Elektrisk krets
En elektronisk krets är sammansatt av individuella elektroniska komponenter , såsom motstånd , transistorer , kondensatorer , induktorer och dioder , anslutna med ledande ledningar eller spår genom vilka elektrisk ström kan flöda. Det är en typ av elektrisk krets och för att kallas elektronisk , snarare än elektrisk , måste i allmänhet minst en aktiv komponent vara närvarande. Kombinationen av komponenter och ledningar gör att olika enkla och komplexa operationer kan utföras: signaler kan förstärkas, beräkningar kan utföras och data kan flyttas från en plats till en annan.
Kretsar kan vara konstruerade av diskreta komponenter kopplade av enskilda trådstycken, men idag är det mycket vanligare att skapa sammankopplingar med fotolitografiska tekniker på ett laminerat substrat (ett kretskort eller PCB) och löda komponenterna till dessa sammankopplingar för att skapa en färdig krets. I en integrerad krets eller IC är komponenterna och sammankopplingarna bildade på samma substrat, typiskt en halvledare såsom dopat kisel eller (mindre vanligt) galliumarsenid .
En elektronisk krets kan vanligtvis kategoriseras som en analog krets , en digital krets eller en blandad signalkrets (en kombination av analoga kretsar och digitala kretsar). Den mest använda halvledarenheten i elektroniska kretsar är MOSFET (metall-oxid-halvledarfälteffekttransistor ) .
Breadboards , perfboards och stripboards är vanliga för att testa nya mönster. De tillåter konstruktören att göra snabba ändringar i kretsen under utvecklingen.
Analoga kretsar
Analoga elektroniska kretsar är sådana där ström eller spänning kan variera kontinuerligt med tiden för att motsvara den information som representeras.
De grundläggande komponenterna i analoga kretsar är ledningar, motstånd, kondensatorer, induktorer, dioder och transistorer . Analoga kretsar är mycket vanligt representerade i schematiska diagram , där ledningar visas som linjer, och varje komponent har en unik symbol. Analog kretsanalys använder Kirchhoffs kretslagar : alla strömmar vid en nod (en plats där ledningar möts), och spänningen runt en sluten slinga av ledningar är 0. Ledningar behandlas vanligtvis som idealiska nollspänningsförbindelser; varje motstånd eller reaktans fångas upp genom att explicit lägga till ett parasitelement, såsom ett diskret motstånd eller induktor. Aktiva komponenter som transistorer behandlas ofta som kontrollerade ström- eller spänningskällor: till exempel kan en fälteffekttransistor modelleras som en strömkälla från källan till avloppet, med strömmen styrd av gate-source-spänningen.
När kretsstorleken är jämförbar med en våglängd för den relevanta signalfrekvensen, måste ett mer sofistikerat tillvägagångssätt användas, den distribuerade elementmodellen . Ledningar behandlas som transmissionsledningar, med nominellt konstant karakteristisk impedans , och impedanserna i början och slutet bestämmer sända och reflekterade vågor på linjen. Kretsar utformade enligt detta tillvägagångssätt är distribuerade elementkretsar . Sådana överväganden blir typiskt viktiga för kretskort vid frekvenser över en GHz; integrerade kretsar är mindre och kan behandlas som klumpade element för frekvenser mindre än 10GHz eller så.
Digitala kretsar
I digitala elektroniska kretsar antar elektriska signaler diskreta värden, för att representera logiska och numeriska värden. Dessa värden representerar den information som bearbetas. I de allra flesta fall används binär kodning: en spänning (vanligtvis det mer positiva värdet) representerar en binär '1' och en annan spänning (vanligtvis ett värde nära jordpotentialen, 0 V) representerar en binär '0'. Digitala kretsar använder i stor utsträckning transistorer , sammankopplade för att skapa logiska grindar som tillhandahåller funktionerna hos boolesk logik : OCH, NAND, ELLER, NOR, XOR och kombinationer därav. Transistorer som är sammankopplade för att ge positiv återkoppling används som lås och vippor, kretsar som har två eller flera metastabila tillstånd, och förblir i ett av dessa tillstånd tills de ändras av en extern ingång. Digitala kretsar kan därför tillhandahålla logik och minne, vilket gör det möjligt för dem att utföra godtyckliga beräkningsfunktioner. (Minne baserat på flip-flops är känt som static random-access memory (SRAM). Minne baserat på lagring av laddning i en kondensator, dynamiskt random-access memory (DRAM) används också i stor utsträckning.)
