Электроника и схемотехника, учебное пособие, Щ.А.С., О.А.Г

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

А. Г. Остапенко, А. С. Щеголеватых

ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА:

учебный курс

Утверждено учебно-методическим советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2023

2

УДК 621.382

Остапенко А. Г., Щеголеватых А. С. Электроника и схемотехника: учеб. пособие [Электронный ресурс]. Электрон, текстовые и граф, данные (16,8 Мб) / Остапенко А. Г., Щеголеватых А. С. - Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2023. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM): ч. б. - Систем, требования: ПК 500 и

выше; 256 Мб ОЗУ; Windows ХР; SVGA с разрешением 1024x768; Adobe Acrobat; CDROM дисковод; мышь. - Загл. с экрана.

Учебное пособие предназначено для оказания учебно-методической помощи студентам при изучении дисциплины «Электроника и схемотехника». По каждому разделу приводятся краткие теоретические сведения, существующие стандарты на электронное оборудование, графики и таблицы, поясняющие изложение материала.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 090100 "Информационная безопасность", специальности 090105 "Комплексное обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем", дисциплине "Системы и сети передачи информации".

Предназначено для студентов очной формы обучения

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD и содержится в файле Electronics.doc

Ил. 67. Табл. 31. Библиогр.: 5.назв.

Рецензенты: кафедра физики полупроводников и микроэлектроники Воронежского государственного университета (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. Е. Н. Бормонтов); д-р физ.-мат. наук, проф. Л. Н. Коротков

©Остапенко А .Г., Щеголеватых А. С., 2023

©Оформление. ФГБОУ ВО

«Воронежский государственный технический университет», 2023

3

2.1.Классификация конденсаторов

2.2. Обозначение конденсаторов и конденсаторных установок

2.3Обозначение конденсаторов для радиоэлектронных устройств

2.5.Удельныепараметры конденсаторов

2.6.Условия эксплуатации конденсаторов

2.7.Основныесведенияонадѐжностиконденсаторов

3.электрические элементы с подмагничиванием

3.1.катушки индуктивности и дроссели

3.2.Трансформаторы

3.3.Измерительные трансформаторы

4. Электровакуумные и ионные приборы

4.1.Классификация и системы обозначения

4.2.Характеристики и параметры электровакуумных приборов

4.2.1.Характеристики и параметры электровакуумного диода

4.2.2.Характеристики и параметры электровакуумного триода

4.3. Электровакуумные приборы СВЧ-диапазона

4.3.1.Лампа бегущей волны

4.3.2.Лампа обратной волны

4.3.3.Клистроны

4

4.3.3.1.Пролѐтные клистроны

4.3.3.2.Отражательные клистроны

4.3.4. Магнетроны

4.4. Ионные приборы

5. Полупроводниковые приборы

5.1. Собственная проводимость полупроводников

5.1.2.Примесная проводимость полупроводников

5.1.3.Равновесные концентрации свободных носителей заряда в полупроводнике

5.1.4.Влияние магнитного поля на движение свободных носителей заряда в полупро-

воднике

5.1.5.Температурная зависимость проводимости полупроводника

5.1.6.Зонная структура полупроводника

5.2. Полупроводниковые резисторы

5.2.1.Термосопротивления (терморезисторы)

5.2.2.Фотосопротивления (фоторезисторы)

5.2.3.Варисторы

5.3. Полупроводниковые диоды

5.3. 1. Светоизлучающие диоды

5.3.2. Полупроводниковые лазеры

5.4.Полупроводниковые триоды

5.4.1.Применение биполярных транзисторов

5.4.2.Применение полевых транзисторов

5.5. Микроэлектронные приборы

5.5.1.Микромодули

5.5.2.Гибридные интегральные схемы

5.5.3.Полупроводниковые интегральные микросхемы

5.5.3.1. Технология изготовления полупроводниковых интегральные схем

5

5.5.3.2. Компоненты полупроводниковых интегральных схем

5.5.4. Кабели и волноводы для передачи информации

5.5.4.1 Радиочастотные кабели

5.5.4.2. Параметры передачи

5.5.4.3. Режим стоячей волны

5.5.4.4.Режим бегущей волны

5.5.4.5.Особенности четвертьволновой цепи 5.6. Оптические методы обработки информации

