Модуль 1. Элементная база электронных устройств

1 Современные методы проектирования электронных устройств и пассивные элементы

 

Основные этапы проектирования электронных устройств и

Параметры электрических сигналов

 

Любое электронное устройство может быть спроектировано исходя из технических требований (по исходным данным), при этом, как правило, решается обратная задача, то есть проектирование начинается из “конца”. Сначала составляется структурная схема. На структурной схеме основные узлы устройства показывают в виде прямоугольников, внутри которых помещается поясняющая надпись. Связи между узлами представляются в виде стрелок (под углом 60^О). Структурные схемы вычерчиваются на листах установленных форматов. Код схемы электрической структурной - Э1.

Пример: Исходя из технического задания необходимо разработать устройство подключения к сети напряжением 220 В электроплитки, рассчитанной на напряжение 110 В.

Структурная схема подключения будет иметь следующий вид (рис.1.1):

Рисунок 1.1 – Схема электрическая структурная подключения

электроплитки

 

После структурной схемы обычно составляется функциональная схема, имеющая код Э2. На функциональной схеме отдельные узлы могут быть представлены в виде условных графических обозначений. Из функциональной схемы должна быть понятна работа устройства. Для нашего примера функциональная схема представлена на рис.1.2.

Рисунок 1.2 – Схема электрическая функциональная подключения

электроплитки

По функциональной схеме разрабатывается принципиальная схема, на которой указываются все элементы и все соединения. Её код Э3. Принципиальная схема обязательно должна иметь перечень элементов, буквенно-позиционные обозначения которых должны соответствовать обозначениям на функциональной схеме. Перечень элементов выполняется по соответствующей форме и может быть размещён над основной надписью на чертеже принципиальной схемы. Если нет места на чертеже, то перечень элементов выполняется в виде отдельного документа формата А4.

Для рассматриваемого примера схема электрическая принципиальная может иметь следующий вид (рис.1.3):

Рисунок 1.3 – Схема электрическая принципиальная подключения

электроплитки

Перечень элементов приведен в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1

Поз. обознач.	Наименование	Кол.	Примечание
FU1	Предохранитель (тип и ГОСТ)
R1	Нагревательный элемент (тип и ГОСТ)
S1	Тумблер (тип и ГОСТ)
TV1	Трансформатор (тип и ГОСТ)
Х1	Вилка ВД-1 ГОСТ 7.02565-95

 

Схемы электрические принципиальные при наладке могут быть смоделированы при помощи специальных моделирующих программ, например программы Electronics Workbench.

На схеме допускается показывать некоторые характеристики напряжения или тока. В электронных устройствах напряжение или ток заменяется термином электрический сигнал. Электрические сигналы делятся на непрерывные (аналоговые) и дискретные (импульсные).

Непрерывные электрические сигналы бывают гармоническими и несинусоидальными.

Пример непрерывного сигнала показан на рис. 1.4.

 

Рисунок 1.4 – Непрерывный электрический сигнал

 

 

Данный сигнал описывается выражением

 

.

Частота сигнала будет

.

Действующее значение сигнала

 

.

 

Среднее значение сигнала

.

 

Если сигнал несинусоидальный, то он представляется рядом Фурье, а его анализ выполняют по отдельным гармоникам.

Дискретные сигналы также могут иметь различную форму. Чаще всего в электронике используются импульсные сигналы прямоугольной формы.

На рис. 1.5 показан пример дискретного сигнала прямоугольной формы (последовательность прямоугольных импульсов).

 

 

t_и - длительность импульса;

t_п - длительность паузы;

T_И- период следования.

 

Рисунок 1.5 – Последовательность прямоугольных импульсов

 

Отношение периода следования к длительности импульса называется скважностью.

 

.

Величина, обратная скважности, называется коэффициентом заполнения

.

Среднее и действующее значения определяется по формулам:

 

,

 

.

 

В реальных прямоугольных импульсах изменения фронтов занимают определенное время. Кроме того, возникают искажения вершины импульса и появляется хвост импульса. Форма реального прямоугольного импульса представлена на рис. 1.6.

 

 

 

Рисунок 1.6 – Реальный прямоугольный импульс