СХЕМОТЕХНИКА КАК ОСНОВА ИНДУСТРИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Введение.

Словосочетание «информационные технологии» в наши дни уже не является чем то особенным. Наоборот, это стало обыденным для нас. Технологии заполонили наш мир и, несмотря на то, что огромная часть нашей жизни уже захвачена ими, они продолжают совершенствоваться и занимать все большее пространство и признание человечества.

Технологии призваны облегчить нашу жизнь, выполнять часть работы, которую раньше выполняли люди, которые в своем большинстве ленивы, именно поэтому они стремятся передать львиную долю обязанностей машинам. Люди создают технологии, использование которых позволяет создавать другие технологии, тем самым люди перекладывают часть умственной и физической работы на машины. Например, компьютер может помочь людям спроектировать, смоделировать и произвести какой-то продукт, связанный с технологиями. Но как это работает?

Почти каждый из нас на слуху имеет эти два слова (кроме, разве что, бабушек и дедушек, но и некоторые из них идут в ногу со временем). А что же составляет основу информационных технологий? С физической точки зрения все построено на электрических импульсах. Написание этой статьи — не что иное, как набор электрических импульсов, направляемых клавиатурой к центральному процессору, который, в свою очередь, с помощью электрических импульсов выводит всю информацию на экран. Но это лишь поверхностное объяснение.

На самом деле все то, о чем сказано выше, изучается, разрабатывается и реализуется таким научно-техническим направлением, как схемотехника, и мастерами, схемотехниками. Это научно-техническое направление является основой разработки любого технического продукта (не программного).

Схемотехника, как наука.

Возьмите в руки любое техническое устройство, например, телефон. Что вы видите? Дисплей, кнопки, различные входы. Это то, благодаря чему телефон осуществляет связь с пользователем, принимает его команды и обменивается информацией. Но если мы заглянем под корпус телефона, мы найдем там множество неизвестных обычному человеку вещей. Батарея, электронная схема, микросхемы, различные элементы. Именно они составляют основу схемотехники.

Элементы, собранные в правильной последовательности вместе являются электронным устройством и призваны выполнять какую-либо функцию, необходимую человеку, начиная от простого мигания диода, заканчивая беспроводной передачей данных или выполнением каких-либо физических задач.

Основные этапы проведения схемотехнических работ.

Техническое задание.

Техническое задание представляет собой некий список функций, которые должна обеспечивать создаваемая электронная схема. Обычно это лишь список услуг, но отнюдь не их описание (описывается лишь то, что нужно сделать, а не то, как это следует делать).

Как правило, техническое задание — подробное описание требований заказчика к электронной схеме (в случае, если проект не коммерческий, техническое задание составляется исполнителем). Техническое задание может включать различные электрические параметры (характеристики входных и выходных сигналов, тип источника питания, энергопотребление), а также ряд физических параметров, которые должно иметь будущее электронное устройство (размер, вес, влагостойкость, диапазон рабочих температур и т. д.). Составление технического задания — важнейший этап проектирования электронного устройства.

Подготовительный этап.

На подготовительном этапе с целью снижения вероятности совершения грубых конструкторских ошибок, и, как итог, сокращение времени разработки электронной схемы, проводится прототипирование.

Прототипирование — это быстрая реализация базовой функциональности для общего анализа работы системы. Этот прием позволяет исключить возможность серьезных ошибок в работе будущей схемы еще на том этапе, когда все конструкции находятся на бумаге (техническое задание). Также этот прием позволяет на практике опробовать идеи, заложенные в электронную схему. Данный прием можно применять как ко всей схеме, так и к отдельным ее частям, в зависимости от особенностей конструкции.

Конструирование.

Конструирование электронной схемы проходит ряд этапов, в зависимости от своей сложности. Во-первых, требования технического задания к обработке сигналов переводятся в блок-схему таких преобразований. Абстрактное, обособленное рассмотрение элементов блок-схемы позволяет решать очень сложные задачи, разбивая их на мелкие фрагменты и искать решение последовательно, либо разделяя эти фрагменты между инженерными группами и затем собирать решение воедино.

Во-вторых, функциональные задачи каждого блока рассматриваются детально, вовлекая особенности обработки сигнала. В зависимости от задачи, этап может потребовать практических исследований или математического моделирования процессов. Как итог, может потребоваться изменение блок-схемы вследствие невозможности выполнения поставленных задач.

Проверка и тестирование.

Предсерийная электронная схема собирается в соответствии со схемой, разработанной на предыдущих этапах, и фактически является физически реализованным аналогом окончательного устройства. На данном этапе проводятся последние проверки схемы на соответствие техническому заданию, соответствию государственным стандартам, стандартам безопасности и стандартам качества. Выполняется тестирование схемы в различных условиях и при различных входных параметрах. Выносятся рекомендации по доработке схемы, либо решении о передачи рабочего прототипа заказчику либо коммерческого запуска продукта.

Элементы схемотехники.

Резистор.

