М.Х. Джонс - Электроника практический курс

БИБЛИОТЕКА СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ М.Х.Джонс ЭЛЕКТРОНИКА— ПРАКТИЧЕСКИЙ КУРС Перевод с английского Е.В.Воронова и А.Л.Ларина ПОСТМАРКЕТ МОСКВА 1999 М.Х.Джонс Электроника — практический курс. Москва: Постмаркет, 1999. — 528 с. В книге — переводе последнего, 3-го английского издания — рассмотрены принципы построения базовых схем современной электроники, широкого спектра как аналоговых, так и пифровых устройств.

Это учебное пособие лля студентов средних и высших учебных заведений радиотехнических и электронных специальностей наверняка будет полезно широкому кругу радиолюбителей. При переводе сохранены обозначения и терминология, отличные от принятых в отечественной литературе, что может быть полезно читателям при дальнейшем изучении технической литературы стран Запала. Для элементов, используемых в рассматриваемых примерах, указаны отечественные аналоги. Перевод выполнен допентами кафедры радиотехники МФТИ. © 1995 СашЬпг18е 11п1тегзйу Ргезз © 1998 Перевод на русский язык„ ЗАО «Предприятие Постмаркет» 18Вг1 5-901095-01-4 ПРЕДИСЛОВИЕ ИЗДАТЕЛЬСТВА СйшЬгЫре ЮВЬегйИу Ргейй Эта книга содержит рассказ об электронике, опираюшийся на практику и доступна любому читателю, который хотя бы немного знаком с электрическими целями.

Мартин Хартли Джонс рассматривает предмет во всей полноте: начиная с таких основных понятий, как усиление, он переходит затем к приложениям аналоговых и цифровых интегральных микросхем и заканчивает ясным описанием микроЭВМ. Каждая тема сопровождается эффектными иллюстрациями в виде живых экспериментов, а изложение построено так, чтобы математика не заслоняла принципы электроники, так что книга повсюду читается легко.

У автора богатый опыт обучения студентов и работы в промышленности, что нашло свое отражение в манере полачи материала. Автор убежден, что эффективное изучение электроники должно опираться на практический опыт собирания схем и экспериментирования с ними. С этой точки зрения приводимые в книге схемы содержат всю необходимую информацию, включая значения параметров, чтобы читатель имел возможность учиться, приобретая практический опыт. Компьютерные эксперименты рассчитаны, в частности, на использование персональных компьютеров семейства !ВМ. Книга представляет собой идеальный учебник для начального изучения электроники студентами, специализируюшимися в этой области.

Но она будет полезна также и тем из учащихся, для кого электроника является вспомогательной дисциплиной: будушим физикам, инженерам, химикам, биологам и врачам. И, конечно, это - настольная книга для радиолюбителей. Сегодня выходит третье издание этой весьма удачной книги, в котором сохранены стиль и логика изложения предыдуших изданий. В тех местах, тле речь шла о компонентах, вышедших в настоящее время из употребления, произведено необходимое обновление.

С развитием электроники меняется относительная важность отдельных вопросов. Среди многого, что было добавлено, можно привести в качестве примера новые разлелы, посвяшенные источникам питания, работаюшим в ключевом режиме, схеме фазовой автоцодстройки частоты и аналого-цифровому преобразованию. Повсеместно распространенные ныне персональные компьютеры представлены в ряде экспериментов по их практическому сопряжению с внешними устройствами.

Книга в целом проникнута духом электроники 90-х годов. ПРЕДИСЛОВИЕ К ТРЕТЬЕМУ ИЗДАНИЮ Сегодня с большим удовлетворением можно констатировать популярность первого и второго изданий этой книги. В н.;нешнем, третьем издании тот же, что и ранее, практический подход применен для того, чтобы обновить содержание книги и привести его в соответствие с тем волнующим зрелищем, какое представляет собой современная электроника, сохранив, однако, прежний стиль изложения в целом. В 1977 году, когда вышло в свет первое издание, еще не было и в помине СР-плейеров, сотовых телефонов и факсов, ставших символами достижений современной электроники, и это служит свидетельством стремительного развития в данной области. Во втором издании, в 1985 году, уже было отдано должное расцвету микрокомпьютерной индустрии, хотя некоторые из домашних компьютеров, популярных в то время, теперь исчезли без следа.

Сегодня, 10 лет спустя, мы являемся свидетелями замечательного прогресса в сфере компьютерных технологий, в частности, в отношении быстролействия компьютеров, объемов памяти и степени интеграции. Стало нормой применение компонентов с планарными выводами, и во все большем числе случаев запись и обработка сигналов выполняются теперь цифровыми методами.

К счастью для студентов и экспериментаторов, основные компоненты и узлы электронных схем, о которых идет речь в этой книге, продолжают и ныне играть ключевую роль точно так же, как это было всегда. Все еще продолжается широкий выпуск промышленностью компонентов с проволочными выводами, которые более всего пригодны для экспериментов; излюбленный транзистор ВС107 (аналог КТ3102 - Прим, перев.), по-прежнему остается самым распространенным. Там, где применялись компоненты, вышедшие в настоящее время из употребления, произведено необходимое обновление. В ряде случаев развитие техники изменило относительную важность отдельных вопросов и тем.

