Аннотация:
Учебное пособие состоит из четырех частей. В части 1 «Полупроводниковые приборы и физические основы их работы» изложены физические принципы организации, работы и использования полупроводниковых диодов и транзисторов: биполярных и полевых. В части 2 «Цифровые и аналоговые интегральные схемы» приведены параметры базовых элементов цифровых ИС, их схемы и сравнительные характеристики, позволяющие определить достоинства и недостатки ИС той или иной логики. Изложены правила алгебры логики, позволяющие описывать функционально различные цифровые устройства и понять основы их синтеза. В части 3 «Усилители и функциональные генераторы» даны основы формирования транзисторных усилителей низкой частоты с емкостной связью; генераторов прямоугольных, треугольных и пилообразных сигналов для передачи информации. Изложены основные принципы построения источников питания для цифровых и аналоговых ИС, электронной аппаратуры и питающей сети для технических средств ЭВМ. В части 4 «Функциональные схемы цифровой электроники» аппаратные средства вычислительной техники описаны на уровне функционального назначения СИСов и БИСов со знанием их алгоритмов и временных диаграмм работы.
Для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Технология машиностроения» и «Автоматизированные системы сбора и обработки информации».
Содержание:
ПРЕДИСЛОВИЕ
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ
Часть 1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ И ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИХ РАБОТЫ
Тема
1. Полупроводниковые диоды
1.1. Электропроводность твердого тела
1.2. Примесная электропроводность
1.3. Электронно-дырочный переход
1.3.1. Свойства р-n-перехода в равновесном состоянии
1.3.2. Прямое включение диода
1.3.3. Обратное включение диода
1.4. Разновидности полупроводниковых диодов и их использование
1.4.1. Выпрямительный диод и его вольт-амперная характеристика (ВАХ)
1.4.2. Использование выпрямительных диодов
1.4.3. Диод Шоттки
1.4.4. Стабистор и стабилитрон
1.4.5. Варикап
1.4.6. Оптоэлектронные приборы
Тема
2. Транзисторы биполярные.
2.1. Структура биполярного транзистора
2.2. Схемы включения транзисторов
2.3. Эквивалентная схема транзистора по схеме с ОЭ для малого (переменного) сигнала
2.4. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) транзистора по схеме с ОЭ
2.5. Транзистор как диодная сборка
2.6. Схема замещения транзистора по схеме с ОЭ
2.7. Основные параметры транзисторов с включением по схеме с Об и ОК
Тема
3. Полевые транзисторы
3.1. Полевой транзистор с управляющим р-n-переходом
3.2. МОП (МДП)-транзисторы с индуцированным каналом
3.3. Вольт-амперные характеристики МОП-танзистора с индуцированным каналом
3.4. Полупроводниковые цифровые элементы (ключи и переключатели)
3.4.1. Ключи на биполярных транзисторах
3.4.2. Ключи на полевых транзисторах
3.4.3. Транзисторные переключатели тока
Часть 2
ЦИФРОВЫЕ И АНАЛОГОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ.
Тема
1. Цифровые интегральные схемы
1.1. Основные классификационные признаки интегральных схем.
