Схемотехніка

1. План
1. Завдання та етапи розвитку схемотехніки
2. Поняття елементів, вузлів і пристроїв
комп'ютерної схемотехніки
3. Вимоги до системи зв'язку
Лектор: Матвійчук Л.А.
*

2. створення приладів і пристроїв для перетворення електромагнітної енергії,
передачі, обробки та збереження інформації.
радіоелектронну
апаратуру (РЕА)
для зв'язку,
автоматики,
телебачення,
радіолокації,
навігації,
обчислювальної техніки,
систем управління технологічними
процесами, світлотехніки,
інфракрасної техніки, рентгенотехніки

3. • Д. А. Флемінг запропонував використовувати явище термоелектронної емісії, яку
відкрив у 1884 р. американський вчений Т. А. Едісон.
• На її базі в 1906 р. Д. А. Флемінг винайшов перший електронний прилад з
односторонньою провідністю – двохелектродну лампу з термокатодом (діод). Для
підвищення потужності діода в 1905 р. А. Хелл в США винайшов газонаповнений діод
(газотрон)
• А. В. Лосєв вперше створив світло-діод енергоємності, громіздкість і низької
надійності.
схемотехніка на електровакуумних приладах;
• 1948 рік, коли американські дослідники Д. Бардін, У. Братейн і У. Шоклі винайшли
напівпровідниковий тріод (транзистор).
• мініатюрність, енергоспоживання і надійність швидко вичерпали межі можливостей
схемотехніка на напівпровідникових приладах;
• 50-х років минулого століття, ставить за мету вирішувати такі завдання, які
забезпечують зменшення на кілька порядків габаритів, енергоспоживання, вартості та
частоти відмов. Саме такими елементами стали інтегральні мікросхеми
схемотехніка на інтегральних мікросхемах;
• складають функціональні мікросхеми, прилади і вузли, в яких важко або неможливо
виділити традиційні компоненти (транзистори, діоди, резистори, конденсатори тощо).
Це покоління знаходиться в зародковій стадії розробки і ще не вийшло за межі
лабораторій
схемотехніка на функціональних вузлах
Квантові обчислювальні прилади – 5 покоління

4. Винахідник радіо.
Опис апаратури О.С. Попова і отриманих ним
результатів було опубліковане О.С. Поповим у ряді
журналів, у тому числі в журналах Російського фізико-
хімічного товариства (РФХО) - том 27 від 24 листопада
1895 року і том 28 від 28 лютого 1896 року.
Джон Амброз Флемінг
Він відомий як винахідник лампи з
термокатодом — першої електронної лампи, що
отримала назву «кенотрон» або
«електровакуумний діод», у 1904 році. Він також
запропонував мнемонічне правило правої руки, що
використовується в математиці й електроніці.

5. То́мас А́лва Е́дісон — американський вчений і
винахідник, автор винаходів, на які видано 1093
патенти США та 1239 патентів інших країн.
Створення лампи розжарювання в 1879. Створив
систему розподілу електроенергії споживачам,
телефон і фонограф.
Лі де Форест - американський винахідник, творець
тріодної лампи і аудіона (лампового детектора і
підсилювача), на котрих до винайдення в 1947 році
транзистора базувались всі радіоелектронні
системи.
Борис Львович Розінг (23 квітня 1869, Санкт-Петербург -
20 квітня 1933, Архангельськ) — російський фізик, вчений,
педагог, винахідник телебачення, автор перших дослідів по
телебаченню, за які Російське технічне товариство
присудило йому золоту медаль і премію імені К.Г. Сіменса.

6. Для підвищення верхньої межі частот
посилення в 1915 р. німецький
фізик В. Шотткі винайшов
четирьохелектродну лампу (тетрод) з
экранованою сіткою.
В 1915 році винайшов електронну лампу
з екранною сіткою. Відкрив явище
зростання струму насичення емісії
електронів під дією зовнішнього
електричного поля (ефект Шотткі) та
розробив (1914) його теорію.
Запропонував в 1918 супергетеродинний
принцип підсилення.
Вніс значний вклад у вивчення процесів
в електронних лампах та
напівпровідниках.
В. Шотткін

7. Тому цим поштовхом до розвитку телебачення з'явилося
пропозиція О. П. Константинова і С. В. Катаєва (СРСР) по
створенню спеціальних передавальних телевізійних трубок
(іконоскопів).
В.К. Зворикін
Аналогічні трубки створив в США російський емігрант В. К.
Зворикін.
У 1930 році він незалежно від В. К. Зворикіна винайшов
першу в світі електронну передавальну трубку з
накопиченням заряду. А. П. Константинов був
авторитетним фахівцем у галузі телебачення.

