Полупроводниковая схемотехника. Т 2 (5000,00 руб.)

Стр.5

Стр.9

Стр.10

Стр.11

Стр.12

Стр.13

Стр.14

Стр.15

Стр.16

Стр.17

Стр.18

Стр.19

Стр.20

Стр.21

УДК 621.382 ББК 32.852 T45 Титце, Ульрих. T45 Полупроводниковая схемотехника. Т. II / У. Титце, К. Шенк ; пер. с нем. Г. С. Карабашева. — 13-е изд., эл. — 1 файл pdf : 943 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный. ISBN 978-5-89818-606-7 Книга Ульриха Титце и Кристофа Шенка «Полупроводниковая схемотехника» представляет собой фундаментальный труд, объединяющий принципы устройства полупроводниковых элементов (диоды, биполярные и полевые транзисторы, интегральные микросхемы) и основы создания из этих элементов различных функциональных узлов аналоговой техники (усилители, модуляторы, фильтры, радиоприемники) и цифровой (спусковые схемы, счетчики, регистры, шифраторы и дешифраторы, устройства памяти и т. д.). Книга разбита на два тома: первый посвящен основам схемотехники, второй — применениям функциональных узлов при создании более сложных устройств. При изложении материала широко используются эквивалентные схемы как полупроводниковых элементов, так и функциональных узлов, соответствующие работе в области постоянного тока и низких/высоких частот. Особое внимание уделено также переходным процессам цифровых схем. Описание каждого элемента или схемы сопровождается необходимым количеством достаточно элементарных формул, служащих для их инженерного расчета. Энциклопедическая полнота, обилие самых разных схем и доступное математическое обоснование делают книгу полезной широкому кругу читателей: радиолюбителям, техникам ремонтных предприятий, инженерам радиотехники и электроники и научным работникам. УДК 621.382 ББК 32.852 Электронное издание на основе печатного издания: Полупроводниковая схемотехника. Т. II / У. Титце, К. Шенк ; пер. с нем. Г. С. Карабашева. — 12-е изд. — Москва : ДМК Пресс, 2015. — 942 с. — ISBN 978-5-97060-327-7. — Текст : непосредственный. Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги. Все торговые знаки, упомянутые в настоящем издании, зарегистрированы. Случайное неправильное использование или пропуск торгового знака или названия его законного владельца не должно рассматриваться как нарушение прав собственности. В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации. ISBN 978-5-89818-606-7 © SpringerVerlag Berlin Heidelberg, SpringerVerlag is a company in the BertelsmannSpringer publishing group. All Rights Reserved. © Перевод на русский язык, оформление ДМК Пресс, 2015

Стр.5

Содержание 11. Линейные и нелинейные аналоговые вычислительные схемы 21 11.1 Схема суммирования ............................................................................................................. 21 11.2 Схемы вычитания.................................................................................................................... 22 11.2.1 Использование сложения ......................................................................................... 22 11.2. Схемы вычитания ................................................................................................................... 23 11.2.2 Схема вычитания на операционном усилителе .............................................. 23 11.3 Схема с изменяемыми модулем и знаком коэффициента ........................................ 26 11.4 Схемы интегрирования ......................................................................................................... 27 11.4.1 Инвертирующий интегратор ................................................................................. 27 11.4.2 Начальные условия ................................................................................................... 30 11.4.3 Суммирующий интегратор .................................................................................... 32 11.4.4 Неинвертирующий интегратор ............................................................................ 32 11.5 Схемы дифференцирования ................................................................................................ 33 11.5.1 Принципиальная схема ........................................................................................... 33 11.5.2 Практическая реализация ...................................................................................... 34 11.5.3 Дифференцирующее устройство с высоким входным сопротивлением 34 11.6 Решение дифференциальных уравнений........................................................................ 35 11.7 Функциональные преобразователи .................................................................................. 37 11.7.1 Логарифмирующее устройство ............................................................................ 38 11.7.2 Реализация экспоненциальной функции ......................................................... 41 11.7.3 Вычисление степенных функций с помощью логарифма ........................... 43 11.7.4 Формирование функций sin x и cos x ................................................................. 44 Применение степенных рядов .......................................................................... 47 Дифференциальный усилитель ........................................................................ 48 Функция cos х ......................................................................................................... 49 Одновременное формирование функций sin x и cos x для аргумента в диапазоне –π ≤ x ≤ +π ........................................................................................ 50 11.7.5 Перестраиваемые функциональные схемы ...................................................... 51 11.8 Аналоговые схемы умножения ........................................................................................... 53 11.8.1 Умножение с помощью логарифмических функциональных генераторов ................................................................................................................................ 54 11.8.2 Умножитель, использующий изменение крутизны транзистора ............. 55 Схема деления с улучшенными характеристиками .................................. 60 11.8.3 Схема умножения с электрически изолированными элементами ........... 61 11.8.4 Коррекция схем умножения .................................................................................. 63 11.8.5 Применение одно и двухквадрантного умножетелей для четырехквадрантного умножения ............................................................................. 64 11.8.6 Использование схемы умножения для деления и извлечения квадратных корней .................................................................................................................. 65 11.9 Преобразование координат .................................................................................................. 66 11.9.1 Преобразование полярных координат в декартовы ...................................... 66 11.9.2 Преобразование декартовых координат в полярные .................................... 67 Литература ........................................................................................................................................... 68 12. Управляемые источники и схемы преобразования полного

