Масюткін Є.П., А.Я. Чураков, О.В. Строкань

ОСНОВИ

КОМП’ЮТЕРНОЇ

ЕЛЕКТРОНІКИ

Учбовий посібник

для студентів спеціальностей «Інформатика», «Інформаційні технології проектування», «Комп’ютерні мережі та системи»

Мелітополь – 2010 р.

УДК

Рецензенти:

Єремєєв В.С., д.т.н., професор,

Завідувач кафедри інформатики і кібернетики Мелітопольського державного педагогічного університету

Яковлєв В.Ф., к.т.н., професор,

Завідувач кафедри електропостачання сільського господарства Мелітопольського державного агротехнологічного університету

Масюткін Є.П. Чураков А.Я., Строкань О.В. Основи компютерної електроніки. – Мелітополь: Видавництво “Люкс”: 2007. – 217 с.:іл.

Учбовий посібник присвячено викладанню теоретичного і практичного матеріалу з основ електроніки. Розглянуто основні типи приладів і схем, що використовуються в електроніці ; принцип дії і особливості лінійних, імпульсних та цифрових пристроїв для обробки сигналів в електронних схемах; принцип дії й особливості випрямлячів, інверторів та інших перетворювачів електричної енергії, що використовуються в електроприводі, електротехнології, електроенергетиці тощо. А також в деяких параграфах приведення завдання для дослідження схем електронних пристроїв на комп’ютері за допомогою програми Electronics Workвench. Матеріал в посібнику градуйований в залежності від успішності студентів, що відмічено різним шрифтом набору тексту.

Рекомендовано рішенням методичної ради факультету “Інженерія комп’ютерних технологій” Мелітопольського державного агротехнологічного університету протокол № від . .2007, рішенням ради кафери «Інформатика і кібернетика» Мелітопольського державного педагогічного університету протокл №5 від 11.12.2006, для використання при вивчені електроніки.

Масюткін Є.П. Чураков А.Я., Строкань О.В.

Подяка

1. Холодняк Юлії

2. Корецкой Наталії

Зміст

В ступ 7

Р ОЗДІЛ 1. НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ 9

1. Е лектронно-дірковий перехід 9

   1. З агальні відомості 9

   2. У творення переходу 11

   3. К онтакт метал – напівпровідник 12

2. Напівпровідникові діоди 16

   1. З агальні відомості 16

   2. Х арактеристики, параметри, область застосування 18

   3. Дослідження напівпровідникових діодів

на комп'ютері 22

3. Б іполярні транзистори (БТ) 26

   1. З агальні відомості 26

   2. Фізичні явища й принцип дії БТ за схемою

із загальним емітером 29

3. Т ранзистори Шотки 31

4. Д ослідження БТ за допомогою комп'ютера 32

5. Р озрахунок режму спокою підсилювального каскаду на біполярному транзисторі. 35