8. Л. А. Кубецкий у 1930-1934 рр.
Фотоелектронний помножувач (ФЕП) —
електровакуумний прилад, в якому потік електронів,
випромінюваний фотокатодом під дією оптичного
випромінювання (фотострум)
В 1933 г. П.В. Шмаков
і П.В. Тимофеєв (СССР)
запропонували передавальні телевізійні
трубки зпідвищеною чутливістю –
суперіконоскопи,
Так в 1932 р. Радянський вчений Д. А. Рожанський
запропонував динамічне управління електронним потоком з
метою використати час прольоту електронів між
електродами в якості корисного явища для підвищення
верхньої частотної межі.

9. У 1940 р.В. Ф. Коваленко (СРСР)
винайшов відбивач клистрон –
генератор, який використовується і
сьогодні.
Так, у 1922 р. інженер Нижегородської лабораторії А. В. Лосєв
відкрив можливість генерування і посилення електричних
коливань за допомогою кристалічного (напівпровідникового)
детектора. Вперше створив світо-діод.
В. Ф. Коваленко
А. В. Лосєв

10. Аналоговий сигнал – (малюнок 1.1 а)) це сигнал, який може
приймати будь-які значення в певних межах (безліч значень за
одиницю часу) (наприклад, напруга може плавно змінюватися в
межах від нуля до десяти вольт).
Цифровий сигнал - (малюнок 1.1 б)) це сигнал, який може
приймати тільки два значення (іноді - три значення). Пристрої,
що працюють винятково з цифровими сигналами, називаються
цифровими пристроями.
Наприклад, напруга може приймати два значення: від 0 до 0,5 В (рівень нуля) або від 2,5 до 5
В (рівень одиниці).

11. Шум - це внутрішні хаотичні слабкі сигнали будь-якого
електронного пристрою (мікрофону, транзистора, резистора і т.
д.).
Наводки і перешкоди - це сигнали, що приходять на електронну
систему ззовні і спотворюють корисний сигнал
(наприклад, електромагнітні випромінювання від
радіопередавачів або трансформаторів).

12. обробка (або
перетворення);
передача;
зберігання.
У всіх цих випадках корисні сигнали спотворюються паразитними
сигналами - шумами, перешкодами, наводками. Крім того, при обробці
сигналів (наприклад, при підсиленні, фільтрації) ще спотворюється і їх
форма через недосконалість, неідеальність електронних пристроїв.

13. Логічні елементи
Технічні засоби комп'ютерної схемотехніки залежно від
функцій, які вони виконують, поділяють на:
1. елементи,
2. функціональні вузли
3. пристрої,
4. мікропроцесори
5. комп'ютери (рис. 1.1).
Елементами в комп'ютерній схемотехніці називаються
найменші неподільні мікроелектронні схеми (вироби),
призначені для виконання логічних операцій або зберігання
біта інформації.
До елементів умовно відносяться і допоміжні схеми –
підсилювачі,
повторювачі,
формувачі та ін.

14. За логікою роботи функціональні вузли розподіляються на комбінаційні та
послідовнісні схеми.
У комбінаційних схемах логічний стан виходів елементів залежить тільки від
комбінації вхідних сигналів у даний момент часу.
До функціональних вузлів комбінаційного типу відносяться
У послідовнісних схемах логічне значення виходів визначають як
комбінацією вихідних сигналів, так і станом пам'яті схеми в даний момент
часу.
До функціональних вузлів послідовнісного типу відносяться
регістри, лічильники, генератори чисел і керуючі автомати.
На основі типових функціональних вузлів будують різноманітні пристрої ПК.
суматори, дешифратори, шифратори,
мультиплексори і
демультиплексори,
схеми порівняння
(компаратори) і
контролю за
парністю,
кодоперетворювачі.