5.6.1.Волоконные световоды для передачи информации

5.6.1.1. Свойства оптического волокна

5.6.1.1. Оценка ослабления электромагнитных волн атмосферой

5.6.1.2. Модель волоконно-оптической системы передачи

5.6.1.3. Распространение света по волоконно-оптическому световоду

5.6.1.4. Конструкции световодов

5.6.1.5. Оптические нелинейности

5.6.1.6. Вынужденное рассеяние Рамана 5.6.2. Лазерная атмосферная связь

5.6.2.1.Оценка ослабления электромагнитных волн атмосферой

5.6.2.2.Модуляция оптических сигналов в ЛАСС

5.6.2.3.Фазовые модуляторы света

5.6.2.4. Амплитудные модуляторы света

5.6.2.5.Интерференционные модуляторы света

5.6.2.6.Интегрально-оптические модуляторы света

5.6.2.7.Магнитооптические модуляторы света

5.6.2.8.Акустооптические модуляторы света

6. Схемотехника 6.1.Аналоговая схемотехника

6

6.1.1.Усилители на биполярных и полевых транзисторах

6.1.2.Усилитель на однопереходном транзисторе

6.1.3.Усилители на туннельном диоде

6.1.4.Операционные усилители

6.1.4.1.Основные параметры операционных усилителей

6.1.4.2.Компенсация входного напряжения сдвига операционного усилителя

6.2.Аналоговые ключи

6.3.Детекторы на операционных усилителях

6.3.1.Пиковый детектор

6.3.2.Детектор нуля сигнала

6.3.3.Фазовый детектор

6.4. Источники питания

6.4.1.Усилители выходного тока

6.4.2.Источники постоянного тока

6.4.3. Источники напряжения

6.4.3.1.Пример расчѐта простого источника питания (выпрямителя)

6.4.3.2.Расчѐт стабилизатора напряжения

6.5. Генераторы сигналов

6.5.1.Мультивибратор на биполярных транзисторах

6.5.2.Мультивибратор на полевых транзисторах

6.5.3.Генератор напряжения ступенчатой формы

6.5.4.Генератор с мостом Вина

6.5.5.Генератор сигналов прямоугольной формы

6.5.6.Генератор напряжения линейной пилообразной формы

6.5.7.Генератор сигналов, управляемый напряжением

6.6.Активные и пассивные фильтры

6.6.1.Полюса и частотная характеристика фильтра

7

6.6.2. Типы частотных характеристик фильтров

6.6.3.1.Фильтр Баттерворта

6.6.3.2.Фильтр Чебышева

6.6.3.3.Фильтр Бесселя

6.6.3.4.Другие типы частотных характеристик фильтров

6.6.3.5.Компоненты схем фильтров

6.6.3.6.Гираторы

7. Цифровая схемотехника

7.1. Способы расчѐта цифровых схем

7.1.1.Задание логических функций

7.1.2.Эквивалентные преобразования формул

7.1.3.Общая характеристика цифровых микросхем

7.2. Построение функциональных схем комбинационных устройств

7.2.1. . Мультиплексоры

7.2.2. Дешифраторы

7.3.Cерии микросхем транзисторной логики с резистивными связями

7.4.Серии микросхем диодно-транзисторной логики

7.5.Серии микросхем транзисторно-транзисторной логики

7.6.Серии микросхем на переключателях тока

7.7.Серии микросхем на МДП-транзисторах

7.8.Построение функциональных схем последовательностных устройств

7.8.1. Триггеры 7.8.2.Регистры

7.8.3.Счѐтчики

7.8.4.Распределители

7.8.5.Формирователи и генераторы импульсов

7.8.6. Формирователи импульсных последовательностей 7.8.7.Устройства индикации цифровой аппаратуры

7.9. Конструирование радиоэлектронных устройств на микросхемах

8. Расчѐт аналоговых электронных схем 8.1. Общая характеристика регулярных сигналов и линейных электрических цепей 8.1.1. Комплексное представление сигналов

8

8.1.2. Математические свойства передаточных функций

8.1.3.Характеристики передаточной функции

8.2.Построение матрицы переменных состояния электрической схемы

8.2.1.Соединения линейных звеньев

8.2.2.Оценка устойчивости функционирования системы

8.3.Расчѐт характеристик электронных схем

8.3.1.Расчѐт характеристик электронных схем на униполярных приборах

8.3.2.Расчѐт характеристик электронных схем на биполярных приборах

8.4. Анализ чувствительности и допусков электронных схем

8.4.1. Влияния разброса параметров элементов электрической схемы на еѐ характеристики

