Основы электроники (4000,00 руб.)

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

УДК 621.375.132 ББК 32.846.6 М30 Р е ц е н з е н т ы: доктор технических наук, профессор А. Е. Краснопольский (МИСиС) кандидат технических наук, профессор Ю. Е. Бабичев (МГГУ) Марченко А. Л. М30 Основы электроники. Учебное пособие для вузов / А. Л. Марченко. — М. : ДМК Пресс, 2016. — 294 с., ил. Табл. 25. Ил. 252. Библиогр. 26 назв. ISBN 9785970603659 Книга представляет собой учебное пособие по основам электроники, материал ко торой структурирован в соответствии с Государственным стандартом и программой по общепрофессиональной дисциплине для вузов «Электротехника и электроника». Материал книги разбит на две части. В первой части рассматривается элементная база, а также основы аналоговой, импульсной и цифровой электроники. Вторая часть посвя щена испытанию электронных устройств, смоделированных в программной среде NI Multisim 10. Издание предназначено для студентов высших учебных заведений, а также может быть полезно инженерам и другим научнотехническим специалистам. 30дневную демоверсию Multisim 10 можно скачать на сайте корпорации National Instruments по адресу www.ni.com/multisim. Схемы электронных устройств, cпроектированные в среде NI Multisim 10 и рассмот ренные в книге, размещены на сайте издательства www.dmkpress.com и автора www.marchenko.elinf.ru. УДК 621.375.132 ББК 32.846.6 Все права защищены. Никакая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения вла дельца авторских прав. Материал, изложенный в данной книге, неоднократно проверен. Но поскольку вероят ность наличия технических ошибок всё равно существует, к тому же настройки среды NI Multisim 10 и эмулятора моделей могут быть различны, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений и получаемых при эмуляции па раметров и характеристик схем электронных устройств. В связи с этим издательство не несет ответственность перед частными лицами и организациями за возможные потери, понесенные в результате использования данной книги, прилагаемого к ней диска и схемных файлов. © Марченко А. Л., 2013 ISBN 9785970603659 © Оформление. ДМК Пресс, 2016

Стр.3

Содержание Предисловие .................................................................. 8 Сокращения терминов, аббревиатуры ...............................10 Введение ......................................................................13 Тема 1. Полупроводниковые приборы................................17 1.1. Электроннодырочный переход ..................................................................... 17 1.2. Диоды и их свойства ....................................................................................... 19 1.3. Разновидности диодов ................................................................................... 21 1.4. Транзисторы ................................................................................................... 26 1.4.1. Биполярные транзисторы ....................................................................... 26 1.4.2. Понятие о полевых транзисторах ............................................................ 31 1.5. Биполярный транзистор с изолированным затвором ..................................... 33 1.6. Тиристоры ...................................................................................................... 34 1.7. Интегральные микросхемы ............................................................................. 37 Вопросы к теме 1 ................................................................................................... 39 Тема 2. Источники вторичного электропитания ...................41 2.1. Общие положения........................................................................................... 41 2.2. Однофазные выпрямители ............................................................................. 42 2.3. Трехфазные выпрямители .............................................................................. 45 2.4. Сглаживающие фильтры ................................................................................. 47 2.5. Стабилизаторы напряжения и тока ................................................................. 51 2.6. Управляемые выпрямители ............................................................................ 54 2.7. Внешние характеристики выпрямителей ........................................................ 55 Вопросы к теме 2 ................................................................................................... 56 Тема 3. Электронные усилители .......................................58 3.1. Назначение и классификация электронных усилителей ................................. 58 3.2. Характеристики усилителей ........................................................................... 60 3.3. Типовая схема однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе, включенного по схеме с ОЭ .............................................................................. 62 3.4. Эмиттерный повторитель ............................................................................... 66 3.5. Дифференциальный усилитель ...................................................................... 67 3.6. Режимы работы усилительных каскадов ......................................................... 69 3.7. Каскадное соединение усилителей ................................................................ 70 3.8. Усилители мощности на транзисторах ............................................................ 71 3

