Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000)

ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящий учебник написан в соответствии с программой курса «Аналоговая н цифровая электроника», читаемого студентам, обучающимся по направлению 55,)! «Г1роектированне н технология электронных средств». а также по специальностям 22,05 «Констру рованн«и технология электронно.вычисли~ельных средств» и 20.08 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств». Учебник состоит из трех частей: первая часть знакомит чита~елей с элементной базой электронных устройств; во второй рас- ~ матрнваются вопросы построения аналоговых н импульсных .лектронных устройств, третья часть содержит анализ работы »стройств цифровой электроники, В результате изучения данного курса студенты усвоят принципы функционирования, выбора и практической реализации электронных устройств различного назначения, а также методы их анализа н расчета по заданным статическим и динамическим параметрам.

Большинство выпущенных к настоящему времени учебников н учебных пособий по аналоговой и цифровой электронике либо посвящены только отдельным разделам этой дисциплины, либо рассчитаны на большее количество аудиторных часов, либо недостаточно отражают современные тенденции в развитии цифровой электроники и вычислительной техники. В данном учебнике изложены в сжатой и доступной форме все разделы программы курса; при этом несколько расширены объемы разделов по цифровой электронике. Материал учебника скомпонован таким образом, что каждый последующий раздел является логическим продолжением предыдущих. В решении этой задачи авторы опирались на многолетний опыт методической и преподавательской работы, накопленный имн прн чтении курса «Аналоговая и цифровая электроника» студентам, обучающимся по специальности 22.05 «Конструирование н технология электронно-вычислительных средств». Усвоение материала, изложенного в учебнике, поможет студентам правильно проектировать электронные средства, выбирйть 3 необходимыс схсмотсхннческне варианты их исполнения и модер.

низнровать указанные средства. Особое внимание обращается на умение применять на практике вопросы теории, С этой целью изложенный теоретический мате. риал сопровождается большим числом практических примеров. В конце каждой главы приведены контрольные вопросы. Данная кшгга может быть использована в качестве не только учебника для указанных направлении и специальностей, но н учеб. ного пли справочного пособия для студентов других направлений н специальностей.

Этому способствует систематическое изложение теоретического материала. Авторы благодарны за оказанную помощь в улучшении содержания книги сотрудникам кафедры «Системы автоматизированного проектирования вычислительных средств» (зав. кафедрой доктор техн. наук, профессор, член-корр, АТН Рф, академик МАИ В. П. Корично) Рязанской радиотехнической академии, ознакомившимся с рукописью и сделавшим ряд полезных замечаний. Особо следует отметить большую работу, проделанную доцентом этой кафедры к.т.н.

Н. В. Баскаковой по тщательному аиалязу учебника и представившую конкретные предложения по улучшению отдельных его разделов, которь~с авторы с благодарностью приняли при переработке рукописи. Авторы выражают глубокую признательность рецензентам— коллективам кафедры «Конструирование и технология производства электронной аппаратуры» Мосвии кого Государственного Технического Универснтега им. И, Э. Наумана, возглавляемой проф. В. В.

Шахновым, н кафедры «Элск~ ротсхилка» Московского института стали и силапов, возглавляемой проф. А. Е. Краснопольским. Авторы признательны также сотрудникам кафедры «Микропроцессорные системы, электроника и электротехника» Москов. ского Государственного авиационного технологического университета им. К. Э. Циолковского И. В.

Соловьевой и С. Н. Игнатьевой за оформление и подготовку рукописи к изданию, а также проф. П. Д. Давидову, любезно предоставившему часть своих материалов для данного учебника. Авторы ВВЕДЕНИЕ Электроника — область науки, техники и производства, охваттлнающая исследование и разработку электронных средств' (ЭС) н цринципоп их использования. Прн этом аналоговая электроника тщиатывает только те электронные средства, которые предназнаи им для преобразования н обработки информации, изменяющейся 1ит закону непрерывной функции, а цифровая электроника — сред«гиа для преобразования н обработки информации, изменяющейся но закону дискретной функции.

Помимо понятий «аналоговая» и «цифровая» электроника применяют понятие «импульсная» электроника, смысл которого станет ясен из последующего изложения материала. Промышленное развитие электроники можно подразделить на диа направления: энергетическое (силовое), связанное с преобраопаиием переменного и постоянного токов для нужд электроэиерт«гики, электротяги, металлургии н пр., и информационное', к коз рому относятся электронные средства, обесречнвающне измерения, контроль и управление различными процессами, включая производство и научные исследования во многих инженерных и и«инженерных отраслях (биология, медицина и т.

