Содержание. И цифровой электроники

Основы аналоговой

И цифровой электроники

Рекомендовано Ученым советом Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»

Оренбург

ГОУ ОГУ

УДК 621.38 (075.8)

ББК 32.85я73

С 36

Рецензент – доцент, кандидат технических наук В. В. Тухватулин

Сильвашко, С. А.

С 36 Основы аналоговой и цифровой электроники: учебное пособие / С. А.

Сильвашко; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург: ОГУ, 2010. – 372 с.

В учебном пособии изложены основные сведения о полупроводниковых приборах, аналоговых и цифровых интегральных микросхемах. Рассмотрены наиболее широко используемые аналоговые и цифровые устройства. Изложена методика синтеза комбинационных схем.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 230105.65 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» при изучении второй части дисциплины «Электротехника и электроника».

УДК 621.38 (075.8)

ББК 32.85я73

Ó Сильвашко С. А., 2010

Ó ГОУ ОГУ, 2010

Содержание

Введение. 7

1 Полупроводниковые приборы.. 8

1.1 Основные сведения о полупроводниковых материалах. 8

1.2 Электронно-дырочный переход и его свойства. 16

1.2.1 Пробой р - п -перехода. 22

1.2.2 Емкость р - п -перехода. 24

1.3 Полупроводниковые диоды.. 26

1.3.1 Устройство и вольтамперная характеристика диода. 26

1.3.2 Классификация полупроводниковых диодов. 32

1.3.3 Математическая модель диода. 38

1.4 Биполярные транзисторы.. 40

1.4.1 Устройство и принцип действия. 40

1.4.2 Режимы работы и схемы включения транзистора. 45

1.4.3 Вольт-амперные характеристики транзистора. 46

1.4.4 Математическая модель биполярного транзистора. 50

1.4.5 Основные параметры биполярного транзистора. 52

1.5 Полевые транзисторы.. 55

1.5.1 Устройство и принцип действия. 55

1.5.2 Вольт-амперные характеристики и основные параметры полевых транзисторов 61

1.6 Классификация и система обозначений транзисторов. 64

1.7 Силовые полупроводниковые приборы.. 67

1.7.1 Тиристоры.. 68

1.7.2 Симисторы.. 73

1.7.3 Биполярные транзисторы с изолированным затвором. 75

1.7.4 Статический индукционный транзистор. 78

1.8 Вопросы для самоконтроля. 81

1.9 Тестовые задания к разделу 1. 82

2 Усилители переменного и постоянного тока. 86

2.1 Общие сведения об электронных усилителях. 86

2.1.1 Структура электронного усилителя. 86

2.1.2 Классификация усилителей. 89

2.1.3 Основные параметры и характеристики усилителей. 92

2.2 Обратная связь в усилителях. 107

2.2.1 Общие сведения и классификация. 107

2.2.2 Влияние отрицательной обратной связи на основные параметры и характеристики усилителей. 112

2.3 Работа транзистора в усилительном каскаде. 124

2.4 Режимы работы усилительных каскадов. 131

2.5 Принцип электронного усиления. 135

2.6 Стабилизация параметров усилительного каскада. 139

2.7 Типовые усилительные каскады.. 144

2.7.1 Каскад с общим эмиттером. 144

2.7.2 Каскад с общей базой. 150

2.7.3 Каскад с общим коллектором. 153

2.8 Усилители постоянного тока. 157

2.8.1 Особенности схемотехники УПТ. 157

2.8.2 Дифференциальный усилительный каскад. 161

2.9 Источники эталонного напряжения и тока. 172

2.9.1 Генераторы стабильного тока. 172

2.9.2 Источники стабильного напряжения. 176

2.10 Усилители мощности. 177

2.11 Транзисторные ключи. 182

2.11.1 Цифровые ключи. 183

2.11.2 Аналоговые ключи. 192

2.12 Вопросы для самоконтроля. 194

2.13 Тестовые задания к разделу 2. 196

3 Операционные усилители и устройства на основе операционных усилителей. 199

3.1 Общие сведения об операционных усилителях. 199

3.2 Основные параметры и характеристики ОУ.. 202

3.3 Масштабные усилители на ОУ.. 207

3.4 Сумматоры напряжения на ОУ.. 212

3.4.1 Инвертирующий сумматор. 212

3.4.2 Неинвертирующий сумматор. 214

3.4.3 Вычитающий усилитель (усилитель с дифференциальным входом) 215

3.5 Интегрирующий усилитель. 216

3.6 Дифференцирующий усилитель. 220

3.7 Логарифмический и антилогарифмический усилители. 223

3.8 Компараторы напряжения. 227

3.9 Активные фильтры на ОУ.. 231

3.9.1 Общие сведения. 231

3.9.2 Фильтры нижних и верхних частот. 235

3.9.3 Полосовой и режекторный фильтры.. 239

3.10 Генераторы электрических сигналов на ОУ.. 245

3.10.1 Общие сведения о генераторах электрических сигналов. 245

3.10.2 Генераторы гармонических сигналов на ОУ.. 250

3.10.3 Релаксационный генератор на ОУ.. 253

3.11 Вопросы для самоконтроля. 255

3.12 Тестовые задания к разделу 3. 257

4 Вторичные источники питания. 261

4.1 Структуры вторичных источников питания. 261

4.2 Выпрямители и сглаживающие фильтры.. 264

4.3 Стабилизаторы напряжения. 274

4.3.1 Параметрический стабилизатор напряжения. 275

4.3.2 Компенсационные стабилизаторы напряжения. 278

4.4 Вопросы для самоконтроля. 289

4.5 Тестовые задания к разделу 4. 290

5 Цифровые интегральные микросхемы.. 293

5.1 Основные понятия цифровой электроники. 293

5.2 Логические функции и способы их записи. 297

5.3 Основы алгебры логики. 302

5.4 Минимизация логических функций. 305

5.5 Базовые логические элементы.. 309

5.6 Классификация цифровых устройств. 317

5.7 Синтез комбинационных схем. 319

5.8 Синтез комбинационной схемы в заданном базисе логических элементов. 324

5.9 Комбинационные цифровые устройства. 326

5.9.1 Шифраторы, дешифраторы и преобразователи кодов. 327

5.9.2 Мультиплексоры и демультиплексоры.. 332

5.9.3 Сумматоры.. 336

5.10 Последовательностные цифровые устройства. 340

5.10.1 Триггеры.. 340

5.10.2 Счетчики. 351

5.10.3 Регистры.. 357

5.11 Вопросы для самоконтроля. 363

5.12 Тестовые задания к разделу 5. 365

7 Литература, рекомендуемая для изучения дисциплины.. 368

7.1 Литература к разделу 1. 368

7.2 Литература к разделу 2. 368

7.3 Литература к разделу 3. 368

7.4 Литература к разделу 4. 369

7.5 Литература к разделу 5. 369

Список использованных источников. 370

Приложение А Ответы к тестовым заданиям. 372