Содержание
Предисловие издательства Cambridge University Press......................................3
Предисловие к третьему изданию....................................................................4
Усиление и транзисторы.................................................................................5
1.1 Усиление..........................................................................................................5
1.2 Транзистор как усиливающее устройство.....................................................6
1.3 Введение в твердотельную электронику......................................................10
1.3.1 Вступление.........................................................................................10
1.3.2 Полупроводники................................................................................10
1.3.3 Электроны и дырки...........................................................................12
1.3.4 Проводимость полупроводника с примесями.................................12
1.3.5 Основные и неосновные носители..................................................14
1.3.6 Компенсация......................................................................................15
1.3.7 р-n переход........................................................................................15
1.3.8 Смещенный р-n переход...................................................................16
1.3.9 Лавинный пробой..............................................................................18
1.3.10 Емкость перехода и варикапы..........................................................19
1.4 Транзистор......................................................................................................19
1.4.1 Введение.............................................................................................19
1.4.2 Принцип действия транзистора........................................................20
1.4.3 Эффекты второго порядка................................................................22
1.4.4 Ток утечки между коллектором и базой..........................................23
1.4.5 n-p-n и p-n-р транзисторы..............................................................24
1.4.6 Оптоэлектронные приборы...............................................................24
1.5 Тестирование транзисторов...........................................................................25
1.6 Усилитель напряжения..................................................................................26
1.6.1 Введение.............................................................................................26
1.6.2 Резистор нагрузки..............................................................................27
1.6.3 Рабочая точка и смещение................................................................27
1.6.4 Разделительные конденсаторы.........................................................29
1.6.5 Стабилизация рабочей точки............................................................29
1.6.6 Стабилизированный усилитель напряжения...................................31
1.6.7 Измерение коэффициента усиления напряжения..........................33
1.7 Режим насыщения.........................................................................................33
Полевой транзистор.....................................................................................36
2.1 Введение ..........................................................................................................36
2.2 Полевой транзистор с р-n переходом...........................................................36
2.2.1 Конструкция........................................................................................36
2.2.2 Принцип действия...............................................................................37
2.3 МОП-транзистор............................................................................................38
2.4 Проходные характеристики полевых транзисторов....................................41
2.5 Крутизна.........................................................................................................42
2.6 Усилитель напряжения на полевом транзисторе.........................................43
2.7 Практические применения МОП-транзисторов.........................................45
2.7.1 Усилитель с большим входным сопротивлением...........................45
2.7.2 Схемы большой мощности...............................................................45
2.7.3 Меры предосторожности в отношении статического электричества.....................................................................................46
2.7.4 Интегральные микросхемы...............................................................46
Электронные лампы и электронно-лучевая трубка..........................................47
3.1 Введение ..........................................................................................................47
3.2 Термоэлектронная эмиссия.............................................................................47
3.3 Ламповый диод.................................................................................................48
3.4 Ламповый триод.............................................................................................50
3.5 Усовершенствование катода..........................................................................51
3.6 Усилитель напряжения на триоде.................................................................54
3.7 Тетрод и пентод.............................................................................................55
3.8 Усилитель напряжения на пентоде...............................................................57
3.9 Переключающие схемы на лампах...............................................................58
3.10 Электронно-лучевая трубка..........................................................................58
3.10.1 Конструкция и принцип действия...................................................58
3.10.2 Люминофоры.....................................................................................60
Отрицательная обратная связь......................................................................62
4.1 Принципы обратной связи............................................................................62
4.2 Отрицательная обратная связь в электронике.............................................63
4.3 Усилитель с обратной связью.......................................................................64
4.4 Отрицательная обратная связь и частотная характеристика......................66
4.5 Нелинейные искажения................................................................................67
4.5.1 Введение.............................................................................................67
4.5.2 Измерение искажений гармонического сигнала............................69
4.5.3 Измерение искажений вследствие взаимной модуляции...............69
4.5.4 Расчет эффективного значения сигналов, возникающих в результате искажений........................................................................70
4.5.5 Искажения и отрицательная обратная связь...................................71
4.6 Неустойчивость и отрицательная обратная связь........................................73