15. 1. потенціальні
2. імпульсні (рис. 1.3).
Сигнал, який змінюється тільки в тактові моменти часу,
називається потенціальним.
Сигнал, що наростає в тактовий момент, а спадає в
границях даного такту, називається імпульсним.
Тривалість потенціального сигналу дорівнює або кратна
тривалості машинного такту.

16. У логіці значення двійкового сигналу і відповідної змінної Х кодуються
символами 0 (лог. 0) і 1 (лог. 1).
Напругу, що відображає символ 1, позначимо через U , а символ 0 –
через U .
Розрізняють два способи кодування логічних сигналів Х потенціальними
сигналами – позитивний та негативний.
При позитивному кодуванні (позитивна логіка чи угода) більший рівень
напруги U H з урахуванням знака відображає лог. 1, а менший U L – лог.0,
тобто Х = 1, якщо U1 = UH , та Х = 0 при U0 =UL (рис. 1.4, а). П
При негативному кодуванні (негативна логіка чи угода) більший рівень
напруги Uн з урахуванням знаку відображає лог. 0, а менший UL – лог.
1, тобто Х = 1, якщо U1 = U L , та Х = 0 при U0 = U H (рис. 1.4, б).
L H

17. Для імпульсних сигналів розрізняють два роди
кодування (рис. 1.5):
перший – наявність імпульсу відображає лог. 1,
відсутність – лог. 0;
другий – наявність імпульсу однієї полярності відображає
лог. 1, а іншої полярності – лог. 0.

18. використання фізичними приладами;
видом інформаційних сигналів;
функціональним призначенням;
конструкційно-технологічним виготовленням;
рівнем і ступенем складності.

19. побудовані на електронних лампах – перше
покоління;
на транзисторах – друге покоління;
на ІМС малого і середнього ступеня інтеграції – третє
покоління;
на великих і надвеликих ІМС – четверте покоління.

20. потенціальні елементи – використовуються тільки
потенціальні сигнали;
імпульсні елементи – використовуються тільки
імпульсні сигнали;
потенціально-імпульсні елементи –
використовуються потенціальні й імпульсні сигнали
Це – мікроелектронні вироби з високою щільністю упаковування
електрорадіоелементів (резисторів, діодів, транзисторів) і з'єднань
між ними.
З погляду специфікації, випробування, постачання та експлуатації ІМС
розглядаються як єдине ціле.

21. логічні елементи, призначені для виконання логічних операцій – НЕ, І, ЧИ, НЕ І,
НЕ ЧИ, НЕ І ЧИ та ін.;
елементи, які запам'ятовують – тригери, призначені для зберігання значення
однієї двійкової змінної
нуля або одиниці, тобто одного біта інформації;
допоміжні елементи (підсилювачі, формувачі, перетворювачі сигналів,
схеми часового узгодження,
генератори імпульсів та ін.), призначені для забезпечення роботи елементів
перших двох класів.

22. електроніки та ін.
перспективними напрямками – кріомікроелектронні, акустоелектронні,
оптоелектронні, молекулярної
використовуваними матеріалами – кремнієві, арсенід-галієві;
областю застосування – широкого застосування, спеціалізовані, у тому числі
замовлені і напівзамовлені;
типом активних елементів – побудованих на біполярних і МОН-транзисторах;
ступенем інтеграції (складності) – малі, середні, великі, надвеликі й
ультравеликі;
формою оброблення інформації – аналогові, цифрові й аналого-цифрові;
конструкційним оформленням – корпусні та безкорпусні;
технологією виготовлення – напівпровідникові, гібридні, плівкові;

23. Характеристики логічних елементів
1) функції логічних
елементів;
2) логічні угоди;
3) коефіцієнти
об'єднання за входом і
виходом;
4) коефіцієнт
розгалуження;
5) швидкодія;
6) потужність
споживання;
7) робота
перемикання;
8) вхідні й вихідні
напруги і струми;
9) статична і динамічна
стійкість до перешкод;
10) надійність
елементів;
11) допустимі розміри
механічних
впливів, діапазони тиску
і температури
навколишнього
середовища, стійкість
до радіаційних впливів;
12) маса, вартість і
конструктивне
оформлення.

