- •Часть I. Цепи, сигналы, электроника и схемотехника
- •Часть II. Практикум на Electronics Workbench
- •Глава 1. Электрические цепи Часть I. Цепи, сигналы, электроника и схемотехника
- •1. Электрические цепи
- •1.1. Ток, напряжение, мощность и энергия
- •1.1. Ток, напряжение, мощность и энергия
- •Глава 1. Электрические цепи
- •1.2. Элементы электрических цепей и их уравнения
- •1.2. Элементы электрических цепей и их уравнения
- •Глава 1. Электрические цепи нику напряжения при малых токах близки аккумуляторы, батареи, электрическая сеть 220 в/50 Гц. Идеальный источник тока — это элемент, генерирующий задан-
- •1.2. Элементы электрических цепей и их уравнения
- •Глава 1. Электрические цепи л . Емкость измеряется в фарадах (ф). В радиоэлектронике чаще ис-
- •1.2. Элементы электрических цепей и их уравнения
- •Глава 1. Электрические цепи Из анализа этой формулы следует, что условие передачи максиму-
- •1.3. Электрическая цепь и уравнения соединений
- •1.3. Электрическая цепь и уравнения соединений
- •Глава 1. Электрические цепи Контур цепи — это замкнутый путь из ветвей. Например, в цепи
- •1.3. Электрическая цепь и уравнения соединений
- •Глава 1. Электрические цепи
- •1.3. Электрическая цепь и уравнения соединений
- •Глава 1. Электрические цепи
- •2. Цепи при гармоническом воздействии
- •2.1. Гармоническое колебание и комплексная амплитуда
- •2.1. Гармоническое колебание и комплексная амплитуда
- •Глава 2. Цепи при гармоническом воздействии Комплексные амплитуды нескольких сигналов удобно изобразить
- •2.2. Уравнения элементов в комплексной форме
- •2.2. Уравнения элементов в комплексной форме
- •Глава 2. Цепи при гармоническом воздействии
- •2.2. Уравнения элементов в комплексной форме
- •Глава 2. Цепи при гармоническом воздействии
- •2.3. Уравнения соединений в комплексной форме
- •2.3. Уравнения соединений в комплексной форме
- •Глава 2. Цепи при гармоническом воздействии
- •2.3. Уравнения соединений в комплексной форме
- •Глава 2. Цепи при гармоническом воздействии
- •2.4, Мгновенная, активная, полная и реактивная мощности
- •2.4. Мгновенная, активная, полная и реактивная мощности
- •Глава 2. Цепи при гармоническом воздействии
- •2.4. Мгновенная, активная, полная и реактивная мощности
- •Глава 2. Цепи при гармоническом воздействии
- •Глава 3. Методы анализа сложных электрических цепей 3. Методы анализа сложных электрических цепей
- •3.1. Особенности анализа сложных цепей
- •3.2. Метод узловых напряжений
- •3.2. Метод узловых напряжений
- •Глава 3. Методы анализа сложных электрических цепей
- •3.2. Метод узловых напряжений
- •Глава 3. Методы анализа сложных электрических цепей
- •3.3. Метод контурных токов
- •3.3. Метод контурных токов
- •Глава 3. Методы анализа сложных электрических цепей Рассмотрим изменения, возникающие в уравнениях цепи, обуслов-
- •3.3. Метод контурных токов
- •Глава 3. Методы анализа сложных электрических цепей
- •3.4. Свойства линейных цепей
- •3.4. Свойства линейных цепей
- •Глава 3. Методы анализа сложных электрических цепей
- •3.4. Свойства линейных цепей
- •Глава 3. Методы анализа сложных электрических цепей
- •3.4. Свойства линейных цепей
- •Глава 3. Методы анализа сложных электрических цепей
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии
- •4.1. Четырехполюсники
- •4.1. Четырехполюсники
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии
- •4.1. Четырехполюсники
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии
- •4.1. Четырехполюсники
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии
- •4.2. Электрические фильтры
- •4.2. Электрические фильтры
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии Кроме ачх для описания фильтра используют фазочастотную ха-
- •4.2. Электрические фильтры
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии
- •4.2. Электрические фильтры
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии
- •4.2. Электрические фильтры
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии
- •4.3. Длинные линии и телеграфные уравнения
- •4.3. Длинные линии и телеграфные уравнения
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии
- •4.3. Длинные линии и телеграфные уравнения
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии
- •4.3. Длинные линии и телеграфные уравнения
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии
- •4.4. Коэффициент отражения, стоячие и смешанные волны
- •4.4. Коэффициент отражения, стоячие и смешанные волны
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии
- •4.4. Коэффициент отражения, стоячие и смешанные волны
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии
- •Глава 4. Четырехполюсники, фильтры и длинные линии 7. Используя частотные свойства конденсатора и катушки индуктивности, объяснить работу фнч т-типа.