4.7 Обратная связь по току..................................................................................74
4.8 Эксперименты с отрицательной обратной связью.....................................75
Согласование сопротивлений........................................................................80
5.1 Введение.........................................................................................................80
5.2 Входное сопротивление.................................................................................80
5.3 Измерение входного сопротивления............................................................82
5.4 Выходное сопротивление..............................................................................83
5.5 Измерение выходного сопротивления.........................................................84
5.6 Согласование сопротивлений для оптимальной передачи напряжения ...85
5.7 Согласование сопротивлений для оптимальной передачи мощности.......87
5.8 Согласование сопротивлений для оптимальной передачи тока................89
5.9 Согласование сопротивлений для минимизации шума усилителя............89
5.9.1 Отношение сигнал/шум....................................................................89
5.9.2 Тепловой шум....................................................................................90
5.9.3 Шумы в транзисторах.......................................................................90
5.9.4 Коэффициент шума...........................................................................91
5.9.5 Коэффициент шума и биполярный транзистор.............................94
5.9.6 Практический малошумящий усилитель.........................................95
5.9.7 Шумы в полевых транзисторах.........................................................96
5.10 Принцип изменения сопротивления...........................................................98
5.11 Изменение сопротивления с помощью трансформатора...........................99
5.12 Эмиттерный повторитель............................................................................101
5.12.1 Расчет схемы эмиттерного повторителя........................................101
5.12.2 Переменные сигналы в эмиттерном повторителе........................103
5.12.3 Входное сопротивление эмиттерного повторителя ......................105
5.12.4 Выходное сопротивление эмиттерного повторителя....................106
5.12.5 Схема Дарлингтона.........................................................................107
5.12.7 Подача сигнала в длинные линии..................................................109
5.13 Истоковый повторитель.............................................................................110
5.13.1 Расчет схемы....................................................................................110
5.13.2 Входное и выходное сопротивления истокового повторителя .... 112
5.13.3 Улучшенная рабочая точка для истокового повторителя............113
5.14 Усиление напряжения и мощности............................................................114
5.15 Отрицательная обратная связь и выходное сопротивление.....................115
5.16 Отрицательная обратная связь и входное сопротивление........................116
5.17 Мощный выходной каскад на эмиттерных повторителях.......................117
5.17.1 Ток нагрузки и ток покоя.............................................................. 117
5.17.2 Двухтактный усилитель: режим В и режим АВ.............................118
5.17.3 Типичный усилитель мощности звукового диапазона.................123
5.17.4 Мощные полевые транзисторы......................................................125
5.17.5 Мощные усилители в интегральном исполнении........................125
Характеристики полупроводниковых приборов.............................................126
6.1 Введение.......................................................................................................126
6.2 Характеристики р-n перехода.....................................................................126
6.3 Входное сопротивление и крутизна биполярного транзистора...............129
6.4 Выходные характеристики..........................................................................131
6.5 Коллекторные характеристики...................................................................132
6.5.1 Способ измерения и результаты....................................................132
6.5.2 Линия нагрузки и насыщение........................................................135
6.5.3 Предельные значения......................................................................137
6.6 Стоковые характеристики полевого транзистора......................................138
6.7 Полевой транзистор как управляемый напряжением резистор...............140
6.8 Эквивалентная схема и коэффициент усиления для схемы с общим эмиттером.....................................................................................................141
6.9 Эквивалентная схема и коэффициент усиления усилителя на полевом транзисторе с общим истоком....................................................................144
6.10 Изменение крутизны полевого транзистора..............................................146
Усиление на высоких частотах...................................................................147
7.1 Представление о высоких частотах...............................................................147
7.2 Высокие частоты и биполярный транзистор...............................................148
7.2.1 Емкость база-эмиттер......................................................................148
7.2.2 Частота единичного усиления........................................................149
7.2.3 Зависимость частоты единичного усиления от коллекторного тока.........150
7.3 Свойства транзисторной схемы на высоких частотах...............................152
7.3.1 Усилители напряжения и эффект Миллера....................................152
7.3.2 Схема с общим эмиттером на высоких частотах..........................154
7.3.3 Высокие частоты и эмиттерный повторитель...............................156
7.4 Полевые транзисторы на высоких частотах...............................................157
7.5 Специальные схемы для высоких частот...................................................159
7.5.1 Вступление.......................................................................................159
7.5.2 Схема с общей базой......................................................................159
7.5.3 Схема с общим затвором................................................................163
7.5.4 Каскодная схема..............................................................................163
7.5.5 МОП-транзистор с двумя затворами.............................................165
7.6 Широкополосные высокочастотные усилители........................................166
7.7 Амплитудная и фазовая частотные характеристики фильтра нижних частот.......168
Низкочастотные сигналы, постоянный ток и дифференциальный усилитель... 174
8.1 Введение .......................................................................................................174
8.2 Ослабление на низких частотах..................................................................175
8.3 Особенности усилителей постоянного тока..............................................178