Стр.9

Содержание сопротивления 70 12.1 Источники напряжения, управляемые напряжением ................................................ 70 12.2 Источники напряжения, управляемые током ............................................................... 72 12.3 Источники тока, управляемые напряжением ............................................................... 73 12.3.1 Источники тока с незаземленной нагрузкой ................................................... 74 12.3.2 Источники тока с заземленной нагрузкой ........................................................ 76 12.3.3 Эталонные источники тока на транзисторах ................................................... 77 Транзисторные источники тока с биполярным выходным током ....... 81 12.3.4 Плавающие источники тока .................................................................................. 84 12.4 Источники тока, управляемые током ............................................................................... 85 12.5 Преобразователь отрицательного сопротивления (NIC) .......................................... 86 12.6 Гиратор ........................................................................................................................................ 89 12.7 Циркуляторы ............................................................................................................................ 93 Литература ........................................................................................................................................... 95 13. Активные фильтры 97 13.1 Теоретические основы фильтров нижних частот ........................................................ 97 13.1.1 Фильтр нижних частот Баттерворта ................................................................ 101 13.1.2 Фильтры нижних частот Чебышева ................................................................. 104 13.1.3 Фильтры Бесселя .................................................................................................... 108 13.1.4 Обобщенная теория фильтров ............................................................................ 111 13.2 Преобразование фильтров нижних частот в фильтры верхних частот .............. 120 13.3 Реализация фильтров верхних и нижних частот первого порядка ..................... 121 13.4 Реализация фильтров верхних и нижних частот второго порядка ...................... 123 13.4.1 LRCфильтр ............................................................................................................... 123 13.4.2 Фильтр с многопетлевой отрицательной обратной связью ..................... 124 13.4.3 Фильтр с одной петлей положительной обратной связи .......................... 125 13.5 Реализация фильтров верхних и нижних частот более высокого порядка ...... 128 13.6 Преобразование фильтра нижних частот в полосовой фильтр ............................ 130 13.6.1 Полосовой фильтр второго порядка ................................................................. 131 13.6.2 Полосовой фильтр четвертого порядка ........................................................... 133 13.7 Реализация полосовых фильтров второго порядка .................................................. 135 13.7.1 LRCфильтр ............................................................................................................... 136 13.7.2 Полосовой фильтр с многопетлевой отрицательной обратной связью ..... 136 13.7.3 Полосовой фильтр с одной петлей положительной обратной связи ......... 138 13.8 Преобразование фильтра нижних частот в режекторный фильтр .......................... 139 13.9 Реализация режекторных фильтров второго порядка ............................................. 141 13.9.1 Режекторный LRCфильтр .................................................................................. 141 13.9.2 Активный режекторный фильтр с двойным Тобразным мостом ......... 141 13.9.3 Активный режекторный фильтр с мостом ВинаРобинсона ................... 142 13.10 Фазовые фильтры............................................................................................................... 144 13.10.1Принцип действия .................................................................................................. 144 13.10.2Реализация фазового фильтра первого порядка .......................................... 146 13.10.3Реализация фазового фильтра второго порядка........................................... 147 9 13.11 Перестраиваемый универсальный фильтр ................................................................ 149 13.11.1Фильтр с перестраиваемыми коэффициентами ........................................... 149 13.11.2Фильтр с перестраиваемыми параметрами .................................................... 150 13.11.3Электронное управление параметрами фильтров ....................................... 153 13.12 Фильтры с переключаемыми конденсаторами ........................................................ 155 13.12.1Основные принципы .............................................................................................. 155 13.12.2SCинтегратор ........................................................................................................... 156

