Основы электроники учебник – Основы электроники. Курс лекций: Учебно-методическое пособие. Скачать бесплатно онлайн в электронном виде

Основы электроники Курс лекций

Е.С.
Шаньгин

УГАТУ
2008

УДК

ББК

Ш21

Шаньгин
Е.С.

Ш21
Основы электроники: Учеб. пособие. –
Уфа, изд-во УГАТУ, 2007, – 168 с.

Рассмотрены
основные полупроводниковые приборы и
наиболее широко используемые устройства
как аналоговой, так и цифровой электроники.
Описаниям характеристик и параметров
приборов предшествуют необходимые
сведения по физическим явлениям,
используемым в работе приборов.

Учебное
пособие предназначено для студентов
второго курса специальности
552800- Информатика
и вычислительная техника (подготовка
дипломированного бакалавра техники и
технологии).

ISBN

ББК

СОДЕРЖАНИЕ

1.
Введение …………………………………………………………………

7

2.
Элементы электронных схем.…………………………………………..

17

3.
Биполярные транзисторы……………………………………………….

30

4.
Полевые транзисторы …………………………………………………..

37

5.
Тиристоры ……………………………………………………………….

41

6.
Оптоэлектронные приборы……………………………………………..

46

7.
Операционные усилители ……………………………………………..

56

8.
Интегральные микросхемы …………………………………………….

61

9.
Аналоговые электронные устройства
…………………………………

64

10.
Линейные схемы на основе операционных
усилителей ……………

79

11.
Усилители постоянного тока
…………………………………………

89

12.
Электронные фильтры ………………………………………………..

100

13.
Генераторы гармонических колебаний
……………………………..

109

14.
Вторичные источники питания
………………………………………

113

15.
Цифровая и импульсная электроника
………………………………..

121

16.
Комбинационные цифровые устройства
…………………………….

133

17.
Цифровые запоминающие устройства
………………………………

147

18.
Устройства для формирования и
аналого-цифрового

преобразования
сигналов …………………………………………….

151

Литература
…………………………………………………………………

170

1. Введение

Электроника
является универсальным и эффективным
средством для решения самых различных
проблем в области сбора и обработки
информации, автоматического управления
и преобразования энергии. Знания в
области электроники становятся
необходимыми все более широкому кругу
специалистов.

Сфера применения
электроники постоянно расширяется.
Практически каждая достаточно сложная
техническая система оснащается
электронными устройствами. Трудно
назвать технологический процесс,
управление которого осуществлялось бы
без использования электроники. Функции
устройств электроники становятся все
более разнообразными.

Обратимся к
идеализированной системе управления
некоторым объектом (рис. 1.1).

Рис.1.1.
Структурная схема системы управления

Электрические
сигналы, содержащие информацию о
контролируемых величинах, вырабатываются
соответствующими датчиками. Эти сигналы
фильтруются, усиливаются и преобразуются
в цифровую форму с помощью аналого-цифровых
преобразователей (АЦП). Затем они
обрабатываются микропроцессором,
который может взаимодействовать с ЭВМ.
Формируемые микропроцессором сигналы
управления преобразуются в аналоговую
форму с помощью цифро-аналоговых
преобразователей (ЦАП), усиливаются и
подаются на силовые электронные
устройства, управляющие исполнительными
устройствами, непосредственно
воздействующими на объект.

Рассмотренная
система содержит электронные устройства,
работающие с аналоговыми сигналами
(фильтры, усилители, силовые электронные
устройства), цифровыми сигналами
(микропроцессор, ЭВМ), а также устройства,
осуществляющие преобразование сигналов
из аналоговой формы в цифровую и обратно.
Характеристики электронных устройств
определяются прежде всего характеристиками
составляющих их элементов.

Роль электроники
в настоящее время существенно возрастает
в связи с применением микропроцессорной
техники для обработки информационных
сигналов и силовых полупроводниковых
приборов для преобразования электрической
энергии.

В сороковых
годах ХХ века масса электронного
оборудования тяжелых самолетов
приближалась к 1000 кг (без учета
энергетического оборудования, необходимого
для электропитания аппаратуры). Так,
например, электронная аппаратура одной
только системы вооружения на самолетах
американской фирмы «Боинг» за десятилетие
с 1949 по 1959 г. усложнилась в 50 раз. На
самолетах выпуска 1959 года электронная
схема этой системы содержала уже 100 000
элементов.