Designprocessen för digitala kretsar skiljer sig fundamentalt från processen för analoga kretsar. Varje logisk grind regenererar den binära signalen, så konstruktören behöver inte ta hänsyn till distorsion, förstärkningskontroll, offsetspänningar och andra problem som en analog design möter. Som en konsekvens kan extremt komplexa digitala kretsar, med miljarder logiska element integrerade på ett enda kiselchip, tillverkas till låg kostnad. Sådana digitala integrerade kretsar finns överallt i moderna elektroniska enheter, såsom miniräknare, mobiltelefoner och datorer. När digitala kretsar blir mer komplexa, blir frågor om tidsfördröjning, logiska raser , effektförlust, icke-ideal omkoppling, on-chip och inter-chip laddning och läckströmmar begränsningar för kretsdensitet, hastighet och prestanda.
Digitala kretsar används för att skapa datorchips för allmänna ändamål, såsom mikroprocessorer , och specialdesignade logiska kretsar, kända som applikationsspecifika integrerade kretsar (ASIC). Fältprogrammerbara gate arrays (FPGAs), chips med logiska kretsar vars konfiguration kan modifieras efter tillverkning, används också i stor utsträckning vid prototypframställning och utveckling.
Blandade signalkretsar
Blandade signal- eller hybridkretsar innehåller element av både analoga och digitala kretsar. Exempel inkluderar komparatorer , timers , faslåsta slingor , analog-till-digital-omvandlare och digital-till-analog-omvandlare . De flesta moderna radio- och kommunikationskretsar använder blandade signalkretsar. Till exempel i en mottagare används analoga kretsar för att förstärka och frekvensomvandla signaler så att de når ett lämpligt tillstånd för att omvandlas till digitala värden, varefter ytterligare signalbehandling kan utföras i den digitala domänen.
Design
Prototypframställning
Inom elektronik innebär prototyp att bygga en faktisk krets till en teoretisk design för att verifiera att den fungerar och för att tillhandahålla en fysisk plattform för att felsöka den om den inte gör det. Prototypen är ofta konstruerad med hjälp av tekniker som trådlindning eller med hjälp av en breadboard , stripboard eller perfboard , vilket resulterar i en krets som är elektriskt identisk med designen men inte fysiskt identisk med slutprodukten.
Verktyg med öppen källkod som Fritzing finns för att dokumentera elektroniska prototyper (särskilt de breadboard-baserade) och gå mot fysisk produktion. Prototypplattformar som Arduino förenklar också uppgiften att programmera och interagera med en mikrokontroller . Utvecklaren kan välja att distribuera sin uppfinning som den är med hjälp av prototypplattformen, eller ersätta den med endast mikrokontrollerchippet och kretsen som är relevant för deras produkt.
En tekniker kan snabbt bygga en prototyp (och göra tillägg och modifieringar) med hjälp av dessa tekniker, men för volymproduktion är det mycket snabbare och vanligtvis billigare att masstillverka anpassade kretskort än att tillverka dessa andra typer av prototypkort. Utbredningen av snabbsvängande PCB-tillverknings- och monteringsföretag har gjort det möjligt att tillämpa koncepten med snabb prototyp till design av elektroniska kretsar. Det är nu möjligt, även med de minsta passiva komponenterna och de största paketen med fin delning, att få skivor tillverkade, monterade och till och med testade på några dagar.externa länkar
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
