Схемотехніка
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 схемотехніки — синтез (визначення структури) електронних схем, що забезпечують виконання певних функцій, і розрахунок параметрів елементів, які входять до них. Термін «схемотехніка» з'явився в 60-х рр.. 20 ст. у зв'язку з розробкою уніфікованих схем, придатних одночасно для багатьох застосувань.
Предмет схемотехніки
Предметом схемотехніки є розробка проектних рішень, які відносно простими засобами та з врахуванням наявних недоліків радіоелементів дозволяють досягти необхідних технічних параметрів електронних схем.
На основі електронної схеми створюють відповідний пристрій (входить до складу деякої технічної системи). До пристрою надається 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).
Оскільки 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 схемотехніки (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 являють собою цілі системи, С. по ряду аспектів зливається з системотехнікою.
Суміжні дисципліни
Електроніка
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
Вивченням процесів в електричних колах займається окрема дисципліна — 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
- БСЭ. Схемотехника
Література
- Електроніка і мікросхемотехніка: Навч. посіб. для підгот. фахівців із спец. «Енергетика с.-г. вир-ва» в аграр. вищ. навч. закл. ІІІ — IV рівнів акредитації / В. Т. Дмитрів, В. М. Шиманський; Львів. держ. аграр. ун-т. — Л. : Афіша, 2004. — 176 c. — Бібліогр.: с. 171—172.
- Комп‘ютерна схемотехніка: навч. посіб. / Я. І. Соколовський, І. Б. Пірко, І. Р. Кенс та ін.; за заг. ред. В. В. Пасічника. — Львів: Магнолія 2006, 2018. — 313 с. — (Комп‘ютинг). — ISBN 617-574-116-0.
- Схемотехніка електронних систем: У 3 кн. Кн. 1. Аналогова схемотехніка та імпульсні пристрої: Підручник / В. І. Бойко, А. М. Гуржій, В. Я. Жуйков та ін. — 2-ге вид., допов. і переробл. — К.: Вища шк., 2004. — 366 с.: іл.
- 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
- Бучинський М. Я., Горик О. В., Чернявський А. М., Яхін С. В. ОСНОВИ ТВОРЕННЯ МАШИН / [За редакцією О. В. Горика, доктора технічних наук, професора, заслуженого працівника народної освіти України]. — Харків: Вид-во «НТМТ», 2017. — 448 с. : 52 іл. ISBN 978-966-2989-39-7