Аналоговая схема (Analog Circuit) — это электронная схема, обрабатывающая сигналы, изменяющиеся непрерывно во времени и по амплитуде. В отличие от цифровых схем (digital circuit), работающих с дискретными уровнями, аналоговые схемы оперируют с непрерывным диапазоном значений, что позволяет точно воспроизводить физические процессы.
Историческая справка
Развитие аналоговых схем началось с изобретения усилительного триода (amplifying triode) Ли де Форестом в 1906 году. Значительный вклад в теорию аналоговых цепей внесли Карл Кюпфмюллер (1928 год) и Гарри Найквист (1932 год), разработавшие основы анализа устойчивости. Компания Analog Devices, основанная в 1965 году, стала одним из пионеров в производстве специализированных аналоговых микросхем (analog integrated circuit).
Базовые элементы и принципы
Основу аналоговых схем составляют:
-
Пассивные компоненты (passive component): резисторы (resistor), конденсаторы (capacitor), катушки индуктивности (inductor)
-
Активные компоненты (active device): биполярные транзисторы (bipolar junction transistor), полевые транзисторы (field-effect transistor), операционные усилители (operational amplifier)
-
Источники питания (power supply) и генераторы сигналов (signal generator)
Ключевые параметры
Характеристики аналоговых схем описываются:
-
Амплитудно-частотной характеристикой (frequency response)
-
Коэффициентом усиления (gain)
-
Уровнем шумов (noise level)
-
Нелинейными искажениями (nonlinear distortion)
-
Динамическим диапазоном (dynamic range)
Математическое описание
Поведение аналоговых цепей описывается дифференциальными уравнениями. Для линейных цепей (linear circuit) в установившемся режиме используется символический метод с комплексными амплитудами:
U₂(jω) = K(jω) × U₁(jω)
где:
-
U₁(jω), U₂(jω) — комплексные амплитуды входного и выходного сигналов
-
K(jω) — комплексный коэффициент передачи
-
ω — угловая частота
Проектирование и производство
При проектировании аналоговых печатных плат (analog printed board) учитывают:
-
Влияние паразитных параметров (parasitic parameter)
-
Развязку цепей питания (power supply decoupling)
-
Экранирование (shielding) чувствительных цепей
-
Тепловые режимы компонентов
Области применения
Аналоговые схемы используются в:
-
Измерительных усилителях (instrumentation amplifier)
-
Радиоприёмных и передающих устройствах (radio receiver/transmitter)
-
Источниках питания (power supply)
-
Системах управления (control system)
Источники: Принципы проектирования аналоговых схем регламентированы стандартами IPC-2221 и IEEE 315-1975. Исторические данные подтверждены публикациями IEEE.