п.). Курс «Аналоговая и цифровая электроника» посвящен в основном информационной электронике, на которой базируется подго~гтвка студентов, обучающихся в вузах Российской Федерации по направлению 55.11 «Проектирование н технология электронных средств». Этот курс, рассматривая принципы функционирования, «пособы расчета н методы анализа соответствующих электронных устроистп з, является логическим продолжением курса «Общая электроника» 111. Без знания законов электротехники невозможно понять и изучить принципы работы н пряменения электронных устройств.

' Электуоккое средство — изделие к его сосгааиые части, в пскову фупккпопированпя которых положены прпищюы злектпоттпкн. а Ииформацией называется совокупность каких-либо сведеикй, определяю. щкх знания об изучаемом процессе или объекте. ' Электронное устройство — злектроииое средство, представляющее собой фуиккиоиалько закоичеикую сборочную едккицу, выполиеииую иа несущей кои.

струкпии, реализующее фупкпяи(ю) передача, приема и преобГтазоваикя иифор. мацки илк техническую задачу иа их о«иове, б Рис Ъ Структурная схема системы контроля и управления Широкое применение информационной электроники базируется иа возможности замены трудкоизмеряемых физических параметров различных процессов соответствующими электрическими параметрами, Это позволяет относительно просто, в минимальных физических объемах, при высоком быстродействии и надежности фуикциоиироваиия реализовать требуемый алгоритм обработки информации. используемой в системах измерения, контроля и управления реально протекающих процессов. Подобные системы включают, как правило, три функциональных блока (рис. (): блок преобразования физической величины, преобразующей реальное состояние процесса или объекта, в соответствующий параметр электрического сигнала ' — датчик (первичиый преобразователь); блок иреобразоваиия электрическкх сигналов в электрические сигналы по заданному алгоритму — электронное устройство (ЭУ); блок преобразования электрического сигнала и физическую величину, с помощью которой осуццстилягтся воздействие иа состояиие процесса или объекта — «слил««тельмое устройство, Курс «Аиалоговаи и цифроинн электроника» посвящен в основном рассмотрению теч агийн>сои, которые связаны с реализацией второго блока системы.

прищдшиюй иа рис. 1. В результате изучеиия курса студент должн« знать: принципы построения и фуикциоиироваиия устройств аналоговой„импульсной и цифровой электроники; прииципы выбора методов анализа и синтеза электронных устройств с заданными статическими и динамическими характери. стиками, а также уметь: рассчитывать электронные цепи постоянного и переменного токов (вручкую, а также иа микроЭВМ с разработкой программ); обобщать динамические показатели электронных устройств, используя понятия передаточной функции, переходной и импульсиой характеристик; ' Под сигналом (в обгкем смысле зтого слова) в дальнейшем будем понимать физический прокесс, с заданной точностью отобрал вюший сведения о состояиви изучаемого процесса илк объекта н пригодный дли мо дальнейшей обработки н передачи ив расстояние 6 выполнять расчеты различных электронных устройств с организацией банка данных для автоматизации процедур выбора и босноввния оптимальных параметров.

11ромышленное развитие электроники можно отнести к началу )ьХ го столетия, когда в 1904 г. англичанин Д. Флеминг создал первую электронную лампу (диод), В 1907 г. американец Л. Фо(нст, введя в диод управляющий электрод, получил триод, способный генерировать и усиливать электрические колебания. В Росии первую электронную лампу изготовил и Г914 г. И. Д.

Папалекси. В 30-х годах началось активное изучение полупроводниковых чатерналов с целью их использования в электронике. Большой оклад в решение этой проблемы внесли теоретические работы советских физиков, возглавляемых академиком Л. Ф. Иоффе. В !948 г. американскими учеными был изобретен первый полупроводниковый усилительный прибор — транзистор. Лналогичные приборы несколько позже разработали советские ученые Л. В. Крагнлов н С. Г. Мадоян. Обладая существенными преимушествами по сравнению с электронными лампами, транзисторы обусловили бурное развитие полуцроводннковой электроники. Применение транзисторов в сочетайин с печатным монтажом позволило получить малогабаритные электронные устройства с относительно малым потреблением электроэнергии.