- •5.1. Линейные пространства и понятие спектра сигнала
- •5. Сигналы и их спектры
- •5.1. Линейные пространства и понятие спектра сигнала
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •5.1. Линейные пространства и понятие спектра сигнала
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •5.1. Линейные пространства и понятие спектра сигнала
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •5.2. Спектр периодического сигнала
- •5.2. Спектр периодического сигнала
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •5.2. Спектр периодического сигнала
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •5.3. Спектр непериодического сигнала и преобразование
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •Глава 5. Сигналы и их спектры Например, из первой теоремы следует, что при увеличении скоро-
- •5.4. Преобразование сигналов в линейной цепи
- •5.4. Преобразование сигналов в линейной цепи
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •5.4. Преобразование сигналов в линейной цепи
- •Глава 5. Сигналы и их спектры Таким образом, для линейной цепи справедливы три уравнения
- •5.5. Модулированные сигналы и их спектры
- •5.5. Модулированные сигналы и их спектры
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •5.5. Модулированные сигналы и их спектры
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •5.5. Модулированные сигналы и их спектры
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •5.5. Модулированные сигналы и их спектры
- •Глава 5. Сигналы и их спектры
- •Глава 6. Полупроводниковые приборы 6. Полупроводниковые приборы 6.1. Электронно-дырочный переход и полупроводниковые диоды к полупроводникам относят материалы, проводимость которых
- •Глава 6. Полупроводниковые приборы установившемся состоянии диффузионный ток будет равен дрейфо- вому току. Пусть к р-и-переходу подключен источник небольшого постоянно-
- •Глава 6. Полупроводниковые приборы
- •Глава 6. Полупроводниковые приборы
- •Глава 6. Полупроводниковые приборы Импульсные диоды предназначены для работы с быстро изменяю-
- •6.2. Биполярные транзисторы
- •6.2. Биполярные транзисторы
- •Глава 6. Полупроводниковые приборы
- •6.2. Биполярные транзисторы
- •Глава 6. Полупроводниковые приборы
- •6.2. Биполярные транзисторы
- •Глава 6. Полупроводниковые приборы
- •6.3. Полевые транзисторы
- •6.3. Полевые транзисторы
- •Глава 6. Полупроводниковые приборы
- •6.3. Полевые транзисторы
- •Глава 6. Полупроводниковые приборы
- •6.3. Полевые транзисторы
- •Глава 6. Полупроводниковые приборы
- •Глава 6. Полупроводниковые приборы 7. Перечислите все разновидности биполярных и полевых транзисторов. При- ведите их условные обозначения.
- •7.1. Три основные схемы усилителей на транзисторах
- •7.1. Три основные схемы усилителей на транзисторах
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов По режимам работы различают линейные и нелинейные усилители.