8.3.1 Схема усилителя..............................................................................178
8.3.2 Входной ток смещения...................................................................180
8.3.3 Дрейф................................................................................................180
8.4 Дифференциальный усилитель...................................................................181
8.4.1 Основная схема................................................................................181
8.4.2 Коэффициент усиления напряжения............................................182
8.4.3 Подавление синфазного сигнала и уменьшение дрейфа.............187
8.4.4 Симметричный выход.....................................................................190
8.4.5 Усилитель, управляемый напряжением........................................191
8.5 Усилители в интегральном исполнении....................................................191
8.6 Электронный термометр.............................................................................193
8.7 Подавление помех с помощью дифференциального усилителя..............194
8.8 Простой физиологический усилитель........................................................196
8.9 Усилители постоянного тока с преобразованием.....................................197
Источники питания и управление мощностью..............................................200
9.1 Источники питания.....................................................................................200
9.2 Выпрямление переменного напряжения...................................................201
9.3 Сглаживание пульсаций..............................................................................204
9.3.1 Вступление.......................................................................................204
9.3.2 Пульсации........................................................................................205
9.4 Нагрузочная способность............................................................................207
9.5 Параметры диода и конденсатора..............................................................207
9.6 Схемы умножения напряжения..................................................................208
9.7 Схемы фильтров...........................................................................................210
9.8 Развязка........................................................................................................212
9.9 Регулируемые источники питания.............................................................213
9.9.1 Потенциометр..................................................................................213
9.9.2 Эмиттерный повторитель в схемах источников питания.............214
9.10 Стабилизаторы напряжения........................................................................216
9.10.1 Вступление.......................................................................................216
9.10.2 Базовая схема стабилизатора со стабилитроном...........................216
9.10.3 Коэффициент стабилизации...........................................................217
9.10.4 Недостатки простой схемы со стабилитроном..............................218
9.10.5 Случай больших токов нагрузки....................................................222
9.10.6 Улучшение стабилизации с помощью усилителя рассогласования...............................................................................224
9.10.7 Стабилизаторы и уменьшение пульсаций.....................................226
9.10.8 Стабилитрон как прецизионный источник опорного напряжения..........226
9.10.9 Использование напряжения запрещенной зоны в качестве эталона.........228
9.10.10 Защита от короткого замыкания....................................................229
9.10.11 Стабилизаторы в интегральном исполнении................................230
9.11 Охлаждение транзистора.............................................................................233
9.11.1 Теплоотводы.....................................................................................233
9.11.2 Электрическая изоляция.................................................................234
9.11.3 Тепловое сопротивление.................................................................234
9.12 Импульсные источники питания ...............................................................236
9.12.1 Преобразование постоянного напряжения в постоянное............236
9.12.2 Импульсные источники с непосредственным питанием от сети ... 238
9.13 Управление мощностью с помощью тиристоров, транзисторов и симисторов.......239
9.13.1 Общие сведения о тиристоре .........................................................239
9.13.2 Конструкция и принцип действия тиристора...............................240
9.13.3 Управление мощностью с помощью транзистора........................242
9.13.4 Симистор и его применения..........................................................243
Импульсные сигналы и постоянные времени................................................248
10.1 Введение.......................................................................................................248
10.2 Формирование сигналов прямоугольной формы......................................249
10.3 Фурье-анализ................................................................................................250
10.4 Заряд, разряд и постоянные времени........................................................251
10.5 Звон ........................................................................................................255
10.6 Постоянные времени и транзисторы.........................................................256
10.7 Развязывающие конденсаторы в импульсных схемах...............................258
10.8 Фиксирующий диод.....................................................................................260
10.9 Постоянная времени цепи с развязывающим конденсатором................261
10.10 Дифференцирование и интегрирование....................................................262
10.11 Электронные вычисления...........................................................................267
10.12 Измеритель частоты следования импульсов с накачкой заряда..............268
10.13 Ограничение импульсов..............................................................................269
«Строительные блоки» аналоговой электроники на интегральных
микросхемах..............................................................................................271
11.1 Введение.......................................................................................................271
11.2 Операционный усилитель...........................................................................272
11.2.1 Упрощающие предположения........................................................272
11.2.2 Начальный входной ток и напряжение смещения.......................272
11.2.3 Схема балансировки........................................................................277
11.3 Практические детали...................................................................................278
11.4 Неинвертирующий усилитель.....................................................................279
11.4.1 Простейший усилитель постоянного тока.....................................279
11.4.2 Использование разделительных конденсаторов............................280