Стр.4

лУ‰ВК‡МЛВ 3.9. Операционные усилители ............................................................................... 73 Вопросы к теме 3 ................................................................................................... 74 Тема 4. Импульсные устройства. Автогенераторы ...............76 4.1. Общие понятия ............................................................................................... 76 4.2. Параметры импульсов и импульсных устройств ............................................. 77 4.3. Простейшие формирователи импульсов ........................................................ 78 4.4. Ограничители уровня ...................................................................................... 79 4.5. Транзисторный ключ ....................................................................................... 80 4.6. Триггер ........................................................................................................... 82 4.7. Электронные генераторы ............................................................................... 83 4.7.1. Автогенератор типа LC............................................................................ 84 4.7.2. Автогенераторы типа RC ......................................................................... 85 4.7.3. Мультивибраторы ................................................................................... 86 4.7.4. Генератор импульсов треугольной формы .............................................. 89 4.7.5. Ждущий мультивибратор ........................................................................ 90 4.7.6. Генератор пилообразного напряжения ................................................... 90 Вопросы к теме 4 ................................................................................................... 91 Тема 5. Логические основы цифровых устройств.................93 5.1. Общие сведения о цифровых устройствах ...................................................... 93 5.2. Элементы алгебры логики .............................................................................. 96 5.3. Основные логические операции и способы их аппаратной реализации ......... 99 5.4. Универсальные логические операции и их особенности .............................. 102 5.5. Представление логических функций математическими выражениями ......... 104 5.6. Переход от логической функции к логической схеме .................................... 105 5.7. Минимизация логических функций ............................................................... 106 5.8. Запись и реализация логических функций в универсальных базисах ........... 107 5.9. Программируемые логические матрицы ...................................................... 110 Вопросы к теме 5 ................................................................................................. 112 Тема 6. Функциональные узлы цифровых устройств .......... 114 6.1. Комбинационные и последовательностные устройства ............................... 114 6.2. Дешифраторы и шифраторы ........................................................................ 116 6.3. Мультиплексоры и демультиплексоры .......................................................... 118 6.4. Компаратор .................................................................................................. 120 6.5. Двоичные полусумматоры и сумматоры ....................................................... 121 6.6. Цифроаналоговые и аналогоцифровые преобразователи .......................... 123 6.6.1. Цифроаналоговые преобразователи .................................................... 123 6.6.2. Аналогоцифровые преобразователи ................................................... 125 6.7. Триггеры ....................................................................................................... 127 4

Стр.5

лУ‰ВК‡МЛВ 6.7.1. Асинхронный RSтриггер ...................................................................... 127 6.7.2. Синхронный RSтриггер ....................................................................... 129 6.7.3. Ттриггер .............................................................................................. 129 6.7.4. Dтриггер .............................................................................................. 129 6.7.5. JKтриггер ............................................................................................ 131 6.8. Счётчики ....................................................................................................... 132 6.8.1. Классификация счётчиков .................................................................... 132 6.8.2. Счётчик с непосредственными связями ............................................... 133 6.8.3. Суммирующий синхронный счётчик ..................................................... 135 6.8.4. Реверсивный синхронный счётчик ........................................................ 136 6.8.5. Десятичный счётчик .............................................................................. 137 6.9. Регистры и регистровая память .................................................................... 138 6.10. Арифметикологические устройства .......................................................... 140 6.10.1. Классификация и обобщенная структура АЛУ ..................................... 140 6.10.2. Универсальное АЛУ в интегральном исполнении ................................ 142 6.11. Запоминающие устройства ........................................................................ 144 6.11.1. Классификация запоминающих устройств ......................................... 144 6.11.2. Схемы элементов памяти .................................................................... 145 Вопросы к теме 6 ................................................................................................. 150 Тема 7. Микропроцессорные устройства ......................... 151 7.1. Общие сведения о микропроцессорах......................................................... 151 7.2. Типы микропроцессоров и архитектура вычислительных устройств ............. 153 7.2.1. Основные типы микропроцессоров ...................................................... 153 7.2.2. Основные команды и регистры микропроцессоров.............................. 155 7.2.3. Архитектура вычислительных устройств ............................................... 157 7.2.4. Структура и функционирование микропроцессоров............................. 159 7.3. Микропроцессорные системы и микроконтроллеры .................................... 163 7.3.1. Микропроцессорные комплекты и микропроцессорные системы ........ 164 7.3.2. Микроконтроллеры............................................................................... 166 7.3.3. Многопроцессорные системы .............................................................. 167 Вопросы к теме 7 ................................................................................................. 168 Тема 8. Структура и свойства среды моделирования схем электронных устройств NI Multisim 10 .......................... 169 8.1. Общие положения......................................................................................... 169 8.2. Общие сведения о среде интерактивного проектирования электронных схем NI Multisim 10.......................................................................................... 171 8.2.1. Установка MS10 .................................................................................... 171 8.2.2. Основные элементы программной среды MS10 ................................... 172 5

