Elektronische Schaltung
Ein elektronische Schaltung besteht aus Individuum zusammen elektronische Bauteile, wie zum Beispiel Widerstände, Transistoren, Kondensatoren, Induktoren und Dioden, verbunden durch leitfähig Drähte oder Spuren durch welches elektrischer Strom kann fließen. Es ist eine Art Elektrokreis und wird als bezeichnet als elektronisch, statt elektrisch, im Allgemeinen mindestens einer aktive Komponente muss anwesend sein. Die Kombination von Komponenten und Drähten ermöglicht es, verschiedene einfache und komplexe Operationen auszuführen: Signale können verstärkt werden, Berechnungen können durchgeführt werden und Daten können von einem Ort zum anderen verschoben werden.[1]
Schaltkreise können aus diskreten Komponenten konstruiert werden, die durch einzelne Drahtstücke verbunden sind, aber heute ist es viel häufiger, Verbindungen durch photolithografische Techniken auf einem Laminierten zu erzeugen Substrat (a gedruckte Leiterplatte oder PCB) und Lot Die Komponenten dieser Zusammenhänge zum Erstellen eines fertigen Stromkreises. In einem (n Integrierter Schaltkreis oder IC werden die Komponenten und Vernetzungen auf demselben Substrat gebildet, typischerweise a Halbleiter wie dotiert Silizium oder (weniger häufig) Galliumarsenid.[2]
Eine elektronische Schaltung kann normalerweise als kategorisiert werden Analogkreis, a Digitaler Schaltung, oder eine Mischsignalkreis (eine Kombination von analogen Schaltungen und digitalen Schaltungen). Die am weitesten gebrauchten Halbleitervorrichtung In elektronischen Schaltungen ist die Mosfet (Metal-Oxid-Sämiewerk Feldeffekttransistor).[3]
Breadboards, Perfboards, und Streifenbretter sind üblich, um neue Designs zu testen. Sie ermöglichen dem Designer, während der Entwicklung schnelle Änderungen an der Schaltung vorzunehmen.
Analoge Schaltungen
Analoge elektronische Schaltungen sind diejenigen, in denen Strom oder Stromspannung kann kontinuierlich variieren, um den dargestellten Informationen zu entsprechen. Analogische Schaltkreise stammen aus zwei grundlegenden Bausteinen: Serie und parallel Schaltungen.
In einer Serienschaltung fließt der gleiche Strom durch eine Reihe von Komponenten. Eine Reihe von Weihnachtslichtern ist ein gutes Beispiel für eine Serienschaltung: Wenn man ausgeht, sind sie alle.
In einer parallele Schaltung sind alle Komponenten mit derselben Spannung verbunden, und der Strom teilt sich zwischen den verschiedenen Komponenten entsprechend ihrem Widerstand.
Die Grundkomponenten von analogen Schaltungen sind Drähte, Widerstände, Kondensatoren, Induktoren, Dioden, und Transistoren. Analoge Schaltungen sind sehr häufig in schematische Diagramme, in denen Drähte als Linien angezeigt werden, und jede Komponente hat ein einzigartiges Symbol. Analoge Schaltungsanalyse verwendet Kirchhoffs Schaltungsgesetze: Alle Ströme an einem Knoten (ein Ort, an dem sich Drähte treffen), und die Spannung um eine geschlossene Kabelschleife beträgt 0. Drähte werden normalerweise als ideale Nullspannungsverbindungen behandelt. Jeder Widerstand oder eine Reaktanz wird erfasst, indem explizit ein parasitäres Element wie einen diskreten Widerstand oder Induktor hinzugefügt wird. Aktive Komponenten wie Transistoren werden häufig als kontrollierter Strom oder Spannungsquellen behandelt: zum Beispiel a Feldeffekttransistor Kann als Stromquelle von der Quelle bis zum Abfluss modelliert werden, wobei der Strom von der Gate-Source-Spannung gesteuert wird.
Wenn die Schaltungsgröße mit einer Wellenlänge der relevanten Signalfrequenz vergleichbar ist, muss ein ausgefeilterer Ansatz verwendet werden, die, die Modellverteilungselementmodell. Drähte werden als Übertragungsleitungen mit nominell konstant behandelt charakteristische Impedanz, und die Impedanzen Bestimmen Sie am Start und Ende übertragene und reflektierte Wellen auf der Linie. Nach diesem Ansatz konzipierte Schaltungen sind Distributed-Element-Schaltungen. Solche Überlegungen werden in der Regel für Leiterplatten bei Frequenzen über einem GHz wichtig. Integrierte Schaltkreise sind kleiner und können als eingeklungene Elemente für Frequenzen von weniger als 10 GHz oder so behandelt werden.
