Предисловие

Данное учебное пособие написано в соответствии с новой учебной программой дисциплины "Техническая электроника" для телекоммуникационных и радиотехнических специальностей.

В пособии рассматриваются пассивные и активные элементы электронных устройств, элементы интегральных микросхем, основы цифровой и аналоговой техники. Изучение материала начинается с пассивных, а затем активных полупроводниковых приборов. Рассматриваются физические основы и принцип работы, характеристики и параметры элементов в дискретном и интегральном исполнении. Излагаются основы усилительных устройств и цифровой техники: ключевые схемы, современные логические элементы на биполярных и полевых транзисторах, триггерные и мультивибраторные устройства.

Рассмотрены технические показатели устройств, способы обеспечения режима работы активных элементов (транзисторов), принципы построения цифровых и усилительных устройств на современной элементной базе (транзисторах и интегральных микросхемах), операционных усилителей, компараторов, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей.

Автор стремился в доступной форме изложить рассматриваемый материал с учетом методических принципов, сложившихся в процессе преподавания дисциплин "Электронные приборы", "Цифровые и аналоговые устройства". Для закрепления изучаемого материала рекомендуются следующие пособия "Задачник по электронным приборам" В.А. Терехова и "Расчет электронных схем" Г.И. Изьюровой и др.

Автор выражает признательность рецензентам учебного пособия проф. А.П. Булычеву, проф. В.К. Конопелько, коллективу преподавателей кафедры радиоэлектроники Военной Академии РБ, начальнику этой кафедры Лямину П.М. за замечания и неоценимую помощь при подготовке работы, к. т. н. Дроботу С.В. за оформление и ряд предложений по улучшению рукописи, студенту Городко В. за выполнение графического материала.

Введение

Современная электроника появилась в результате поисков способов использования электрических явлений для передачи информации. Первые попытки были предприняты сразу после изобретения итальянским физиком и физиологом А. Вольта в 1800 г. электрохимического источника тока. В 1801 г. испанский инженер Ф. Сольва предпринял попытку применить электрохимическое действие тока для телеграфирования, а в 1809 г. немецкий врач С.Т. Земмеринг построил такой телеграф. Русский электротехник и ученый П.Л. Шиллинг изобрел первый электромагнитный телеграф и продемонстрировал его в действии в 1832 г.

В конце ХIX в. начались поиски путей создания электрической связи без проводов. Американец Д. Юз, английский инженер В. Пирс, знаменитый американский изобретатель Т.А. Эдисон применили для этой цели принципы электростатической и электромагнитной индукции. Дальность действия оказалась небольшой, и она не получила распространения. Беспроволочная связь могла появиться только в результате исследований электромагнитного поля. Начало представлений о нем положил английский физик М. Фарадей.

Английский физик Дж. Максвелл разработал теорию электромагнитного поля. Г. Герц в Германии классическими опытами в 1888 г. подтвердил реальное существование электромагнитного поля.

Опираясь на теоретические разработки Фарадея и Максвелла, русский ученый А.С. Попов создал устройство для регистрации электромагнитных волн. Демонстрация первого в мире радиоприемного устройства состоялась 7 мая 1895 г. Радиоимпульсный режим работы стал широко использоваться для радиотелеграфной передачи информации.

Изобретение радио вызвало необходимость создания чувствительных индикаторов электрических колебаний и устройств для их усиления.

В 1904 г. английский ученый Д.Э. Флеминг, используя разработки А.Н. Лодыгина и Т.А. Эдисона, изготовил первую электронную лампу – диод, который начали использовать в приемниках вместо кристадинов.

В 1916 г. русским ученым М.П. Бонч-Бруевичем было установлено, что двухкаскадный реостатный усилитель с положительной обратной связью может создавать скачки напряжений и токов. Это открытие явилось основой для разработки регенеративных импульсных устройств. В 1919 г. американскими учеными Х. Абрагамом, Е. Блохом, Ф. Джордоном, В. Икклзом были разработаны схемы мультивибратора и триггера.

Развитие средств связи в послевоенные годы тесно связано с появлением полупроводниковой электроники.

В 1947 г. американские исследователи Дж. Бардин и У. Бреттеин из группы исследователей У. Шокли создали и испытали первый германиевый точечный транзистор. В 1949 г. советские ученые А.В. Красилов и С.Г. Мадоян изготовили в бывшем СССР первые отечественные образцы точечных транзисторов. В 1952 г. У. Шокли выдвинул идею создания полевого транзистора. Идею Шокли реализовал в 1958 г. польский ученый С. Тешнер, работавший во Франции. В 1960 г. Д. Кинг и М. Аттала создали МОП–транзистор. В 1960 г. Колби и Нойс (США) сообщили об изобретении интегральных схем, составляющих основу современной микроэлектроники.

Малые габариты и потребление энергии, высокая надежность интегральных микросхем позволили использовать их для создания высококачественных устройств телекоммуникационных и радиотехнических систем и массового производства различных радиотехнических устройств.

Использование интегральных микросхем обеспечивает улучшение характеристик, разрабатываемых устройств, их надежность, малое потребление энергии, расширяет их функциональные возможности, что позволяет использовать их во всех сферах человеческой деятельности.

Эффективное применение интегральных аналоговых и цифровых микросхем невозможно без знания принципов их действия и основных параметров. Независимо от степени сложности микросхем и многообразия выполняемых ими функций основу их структуры составляют элементарные схемы. Физические принципы и особенности работы микросхем наиболее доступно объясняются при моделировании с помощью дискретных элементов и схем.

В связи с этим изучению курса "Техническая электроника" уделяется повышенное внимание. Данное пособие ориентировано на использование в учебном процессе при подготовке инженеров в области телекоммуникационных и радиотехнических систем, студентам радиотехнического профиля и других родственных специальностей.