Стр.10

10 Полупроводниковая схемотехника 13.12.3SCфильтр первого порядка ................................................................................ 157 13.12.4Проектирование SCфильтров второго порядка .......................................... 158 13.12.5Интегральная реализация SCфильтров ......................................................... 160 13.12.6Общая точка зрения на применение SCфильтров ..................................... 160 13.12.7Обзор выпускаемых SCфильтров .................................................................... 161 Литература ......................................................................................................................................... 163 14. Генераторы сигналов 164 14.1 LCгенераторы ........................................................................................................................ 164 14.1.1 Основные условия генерации ............................................................................. 164 14.1.2 Схемы генераторов Мейснера ............................................................................. 166 14.1.3 Генератор Хартлея (схема индуктивной трехточки) .................................. 168 14.1.5 LCгенератор с эмиттерной обратной связью ................................................ 169 14.1.4 Генератор Колпитца (схема емкостной трехточки) .................................... 169 14.1.6 Двухтактные генераторы ...................................................................................... 170 14.2 Кварцевые генераторы ......................................................................................................... 171 14.2.1 Электрические свойства кварцевого резонатора.......................................... 172 14.2.2 Генераторы первой гармоники ............................................................................ 173 14.2.3 Генераторы гармоник ............................................................................................. 175 14.3 Генераторы с мостом Вина ................................................................................................. 177 14.4 Генераторы с аналоговым вычислителем ..................................................................... 181 14.5 Функциональные генераторы ........................................................................................... 184 14.5.1 Принцип действия генератора ............................................................................ 185 14.5.2 Практическая реализация .................................................................................... 185 14.5.3 Функциональные генераторы с управляемой частотой ............................ 187 Переменный коэффициент заполнения ...................................................... 188 14.5.4 Функциональные генераторы, формирующие одновременно синусоидальные и косинусоидальные колебания ..................................................... 190 Литература ......................................................................................................................................... 191 15. Усилители мощности 193 15.1 Эмиттерный повторитель как усилитель мощности ................................................ 193 15.2 Комплементарный эмиттерный повторитель ............................................................. 195 15.2.1 Комплементарные эмиттерные повторители в режиме класса В ........... 195 15.2.2 Комплементарные эмиттерные повторители класса AB ........................... 198 15.2.3 Формирование напряжения смещения ........................................................... 199 15.3 Комплементарные cхемы Дарлингтона ......................................................................... 201 15.4 Комплементарные истоковые повторители ................................................................. 203 15.5 Электронное ограничение тока ........................................................................................ 204 Ограничение тока, зависимое от амплитуды ............................................. 206 15.6 Четырехквадрантный режим ............................................................................................. 207 15.7 Определение параметров выходного каскада мощности ........................................ 209 15.8 Схемы управления с усилением напряжения ............................................................. 211 Широкополосная схема управления ............................................................ 212 15.9 Повышение выходного тока интегральных операционных усилителей ........... 214 Литература ......................................................................................................................................... 215 16. Источники питания 216 16.1 Свойства сетевых трансформаторов .............................................................................. 216 16.2 Сетевые выпрямители ......................................................................................................... 218 16.2.1 Однополупериодные выпрямители .................................................................. 218 16.2.2 Мостовые выпрямители ........................................................................................ 219

Стр.11

Содержание 11 16.2.3 Схемы выпрямителя со средней точкой .......................................................... 223 Сдвоенная схема выпрямителя со средней точкой ................................. 224 16.3 Последовательные стабилизаторы напряжения ........................................................ 224 16.3.1 Простейший вариант стабилизатора ................................................................ 225 16.3.2 Стабилизатор напряжения с фиксированным выходным напряжением ............................................................................................................. 226 16.3.3 Стабилизатор напряжения с регулируемым выходным напряжением ..... 228 16.3.4 Стабилизатор с малым напряжением потерь ................................................ 229 16.3.5 Стабилизация отрицательных напряжений................................................... 231 16.3.6 Симметричное разделение незаземленного напряжения .......................... 232 16.3.7 Стабилизатор напряжения с измерительными выводами ........................ 234 16.3.8 Лабораторные источники сетевого питания .................................................. 234 16.3.9 Обзор интегральных стабилизаторов напряжения ..................................... 236 16.4 Получение опорного напряжения ................................................................................... 238 16.4.1 Источники опорного напряжения на стабилитронах ................................. 238 16.4.2 Источники опорного напряжения на биполярных транзисторах .......... 241 16.4.3 Сводные данные об источниках опорного напряжения ............................ 243 16.5 Импульсные блоки питания .............................................................................................. 243 16.6 Импульсные стабилизаторы с вторичной коммутацией ......................................... 245 16.6.1 Понижающий преобразователь .......................................................................... 245 Выбор параметров ............................................................................................... 247 16.6.2 Формирование коммутационного сигнала ..................................................... 248 16.6.3 Повышающий преобразователь.......................................................................... 251 16.6.4 Инвертирующий преобразователь .................................................................... 252 16.6.5 Преобразователи напряжения с перекачкой заряда.................................... 253 16.6.6 Классификация импульсных стабилизаторов .............................................. 253 16.7 Импульсные стабилизаторы с первичной коммутацией ........................................ 256 16.7.1 Однотактный преобразователь ........................................................................... 257 16.7.2 Двухтактный преобразователь............................................................................ 259 16.7.3 Высокочастотные трансформаторы .................................................................. 261 16.7.4. Силовые ключи ........................................................................................................ 261 16.7.5 Формирование переключающего сигнала ...................................................... 266 16.7.6 Анализ потерь ........................................................................................................... 269 16.7.7 Интегральные схемы управления ...................................................................... 270 Литература ......................................................................................................................................... 272 17. Аналоговые ключи и устройства выборки и хранения 273 17.1 Устройство ключа ................................................................................................................. 273 17.2 Электронные ключи ............................................................................................................. 274 17.2.1 Ключ на полевом транзисторе............................................................................. 275 17.2.2 Ключи с использованием диодов ....................................................................... 279 17.2.3 Ключи на биполярных транзисторах ............................................................... 281 Короткозамыкающий ключ ............................................................................. 283 Последовательный ключ ................................................................................... 283 Последовательный короткозамыкающий ключ ....................................... 284 17.2.4 Дифференциальный усилитель в качестве ключа ....................................... 284 17.3 Аналоговые ключи с усилителями .................................................................................. 287 17.3.1 Высоковольтные аналоговые ключи ................................................................ 287 17.3.2 Усилители с переключаемым коэффициентом усиления ........................ 288 17.4 Устройства выборки и хранения ..................................................................................... 289 17.4.1 Основные положения ............................................................................................. 289