- •7.1. Три основные схемы усилителей на транзисторах
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов
- •7.1. Три основные схемы усилителей на транзисторах
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов
- •7.1. Три основные схемы усилителей на транзисторах
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов 1 _l
- •7.2. Резистивный и резонансный усилители
- •7.2. Резистивный и резонансный усилители
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов
- •7.2. Резистивный и резонансный усилители
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов
- •7.2. Резистивный и резонансный усилители
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов
- •7.3. Обратная связь в усилителях
- •7.3. Обратная связь в усилителях
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов
- •7.3. Обратная связь в усилителях
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов
- •7.3. Обратная связь в усилителях
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов
- •7.4. Операционный усилитель и аналоговый перемножитель
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов
- •7.4. Операционный усилитель и аналоговый перемножитель
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов
- •7.4. Операционный усилитель и аналоговый перемножитель
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов
- •7.4. Операционный усилитель и аналоговый перемножитель
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов
- •Глава 7. Электронные усилители и преобразователи сигналов
- •8. Нелинейные преобразования сигналов
- •8.1. Нелинейный элемент и воздействие на него одного
- •Глава 8. Нелинейные преобразования сигналов
- •Глава 8. Нелинейные преобразования сигналов
- •8.2. Воздействие на нелинейный элемент двух сигналов
- •8.2. Воздействие на нелинейный элемент двух сигналов
- •Глава 8. Нелинейные преобразования сигналов
- •8.2. Воздействие на нелинейный элемент двух сигналов
- •Глава 8. Нелинейные преобразования сигналов
- •8.2. Воздействие на нелинейный элемент двух сигналов
- •Глава 8. Нелинейные преобразования сигналов
- •8.3. Автогенераторы гармонических колебаний
- •8.3. Автогенераторы гармонических колебаний
- •Глава 8. Нелинейные преобразования сигналов
- •8.3. Автогенераторы гармонических колебаний
- •Глава 8. Нелинейные преобразования сигналов
- •8.3. Автогенераторы гармонических колебаний
- •Глава 8. Нелинейные преобразования сигналов
- •8.4. Стационарный режим автогенератора
- •8.4. Стационарный режим автогенератора
- •Глава 8. Нелинейные преобразования сигналов Из анализа уравнения баланса фаз (3) следует, что в автогенерато-
- •8.4. Стационарный режим автогенератора
- •Глава 8. Нелинейные преобразования сигналов Для генерации последовательности прямоугольных импульсов ис-
- •Глава 8. Нелинейные преобразования сигналов 4. Рассчитайте амплитуду напряжения на выходе умножителя частоты в два раза, выполненного на аналоговом перемножителе, если коэффициент k пе-
- •Глава 9. Импульсные и цифровые устройства 9. Импульсные и цифровые устройства 9.1. Импульсные сигналы и электронный ключ в предыдущих главах рассматривались аналоговые сигналы: по-
- •9.1. Импульсные сигналы и электронный ключ
- •Глава 9. Импульсные и цифровые устройства
- •9.1. Импульсные сигналы и электронный ключ
- •Глава 9. Импульсные и цифровые устройства
- •9.2. Базовые логические элементы
- •9.2. Базовые логические элементы
- •Глава 9. Импульсные и цифровые устройства Рассмотрим работу схемы ттл-элемента при подаче различных
- •9.2. Базовые логические элементы
- •Глава 9. Импульсные и цифровые устройства
- •9.2. Базовые логические элементы
- •Глава 9. Импульсные и цифровые устройства