1.2. Технологические процессы изготовления интегральных схем
1.3. Логические элементы интегральных схем
1.4. Основные характеристики и параметры базовых логических элементов серии интегральных схем транзисторно-транзисторной логики
1.5. Базовые логические интегральные схемы различных логик
1.5.1. Интегрально-инжекционная логика (И2Л)
1.5.2. Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)
1.5.3. Логические элементы на МОП-транзисторах
1.5.4. Логические элементы на КМОП-транзисторах
1.6. Триггер как базовый элемент с памятью серии ИС
1.6.1. Асинхронные RS-триггеры с прямыми и инверсным входами
1.6.2. Синхронный RSТ-триггер
1.6.3. Синхронный D-триггер
1.6.4. Универсальный JK-триггер
1.6.5. Счетный Т-триггер
Тема
2. Аналоговые интегральные схемы
2.1. Параметры операционного усилителя как базового элемента аналоговой ИС
Контрольные вопросы
2.2. Влияние обратной связи на параметры операционного усилителя
2.3. Использование ОУ при формировании решающих схем АВМ
2.4. Линейные решающие схемы
2.4.1. Усилитель с неинвертирующим входом
2.4.2. Усилитель с инвертирующим входом
2.4.3. Сумматор-вычитатель на базе ОУ
2.4.4. Интегратор и фильтр низких частот (ФНЧ)
2.4.5. Дифференциатор и фильтр высоких частот (ФВЧ)
2.5. Нелинейные аналоговые решающие схемы
2.5.1. Усилитель-ограничитель
2.5.2. Логарифмический усилитель
2.5.3. Усилитель-антилогарифматор
2.6. Решение дифференциальных уравнений с помощью решающих усилителей
Часть 3
УСИЛИТЕЛИ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Тема
1. Электронные усилители
1.1. Общая характеристика усилителей
1.2. Основные параметры усилителей
1.3. Каскад усилителя низкой частоты
1.3.1. Расчет усилительного каскада по постоянному току
1.3.2. Термостабилизация усилительного каскада
1.4. Поведение усилителя низкой частоты с емкостной связью в частотном диапазоне
1.5. Выходной каскад усилителя
1.5.1. Режимы работы выходных каскадов усилителей
1.5.2. Выходные каскады усилителей
Тема
2. Генераторы импульсов различной формы
2.1. Характеристики сигналов передачи информации
2.2. Генераторы прямоугольных импульсов
2.2.1. Триггер Шмитта (мультивибратор с внешним возбуждением)
2.2.2. Автоколебательный мультивибратор на базе ОУ
2.2.3. Мультивибратор на базе асинхронного RS-триггера с инверсными входами
2.2.4. Ждущий мультивибратор (одновибратор-таймер)
2.3. Генератор треугольных импульсов
2.4. Генератор пилообразного напряжения
Тема
3. Источники вторичного питания
3.1. Выпрямители
3.1.1. Однофазный однополупериодный выпрямитель
3.1.2. Однофазный двухполупериодный выпрямитель
3.2. Сглаживающие фильтры
3.3. Стабилизаторы напряжения
3.4. Система электропитания ЭВМ
Часть 4
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОМПЬЮТЕРА СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ И КОДИРОВАНИЕ
Тема
1. Цифровые устройства на основе триггеров (комбинационные логические элементы с памятью)
1.1. Счетчики электрических импульсов
1.1.1. Асинхронный счетчик на суммирование
1.1.2. Асинхронный счетчик на вычитание
1.1.3. Счетчики в составе серий ИС
1.1.4. Реверсивный счетчик
1.2. Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета
1.3. Регистры
1.3.1. Параллельный регистр
1.3.2. Регистр сдвига (последовательный регистр)
1.3.3. Способ наращиваемости регистров
1.3.4. Функциональные узлы на базе регистров
Тема
2. Комбинационные логические схемы без памяти
2.1. Дешифратор/демультиплексор (DC/DMX)
2.2. Мультиплексор (МUХ)
2.3. Шифратор (СD)
2.4. Кодопреобразователи
2.5. Помехозащищенные коды
Тема
3. Арифметические устройства
3.1. Полусумматор и полный сумматор
3.2. Способы суммирования операндов
3.3. Выполнение операции вычитания на сумматорах
3.4. Выполнение операций умножения и деления на сумматорах
3.5. Компаратор
3.6. Специализированные арифметические операции
3.6.1. Защита информации по четности
3.6.2. Мажоритарный элемент
3.6.3. Арифметико-логическое устройство (ALU)
Тема
4. Память
4.1. Виды памяти
4.2. Типы постоянного запоминающего устройства
4.3. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)
4.3.1. Статическая ячейка памяти ОЗУ
4.3.2. Динамическая ячейка оперативной памяти
4.3.3. Архитектура ОЗУ
4.3.4. Четыре способа организации статического ОЗУ
4.4. Сверхоперативная память (регистровая)
Тема
5. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП)
5.1. Классификация ЦАП и АЦП по принципу действия
5.2. Принципы построения ЦАП
5.2.1. Преобразователь кода в напряжение с использованием делителя напряжения ПКН на матрице со взвешенными сопротивлениями
5.2.2. ЦАП с промежуточным преобразованием
5.3. Принципы построения АЦП
5.3.1. Параллельные АЦП
5.3.2. Последовательное АЦП с ЦАП в обратной связи
5.3.3. Двухтактный интегрирующий АЦП
Тема
6. Структура микропроцессора
Учебное пособие состоит из четырех частей. В части 1 «Полупроводниковые приборы и физические основы их работы» изложены физические принципы организации, работы и использования полупроводниковых диодов и транзисторов: биполярных и полевых. В части 2 «Цифровые и аналоговые интегральные схемы» приведены параметры базовых элементов цифровых ИС, их схемы и сравнительные характеристики, позволяющие определить достоинства и недостатки ИС той или иной логики. Изложены правила алгебры логики, позволяющие описывать функционально различные цифровые устройства и понять основы их синтеза. В части 3 «Усилители и функциональные генераторы» даны основы формирования транзисторных усилителей низкой частоты с емкостной связью; генераторов прямоугольных, треугольных и пилообразных сигналов для передачи информации. Изложены основные принципы построения источников питания для цифровых и аналоговых ИС, электронной аппаратуры и питающей сети для технических средств ЭВМ. В части 4 «Функциональные схемы цифровой электроники» аппаратные средства вычислительной техники описаны на уровне функционального назначения СИСов и БИСов со знанием их алгоритмов и временных диаграмм работы.