Стр.12

12 Полупроводниковая схемотехника 17.4.2 Практическая реализация .................................................................................... 292 Устройство выборки и хранения с интегратором .................................... 292 Литература ......................................................................................................................................... 294 18. Цифроаналоговые и аналогоцифровые преобразователи 295 18.1 Принципы цифроаналогового преобразования ........................................................ 295 18.2 ЦАП, использующие технологию КМОП .................................................................... 296 18.2.1 Суммирование взвешенных токов ..................................................................... 296 18.2.2 ЦАП с перекидными ключами ............................................................................ 297 18.2.3 Резисторная матрица .............................................................................................. 298 18.2.4 Резисторная матрица R2R в инверсном режиме......................................... 299 18.3 Резисторная матрица для декадной связи .................................................................... 300 18.4 Цифроаналоговые преобразователи на основе биполярной технологии ........ 301 18.5 ЦАП для специальных применений ............................................................................... 303 18.5.1 Обработка знаковых чисел ................................................................................... 303 18.5.2 Умножающие ЦАП ................................................................................................. 305 18.5.3 ЦАП с операцией деления .................................................................................... 306 18.5.4 ЦАП в качестве генератора функций ............................................................... 306 18.6 Точность ЦАП ........................................................................................................................ 309 18.6.1 Статические параметры ........................................................................................ 309 18.6.2 Динамические параметры ..................................................................................... 310 18.7 Принципы аналогоцифрового преобразования ........................................................ 313 18.8 Точность АЦП ........................................................................................................................ 315 18.8.1 Статические погрешности .................................................................................... 315 18.8.2 Динамические погрешности ................................................................................ 316 18.9 Построение АЦП ................................................................................................................... 318 18.9.1 Параллельный способ ............................................................................................ 318 18.9.2 Последовательнопараллельный преобразователь ...................................... 321 18.9.3 Метод взвешивания ................................................................................................ 324 18.9.4 Метод счета ................................................................................................................ 328 Метод компенсации (следящий АЦП) ........................................................ 328 Метод пилообразного напряжения ............................................................... 329 Метод двойного интегрирования ................................................................... 330 Автоматическая коррекция нуля ................................................................... 332 19. Цифровые фильтры Литература ......................................................................................................................................... 335 336 19.1 Теорема Котельникова ........................................................................................................ 337 19.1.1 Восстановление аналогового сигнала ............................................................... 339 19.1.2 Практические аспекты ........................................................................................... 340 19.2 Цифровая передаточная функция ................................................................................... 342 19.2.1 Описание во временной области ........................................................................ 343 19.2.2 Описание в частотной области ........................................................................... 343 19.2.3 Пример фильтра нижних частот ........................................................................ 344 19.3 Основные структуры фильтров ....................................................................................... 346 19.4 Расчет фильтров типа КИХ ............................................................................................... 349 19.4.1 Основные уравнения .............................................................................................. 350 19.4.2 Простые примеры .................................................................................................... 351 Фильтр типа КИХ 1го порядка ..................................................................... 352 КИХ фильтр 2го порядка ................................................................................ 353 19.4.3 Расчет коэффициентов фильтра ........................................................................ 356 Фильтр верхних частот ..................................................................................... 366

Стр.13

Содержание 13 Полосовые пропускающие и режекторные фильтры ............................. 368 19.5 Реализация КИХ фильтров ............................................................................................... 370 19.5.1 Реализация параллельных КИХ фильтров .................................................... 371 19.5.2 Реализация последовательных КИХ фильтров ............................................ 372 19.6 Расчет БИХ фильтров ......................................................................................................... 373 19.6.1 Расчет коэффициентов фильтра ........................................................................ 374 19.6.2 БИХ фильтры в каскадных структурах ........................................................... 376 БИХ фильтр первого порядка......................................................................... 377 БИХ фильтры второго порядка...................................................................... 378 19.7 Реализация БИХ фильтров ............................................................................................... 380 19.7.1 БИХ фильтр из простых схемных элементов ............................................... 380 19.7.2 Архитектура элементов высокой степени интеграции............................... 384 19.8 Сравнение КИХ и БИХ фильтров ................................................................................. 387 Литература ......................................................................................................................................... 389 20. Измерительные схемы 391 20.1 Измерение напряжения....................................................................................................... 391 20.1.1 Преобразователь полного сопротивления ...................................................... 391 Увеличение напряжения синфазного сигнала .......................................... 392 20.1.2 Измерение разности потенциалов ..................................................................... 392 Вычитатель на операционном усилителе ................................................... 393 Вычитание высоких напряжений .................................................................. 395 Вычитатели с дифференциальными усилителями и обратной связью ...................................................................................................................... 397 Вычитатели на переключаемых конденсаторах ....................................... 398 20.1.3 Разделительные усилители .................................................................................. 400 20.2 Измерение тока ...................................................................................................................... 403 20.2.1 Незаземленный измеритель тока с низким падением напряжения ....... 403 20.2.2 Измерение тока под высоким потенциалом ................................................... 404 20.3 Измерительные выпрямители .......................................................................................... 405 20.3.1 Измерение среднеарифметического значения модуля .............................. 405 Двухполупериодный выпрямитель с заземленным выходом .............. 406 Выпрямление путем переключения знака коэффициента усиления ..... 408 Широкополосный двухполупериодный выпрямитель .......................... 409 20.3.2 Измерение эффективного значения ................................................................. 410 Измерение истинного эффективного значения ........................................ 411 Термопреобразование ........................................................................................ 414 20.3.3 Измерение пиковых значений ............................................................................ 415 Измерения мгновенных пиковых значений............................................... 417 20.3.4 Синхронный выпрямитель .................................................................................. 419 Литература ......................................................................................................................................... 422 21. Датчики 423 21.1 Измерение температуры ..................................................................................................... 426 21.1.1 Металлы в качестве терморезисторов с положительным ТКС ............... 426 21.1.2 Терморезистор на кремниевой основе ............................................................. 427 21.1.3 Терморезистор с отрицательным ТКС ............................................................. 427 21.1.4 Применение резисторных датчиков температуры ....................................... 428 21.1.5 Транзистор в качестве датчика температуры ................................................ 434 21.1.6 Термоэлемент ............................................................................................................ 438 21.1.7 Типы термоэлементов ............................................................................................ 443 21.2 Измерение давления ............................................................................................................. 445