8.4.2. Расчѐт чувствительности элементов электронных схем

8.5. Анализ и синтез негатронов типа S

8.5.1.Исследование негатрона типа S на однопереходном транзисторе

8.5.2.Расчѐт негатрона типа S на биполярном транзисторе

8.5.3.Оптимизация параметров схемы негатрона типа S на биполярном транзисторе

8.5.4.Построение негатрона типа S на биполярном и униполярном транзисторах

8.5.5.Построение инвертора иммитанса на основе негатрона типа S

8.5.6.Схемные решения на основе негатронов

8.6. Принципы построение генераторов электрических колебаний

8.6.1.Построение генератора гармонических колебаний

8.6.2.Построение генераторов электрических колебаний на негатронах типа S

8.6.3.Анализ электронных схем методом гармонической линеаризации

8.6.4. Релаксационный генератор как оптимальная по быстродействию структура

8.7. Определение функции цепи по заданному модулю

9. Цифровые фильтры

9

9.1. Сопряжение цифровых и аналоговых устройств

9.1.1.Цифроаналоговые преобразователи

9.1.2.Аналого-цифровые преобразователи

9.1.2.1.Параллельный АЦП

9.1.2.2.АЦП с двухтактным интегрированием

9.2.Описание дискретных систем во временной области

9.3.Описание дискретных систем в z-области

9.4.Частотная характеристика дискретных стационарных линейных систем

9.5.Связь между непрерывными и дискретными системами

9.5.1.Модель импульсных отсчѐтов

9.5.2.Погрешности замедленной дискретизации

9.5.3.Связь преобразования Лапласа и z-преобразования

9.5.4.Два аналитических представлений смешанных непрерывно-дискретных систем

9.5.5.Восстановление непрерывного сигнала из дискретной последовательности

9.5.6.Частотная характеристика фиксирующих операторов

9.6. Линейные дискретные системы

9.6.1.Передаточная функция импульсной системы

9.6.2.Корневой годограф импульсной системы

9.7. Классификация цифровых систем

9.7.1.Методы проектирования нерекурсивных цифровых фильтров

9.7.2.Методы проектирования рекурсивных цифровых фильтров

9.7.2.1.Стандартное z – преобразование

9.7.2.2.Билинейное z – преобразование

9.8. Использование z-преобразования для расчѐтов релаксационных генераторов

9.8.1.Связь динамической дискретной системы с z-преобразованием

9.8.2.Структурный синтез динамической дискретной системы

10

9.8.3.Обобщѐнный синтез релаксационных автоколебательных систем

9.8.4.Параметрический синтез релаксационных автоколебательных систем

9.8.5.Расчѐт параметров релаксационного генератора

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Литература

Предисловие

Впоследние годы прогресс в области обработки и передачи информации связан в основном с применением вычислительной техники. Сегодня компьютеры стали одними из самых массовых радиоэлектронных устройств. С их помощью решаются сложные задачи по обработке звуковых, телевизионных, цифровых и других сигналов. В состав современных компьютеров включаются разнообразные устройства усилительной, преобразовательной, радиоприѐмной и цифровой техники.

Всвязи с этим возникает задача подготовки специалистов по информатике со знаниями в области радиоэлектроники - науки, связанной с применением электрического тока и радиоволн для передачи, приѐма и первичной обработки электрических сигналов.

Особенно актуальны знания в области радиоэлектроники для подготовки студентов в области информационной безопасности и эксплуатации современных компьютеров. Выпускники по таким специальностям должны знать современную элементную базу и принципы работы аналоговых и цифровых устройств. Они должны иметь представления о современных информационных сигналах, знать законы их преобразования я способы передачи сигналов в электронных устройствах и в линиях связи, иметь навыки экспериментальных исследований и т. д.

В отечественной и зарубежной литературе имеется большое число монографий и учебников( содержащих изложение основ теории сигналов, электрических цепей, аналоговых и цифровых радиоэлектронных устройств [2-4,6,8]. Данное пособие, в основном, следует выработанной в этих книгах методике изложения основ радиоэлектроники.

Особенностями пособия являются: выбор содержания тем и последовательности их изложения с учетом использования как традиционных устройств и приборов, так и современных средств передачи и приѐма информации. Многие вопросы изложены с использованием современных программ моделирование на электронных вычислительных машинах (ЭВМ), которые широко используется в радиоэлектронике. Оно позволяет обобщить громадный фактический материал, проанализировать сложные взаимосвязи между различными элементами радиоэлектронных систем и устройств, использовать разнообразную элементную базу и т. п.