11.4.3 Усилитель переменного напряжения с питанием от одного источника........282
11.5 Инвертирующий усилитель...........................................................................283
11.5.1 Введение...........................................................................................283
11.5.2 Мнимая земля..................................................................................284
11.5.3 Усиление переменного сигнала инвертирующим усилителем ....286
11.6 Дифференциальный усилитель с обратной связью..................................286
11.7 Сумматор на основе ОУ..............................................................................287
11.8 Интегратор на основе ОУ...........................................................................290
11.8.1 Основная схема................................................................................290
11.8.2 Смещение в интеграторе.................................................................291
11.8.3 Точность и время интегрирования.................................................293
11.8.4 Генератор линейно-изменяющегося напряжения........................293
11.8.5 Электрометрический усилитель .....................................................296
11.9 Дифференциатор на основе ОУ..................................................................297
11.10 Преобразователь тока в напряжение..........................................................299
11.11 Частотные характеристики схем на основе ОУ.........................................300
11.12 Время установления и максимальная скорость нарастания.....................302
11.13 Источники питания.....................................................................................304
11.13.1 Напряжение питания и нагрузочная способность........................304
11.13.2 Стабильность питания и требования к пульсациям.....................305
11.14 Активные фильтры......................................................................................305
11.14.1 Вступление.......................................................................................305
11.14.2 Фильтры нижних частот..................................................................306
11.14.3 Фильтры верхних частот.................................................................314
11.14.4 Полосовые фильтры........................................................................316
11.14.5 Регулировка тембра.........................................................................318
11.15 Логарифмические усилители......................................................................320
11.16 Прецизионные выпрямители......................................................................325
11.17 Дифференциальный компаратор................................................................326
11.17.1 Введение...........................................................................................326
11.17.2 Гистерезис при положительной обратной связи..........................328
11.18 Справочные данные об ОУ.........................................................................330
11.19 Аналоговый умножитель.............................................................................330
11.20 Аналоговый делитель...................................................................................334
11.21 Аналоговое моделирование.........................................................................336
11.21.1 Введение...........................................................................................336
11.21.2 Резонансная система с затуханием (гармонический осциллятор) .. 336
11.22 Фильтр с варьируемой характеристикой...................................................338
11.23 Фильтр с переключаемыми конденсаторами............................................339
Схемы с положительной обратной связью и генераторы...............................341
12.1 Положительная обратная связь...................................................................341
12.2 Генераторы синусоидальных колебаний....................................................342
12.2.1 Генератор с фазовращателем..........................................................342
12.2.2 Генератор с мостом Вина...............................................................344
12.2.3 Генератор квадратурного сигнала..................................................348
12.2.4 Генератор с LC-контуром..............................................................349
12.3 Кварцевые генераторы.................................................................................350
12.4 Триггер (бистабильный мультивибратор)..................................................351
12.5 Самовозбуждающийся мультивибратор.....................................................353
12.6 Ждущий мультивибратор............................................................................356
12.7 Двоичный счетчик.......................................................................................357
12.8 Триггер Шмитта...........................................................................................359
12.9 Генератор, управляемый напряжением.....................................................360
12.10 Фазовая автоподстройка частоты...............................................................361
12.10.1 Основной принцип..........................................................................361
12.10.2 Фазовый компаратор.......................................................................362
12.10.3 Практическая схема фазовой автоподстройки частоты...............363
Цифровые логические схемы......................................................................365
13.1 Цифровой мир..............................................................................................365
13.2 Логические функции и логические схемы.................................................366
13.3 Электронные логические элементы...........................................................368
13.4 Свойства логических схем со стороны входа и выхода.......................371
13.5 Классификация схем...................................................................................371
13.6 Таблицы истинности....................................................................................372
13.7 Простые комбинации логических элементов............................................372
13.8 Сложение двоичных чисел..........................................................................374
13.9 Интегральные логические схемы................................................................376
13.9.1 Введение...........................................................................................376
13.9.2 Схемы ТТЛ.......................................................................................377
13.9.3 КМОП-схемы..................................................................................379
13.10 Последовательностные логические схемы: триггеры и память...............382
13.10.1 Простейшие триггеры.....................................................................382
13.10.2 Синхронный RS-триггер.................................................................385
13.10.3 D-триггер..........................................................................................386