Стр.14

14 Полупроводниковая схемотехника 21.2.1 Устройство датчиков давления .......................................................................... 445 21.2.2 Датчики давления с температурной компенсацией .................................... 447 21.2.3 Температурная компенсация датчиков давления ........................................ 451 21.2.4 Стандартные датчики давления ......................................................................... 454 21.3 Измерение влажности.......................................................................................................... 455 21.3.1 Датчики влажности ................................................................................................. 456 21.3.2 Практические схемы емкостных датчиков влажности .............................. 457 21.4 Передача сигналов датчиков ............................................................................................. 460 21.4.1 Передача сигналов посредством гальванической связи ............................ 460 21.4.2 Передача сигналов с гальванической развязкой .......................................... 464 21.5 Калибровка сигналов датчиков ........................................................................................ 465 21.5.1 Калибровка аналоговых сигналов ..................................................................... 465 21.5.2 Компьютерная калибровка ................................................................................... 469 Литература ......................................................................................................................................... 473 22. Электронные регуляторы 474 22.1 Основы ...................................................................................................................................... 474 22.2 Типы регуляторов ................................................................................................................. 475 22.2.1 Пропорциональный регулятор ........................................................................... 475 22.2.2 ПИ регуляторы ......................................................................................................... 477 22.2.3 ПИД регулятор ......................................................................................................... 480 22.2.4 Настраиваемый ПИД регулятор ........................................................................ 482 22.3 Регулирование нелинейных объектов............................................................................ 484 22.3.1 Статическая нелинейность................................................................................... 484 22.3.2 Динамическая нелинейность ............................................................................... 485 22.4 Система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) ............................................... 487 22.4.1 Устройство выборки и хранения в качестве фазового детектора ........... 489 Динамическая характеристика ....................................................................... 490 Выбор параметров регулятора ........................................................................ 490 Вхождение в полосу захвата ............................................................................ 491 22.4.2 Синхронный детектор в качестве фазового детектора ............................... 492 22.4.3 Частотнозависимый фазовый детектор ........................................................... 494 22.4.4 Фазовый детектор с произвольно расширяемым диапазоном измерений ................................................................................................................... 498 22.4.5 ФАПЧ в качестве умножителя частоты .......................................................... 499 Литература ......................................................................................................................................... 500 23. Оптоэлектронные схемные элементы 501 23.1 Основные понятия фотометрии ....................................................................................... 501 23.2 Фоторезисторы ...................................................................................................................... 503 23.3 Фотодиоды............................................................................................................................... 505 23.4 Фототранзисторы .................................................................................................................. 507 23.5 Светодиоды.............................................................................................................................. 508 23.6 Оптроны.................................................................................................................................... 509 23.7 Оптические индикаторы ..................................................................................................... 510 23.7.1 Двоичные индикаторы ........................................................................................... 511 23.7.2 Аналоговые индикаторы ....................................................................................... 512 23.7.3 Цифровые индикаторы.......................................................................................... 514 23.7.4 Динамическая индикация .................................................................................... 516 23.7.5 Буквенноцифровые индикаторы ...................................................................... 520 16сегментные индикаторы .............................................................................. 520

