**Электроника** - это раздел науки и техники, занимающийся:
- исследованием физических явлений и разработкой приборов, действие которых основано на протекании электрического тока в твёрдом теле, в вакууме или газе
- Изучением электрических свойств, характеристик и параметров вышеназванных приборов
- Практическим применением этих приборов в различных устройствах или системах
  
**Схемотехника** электронных устройств рассматривает принципы электроники для практической реализации электронных схем, которые генерируют, преобразовывают и хранят сигналы.  
Первые транзисторы изготавливались на основе полупроводника германия и допускали рабочую температуру до 70 градусов Цельсия (1948 г.). Во второй половине 50-ых годов начали использовать кремний, рабочая температура выросла до 120-150 градусов. В 1969 г. в США была разработана планарная технология: тончайшая плёнка диоксида кремния надёжно защищает кремний от агрессивных воздействий и является отличным изолятором. По этой технологии появилась возможность создания электронных схем с активными и пассивными элементами на едином кристалле в едином технологическом процессе.  
**Микросхема** представляет собой кремниевый кристалл (чип), в приповерхностной области которой изготовлено множество транзисторов, соединённых пленочными алюминиевыми дорожками в заданную электронную схему. Первая микросхема состояла из 12 транзисторов. Через 2 года было более ста элементов, а к середине 60-ых годов стали преобладать **большие интегральные схемы** и **сверхбольшие интегральные схемы**. Чем выше плотность микросхемы, тем большей информационной ёмкостью она обладает. Плотность интеграции элементов определяется минимальными размерами активного элемента и площадью кристалла, которая способна воспроизвести технологию. 
## Сигналы
**Сигнал** - это любая физическая величина, изменяющаяся во времени.  
**Электрический сигнал** - электрическая величина, изменяющаяся во времени.  
Сигналы, действующие в электронных устройствах, и, соответственно, сами устройства делят на две большие группы - **аналоговые** и **цифровые**.  
#### Виды сигналов
**Аналоговый сигнал** - это сигнал, непрерывный по уровню и по времени. То есть, он существует в любой момент времени и может принимать любое значение и может принимать любой уровень из заданного диапазона.  
**Квантованный сигнал** - это сигнал, который может принимать только определённые квантованные значения, соответствующие уровням квантования. Расстояние между соседним уровнями квантования называется **шагом квантования**.  
**Дискретизированный сигнал** - это сигнал, значения которого заданы только в моменты времени, называемые **моментами дискретизации**. Расстояние между соседними моментами дискретизации называется **шаг дискретизации** и обозначаентся $T_d$.  
**Теорема Котельникова:**  
$$\frac{1}{T_d}=f_d≥2f_a$$
Если аналоговый сигнал имеет ограниченной по ширине спектр, то он может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим дискретным отсчётам, взятым с частотой, строго большей удвоенной верхней частоты.  
Если надо передать некий сигнал, то не обязательно передавать его целиком. Можно передавать его мгновенные импульсы. Частота передачи этих импульсов называется **частотой дискретизации** и она должна быть в два раза больше верхней частоты спектра сигнала. В этом случае на приёмном конце сигнал восстанавливается без искажений.  
**Цифровой сигнал** - это сигнал, квантованный по уровню и дискретизированный по времени. Квантованные значения цифрового сигнала кодируются некоторым кодом, при этом каждый выделенный в процессе дискретизации отсчёт заменяется соответствующим кодовым словом. Цифровые сигналы формируются электронными схемами, транзисторы в которых либо закрыты (сила тока стремится к нулю), либо полностью открыты (напряжение приблизительно равно нулю).  
![Виды сигналов](../Pictures/01_01.%20Виды%20сигналов.png)  
Работа цифровых устройств обычно тактируется достаточно высокочастотным генератором тактовых импульсов. В течение одного такта реализуется простейшая операция. Для передачи цифровых слов используется два способа - **последовательный** и **параллельный**.  
**Последовательное кодирование** применяется при обмене информацией между устройствами. Обработка информации в цифровом устройстве реализуется при помощи параллельного кодирования, которое обеспечивает максимальное быстродействие.  
Для изображения цифровых устройств и их узлов применяется 3 типа схем:
- структурная
- функциональная
- принципиальная
#### Уровни и фронты сигналов
**Уровни сигналов**:  
**Положительный сигнал** - это сигнал, активный уровень которого - логическая единица.  
**Отрицательный сигнал** - сигнал, активный уровень которого - логический ноль.  
**Активный уровень сигнала** - это уровень соответствующий приходу сигнала, то есть выполнение этим сигналом соответствующей функции.  
**Пассивный уровень сигнала** - это уровень, в котором сигнал не выполняет никакой функции.  
**Фронты сигналов:**  
**Положительный фронт сигнала** - переход сигнала из 0 в 1.  
**Отрицательный фронт сигнала** - переход сигнала из 1 в 0.  
**Передний фронт сигнала** - переход сигнала из пассивного уровня в активный.  
**Задний фронт сигнала** - переход сигнала из активного уровня в пассивный.  
![Уровни и фронты сигналов](../Pictures/01_02.%20Уровни%20и%20фронты%20сигналов.png)  
**Инверсия сигнала** - процесс изменения полярности сигнала.  
**Тактовый сигнал (строб)** - управляющий сигнал, который определяет момент выполнения элементом его функции.  
**Шина** - группа сигналов и соответствующих физических линий передачи этих сигналов по какому-либо принципу.  
## Микросхемы
Элементную базу для построения цифровых устройств составляют **интегральные микросхемы (ИМС)**, каждая из которых обязательно имеет следующие выводы (ножки):
- вывод питания
- общий вывод (заземление)
- выводы для входных сигналов (входы)
  
![Выводы микросхем](../Pictures/01_03.%20Выводы%20микросхем.png)
Каждая микросхема тем или иным способом преобразовывает последовательность входных сигналов. Способ преобразования описывается либо таблицей истинности, либо в форме временных диаграмм.  
Все ИМС работают с логическими сигналами, имеющими два разрешённых уровня напряжения - логические 0 и 1. Чаще всего нулю соответствует низкий уровень напряжения, единице - высокий (положительная логика), Однако при передачи сигнала на большие расстояния и в системных шинах микропроцессорных систем иногда используют отрицательную логику.  
Для обозначения полярности на схемах используют правила - если сигнал отрицательный, перед его названием ставится знак минус, реже - над обозначением сигнала ставится черта. Инверсия сигнала обозначается кружком.  
Если микросхема выполняет функцию по фронту входного сигнала, то на месте входа ставится косая черта. Наклон вправо - положительный фронт, наклон влево - отрицательный фронт.  
Тип выхода микросхемы помечается специальным значком:
- **Выход 3С** - выход 3 состояний или выход с возможностью отключения, к двум обычным состояниям (0 и 1) добавляется третье Z-состояние, в котором выход можно считать отключенным от последующей схемы. 
- **Выход 2С** - выход 2 состояний, имеет 2 состояния - 0 и 1, оба состояния активны.
- **Выход ОК** - выход с открытым коллектором, имеет состояния 0 и 1, только логический ноль активен, а второе состояние сводится к тому, что выход полностью отключается от основной схемы
  
![Входы и выходы микросхем](../Pictures/01_04.%20Входы%20и%20выходы%20микросхем.png)