- •9.3. Комбинационные устройства
- •9.3. Комбинационные устройства
- •Глава 9. Импульсные и цифровые устройства
- •9.3. Комбинационные устройства
- •Глава 9. Импульсные и цифровые устройства Комбинационная схема, выполняющая арифметическое сложение
- •9.3. Комбинационные устройства
- •Глава 9. Импульсные и цифровые устройства
- •9.4. Триггеры
- •9.4. Триггеры
- •9.4. Триггеры
- •Глава 9. Импульсные и цифровые устройства
- •9.5. Счетчики и регистры
- •9.5. Счетчики и регистры
- •Глава 9. Импульсные и цифровые устройства
- •9.5. Счетчики и регистры
- •Глава 9. Импульсные и цифровые устройства
- •Глава 10. Цифровая обработка сигналов 10. Цифровая обработка сигналов 10.1. Дискретизация и квантование Цифровая обработка сигналов (цос) — это преобразование фор-
- •10.1. Дискретизация и квантование
- •Глава 10. Цифровая обработка сигналов
- •10.1. Дискретизация и квантование
- •Глава 10. Цифровая обработка сигналов
- •10.1. Дискретизация и квантование
- •Глава 10. Цифровая обработка сигналов
- •10.2. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые
- •Глава 10. Цифровая обработка сигналов
- •Глава 10. Цифровая обработка сигналов
- •10.3. Цифровые фильтры
- •10.3. Цифровые фильтры
- •Глава 10. Цифровая обработка сигналов На рис. 2 в качестве примера приведена схема цифрового фильтра
- •10.3. Цифровые фильтры
- •Глава 10. Цифровая обработка сигналов
- •10.4. Дискретное преобразование Фурье
- •10.4. Дискретное преобразование Фурье
- •Глава 10. Цифровая обработка сигналов
- •10.4. Дискретное преобразование Фурье
- •Глава 10. Цифровая обработка сигналов
- •10.4. Дискретное преобразование Фурье
- •Глава 10. Цифровая обработка сигналов
- •Часть II. Практикум на Electronics
- •1. Уравнения элементов и уравнения соединений
- •2. Метод комплексных амплитуд
- •3. Анализ сложных цепей
- •4. Параметры и функции четырехполюсника
- •5. Частотные характеристики фильтров
- •6. Процессы в длинных линиях
- •7. Спектры периодических сигналов (ряд Фурье)
- •8. Метод ряда Фурье
- •9. Метод интеграла Фурье
- •10. Метод преобразования Лапласа
- •II. Спектры модулированных сигналов
- •12. Характеристики диодов
- •13. Параметры и характеристики транзисторов
- •14. Усилитель на биполярном транзисторе
дам
или десяткам ом, Ra
—
дифференциальное сопротивление диода,
Сб
и Сд
—
барьерная и диффузионная емкости.
Параметры Лд,
Сб
и
Сд
существенно
зависят от величины и полярности п о с
т о я н н о г о на-
пряжения,
приложенного к диоду. На низких частотах
емкости диода
можно
не учитывать. Линейная эквивалентная
схема диода использу-
ется
в программах машинного моделирования
при расчете цепей ме-
тодом
комплексных амплитуд.
Рис.9
Из
анализа вольт-амперных характеристик
диодов следует, что не-
линейность
этих характеристик проявляется в р а
б о ч и х диапазонах
токов
и напряжений при Um
>
0,1 В. В этом случае диоды относятся к
нелинейным
элементам. Для расчета цепей с диодами
при воздейст-
вии
сигналов с большими амплитудами
необходимо использовать не-
линейную
эквивалентную схему. Простейшие
нелинейные эквива-
лентные
схемы диодов аналогичны схеме, показанной
на рис. 9.
Сопротивление
/?д
и
емкости Сб и Сд
в
нелинейных эквивалентных
схемах
не постоянны. Они существенно зависят
от п е р е м е н н ы х
напряжений
и токов. Нелинейные эквивалентные схемы
диодов ис-
пользуются
в программах машинного моделирования
при анализе ре-
жимов,
как по постоянному, так и по переменному
токам при воздей-
ствии
сигналов с большими амплитудами.
Биполярный
транзистор — это полупроводниковый
прибор с дву-6.2. Биполярные транзисторы
6.2. Биполярные транзисторы
мя взаимодействующими р-и-переходами и с тремя выводами (рис. 1).