Стр.15

Содержание 15 35точечный матричный индикатор ............................................................. 521 524 Литература ......................................................................................................................................... 523 Глава 24. Основы техники связи 24.1 Системы связи ........................................................................................................................ 524 24.2 Каналы передачи информации ......................................................................................... 527 24.2.1 Проводная линия ..................................................................................................... 527 Волновое сопротивление и скорость распространения ......................... 528 Волновое сопротивление линии .................................................................... 528 Уравнение электрической линии................................................................... 529 Затухание ............................................................................................................... 532 Параметры линии связи .................................................................................... 533 Представление линии связи в виде четырехполюсника ........................ 534 Проводная линия с нагрузкой ........................................................................ 534 Полосковая линия ............................................................................................... 537 24.2.2 Беспроводное соединение .................................................................................... 538 Антенны .................................................................................................................. 539 Передача мощности по беспроводному каналу связи ............................ 541 Частотные диапазоны ........................................................................................ 543 24.2.3 Оптоволоконный канал ......................................................................................... 544 Световоды .............................................................................................................. 545 Спектральные окна ............................................................................................. 548 24.2.4 Сравнение каналов передачи данных ............................................................... 549 24.3.2 Коэффициент отражения...................................................................................... 551 Плоскость коэффициента отражения (rплоскость) .............................. 552 Влияние линии на коэффициент отражения............................................. 554 Соотношения для стоячих волн ..................................................................... 556 24.3.3 Источник волн .......................................................................................................... 557 Независимая волна источника волн ............................................................. 558 Мощность при согласованной нагрузке ...................................................... 558 24.3.4 Sпараметр .................................................................................................................. 559 Sматрица ............................................................................................................... 560 Измерение Sпараметров .................................................................................. 562 Связь с Yпараметрами ...................................................................................... 562 Sпараметры транзистора ................................................................................. 562 24.4 Методы модуляции ............................................................................................................... 566 24.4.1 Амплитудная модуляция ...................................................................................... 571 Представление во временной области ......................................................... 571 Представление в частотной области ............................................................. 572 Модуляция ............................................................................................................. 573 Демодуляция ......................................................................................................... 574 24.4.2 Частотная модуляция ............................................................................................ 578 Временное представление ................................................................................ 579 Изображение в полосе частот ......................................................................... 579 Модуляция ............................................................................................................. 582 Детектирование .................................................................................................... 583 24.3 Коэффициент отражения и Sпараметры ..................................................................... 550 24.3.1 Волновые характеристики .................................................................................... 550 Представление с помощью напряжения и тока ........................................ 550 24.4.3 Цифровые методы модуляции ............................................................................ 586 Простые методы манипуляции....................................................................... 587

Стр.16

16 Полупроводниковая схемотехника Синфазноквадратурное представление цифровых методов модуляции ....................................................................... 589 Формирование импульсов ............................................................................... 595 Простой QPSKмодулятор .............................................................................. 601 24.5 Совместное использование и группирование каналов передачи ......................... 603 24.5.1 Методы уплотнения каналов связи ................................................................... 604 Временное уплотнение каналов связи ......................................................... 604 Кодовое уплотнение каналов .......................................................................... 606 24.5.2 Дуплексная связь ..................................................................................................... 612 Частотный дуплекс ............................................................................................. 612 Литература ......................................................................................................................................... 613 Глава 25. Передатчики и приемники 614 25.1 Передатчик............................................................................................................................... 614 25.1.1 Передатчик с аналоговой модуляцией ............................................................. 614 Передатчик с непосредственной модуляцией ........................................... 614 Передатчик с промежуточной частотой ...................................................... 615 Передатчик с двойным преобразованием частоты .................................. 617 Передатчик с переменной излучаемой частотой ...................................... 619 25.1.2 Передатчик с цифровой модуляцией ............................................................... 620 25.1.3 Генерация частот гетеродина ............................................................................... 621 25.2 Приемник ................................................................................................................................. 622 25.2.1 Радиоприемник прямого усиления ................................................................... 623 25.2.2 Супергетеродинные приемники ......................................................................... 624 Фильтр высокой частоты ................................................................................. 624 Предусилитель ..................................................................................................... 626 Фильтр промежуточной частоты ................................................................... 627 Супергетеродин с двойным преобразованием частоты ......................... 628 Генерация сигнала гетеродина ........................................................................ 630 25.2.3 Регулировка коэффициента усиления ............................................................. 630 Характеристики регулирования..................................................................... 630 Усилитель с регулируемым усилением ....................................................... 632 Устройство регулировки коэффициента усиления в приемнике ...... 634 Определение уровня сигнала .......................................................................... 635 Цифровая регулировка усиления .................................................................. 635 25.2.4 Динамический диапазон радиоприемника ..................................................... 637 Коэффициент шума радиоприемника .......................................................... 637 Минимальный уровень принимаемого сигнала ....................................... 638 Максимальный уровень принимаемого сигнала ...................................... 640 Динамический диапазон ................................................................................... 642 25.2.5 Приемники с цифровой модуляцией ............................................................... 643 Приемники с цифровыми канальными фильтрами ................................ 645 Приемник с дискретизацией ПЧ и цифровыми канальными фильтрами .............................................................................................................. 650 Сравнение приемников сигналов с цифровой модуляцией ................. 655 Приемник прямого преобразования ............................................................. 655 Литература ......................................................................................................................................... 659 Глава 26. Пассивные элементы 660 26.1 Высокочастотные эквивалентные схемы ...................................................................... 660 26.1.1 Резистор ...................................................................................................................... 661 26.1.2 Катушки ...................................................................................................................... 663