Для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Технология машиностроения» и «Автоматизированные системы сбора и обработки информации».
Содержание:
ПРЕДИСЛОВИЕ
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ
Часть 1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ И ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИХ РАБОТЫ
Тема
1. Полупроводниковые диоды
1.1. Электропроводность твердого тела
1.2. Примесная электропроводность
1.3. Электронно-дырочный переход
1.3.1. Свойства р-n-перехода в равновесном состоянии
1.3.2. Прямое включение диода
1.3.3. Обратное включение диода
1.4. Разновидности полупроводниковых диодов и их использование
1.4.1. Выпрямительный диод и его вольт-амперная характеристика (ВАХ)
1.4.2. Использование выпрямительных диодов
1.4.3. Диод Шоттки
1.4.4. Стабистор и стабилитрон
1.4.5. Варикап
1.4.6. Оптоэлектронные приборы
Тема
2. Транзисторы биполярные.
2.1. Структура биполярного транзистора
2.2. Схемы включения транзисторов
2.3. Эквивалентная схема транзистора по схеме с ОЭ для малого (переменного) сигнала
2.4. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) транзистора по схеме с ОЭ
2.5. Транзистор как диодная сборка
2.6. Схема замещения транзистора по схеме с ОЭ
2.7. Основные параметры транзисторов с включением по схеме с Об и ОК
Тема
3. Полевые транзисторы
3.1. Полевой транзистор с управляющим р-n-переходом
3.2. МОП (МДП)-транзисторы с индуцированным каналом
3.3. Вольт-амперные характеристики МОП-танзистора с индуцированным каналом
3.4. Полупроводниковые цифровые элементы (ключи и переключатели)
3.4.1. Ключи на биполярных транзисторах
3.4.2. Ключи на полевых транзисторах
3.4.3. Транзисторные переключатели тока
Часть 2
ЦИФРОВЫЕ И АНАЛОГОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ.
Тема
1. Цифровые интегральные схемы
1.1. Основные классификационные признаки интегральных схем.