Основным
показателем совершенства электронной
аппаратуры является плотность упаковки,
т. е. количество элементов схемы в 1 см3
действующего устройства. Если, например,
основным элементом электронного
устройства являются лампы, то можно
достигнуть плотности 0,3 эл/см3.
С учетом этого для размещения современной
ЭВМ потребуется объем в несколько тысяч
кубических метров. Кроме того, нужна
мощная энергетическая установка для
питания такой машины.

Создание
в конце 40-х годов ХХ века полупроводниковых
элементов (диодов и транзисторов) привело
к появлению нового принципа конструирования
электронной аппаратуры – модульного.
Основой при этом является элементарная
ячейка-модуль, стандартный по размерам,
способу сборки и монтажу. При этом
плотность упаковки возросла до 2,5 эл/см3.

Дальнейшее
совершенствование полупроводниковых
приборов, резисторов, конденсаторов и
других элементов, уменьшение их размеров
привели к созданию микромодулей.
Плотность упаковки при этом превышала
10 эл/см3.
Микромодули завершили десятилетнюю
эпоху транзисторной электроники и
привели к возникновению интегральной
электроники или микроэлектроники.

В
схемотехническом отношении интегральная
электроника часто не отличается от
транзисторной, так как в интегральной
схеме можно выделить все элементы
принципиальной схемы устройства, но
размеры этих элементов очень малы
(примерно 0,5–1 мкм). Технология изготовления
интегральных схем позволила резко
повысить плотность упаковки, доведя ее
до тысяч элементов в 1 см3.

С
практической точки зрения электроника
занимается созданием электронных
приборов и устройств, в которых
взаимодействие электронов с
электромагнитными полями используется
для передачи, обработки и хранения
информации. Наиболее характерные виды
таких преобразований – генерирование,
усиление, передача и прием электромагнитных
колебаний с частотой до 1012Гц,
а также инфракрасного, видимого,
ультрафиолетового и рентгеновского
излучений (1012–1020Гц).
Преобразование до столь высоких частот
возможно благодаря исключительно малой
инерционности электрона – наименьшей
из ныне известных заряженных частиц.

В
электронике исследуются взаимодействия
электронов как с макрополями в рабочем
пространстве электронного прибора, так
и с микрополями внутри атома, молекулы
или кристаллической решетки.

Электроника опирается на многие разделы
физики – электродинамику, классическую
и квантовую механику, физику твердого
тела, оптику, термодинамику, а также на
химию, металлургию, кристаллографию и
другие науки. Используя результаты этих
и ряда других областей знаний, электроника,
с одной стороны, ставит перед другими
науками новые задачи, чем стимулирует
их дальнейшее развитие, с другой –
создает новые электронные приборы и
устройства и тем самым вооружает науки
качественно новыми средствами и методами
исследования.

Практические задачи электроники:

  • разработка
    электронных приборов и устройств,
    выполняющих различные функции в системах
    преобразования и передачи информации
    в системах управления, в вычислительной
    технике, а также в энергетических
    устройствах;

  • разработка
    научных основ технологии производства
    электронных приборов и технологии,
    использующей электронные и ионные
    процессы и приборы для различных
    областей науки и техники.

Электроника играет ведущую роль в
научно-технической революции. Внедрение
электронных приборов в различные сферы
человеческой деятельности в значительной
мере (зачастую решающей) способствует
успешной разработке сложнейших
научно-технических проблем, повышению
производительности физического и
умственного труда, улучшению экономических
и экологических показателей производства.
На основе достижений электроники
развивается промышленность, выпускающая
электронную аппаратуру для различных
видов связи, автоматики, телевидения,
радиолокации, вычислительной техники,
систем управления технологическими
процессами, приборостроения, а также
аппаратуру светотехники, инфракрасной
техники, рентгенотехники и др.

studfiles.net

Учебники по общей электротехнике


Задачник по теории линейных электрических цепей


Автор:
Шебес М.Р., Каблукова М.В.


Размер:
7,54 мб


Формат:
djvu


18563


Теоретические основы электротехники


Автор:
Бессонов Л.А.


Размер:
7,5 мб


Формат:
djvu


77703


Теоретические основы электротехники. 4-е изд. Том 1


Автор:
Демирчян К.С., Нейман Л.Р.


Размер:
3,88 мб


Формат:
pdf


31676


Теоретические основы электротехники. 4-е изд. Том 2


Автор:
Демирчян К.С., Нейман Л.Р.