Стр.17

Содержание 17 26.1.3 Конденсатор ............................................................................................................... 666 26.2 Фильтры ................................................................................................................................... 667 26.2.1 LCфильтры ............................................................................................................... 668 Двухконтурный полосовой фильтр .............................................................. 668 Фильтры в виде длинных линий ................................................................... 673 26.2.2 Диэлектрические фильтры ................................................................................... 673 26.2.3 Фильтры ПАВ........................................................................................................... 676 26.3 Схемы преобразования полного сопротивления ....................................................... 679 26.3.1 Согласование ............................................................................................................. 679 Согласующие цепи с двумя элементами ..................................................... 680 Фильтр Коллинза ................................................................................................ 682 Согласование с помощью полосковых линий ........................................... 685 26.3.2 Подключение нагрузки .......................................................................................... 689 Подключение с емкостным делителем напряжения ............................... 689 Подключение с индуктивным делителем напряжения .......................... 690 Подключение с нерегулируемым индуктивным делителем напряжения ............................................................................................................ 691 26.4 Делитель мощности и гибриды ........................................................................................ 691 26.4.1 Делители мощности ................................................................................................ 692 Делитель Уилкинсона ........................................................................................ 693 Делители мощности с потерями, собранные на резисторах ................. 693 26.4.2 Гибриды ...................................................................................................................... 694 Sпараметры гибрида ......................................................................................... 694 Гибриды с катушками и конденсаторами ................................................... 696 Гибриды на линиях ............................................................................................. 696 Литература ......................................................................................................................................... 697 Глава 27. Высокочастотные усилители 698 27.1 Интегральные высокочастотные усилители ................................................................ 698 27.1.1 Согласование ............................................................................................................. 700 Согласование по входу ...................................................................................... 700 Согласование по выходу ................................................................................... 701 27.1.2 Коэффициент шума ................................................................................................ 702 27.2 Высокочастотный усилитель на одиночном транзисторе ...................................... 704 27.2.1 Обобщенный одиночный транзистор ............................................................... 705 27.2.2 Установка рабочей точки ...................................................................................... 706 Отрицательная обратная связь по постоянному току ............................ 707 Отрицательная обратная связь по постоянному напряжению ........... 708 Установка рабочей точки .................................................................................. 708 27.2.3 Согласование однокаскадного усилителя....................................................... 709 Условия согласования ....................................................................................... 710 Коэффициенты отражения транзистора ..................................................... 710 Расчет согласования ........................................................................................... 711 Стабильность на рабочей частоте .................................................................. 711 Расчет согласующего четырехполюсника ................................................... 712 Устойчивость во всем диапазоне частот ..................................................... 713 Усиление мощности ........................................................................................... 713 27.2.4 Согласование многокаскадных усилителей ................................................... 718 Согласование с помощью последовательной индуктивности ............. 718 27.2.5 Нейтрализация ......................................................................................................... 720 Схемы нейтрализации ....................................................................................... 720

Стр.18

18 Полупроводниковая схемотехника Коэффициент усиления при нейтрализации ............................................ 721 27.2.6 Специальные схемы, улучшающие согласование ........................................ 722 Согласование с помощью циркулятора ....................................................... 722 Согласование с помощью 90градусных гибридов .................................. 723 27.2.7 Шумы ........................................................................................................................... 724 Шумовые параметры и коэффициент шума .............................................. 725 Проектирование малошумящего усилителя .............................................. 725 27.3 Широкополосные усилители ............................................................................................ 728 27.3.1 Принцип действия широкополосного усилителя ........................................ 728 27.3.2 Реализация широкополосного усилителя ...................................................... 730 27.4 Усиление мощности ............................................................................................................. 733 27.4.1 Коэффициент усиления выходной мощности .............................................. 735 27.4.2 Вносимое усиление ................................................................................................. 735 27.4.3 Коэффициент передачи ......................................................................................... 736 27.4.4 Усиление доступной мощности .......................................................................... 737 27.4.5 Сравнение определений коэффициентов усиления .................................... 737 27.4.6 Коэффициент усиления при двустороннем согласовании ....................... 738 27.4.7 Максимальный коэффициент усиления мощности транзисторами ..... 739 Максимальный коэффициент вносимого усиления ............................... 739 Максимальный коэффициент устойчивого усиления мощности ...... 740 Коэффициент однонаправленного усиления мощности ....................... 740 Граничные частоты ............................................................................................. 741 Литература ......................................................................................................................................... 741 Глава 28. Смесители 28.1 Принцип действия идеального смесителя .................................................................... 742 28.1.1 Повышающий смеситель ...................................................................................... 743 28.1.2 Понижающий смеситель ....................................................................................... 744 28.2 Принцип действия практических смесителей ............................................................ 746 28.2.1 Аддитивное смешивание ....................................................................................... 746 Уравнения, описывающие аддитивное смешивание .............................. 746 Нелинейность ....................................................................................................... 747 Практическая реализация ................................................................................ 750 742 28.2.2 Мультипликативное смешивание ..................................................................... 754 Уравнения мультипликативного смешивания ......................................... 756 Характеристика коммутационного процесса переключателя ............. 757 Нелинейность ....................................................................................................... 758 Практическая реализация ................................................................................ 759 28.3 Смесители на диодах ............................................................................................................ 760 28.3.1 Однотактный смеситель........................................................................................ 760 Цепь гетеродина ................................................................................................... 761 Малосигнальная эквивалентная схема ........................................................ 764 Малосигнальные характеристики ................................................................. 765 Коэффициент усиления при преобразовании........................................... 767 Усиление мощности при преобразовании .................................................. 767 Сравнение с идеальным переключателем ................................................... 770 Недостатки однотактного смесителя ........................................................... 771 28.3.2 Балансный смеситель ............................................................................................. 771 Цепь гетеродина ................................................................................................... 773 Малосигнальные эквивалентная схема и характеристика .................... 773 Достоинства и недостатки балансного смесителя ................................... 775

