Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
Учебное пособие
Допущено Научно-методическим советом по электротехнике и электронике Министерства образования и науки РФ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров – 220200 «Автоматизация и управление» и по направлениям подготовки дипломированных специалистов – 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств пищевой промышленности» по курсу «Общая электротехника и электроника»
Санкт-Петербург
2006
УДК 621.3
ББК 31.2+32.85
Д 69
Д 69
Дорошков А.В.
Теория и компьютерное моделирование устройств электроники: Учеб. пособие. СПб.: СПбГУНиПТ, 2006. 131 с.
ISBN 5-895656-134-8
Учебное пособие предназначено для студентов и бакалавров всех форм обучения.
УДК 621.3
ББК 31.2+32.85
Рецензенты
Кафедра теоретических основ электротехники Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (зав. кафедрой доктор техн. наук, проф. В.Н. Боронин)
Доктор техн. наук, проф. Г.Г. Макаров (Федеральное государственное образовательное учреждение «Академия дополнительного профессио-нального образования – Учебный центр подготовки руководителей»)
Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом уни-верситета
ISBN 5-895656-134-8
Санкт-Петербургский государственный
университет низкотемпературных
и пищевых технологий, 2006
А.В. Дорошков, 2006
75-летию
Санкт-Петербургского
государственного
университета
низкотемпературных
и
пищевых технологий
посвящается
Введение
Студенты специальности 220301 Автоматизация технологических процессов пищевой промышленности и бакалавры направления подготовки 220200 Автоматизация и управление изучают электронику в рамках курса «Общая электротехника и электроника». Ограниченность курса не позволяет рассмотреть все разнообразие электронных устройств и схем, использующихся в современных системах автоматики, и подготовить студентов как разработчиков электронной аппаратуры.
Однако в этом курсе студенты знакомятся с возможностями современной электроники, изучают принцип действия, основные параметры и технико-экономические показатели типовых аналоговых и цифровых электронных схем и устройств. Это позволит им в будущем принимать правильные решения, связанные с внедрением электроники.
В настоящем учебном пособии рассмотрено семь тем, охватывающих в той или иной степени следующие области электроники:
– полупроводниковые приборы;
– нелинейные цепи с биполярными транзисторами;
– усилительные устройства переменного тока;
– операционные усилители;
– усилители постоянного тока и функциональные преобразователи на основе операционных усилителей;
– цифровые логические элементы;
– асинхронные, синхронные и динамические триггеры;
– двоичные счетчики импульсов.
Для лучшего усвоения материала каждая тема завершается модельным экспериментом при помощи пакета моделирующих программ Electronics Workbench. Объектом моделирования выступают изучаемые электронные схемы и устройства. Нетребовательность к аппаратным ресурсам компьютера программы Electronics Workbench делает возможным проведение лабораторного модельного эксперимента не только в учебной лаборатории, но и дома уже при наличии компьютера типа Pentium II, что немаловажно.
Программа схемотехнического моделирования Electronics Workbench на сегодня является одной из перспективных. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов: пассивные элементы, транзисторы, источники постоянного и переменного токов, ключи, гибридные элементы, индикаторы, цифровые и аналоговые элементы, ряд специальных схем. Есть возможность подключения и создания новых библиотек компонентов. Параметры компонентов можно изменять в широком диапазоне значений непосредственно с клавиатуры.
В программе имеется большой набор высокоточных приборов для проведения измерений: амперметр, вольтметр, двухлучевой осциллограф, мультиметр, графопостроитель частотных характеристик, функциональный генератор, генератор слов, логический анализатор и логический преобразователь.
Графические возможности Electronics Workbench позволяют экспортировать результаты исследований в текстовые документы в виде таблиц, рисунков, файлов. Это существенно уменьшает время, необходимое для выполнения экспериментов и создает условия для подготовки качественных отчетов.
Условные графические обозначения (УГО) некоторых элементов в программе Electronics Workbench отличаются от отечественных стандартов. Таблица соответствий УГО приведена в Приложении.
Большую помощь в проведении экспериментальных исследований усилительных каскадов на биполярных транзисторах и в оформлении материала оказали студенты третьего курса факультета техники пищевых производств Е.А. Снеговская и С.А. Бекетов, за что автор выражает им искреннюю признательность.
Автор считает приятным долгом принести также свою благодарность всем рецензентам, заведующей лабораторией Л.Б. Ромашкиной и старшему преподавателю И.А. Ерофеевой за ценные замечания, сделанные ими при редактировании и в процессе апробации настоящего учебного пособия.
Т е м а 1