Размер:
3,46 мб


Формат:
pdf


18116


Теоретические основы электротехники. 4-е изд. Том 3


Автор:
Демирчян К.С., Нейман Л.Р.


Размер:
3,10 мб


Формат:
pdf


21282


Учебное пособие по курсу электротехники и электроники


Автор:
Цуркин А.П., Мосолов Д.Н.


Размер:
2,81 мб


Формат:
doc


28792


Электротехника


Автор:
Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н.


Размер:
2,91 мб


Формат:
djvu


24938


Электротехника. Основные положения, примеры и задачи


Автор:
Иванов И.И., Лукин А.Ф., Г.И. Соловьев


Размер:
3 мб


Формат:
djvu


15561


Электротехника


Автор:
Касаткин А.С., Немцов М.В.


Размер:
20,9 мб


Формат:
djvu


11044



Электротехника


Автор:
Частоедов Л.А.


Размер:
3,5 мб


Формат:
djvu


7876

www.for-stydents.ru

Электроника: учебник для вузов — 15 Марта 2014

Содержание:

Предисловие
Введение
Раздел 1. Полупроводниковые приборы
Глава 1. Физика полупроводников
   1.1. Равновесная концентрация свободных носителей заряда
   1.2. Неравновесные носители заряда
   1.3. Электропроводность полупроводников
   1.4. Законы движения носителей заряда в полупроводниках
Глава 2. Контактные явления в полупроводниках. Электрические переходы
   2.1. Основные определения. Классификация электрических переходов
   2.2. Физические процессы в электронно-дырочных переходах
   2.3. Вольт-амперная характеристика p-n-перехода
   2.4. Электрическая модель p-n-перехода
   2.5. Переходные процессы в р-n-переходе
   2.6. Контакты металл-полупроводник
   2.7. Гетеропереходы
Глава 3. Полупроводниковые диоды
   3.1. Общие сведения и классификация диодов
   3.2. Выпрямительные диоды
   3.3. Импульсные диоды
   3.4. Стабилитроны
   3.5. Варикапы
   3.6. Туннельные диоды
   3.7. Лавинно-пролетные диоды
   3.8. Диоды Ганна
Глава 4. Биполярные транзисторы
   4.1. Общие вопросы. Устройство, режимы работы транзисторов
   4.2. Физические процессы в нормальном активном режиме. Коэффициенты передачи тока
   4.3. Модель Эберса-Молла. Статические характеристики биполярных
   4.4. Биполярный транзистор как линейный четырехполюсник. Параметры транзистора
   4.5. Эквивалентные схемы
   4.6. Переходные и частотные характеристики биполярного
   4.7. Импульсный режим работы. Транзисторный ключ
   4.8. Разновидности биполярных транзисторов
Глава 5. Тиристоры
   5.1. Общие сведения. Устройство. Режимы работы
   5.2. Основные физические процессы. Принцип действия
   5.3. Переходные процессы и импульсные свойства
   5.4. Разновидности тиристоров. Параметры и модели
Глава 6. Полевые транзисторы
   6.1. Общие сведения
   6.2. Формирование канала в МДП-транзисторах
   6.3. Общие принципы управлеция проводимостью канала в полевых транзисторах. Статические вольт-амперные характеристики
   6.4. Моделирование полевых транзисторов
   6.5. Полевой транзистор как линейный четырехполюсник. Параметры транзисторов. Эквивалентные схемы
   6.6. Частотные и импульсные свойства полевых транзисторов
   6.7. Разновидности полевых транзисторов. Силовые комбинированные транзисторы
Раздел 2. Интегральные схемы
Глава 7. Активные и пассивные элементы интегральных схем
   7.1. Общие сведения. Термины и определения
   7.2. Электрическая изоляция элементов полупроводниковых ИС
   7.3. Особенности биполярных транзисторов ИС
   7.4. Транзисторы ИС типа р-n-р
   7.5. Интегральные диоды
   7.6. Полевые транзисторы ИС
   7. 7. Пассивные элементы ИС
Глава8. Аналоговые интегральные схемы
   8.1. Общие сведения. Термины и определения
   8.2. Источники стабильного тока, напряжения и опорного напряжения
   8.3. Дифференциальные усилители
   8.4. Операционные усилители
Глава 9. Цифровые интегральные схемы
   9.1. Особенности цифровых интегральных схем
   9.2. Элементарные (базовые) цифровые схемы на биполярных транзисторах
   9.3. Простейшие инверторные (ключевые) схемы на МДП-транзисторах