В зависимости от чередования легированных областей различают
транзисторы и-р-и-типа (рис. 1, а) ир-п-р-типа (рис. 1, б).
На рис. 1, в и рис. 1, г даны условные обозначения транзисторов
п-р-п- и р-и-р-типов, соответственно. На этих же рисунках обозначены
выводы
транзисторов: Э — эмиттер, Б — база, К
— коллектор. Эмит-
терная
и коллекторная области отличаются тем,
что в эмиттерной об-
ласти
концентрация примесей много больше,
чем в коллекторной об-
ласти.
Переход, возникающий между эмиттером
и базой, называется
эмиттерным
переходом, а переход, возникающий между
коллектором
и
базой — коллекторным.
К
а)
б)
в)
г)
Рис.
1
На
рис. 2 приведена схема включения
транзистора с подключен-
ными
источниками постоянного напряжения и
коллекторным рези-
стором.
В этой схеме с корпусом соединен вывод
базы транзистора.
Поэтому
эту схему называют схемой включения
транзистора с общей
базой
(ОБ).
Различают
четыре режима работы биполярного
транзистора:
1)
активный режим — открыт эмиттерный
переход и закрыт кол-
лекторный
переход (этот режим представлен на рис.
2);
тг-Е*
Рис.
2
2)
режим отсечки — оба р-и-перехода закрыты,
и существенного
тока
через транзистор нет (на рис. 2 для
получения этого режима не-
обходимо
изменить полярность источника Еэ
на
противоположную);Глава 6. Полупроводниковые приборы
3)
режим насыщения — два р-и-перехода
транзистора открыты и
через
них протекают прямые токи (на рис. 2 для
получения этого ре-
жима
необходимо изменить полярность источника
Ек
на
противопо-
ложную);
4)
инверсный режим — открыт коллекторныйпереход
и за-
крыт
эмиттерный переход (на рис. 2 для получения
этого режима не-
обходимо
изменить на противоположные полярности
источников Е к
и£э).
Для
усиления и преобразования сигналов в
основном используется6.2. Биполярные транзисторы
активный режим работы. Работа биполярного транзистора в активном
режиме основана на явлении диффузии, а также на эффекте дрейфа
носителей заряда в электрическом поле. Рассмотрим работу транзи-
стора в активном режиме на примере транзисторар-и-р-типа (рис. 2).
В этом режиме эмиттерный переход транзистора открыт. Откры-
вающее напряжение равно £э =0,4...0,7 В. Через открытый эмиттер-
ный переход течет ток /э (/э равно 0,1 ... 10 мА для маломощного
транзистора). Как правило, в эмиттерной области транзистора кон-
центрация акцепторных примесей во много раз больше концентрации
донорных примесей в базовой и-области транзистора. Поэтому кон-
центрация дырок в области эмиттера много больше концентрации
электронов в области базы и практически весь ток эмиттера — это
дырочный ток. В одиночном р-и-переходе при диффузии дырок в и-
область происходит полная рекомбинация инжектированных дырок с
электронами n-области. В эмиттерном переходе транзистора этот
процесс тоже имеет место. Благодаря нему возникает ток базы /6
(рис. 2). Однако в транзисторе происходят более сложные процессы.
Главной особенностью конструкции транзистора является относи-
тельнотонкая б а з о в а я о б л а с т ь . Ширина базы Wв транзисторе
много меньше длины свободного пробега дырок L. У современных
кремниевых транзисторов W « 1мкм, а диффузионная длина
L = 5... 10 мкм. Следовательно, подавляющее большинство дырок
достигают коллекторного перехода, не успев рекомбинировать с элек-
тронами базы. Попадая в обратно смещенный коллекторный переход,
дырки дрейфуют (и ускоряются) в имеющемся поле перехода.
Пройдя коллекторный переход, дырки рекомбинируют с электро-
нами, подтекающими к коллектору от источника питания Ек. Отме-
тим, что этот дырочный ток во много раз превышает собственный об-
