Введение в схемотехнику/Что такое схемотехника

Материал из Викиверситета
Перейти к навигации Перейти к поиску

В этом разделе разберем более подробно смысл термина схемотехника, а так же выделим отличия этой дисциплины от других, связанных с электрическими явлениями.

Понимание термина «схемотехника»[править]

Снова рассмотрим определение термина схемотехника из Большой советской энциклопедии:

Схемотехника, научно-техническое направление, охватывающее проблемы проектирования и исследования схем электронных устройств радиотехники и связи, вычислительной техники, автоматики и др. областей техники.

— БСЭ, 3-е издание[1]

Если оставить только ключевые слова из определения, то

схемотехника — это наука о проектировании и исследовании схем электронных устройств.

Слова проектирование и исследование достаточно понятны, они говорят нам о том, что в схемотехнике, как и во многих других научно-технических дисциплинах, большинство задач можно разделить на два класса:

  • задачи синтеза («объединения ранее разрозненных вещей») — создание схемы некоего устройства из отдельных деталей или блоков.
  • задачи анализа («расчленения целого на составные части») — исследование поведения и свойств большой системы на основании информации о свойствах её составляющих.

Слово схема нуждается в отдельном пояснении. Предмет изучения схемотехники — это схемы, и этот термин имеет два значения:

Можно сказать, что задача схемотехники — это анализ и проектирование реальных электронных устройств, но при этом схемотехника оперирует «схемой» — абстрактным представлением устройства в виде совокупности условных обозначений.

Смежные дисциплины[править]

Электроника[править]

В рамках электроники[2] изучаются физические основы функционирования электронных устройств. Рассматривается достаточно «низкий» физический уровень, то есть взаимодействие электронов с электромагнитными полями.

Схемотехника находится на более высоком уровне абстракции, чем электроника: в рамках электроники разрабатываются отдельные «детали» (транзисторы, диоды, электронные лампы и т.д.), а в рамках схемотехники эти детали используются. При этом для схемотехники совершенно не важно, как устроены электронные компоненты и какие физические принципы положены в основу их работы. Схемотехника обычно рассматривает все электронные компоненты как черные ящики (подобно тому, как мы успешно пользуемся мобильными телефонами, не задумываясь об их внутреннем устройстве). По этой причине для изучения схемотехники не требуются глубокие познания в общей физике: для начала достаточно школьного курса.

Теория электрических цепей[править]

Изучение свойств отдельных электронных компонентов (например, транзистора) является задачей электроники. Но если соединить несколько компонентов проводниками, то возникает совершенно новая сущность — электрическая цепь; в ней отдельные компоненты взаимодействуют и, благодаря этому, возникают новые эффекты и процессы, которые в отдельных компонентах наблюдать нельзя. Изучением процессов в электрических цепях занимается отдельная дисциплина — теория электрических цепей.

Теория электрических цепей[3] — раздел теоретической электротехники, в котором рассматриваются математические методы вычисления электрических величин в электрических цепях.

Теория цепей оперирует не реальными электронными компонентами (они слишком сложны для точного математического описания), а их простыми идеализированными моделями. Можно даже считать, что теория цепей вообще не интересуется реальными компонентами (транзисторами, диодами и т.д.), а ограничивается изучением только идеализированных моделей. Чтобы применить методы теории цепей к реальным устройствам, их необходимо представить в виде эквивалентных схем, содержащих только идеализированные модели.

Теория цепей дает для схемотехники методы для изучения процессов в электрических цепях. В некотором смысле задачи этих двух дисциплин перекрываются (обе имеют дело с процессами в электрических цепях). Отличие заключается в том, что теория цепей дает методы работы с абстрактными идеализированными моделями, а схемотехника применяет эти методы для построения реальных устройств.

В рамках данного курса будут рассмотрены основы теории цепей, необходимые для перехода к схемотехнике.

Примечания[править]