 |
Элементы электронной техники
|
|
|
|
Электроника
в промышленной автоматике
«Рекомендовано для специальностей: «Автоматизация производственных процессов» и «Мехотроника»
Омск
Содержание
Раздел 1. Элементы электронной техники
1. Пассивные элементы электрических цепей________________________5
1.1 Резисторы___________________________________________________5
1.2 Конденсаторы________________________________________________7
1.3 Индуктивности_______________________________________________9
2. Диоды______________________________________________________10
2.1 Принципы работы диода______________________________________10
2.2 Выпрямительные диоды______________________________________15
2.3 Высокочастотные диоды______________________________________15
2.4 Импульсные диоды___________________________________________16
2.5 Стабилитроны и стабисторы___________________________________16
3. Биполярные транзисторы______________________________________17
3.1 Общие принципы работы _____________________________________17
3.2 Основные параметры транзисторов _____________________________19
3.3 Схемы включения транзисторов ________________________________21
3.4 Схема с общим эмиттером _____________________________________21
3.5 Ключевой режим работы транзистора ___________________________22
3.6 Усилительный режим работы транзистора _______________________24
3.7 Способы задания рабочей точки по постоянному току в усилительном режиме _____________________________________________________25
3.8 Схема включения транзистора с общим коллектором ______________28
4. Полевые (униполярные) транзисторы ____________________________29
4.1 Полевой транзистор с p-n переходом ____________________________29
4.2 Полевой транзистор с встроенным каналом ______________________32
4.3 Полевой транзистор с индуцированным каналом _________________33
4.4 IGBT транзистор ____________________________________________36
5. Генераторы электрических сигналов ____________________________38
5.1 Принцип построения генератора _______________________________38
5.2 Генераторы гармонических сигналов ___________________________40
|
|
|
5.3 Генератор импульсов на логических элементах ТТЛ ______________41
6. Силовые полупроводниковые прборы ___________________________42
6.1 Динисторы _________________________________________________43
6.2 Тиристоры __________________________________________________44
6.3 Симисторы _________________________________________________46
Раздел 2.Истчники электропитания
7. Источники питания ___________________________________________50
7.1 Однофазный мостовой выпрямитель ____________________________52
7.2 Стабилизаторы напряжения ____________________________________54
7.2.1 Параметрический стабилизатор ______________________________54
7.2.2 Интегральный стабилизатор напряжения ______________________55
Раздел3. Аналоговые интегральные микросхемы
8. Аналоговые микросхемы _______________________________________55
8.1 Свойства операционных усилителей _____________________________56
8.2 Основы схемотехники ОУ _____________________________________57
8.3 Параметры операционных усилителей ___________________________59
8.4 Принцип обратной связи _______________________________________59
8.5 Основные схемы ОУ___________________________________________60
8.6 Компаратор __________________________________________________65
8.7 Триггер Шитта _______________________________________________67
8.8 Схема мультивибратора ______________________________________68
8.9 Активный фильтр ____________________________________________69
Раздел 4. Цифровые интегральные микросхемы
9. Цифровые интегральные микросхемы ____________________________69
9.1 Основные понятия ____________________________________________69
9.2 Обозначения и типы комбинационных логических микросхем комбинационного типа ________________________________________70
9.3 Структура ТТЛ логических микросхем ___________________________73
9.4 Микросхемы последовательного типа ____________________________75
9.4.1 Интегральные триггеры _______________________________________75
9.4.2 RS асинхронный триггер _____________________________________75
9.4.3 Асинхронный D триггер _____________________________________76
9.4.4 Синхронный D триггер со статическим управлением _____________76
9.4.5 Синхронный D триггер с динамическим управлением _____________77
9.4.6 Синхронный JK триггер ______________________________________78
9.4.7 Т – триггер _________________________________________________78
9.4.8 Вспомогательные схемы для триггеров _________________________79
|
|
|
9.4.9 Формирователи импульсов ___________________________________80
9.5 Мультиплексоры и демультиплексоры __________________________80
9.6 Шифраторы и дешифраторы __________________________________81
9.7 Счетчики импульсов _________________________________________84
9.8 Регистры ___________________________________________________89
Раздел 5. Фотоэлектрические приборы
10. Фотоэлектронные приборы _____________________________________92
10.1 Понятия о фотоэлектронных приборах __________________________92
10.2 Оптоэлектронные приборы ___________________________________96
Раздел 6. Аналого-цифровые функциональные устройства
11. Аналого-цифровые преобразователи ____________________________97
12. Цифро-аналоговые преобразователи ____________________________106
Раздел 7. Микроконтроллеры
13. Микропрцессоры ____________________________________________110
13.1 CISC – микропрцессоры _____________________________________113
13.2 RISC - микропрцессоры _____________________________________114
14. Компьютерное моделирование электронных устройств
15. Источники литературы ______________________________________122
Введение в электронику
Электроника – это область науки и техники, которая занимается изучением физических основ функционирования, исследованием, разработкой и применением приборов, принцип действия которых основан на протекании электрического тока в вакууме, газе, в твердом теле. Такими приборами являются: электронные приборы (ток в вакууме), ионные приборы (ток в газе), полупроводниковые приборы. В настоящее время наиболее распространены полупроводниковые приборы.