Стр.19

Содержание 19 28.3.3 Кольцевые смесители ............................................................................................. 775 Цепь гетеродина ................................................................................................... 777 Малосигнальные эквивалентная схема и характеристика .................... 777 Широкополосный режим ................................................................................. 780 28.3.4 Реализация диодных смесителей ....................................................................... 781 28.4 Смесители на транзисторах ............................................................................................... 784 28.4.1 Балансный смеситель ............................................................................................. 784 Расчет передаточной характеристики .......................................................... 785 Прямоугольное напряжение гетеродина ..................................................... 786 Синусоидальное напряжение гетеродина ................................................... 788 Малосигнальная характеристика................................................................... 788 Усиление при преобразовании ....................................................................... 789 Ширина полосы пропускания ........................................................................ 790 Согласование......................................................................................................... 790 Усиление при преобразовании ....................................................................... 792 Практическая реализация ................................................................................ 794 Балансный смеситель с трансформаторами .............................................. 796 Несовершенство балансного смесителя на транзисторах ..................... 798 28.4.2 Двойной балансный смеситель (смеситель Гильберта) ............................. 798 Расчет переходной характеристики .............................................................. 800 Малосигнальная характеристика................................................................... 802 Усиление при преобразовании ....................................................................... 803 Ширина полосы пропускания ........................................................................ 803 Двойной балансный смеситель в интегральных схемах ........................ 804 Согласование......................................................................................................... 805 Коэффициент усиления при преобразовании........................................... 808 Синфазноквадратурный смеситель с двойным балансным смесителем ............................................................................................................. 809 Литература ......................................................................................................................................... 811 Глава 29. Приложения 812 29.1 Введение в программу PSpice ........................................................................................... 812 29.1.1 Общие сведения ....................................................................................................... 812 29.1.2 Программы и данные .............................................................................................. 812 Spice .......................................................................................................................... 812 PSpice ....................................................................................................................... 813 29.1.3 Пример моделирования ......................................................................................... 814 Ввод схемы ............................................................................................................. 814 Ввод инструкций по моделированию ........................................................... 820 Запуск моделирования ...................................................................................... 824 Отображение результатов ................................................................................ 824 Отображение рабочей точки ............................................................................ 829 Таблица соединений и выходной файл ....................................................... 830 29.1.4 Дополнительные примеры моделирования ................................................... 833 Характеристики транзистора .......................................................................... 833 Применение параметров ................................................................................... 834 29.1.5 Привязка дополнительных библиотек ............................................................. 835 29.1.6 Некоторые типичные ошибки ............................................................................. 840 29.2 Краткое введение к DesignExpert .................................................................................... 841 29.2.1 Общие положения ................................................................................................... 841 29.2.2 Ввод схемы ................................................................................................................. 844

Стр.20

20 Полупроводниковая схемотехника Язык описания аппаратных средств ............................................................. 844 Диаграмма состояний на языке Abel ............................................................ 848 Таблица истинности ........................................................................................... 851 Построение схемы соединений с помощью Schematic Editor ............. 851 Библиотеки схемных элементов .................................................................... 854 Иерархия ................................................................................................................ 856 29.2.3 Цоколевка ................................................................................................................... 857 Язык Abel................................................................................................................ 858 Редактор Schematic ............................................................................................. 859 Редактор Constraint Editor ............................................................................... 860 29.2.4 Моделирование ........................................................................................................ 860 Тестовые векторы ................................................................................................ 862 Просмотрщик Waveform Viewer ..................................................................... 863 Частотновременной анализ ............................................................................ 865 29.2.5 Оптимизация ............................................................................................................ 866 29.2.6 Программирование ................................................................................................. 867 29.2.7 Перспективы ............................................................................................................. 870 29.3 Пассивные RC и RLCцепи .............................................................................................. 871 29.3.1 Фильтр нижних частот (ФНЧ) .......................................................................... 871 Частотная характеристика ............................................................................... 871 Временные зависимости ................................................................................... 872 29.3.2 Фильтр верхних частот ......................................................................................... 875 Последовательное включение нескольких ФВЧ ..................................... 877 29.3.3 Компенсированный делитель напряжения .................................................... 877 29.3.4 Пассивный полосовой RCфильтр .................................................................... 878 29.2.5 Мост ВинаРобинсона ........................................................................................... 879 29.3.6 Двойной Тобразный фильтр .............................................................................. 880 29.3.7 Колебательный контур .......................................................................................... 881 29.4 Интерпретация использованных величин ................................................................... 883 29.5 Логические ИС семейства 7400 ........................................................................................ 891 Семейства от различных изготовителей ....................................................................... 891 ИС, упорядоченные по функциям................................................................................... 892 29.6 Перечень стандартных номиналов .................................................................................. 906 29.7 Цветовая маркировка резисторов .................................................................................... 907 29.8 Изготовители и дистрибьюторы ...................................................................................... 909 Литература ......................................................................................................................................... 933 Предметный указатель 934

Стр.21