Стр.6

лУ‰ВК‡МЛВ 8.2.3. Командные строки инструментальной линейки .................................... 177 8.2.4. Измерительные приборы, источники питания и устройства визуализации ............................................................................................ 180 8.3. Технология сборки схем................................................................................ 181 Тема 9. Моделирование схем аналоговых электронных устройств ................................................................ 185 9.1. Полупроводниковые диод, стабилитрон и тиристор ..................................... 185 9.2. Однофазные полупроводниковые выпрямители ........................................... 191 9.3. Биполярные и полевые транзисторы ............................................................ 194 9.4. Простейшие транзисторные усилители ........................................................ 200 9.4.1. Усилитель на биполярном транзисторе с ОЭ ........................................ 200 9.4.2. Усилитель на полевом транзисторе с ОИ .............................................. 204 9.4.3. Истоковый повторитель ........................................................................ 207 9.4.4. Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах .............. 208 9.5. Электронные устройства на операционных усилителях ................................ 210 9.6. Аналоговые компараторы ............................................................................. 217 9.7. Мультивибраторы ......................................................................................... 224 9.7.1. Симметричный и несимметричный мультивибраторы и одновибратор ......................................................................................... 224 9.7.2. Генератор линейно изменяющегося напряжения ................................. 227 9.8. Генераторы синусоидальных колебаний ....................................................... 228 9.8.1. Ёмкостная трёхточечная схема LCгенератора ..................................... 228 9.8.2. Индуктивная трёхточечная схема LCгенератора ........................................................................................... 235 9.8.3. RCгенератор синусоидальных колебаний ........................................... 236 Тема 10. Моделирование схем цифровых и аналогоцифровых устройств ................................... 240 10.1. Библиотеки цифровых устройств и инструментарий программной среды MS10 .................................................................................................... 240 10.1.1. Генератор бинарного слова................................................................. 240 10.1.2. Логический анализатор ...................................................................... 245 10.1.3. Схема проверки настроек инструментов Word Generator и Logic Analyzer .......................................................................................... 248 10.2. Логические элементы и схемы .................................................................... 250 10.2.1. Двоичные логические элементы ......................................................... 250 10.2.2. Логические схемы на элементах ИЛИ, И и НЕ ..................................... 252 10.3. Триггеры ..................................................................................................... 253 10.3.1. RSтриггер на логических элементах ИЛИНЕ .................................... 253 10.3.2. Триггеры Т, D и JKтипа .................................................................... 255 6

Стр.7

лУ‰ВК‡МЛВ 10.4. Дешифратор и шифратор ........................................................................... 255 10.5. Демультиплексор и мультиплексор............................................................. 258 10.6. Цифровой компаратор ................................................................................ 262 10.7. Универсальный регистр .............................................................................. 264 10.8. Счётчики ..................................................................................................... 269 10.9. Цифроаналоговый преобразователь .......................................................... 271 10.10. Аналогоцифровой преобразователь ....................................................... 274 10.11. Оптоэлектронные приборы ....................................................................... 280 Заключение ................................................................ 285 Приложение. Каталог схемных файлов электронных устройств ................................................................ 286 Список литературы....................................................... 289 Предметный указатель ................................................. 291 7

Стр.8