1.2. Технологические процессы изготовления интегральных схем
1.3. Логические элементы интегральных схем
1.4. Основные характеристики и параметры базовых логических элементов серии интегральных схем транзисторно-транзисторной логики
1.5. Базовые логические интегральные схемы различных логик
1.5.1. Интегрально-инжекционная логика (И2Л)
1.5.2. Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)
1.5.3. Логические элементы на МОП-транзисторах
1.5.4. Логические элементы на КМОП-транзисторах
1.6. Триггер как базовый элемент с памятью серии ИС
1.6.1. Асинхронные RS-триггеры с прямыми и инверсным входами
1.6.2. Синхронный RSТ-триггер
1.6.3. Синхронный D-триггер
1.6.4. Универсальный JK-триггер
1.6.5. Счетный Т-триггер
Тема
2. Аналоговые интегральные схемы
2.1. Параметры операционного усилителя как базового элемента аналоговой ИС
Контрольные вопросы
2.2. Влияние обратной связи на параметры операционного усилителя
2.3. Использование ОУ при формировании решающих схем АВМ
2.4. Линейные решающие схемы
2.4.1. Усилитель с неинвертирующим входом
2.4.2. Усилитель с инвертирующим входом
2.4.3. Сумматор-вычитатель на базе ОУ
2.4.4. Интегратор и фильтр низких частот (ФНЧ)
2.4.5. Дифференциатор и фильтр высоких частот (ФВЧ)
2.5. Нелинейные аналоговые решающие схемы
2.5.1. Усилитель-ограничитель
2.5.2. Логарифмический усилитель
2.5.3. Усилитель-антилогарифматор
2.6. Решение дифференциальных уравнений с помощью решающих усилителей
Часть 3
УСИЛИТЕЛИ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Тема
1. Электронные усилители
1.1. Общая характеристика усилителей
1.2. Основные параметры усилителей
1.3. Каскад усилителя низкой частоты
1.3.1. Расчет усилительного каскада по постоянному току
1.3.2. Термостабилизация усилительного каскада
1.4. Поведение усилителя низкой частоты с емкостной связью в частотном диапазоне
1.5. Выходной каскад усилителя
1.5.1. Режимы работы выходных каскадов усилителей
1.5.2. Выходные каскады усилителей
Тема
2. Генераторы импульсов различной формы
2.1. Характеристики сигналов передачи информации
2.2. Генераторы прямоугольных импульсов
2.2.1. Триггер Шмитта (мультивибратор с внешним возбуждением)
2.2.2. Автоколебательный мультивибратор на базе ОУ
2.2.3. Мультивибратор на базе асинхронного RS-триггера с инверсными входами
2.2.4. Ждущий мультивибратор (одновибратор-таймер)
2.3. Генератор треугольных импульсов
2.4. Генератор пилообразного напряжения
Тема
3. Источники вторичного питания
3.1. Выпрямители
3.1.1. Однофазный однополупериодный выпрямитель
3.1.2. Однофазный двухполупериодный выпрямитель
3.2. Сглаживающие фильтры
3.3. Стабилизаторы напряжения
3.4. Система электропитания ЭВМ
Часть 4
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОМПЬЮТЕРА СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ И КОДИРОВАНИЕ
Тема
1. Цифровые устройства на основе триггеров (комбинационные логические элементы с памятью)
1.1. Счетчики электрических импульсов
1.1.1. Асинхронный счетчик на суммирование
1.1.2. Асинхронный счетчик на вычитание
1.1.3. Счетчики в составе серий ИС
1.1.4. Реверсивный счетчик
1.2. Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета
1.3. Регистры
1.3.1. Параллельный регистр
1.3.2. Регистр сдвига (последовательный регистр)
1.3.3. Способ наращиваемости регистров
1.3.4. Функциональные узлы на базе регистров
Тема
2. Комбинационные логические схемы без памяти
2.1. Дешифратор/демультиплексор (DC/DMX)
2.2. Мультиплексор (МUХ)
2.3. Шифратор (СD)
2.4. Кодопреобразователи
2.5. Помехозащищенные коды
Тема
3. Арифметические устройства
3.1. Полусумматор и полный сумматор
3.2. Способы суммирования операндов
3.3. Выполнение операции вычитания на сумматорах
3.4. Выполнение операций умножения и деления на сумматорах
3.5. Компаратор
3.6. Специализированные арифметические операции
3.6.1. Защита информации по четности
3.6.2. Мажоритарный элемент
3.6.3. Арифметико-логическое устройство (ALU)
Тема
4. Память
4.1. Виды памяти
4.2. Типы постоянного запоминающего устройства
4.3. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)
4.3.1. Статическая ячейка памяти ОЗУ
4.3.2. Динамическая ячейка оперативной памяти
4.3.3. Архитектура ОЗУ
4.3.4. Четыре способа организации статического ОЗУ
4.4. Сверхоперативная память (регистровая)
Тема
5. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП)
5.1. Классификация ЦАП и АЦП по принципу действия
5.2. Принципы построения ЦАП
5.2.1. Преобразователь кода в напряжение с использованием делителя напряжения ПКН на матрице со взвешенными сопротивлениями
5.2.2. ЦАП с промежуточным преобразованием
5.3. Принципы построения АЦП
5.3.1. Параллельные АЦП
5.3.2. Последовательное АЦП с ЦАП в обратной связи
5.3.3. Двухтактный интегрирующий АЦП
Тема
6. Структура микропроцессора