6. Д ослідження підсилювачів електричних сигналів 37

1. П ольові транзистори (ПТ) 37

   1. З агальні відомості 37

   2. Ф ізичні явища та принцип дії пт 39

   3. Л ІЗМОН-транзистори 44

   4. М НОН – транзистори 46

   5. М ЕН-транзистори 47

   6. Д ослідження польових транзисторів на комп’ютері 48

   7. Д ослідження підсилювачів електричних сигналів 50

2. Напівпровідникові джерела й приймачі

оптичного випромінювання 53

1. З агальні відомості 53

2. О птопари 59

1. П еремикаючі прилади 61

   1. З агальні відомості 61

1.6.2Фізичні явища та характеристика 63

7. І нтегральні мікросхеми 70

   1. З агальні положення 70

РОЗДІЛ 2. ПІДСИЛЮВАЧІ ТА ГЕНЕРАТОРИ

ЕЛЕКТРИЧНИХ СИГНАЛІВ 73

2 .1Загальні відомості 73

2 .2Принцип побудови підсилювальних каскадів 74

2 .3Підсилювальні каскади на біполярних транзисторах 77

1. Підсилювальний каскад на біполярному транзисторі

за схемою із загальним емітером 77

2. Підсилювальний каскад на біполярному транзисторі і

з загальним колектором (емітерний повторювач) 84

2.3.3 Дослідження підсилювачів на біполярних транзисторах 86

3. П ідсилювальний каскад на польовому транзисторі 90

4. Б агатокаскадні підсилювачі 92

5. К аскади посилення потужності 93

6. З воротні зв'язки в підсилювачах 99

7. П ідсилювачі постійного струму 102

   1. П ідсилювачі постійного струму на транзисторах 102

   2. О пераційні підсилювачі 105

   3. Д ослідження операційних підсилювачів 108

8. Г енератори гармонійних коливань 111

   1. З агальні відомості 111

   2. L C – генератори 111

   3. R C – генератори 113

   4. Д ослідження генераторів синусоїдальних коливань 115

9. Виборчі підсилювачі 118

10. Д ослідження підсилювачів електричних сигналів 122

Р ОЗДІЛ 3. ІМПУЛЬСНІ ПРИСТРОЇ 125

1. Загальна характеристика імпульсних сигналів

і пристроїв 125

2. К лючовий режим роботи транзисторів 127

3. Л огічні елементи 129

   1. З агальні відомості 129

   2. Л огічні елементи в інтегральному виконанні 131

   3. Д ослідження логічних елементів на комп’ютері 141

4. Т ригери 141

   1. З агальні відомості 141

   2. Х арактерні явища для тригерів 143

   3. Дослідження логічних елементів і тригерів

на комп'ютері 146

5. К омпаратори й тригери Шмітта, генератори імпульсів 148

   1. З агальні відомості 148

   2. О собливості й фізичні явища. Принцип дії 149

   3. Д ослідження імпульсних пристроїв на операційних підсилювачах 160

6. І нтегруючі й диференціюючі RC-ланцюги 168

   1. І нтегруючий RC-ланцюг 168

   2. Д иференціюючий RC-ланцюг 169

Р ОЗДІЛ 4. ЕЛЕМЕНТИ ЕЛЕКТРОННОЇ ПАМ’ЯТІ 171

4.1Загальні відомості 171

2. М ікросхеми постійних запам'ятовувальних пристроїв 171

3. Мікросхеми програмувальних постійних

запам'ятовувальних пристроїв 173

2. П ринцип побудови динамічного запам'ятовувального

Елемента 176

2. Е лемент флеш- пам'яті 179

4.6 Фероелектрична пам'ять 180

4 .7 Магнітна пам'ять 182

4 .8 Новий напрямок – спінтроніка 184

РОЗДІЛ 5. ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНІ ЕЛЕКТРОННІ

ПРИСТРОЇ 186

1. З агальні відомості 186

2. О днофазний однопівперіодний випрямляч 187

3. Однофазний двухпівперіодний випрямляч із

нульовим виводом 189

4. О днофазний мостовий випрямляч 191

5. В ипрямлячі - помножувачі напруги 193

5 .6 Згладжуючі фільтри 194

5.6.1 Дослідження двлпівперіодних випрямлячів однофазного

струму 197

5 .7 Стабілізатори напруги 200

5 .7.1 Параметричні стабілізатори напруги 200

5 .7.2 Компенсаційні стабілізатори напруги 201

5 .7.3 Дослідження стабілізаторів напруги 203

5.8 Керовані випрямлячі 206

5.9 Інвертори 207

5.10Конвертори 210

РОЗДІЛ 6. блоки живлення персональних

комп’ютерів 213

д одаток а 217

д одаток б 225

С писок літератури 231

ВСТУП

Електроніка відноситься до числа найбільш важливих курсів для підготовки сучасних фахівців – електриків, електромеханіків, електроенергетиків, комп’ютерників та фахівців інших електротехнічних спеціальностей. Електроніка охоплює широкий розділ науки і техніки, який пов’язаний з вивченням і використанням різноманітних фізичних явищ, а також розробкою і застосуванням пристроїв, що основані на протіканні електричного струму в вакуумі, газі і твердому тілі.

Розвиток електроніки, яка являється одною з прогресивних галузей науки і техніки, сприяє вирішенню задач фундаментально наукових досягнень, пов’язаних з науково-технічним прогресом.

Тривалість роботи апаратури, що широко використовується у сільському господарстві, в декілька разів менша гарантованої в нормальних умовах експлуатації через роботу в екстремальних умовах ( підвищена вологість, загазованість тощо). У зв’язку з цим становить переведення приладів автоматики сільськогосподарського направлення на безконтактні елементи з широким використанням напівпровідників, електронних пристроїв, мікросхем.

У даному курсі майбутні спеціалісти вивчають: основні типи приладів і схем, що використовуються в електроніці; принцип дії і особливості лінійних, імпульсних та цифрових пристроїв для обробки сигналів в електронних схемах управління і відображення інформації; принцип дії й особливості випрямлячів, інверторів та інших перетворювачів електричної енергії, що використовуються в електроприводі, електротехнології, електроенергетиці тощо. З вище зазначеного ми бачимо, що електроніка являється базою подальшого прогресу, а саме основою автоматизації багатьох галузей промисловості, транспорту та енергетики.

Головною метою даного курсу є навчити студентів розуміти принцип дії електронних пристроїв, грамотно експлуатувати їх й формулювати завдання на розробку нових пристроїв.

Викладання матеріалу книги базується на сучасній елементній базі. Приведений опис різноманітних індикаторних приладів, призначених для відображення інформації. Викладання питань перетворювальної техніки базується на застосуванні напівпровідникових приладів – діодів, тиристорів, силових транзисторів. Значна увага приділена імпульсним перетворювачам постійної напруги, інверторам та іншим перетворювачам.

В даній книзі пропонується вивчення матеріалу в залежності від здібностей студентів. Текст, що викладено більш крупним шрифтом рекомендується для вивчення всім категоріям студентів, а більш меншим – для тих, хто претендує на високу оцінку знань. Наприклад: “1.1.1 Загальні відомості” і “1.1.3 Контакт метал – напівпровідник”.

Перш ніж приступити до вивчення електроніки рекомендується ознайомитися з основами електротехніки, що приведені у додатках А і Б.

В деяких розділах учбового посібника приведені завдання для дослідження схем електронних пристроїв на комп’ютері за допомогою комп’ютерної програми Electronics Work Bench.

В учбовому посібнику використані матеріали літературних джерел [1-13].