Например, импульсные источники питания заслуживают теперь более подробного рассмотрения, и то же самое относится ко всей теме аналого-цифрового преобразования. Некоторые другие вопросы, переставшие играть сколько-нибудь существенную роль, спокойно могут быть опушены. На передний план выведены вездесущие персональные компьютеры, в частности, при обсуждении типичных примеров практического их сопряжения с внешними устройствами, а также в примерах программирования, ориентированных на популярные в сфере образования компьютеры Асогп.

Спасибо моим коллегам по Ке1чп Но81зез за их советы и помощь, Маурин Браун за выполненный ею набор текста и моей жене Сильвии за постоянную помощь в качестве секретаря и моральную поддержку. Я также признателен моим сыновьям Крису и Тиму за полезные прелложення по обновлению материала. Мартин Картли Джонс Июль, 1994 Усиление и транзисторы 1.1 Усиление Одну из наиболее важных операций в электронике можно выразить одним словом; усиление. Усиление является процессом, при котором мошиость сигнала увеличивается.

Простым механическим примером усиления является система управления автомобилем: благодаря гидравлике малые усилия, прикладываемые водителем к рулевому колесу, преобразуются в значительно большие усилия, прикладываемые к передним колесам автомобиля. Здесь присутствует основной признак усиления: малый входной сигнал используется для управления более мощным выходным сигналом. Дополнительная мощность берется от некоторого внешнего источника энергии. В нашем примере таким источником является двигатель автомобиля.

Контактн, шкрспленннс е итоллнионнон натсрикес летнее рь) Ко пса нашла шарнир Электроьштнитнал катушка Внаолн катушки Рис. 1.1. Электромагнитное реле — пример электрического усилителя. 6 Уси«ение и транзисторы Первым примером усиления электрических сигналов является использование Сэмюэлом Морзе электромагнитного реле, изобретенного Джозефом Генри в 1835 году, для усиления слабых телеграфных сигналов, Именно реле сделало возможным открытие первой междугородной телеграфной линии от Балтимора до Вашингтона в 1844 году. Как видно из рис. 1.1, слабый входной сигнал используется для управления электромагнитом, который притягилает якорь и замыкает электрические контакты; эти контакты включают мощный выходной сигнал, который передается на следующий участок линии.

Точки и тире мощного выходного сигнала, таким образом, точно повторяют слабый входной сигнал. Реле до сих пор широко используются в силовых (мощных) переключающих системах, но, как правило, вытесняются электронными устройствами. Электронные усиливающие устройства обычно называются активными компонентами в отличие от неусиливаюших элементов цепи, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, которые объединяются общим названием пассивные компоненты. Самым распространенным примером усиления с применением электроники является обычный радиоприемник, где сигнал, принимаемый антенной, очень слаб (обычно менее одного микроватта), но к громкоговорителю подводится мощность в несколько ватт. Дополнительная мощность берется от батареи или выпрямителя переменного напряжения. 1.2 Транзиетор как уеиливающее уетройетво Биполярный плоскостной транзистор, больше известный как просто транзистор, является наиболее распространенным активным устройством в электронике.

До обсуждения того, как работает транзистор, полезно посмотреть, что он может делать. Для этой цели мы будем считать транзистор «черным ящиком», условное обозначение которого показано на рис. 1.2. «лл««тор Эиип«р Рис. ! .2. Условное обозначение биполярного транзистора и-р-я типа. Транзистор является усиливающим устройством, управляемым током: если небольшой ток втекает в базу, то это приводит к появлению гораздо большего тока коллектора.

Название транзистор происходит от слов ггап4ег Транзистор как усиливающее устройство 7 (перенос) и гвзидог (сопротивление): малый базовый ток преобразуется в значительно больший коллекторный ток. Несколько простых примеров продемонстрируют большое усиление тока в транзисторе. Очевидно, что в простой цепи, приведенной на рис. 1.3(а), лампа будет светить, когда два свободных провода (пронумерованные 1 и 2) соединены вместе.

С другой стороны очевидно, что если вы попытаетесь замкнуть цепь через свое тело, держа по одному проводу в каждой руке, то протекающий ток будет недостаточным, чтобы лампа светилась. Реально сопротивление тела ограничивает ток величиной менее 1 мА, в то время как для полного свечения лампы необходимо 40 мА. /су атаров в Попытавтс ь з мкмуть испь, Ес па олиому просо в катлуиз руку уы Возьми пр в лу Бамрси БВ цоколс ВС! 07, «ил со стсроиы вывалов Рис. ! д. Экспериментальная цепь с лампой, иллюстрирующая усиление тока транзистором. (а) Слабый ток через тело не вызывает свечения лампы.