Одним из главных элементов и, безусловно, наиболее часто используемым элементом является резистор. Резистор — это элемент электрической цепи, имеющий малую проводимость тока, предназначенный для использования его электрического сопротивления в цепи с целью контроля силы тока и защиты элементов цепи от сгорания.

Виды резисторов:

1. Переменный резистор — вид резистора, меняющий свое сопротивление механическим способом (в соответствии с положением подвижного контакта, определяющего размер сопротивления).
2. Варистор — вид резистора, обладающий свойством изменять сопротивления от ГОм до десятков Ом, в соответствии с приложенным на него напряжением.
3. Подстроечный резистор — вид переменного резистора, настройка сопротивления которого происходит во время монтажа в электронную схему. Данный элемент находится в корпусе и не доступен для пользовательской регулировки.
4. Фоторезистор — вид резистора, сопротивление которого изменяется при облучении светом.
5. Терморезистор — вид резистора, сопротивление которого изменяется в соответствии с температурой.

Конденсатор.

Конденсатор — элемент электрической цепи, предназначенный для накопления электрического заряда. Способность конденсатором накапливать заряд характеризуется его емкостью, которая измеряется в фарадах.

Конденсатор состоит из двух электродов, между которыми располагается диэлектрик (вещество, проводимость тока которого очень мала, например, бумага или керамика).

В основном типы конденсаторов разделяют:

• По материалу диэлектрика: воздух, металлизированная бумага, слюда, тефлон, поликарбонат, оксидный диэлектрик.
• По способу монтажа: для печатного или навесного монтажа.
• По характеру изменения емкости: постоянной емкости, переменной емкости и подстроечные.

Диод.

Диод — элемент электрической цепи, способный проводить (или не проводить) ток в зависимости от его направления. Основной задачей диода является обеспечение проводимости тока в одном направлении, и недопущения его движения в обратном направлении.

Диоды являются одним из наиболее используемых элементов схемотехники, они присутствуют почти в каждом электронном устройстве, начиная от мобильного телефона заканчивая его зарядным устройством.

Светодиод — разновидность полупроводникового диода, излучающая свет при прохождении через него электрического тока. Светодиоды могут излучать свет разного цвета. Также существуют LED-светодиоды, которые излучают свет различного цвета, в соответствии с напряжением в цепи.

В сравнении со стандартными лампами светодиоды имеют ряд преимуществ — это прочность, долговечность, низкий нагрев в процессе работы, яркость света, экономичность. Самый распространенный прибор, использующий светодиоды — LED         телевизор.

Транзистор.

Транзистор — элемент электрической цепи, обычно с тремя выводами, позволяющий входному сигналу управлять током между другими двумя выводами. Чаще всего транзистор используется для генерации, преобразования и усиления электрических сигналов.

Например, при получении команды от устройства на вход транзистора, он выключает ток между другими двумя выводами, после получения следующего сигнала, транзистор снова включает ток. Транзисторы имеют широкий спектр возможностей применения в электронных схемах.

Интегральные микросхемы.

Интегральная микросхема — это изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов, которые могут рассматриваться как единое целое, выполнены в едином технологическом процессе и заключены в герметизированный корпус.

Интегральные микросхемы — самый умный элемент схемотехники. Данный элемент часто является программируемым, то есть позволяет разработчику задать параметры обработки и вывода сигналов.

Интегральные микросхемы могут классифицироваться по виду обрабатываемого сигнала:

1. Цифровые микросхемы — входные и выходные сигналы, как правило, имеют два значения (логический ноль и логическая единица), которым соответствует определенный диапазон напряжения.
2. Аналоговые микросхемы — входные и выходные сигналы изменяются в диапазоне от положительного до отрицательного напряжения питания.
3. Аналого-цифровые микросхемы совмещают в себе формы цифровой и аналоговой обработки сигналов.

Заключение.

Технологии развиваются очень стремительно. Элементы схемотехники в свою очередь имеют тенденцию дешеветь по мере улучшения своих качеств. Книги по схемотехнике подвержены довольно стремительной потере актуальности. Не исключено, что в ближайшее время появятся новые элементы этой науки.

Описанные выше элементы схемотехники являются ключевыми в этой сфере и чтобы создать наиболее компактное устройство с наибольшим количеством функций, придется использовать каждый из них.

Список литературы:

1. Интегральные микросхемы — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://alnam.ru/book_pe.php?id=11( Дата обращения 18.11.2014).
2. Искусство схемотехники / Хоровиц П., Хилл У. — М: Мир, 1993 — 413 с.
3. Назначение диода — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://katod-anod.ru/articles/14 (Дата обращения 17.11.2014).
4. Полупроводниковый диод — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://hightolow.ru/diode1.php (Дата обращения 17.11.2014).
5. Применение диодов — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://hightolow.ru/diodeApplying.php (Дата обращения 17.11.2014).
6. Радиоэлектроника для «чайников» / Гордон Мак-Комб, Эрл Бойсен — СПб: ОАО «Печатный Двор», 2007 — 388 с.
7. Транзисторы: назначение, устройство и принципы работы — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://electrik.info/main/fakty/638-tranzistory-ustroystvo-i-principy-raboty.html (Дата обращения 18.11.2014).