Часть электроники, которая занимается вопросами применения различных приборов, называется промышленной электроникой. Она разделяется на два направления:
1. Информационная электроника – занимается вопросами управления различными процессами. К устройствам информационной электроники относятся: аналоговые усилители и преобразователи сигналов, генераторы сигналов, оптоэлектронные устройства, логические элементы, цифровые устройства, микропроцессорные системы. Они предназначены для измерения, обработки, передачи, хранения и отображения информации.
2. Энергетическая (силовая) электроника – занимается преобразованием параметров электроэнергии. К устройствам энергетической электроники относятся: выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения.
|
|
|
В качестве примера на рис.1а показана структура электропривода с АД, где устройство управления УУ и система датчиков Д относятся к устройствам информационной электроники, а полупроводниковый преобразователь электроэнергии ПП - к устройствам энергетической электроники.
Рис. 1
Начало развития электроники можно отнести к началу 20 века, когда в 1904 г. англичанин Д. Флеминг создал первую электронную лампу (диод). В 1906 г. американец Л. Форест, введя в диод управляющий электрод, получил триод, способный усиливать и генерировать электрические колебания. В России первую электронную лампу создал в 1914 г. Н.Д. Папалекси.
В 30-х годах началось активное изучение полупроводниковых материалов с целью их использования в электронике. Большой вклад в решение этой проблемы внесли теоретические работы советских физиков, возглавляемых академиком А.Ф. Иоффе.
В 1948 г. американскими учеными был изобретен первый полупроводниковый усилительный прибор – биполярный транзистор. Аналогичные приборы несколько позже разработали советские ученые А.В. Красилов и С.Г. Мадоян.
Обладая существенными преимуществами по сравнению с электронными лампами, транзисторы обусловили бурное развитие полупроводниковой электроники. Применение транзисторов в сочетании с печатным монтажом позволило получить малогабаритные электронные устройства с относительно малым потреблением электроэнергии.
В 1957 г. фирмой General Electric был создан тиристор.
В 1958 г. появился первый полевой транзистор.
Дальнейший скачок в развитии электроники стал возможен с появлением интегральных микроэлектроных схем. Первая интегральная микросхема была анонсирована в 1959 г. американцем Килби. Интегральная микросхема (ИС) – это электронное устройство, элементы которого изготовляются в едином технологическом цикле, т.е. одновременно, на едином основании - подложке. Промышленный выпуск ИС был начат в начале 60-х годов. Первая цифровая интегральная микросхема ТТЛ - логики появилась в 1961 г., первый интегральный операционный усилитель.A709 был разработан в 1964 г. двадцатичетырехлетним американским ученым Р. Видларом (спустя два года после окончания университета, где он получил степень бакалавра). Все это способствовало бурному прогрессу в развитии информационной электроники и микроминиатюризации электронных устройств. Эти тенденции получили еще большее развитие с появлением больших (БИС – 1969 г.), а затем и сверхбольших (СБИС – 1975 г.) интегральных микросхем, которые позволили разработать и внедрить во все сферы деятельности человека микроЭВМ. Основным элементом в таких ЭВМ стал микропроцессор – СБИС, содержащая десятки и сотни тысяч элементов на одном кристалле. Первый четырехразрядный микропроцессор был изготовлен фирмой Intel в 1971 г., а на следующий год - восьмиразрядный.
|
|
|
В настоящее время интегральные микросхемы и дискретные полупроводниковые приборы стали основной элементной базой современных устройств промышленной электроники. Совместно с ними применяются резисторы, конденсаторы, дроссели.
Раздел 1
ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
|
|
|
