает влияния среды), 5) электрическое смещение D (в отличие от напряженности ЭП учитывает свойства окружающей среды), 6) магнитная индукция B (в отличие от напряженности МП учитывает свойства окружающей среды).

3. Какие физические процессы в электромагнитных устройствах сопровождаются обратимым накоплением энергии.

При разделении электрических зарядов Q затрачивается работа. Между разделенными зарядами возникает напряжение u, в пространстве между разделенными зарядами возникает электрическое поле, в котором запасается энергия, меньшая или равная затраченной на разделение работе. Она может запасаться как в электрическом поле, так и в магнитном поле.

4. Как свойство накопления энергии в электрическом поле влияет на характеристики цифровых логических элементов и цифровых устройств?

Часто энергия, запасаемая в электрическом поле между разделенными зарядами, пропорциональна квадрату величины напряжения: W_e(t)=Q²(t)/2c=Cu²(t)/2/ Соотношение справедливо для мгновенных значений изменяющихся во времени величин W_e, q, u. Наличие или отсутствие пропорциональной зависимости определяется свойствами среды в пространстве между разделенными зарядами. Если разделенные заряды и электрическое напряжение связаны пропорциональной зависимостью, то коэффициент пропорциональности C, называют электрической емкостью. Величина этого коэффициента зависит от свойств среды и геометрии разделенных зарядов. В электротехнических устройствах используются специальные элементы – конденсаторы, в которых свойство накапливать энергию в виде электрического поля обеспечивается их конструкцией. В ряде других случаев накопление энергии в электрическом поле оказывает вредный побочный эффект, выражающийся в замедлении процессов, протекающих в устройстве.