Digitale Schaltungen
Im Digitale elektronische Schaltkreise, Elektrische Signale nehmen diskrete Werte an, um logische und numerische Werte darzustellen.[4] Diese Werte repräsentieren die Informationen, die verarbeitet werden. In den allermeisten Fällen wird eine binäre Codierung verwendet: Eine Spannung (typischerweise der positivere Wert) stellt ein binäres '1' und eine andere Spannung (normalerweise ein Wert in der Nähe des Bodenpotentials, 0 V) ein Binär '0' dar. Digitale Schaltungen nutzen umfassend von Transistoren, miteinander verbunden zu erstellen Logik -Tore das liefert die Funktionen von Boolesche Logik: Und, nand, oder, Nor, Xor und Kombinationen davon. Transistoren, die so miteinander verbunden sind, um positive Rückmeldungen zu bieten, werden als Riegel und Flip -Flops verwendet, Schaltkreise mit zwei oder mehr metastabilen Zuständen und in einem dieser Zustände verbleiben, bis sie durch eine externe Eingabe geändert werden. Digitale Schaltungen können daher Logik und Speicher liefern, sodass sie willkürliche Rechenfunktionen ausführen können. (Speicher basierend auf Flip Flops ist bekannt als Statische Zufallszugriffsgedächtnis (SRAM). Speicher basierend auf dem Speicher der Ladung in einem Kondensator, Dynamischer Direktzugriffsspeicher (DRAM) wird auch weit verbreitet.)
Der Entwurfsprozess für digitale Schaltkreise unterscheidet sich grundlegend vom Prozess für analoge Schaltungen. Jedes Logik -Gate regeneriert das Binärsignal, sodass der Designer keine Verzerrung, Verstärkungssteuerung, Versatzspannungen und andere Bedenken in einem analogen Design berücksichtigen muss. Infolgedessen können extrem komplexe digitale Schaltkreise, bei denen Milliarden von Logikelementen auf einem einzelnen Siliziumchip integriert sind, zu niedrigen Kosten hergestellt werden. Solche digitalen integrierten Schaltkreise sind in modernen elektronischen Geräten wie Taschenrechnern, Handy -Handys und Computern allgegenwärtig. Da digitale Schaltkreise komplexer werden, Probleme der Zeitverzögerung, Logikrennen, Leistungsdissipation, nicht ideales Schalten, On-Chip- und Inter-Chip-Beladung und Leckströme werden zu Einschränkungen der Schaltungsdichte, der Geschwindigkeit und der Leistung.
Digitale Schaltkreise werden verwendet, um Allzweck -Computerchips wie z. Mikroprozessorenund benutzerdefinierte logische Schaltungen, bekannt als als Anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Asics). Feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), Chips mit Logikschaltungen, deren Konfiguration nach der Herstellung geändert werden kann, werden ebenfalls häufig bei Prototyping und Entwicklung verwendet.
Mischsignalschaltungen
Mischsignal- oder Hybridschaltungen enthalten Elemente sowohl von analogen als auch digitalen Schaltungen. Beispiele beinhalten Komparatoren, Timer, Phasenschleifen, Analog-Digital-Konverter, und Digital-analog-Konverter. Die meisten modernen Funk- und Kommunikationsschaltungen verwenden gemischte Signalkreise. In einem Empfänger wird beispielsweise analoge Schaltkreise verwendet, um Signale zu verstärken und zu frequenzkonvertieren, damit sie einen geeigneten Zustand in digitalen Werten erreichen, wonach eine weitere Signalverarbeitung in der digitalen Domäne durchgeführt werden kann.
Siehe auch
Verweise
- ^ Charles Alexander und Matthew Sadiku (2004). "Grundlagen elektrischer Schaltungen". McGraw-Hill.
{{}}: Journal zitieren erfordert|journal=(Hilfe) - ^ Richard Jaeger (1997). "Mikroelektronikschaltungsdesign". McGraw-Hill.
{{}}: Journal zitieren erfordert|journal=(Hilfe) - ^ Golio, Mike; Golio, Janet (2018). HF- und Mikrowellen -Passive und aktive Technologien. CRC Press. p. 18-2. ISBN 9781420006728.
- ^ John Hayes (1993). "Einführung in das digitale Logikdesign". Addison Wesley.
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