13.10.4 JK-триггер........................................................................................387
13.10.5 Двухтактный триггер и триггер с динамическим входом............388
13.11 Регистры.......................................................................................................390
13.11.1 Регистры для хранения данных......................................................390
13.11.2 Регистр сдвига..................................................................................391
13.12 Двоичный счет.............................................................................................394
13.12.1 Введение...........................................................................................394
13.12.2 Входы сброса и модуль счета..........................................................396
13.12.3 Двоично-десятичный счетчик........................................................397
13.12.4 Последовательное соединение двоично-десятичных счетчиков.... 399
13.12.5 Синхронные счетчики.....................................................................400
13.13 Дешифраторы и индикаторы......................................................................401
13.13.1 Прямое дешифрование — десятичное и шестнадцатеричное......401
13.13.2 Семисегментные индикаторы и дешифраторы.............................404
13.13.3 Микросхема 74LS75 — триггер-защелка.......................................406
13.13.4 Мультиплексированные индикаторы.............................................407
13.14 Интегральный триггер Шмитта 7413.........................................................409
13.15 Ждущие мультивибраторы и таймеры .......................................................411
13.15.1 Вступление.......................................................................................411
13.15.2 Интегральная схема ждущего мультивибратора 74121.................411
13.15.3 Интегральный таймер 555...............................................................414
13.16 Мультиплексоры данных.............................................................................418
13.17 Соединение логических схем......................................................................420
13.17.1 Общие предостережения.................................................................420
13.17.2 Подключение логических схем и их эксплуатация.......................421
13.17.3 Источники питания.........................................................................422
13.18 Эмиттерно-связанная логика......................................................................423
13.19 Логические матрицы....................................................................................424
13.20 Программируемые логические устройства................................................425
13.21 Переключение аналоговых сигналов с помощью КМОП-схем..............426
МикроЭВМ и их применения.....................................................................428
14.1 Что делает компьютер?................................................................................428
14.2 Электронная арифметика............................................................................428
14.2.1 Сложение..........................................................................................428
14.2.2 Вычитание........................................................................................430
14.2.3 Двоичное умножение и деление.....................................................434
14.3 Биты, байты и полубайты...........................................................................435
14.4 Шина данных...............................................................................................436
14.5 Запоминающие устройства..........................................................................440
14.5.1 Магнитные и оптические устройства для хранения данных.......440
14.5.2 Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)............................441
14.5.3 ROM, EPROM и E2PROM.............................................................443
14.6 МикроЭВМ...................................................................................................445
14.7 Программные средства................................................................................448
14.7.1 Последовательность команд............................................................448
14.7.2 Машинный код................................................................................448
14.7.3 Запуск программы...........................................................................449
14.7.4 Непосредственный ввод в машинном коде и запуск...................451
14.7.5 Язык ассемблера..............................................................................452
14.7.6 Языки высокого уровня..................................................................455
14.8 Ввод в микроЭВМ и вывод из нее.............................................................457
14.8.1 Дешифрирование адреса.................................................................457
14.8.2 Порт вывода.....................................................................................459
14.8.3 Порт ввода........................................................................................461
14.8.4 Практические схемы портов для персональных компьютеров ....461
14.9 Эксперименты с вводом/выводом на микроЭВМ Acorn.........................463
14.10 Изучение процессора...................................................................................465
14.11 Как отвлечь процессор от выполняемой программы?..............................468
14.11.1 Прерывания.....................................................................................468
14.11.2 Прямой доступ в память.................................................................472
14.12 Цифровая обработка сигналов....................................................................473
14.13 Цифровые фильтры.....................................................................................474
14.14. Цифро-аналоговое преобразование............................................................475
14.15 Аналого-цифровое преобразование............................................................477
14.15.1 Основные схемы АЦП....................................................................477
14.15.2 Схема выборки и хранения............................................................479
14.15.3 Шум квантования и дрожание.......................................................479
14.15.4 Частота выборок..............................................................................481
14.15.5 Дельта-сигма преобразование данных (избыточная дискретизация).........483
Приложение 1. Маркировка компонентов.................................................... 489
Приложение 2. Выбор транзистора.............................................................493
Приложение 3. Параметры операционных усилителей..................................495
Приложение 4. Цоколевка цифровых ИС....................................................497
Приложение 5. Сопряжение с персональным компьютером семейства IBM.... 503
Список литературы…………………………………………………………………509
Предметный указатель………………………………………………………………512
Содержание…………………………………………………………………………..521