24. Кожна елементарна логічна функція реалізується відповідно логічним
елементом:
ЧИ (диз’юнктор),
І (кон’юнктор),
НЕ (інвертор).
Для реалізації складних функцій логічні елементи об'єднуються у логічну
схему.
Функціонально повна система логічних елементів дозволяє побудувати будь-
яку складну логічну схему.
Такі системи утворюються такими наборами логічних елементів:
1) ЧИ, НЕ; 2) І, НЕ; 3) НЕ ЧИ; 4) НЕ І та іншими.

26. Малюнок 2.1 Моделі цифрових мікросхем на прикладі інвертора.
а) схематичне позначення цифрового логічного елемента
інвертора.
б) перша модель – логічна,
в) друга модель – з часовими затримками,
г) третя модель – з врахуванням електричних параметрів
елементів.

27. Друга модель припускає розрахунок (по суті, підсумовування)
тимчасових затримок елементів на шляху проходження сигналів.
(малюнок 2.2.) В результаті цього розрахунку може з'ясуватися, що в
схему потрібно внести зміни.
Малюнок 2.2. Сумування часів затримок елементів для другої
моделі.

28. Розрахунки по третій моделі можуть бути різними, у тому числі і досить
складними, але в більшості випадків вони все-таки зводяться всього лише
до підсумовування вхідних і вихідних струмів логічних елементів (малюнок
2.3.).
Малюнок 2.3. Сумування струмів затримок елементів для третьої
моделі.

29. Входи і виходи цифрових мікросхем
виходи живлення: загальний (або «земля») і
напруги живлення (в більшості випадків +5 В
або +3,3 В), які на схемах звичайно не
показуються;
виходи для вхідних сигналів (або «входи»),
на які поступають зовнішні цифрові
сигнали;
виходи для вихідних сигналів (або «виходи»),
на які видаються цифрові cигнали з
мікросхеми.
Малюнок 3.1. Виводи мікросхеми.

30. Входом мікросхеми називається вивід на який подається сигнал,
що необхідний мікросхемі для виконання нею свого закону
перетворення інформації.
Виходом мікросхеми називається вивід на який мікросхема
подає результат своєї роботи тобто з якого знімається сигнал для
подальшої схеми чи елемента.
КМОП (CMOS) - комплементарні транзистори із структурою «метал-оксид-
напівпровідник».
ТТЛШ (TTLS) біполярна транзисторно-транзисторна логіка з діодами
Шоттки;
ТТЛ (TTL) - біполярна транзисторно-транзисторна логіка;

31. Малюнок 3.2. Типи виходів мікросхем.
а) стандартний вихід 2С
б) вихід з відкритим колектором ОК
в) вихід з третім станом 3С
Малюнок 3.4 Класична організація
зв”язків між пристроями в схемі.

32. Основні типи електричних схем.
принципова
схема;
структурна
схема;
функціональна
схема.

33. L означає Low (низький рівень сигналу, нуль), а
Н - High (високий рівень сигналу).
I означає Input (вхід), буква
О означає Output (вихід).
Малюнок 5.1. Типи виводів в мікросхемах.

34. Малюнок 5.2. Параметри цифрового
сигналу для позитивної логіки.
Малюнок 5.3. Параметри цифрового
сигналу для позитивної логіки

35. вихід ЗС - перекресленим ромбом, а
вихід ОК - підкресленим ромбом .
Стандартний вихід (2С) ніяк не позначається.
якщо у мікросхеми необхідно показати неінформаційні виходи,
тобто виходи, що не є ні логічними входами, ні логічними виходами, то
такий вихід позначається косим хрестом (дві перпендикулярні лінії під
кутом 45°).
Це можуть бути, наприклад, виходи для підключення зовнішніх
елементів (резисторів, конденсаторів) або виводи живлення.

36. Позначення не інформаційних входів Малюнок 5.5. Позначення шини
Малюнок 5.6. Позначення шини Малюнок 5.7. Позначення шини

37. Малюнок 5.8. Позначення шини