   9.4. Бистабильные схемы и триггеры
   9.5. Логические элементы на биполярных транзисторах
   9.6. Логические элементы на полевых транзисторах
   9. 7. Элементы полупроводниковых запоминающих устройств
Глава 10. Наноэлектроника и функциональная электроника
   10.1. Общие положения. Возможности наноэлектроники и функциональной электроники
   10.2. Особенности наноэлектронных приборов
   10.3. Приборы с зарядовой связью
   10.4. Элементы акустоэлектроники
   10.5. Элементы СБИС на цилиндрических магнитных доменах
Раздел 3. Электровакуумные приборы с электростатическим и динамическим управлением
Глава 11. Электровакуумные приборы с электростатическим управлением
   11.1. Общие сведения
   11.2. Основы эмиссионной электроники
   11.3. Электронно-управляемые лампы
   11.4. Мощные генераторные и модуляторные лампы
   11.5. Эквивалентные схемы электронных ламп
   11.6. Вакуумные интегральные схемы
Глава 12. Электронно-лучевые приборы
   12.1. Классификация, устройство и принцип действия электронно-лучевых приборов
   12.2. Электронный прожектор с электростатической фокусировкой
   12.3. Электронный прожектор с магнитной фокусировкой
   12.4. Отклоняющие системы
   12.5. Экраны электронно-лучевых трубок
   12.6. Особенности электронно-лучевых приборов различного назначения
Глава 13. Электровакуумные приборы СВЧ с динамическим управлением и продольным взаимодействием — приборы типа О
   13.1. Общие сведения
   13.2. Клистроны
   13.3. Лампы бегущей волны. Устройство ЛБВО. Замедляющие системы
   13.4. Физические процессы в ЛБВО
   13.5. Параметры и характеристики ЛБВО
   13.6. Лампы обратной волны типа О
Глава 14. Электронные приборы СВЧ с динамическим управлением и скрещенными полями — приборы типа М
   14.1. Общие сведения
   14.2. Магнетроны. Движение электронов в скрещенных полях
   14.3. Колебательная система магнетрона
   14.4. Характеристики и параметры магнетронов
   14.5. Приборы магнетронного типа
Раздел 4. Приборы отображения информации. Оптоэлектронные приборы
Глава 15. Газоразрядные приборы и индикаторы
   15.1. Общие сведения
   15.2. Элементарные процессы в газовых разрядах
   15.3. Приборы тлеющего разряда. Плазменные панели
   15.4. Приборы дугового разряда
   15.5. Электровакуумные и Электролюминесцентные индикаторы
   15.6. Пассивные индикаторы. Жидкокристаллические индикаторы
   15.7. Сравнение индикаторов различного типа
Глава 16. Оптоэлектронные приборы
   16.1. Общие сведения
   16.2. Оптические явления в полупроводниках
   16.3. Светодиоды
   16.4. Полупроводниковые фотоприемники
   16.5. Оптопары
   16.6. Солнечные преобразователи
   16. 7. Электровакуумные фотоприемники
Раздел 5. Приборы квантовой электроники
Глава 17. Основы квантового усиления
   17.1. Индуцированные и спонтанные переходы
   17.2. Усиление в квантовых системах
   17.3. Основные элементы устройства квантовых генераторов
   17.4. Условия баланса мощности и фаз в лазерах (оптических квантовых генераторах)
   17.5. Спектр и характеристики излучения квантовых генераторов
Глава 18. Квантовые приборы СВЧ-диапазона (мазеры)
   18.1. Активное вещество твердотельных мазеров. Парамагнитные уровни энергии
   18.2. Квантовые парамагнитные усилители
   18.3. Охлаждение мазеров и их параметры
   18.4. Квантовые генераторы СВЧ-диапазона
Глава 19. Газовые лазеры
   19.1. Общие сведения
   19.2. Процессы создания инверсии населенностей в газовых лазерах
   19.3. Атомарные газовые лазеры. Гелий-неоновый лазер
   19.4. Ионные лазеры
   19.5. Молекулярные газовые лазеры
   19.6. Разновидности газовых лазеров
Глава20. Твердотельные и жидкостные лазеры
   20.1. Особенности активных сред
   20.2. Системы накачки
   20.3. Рубиновый лазер
   20.4. Лазеры на средах, активированных неодимом
   20.5. Жидкостные лазеры
   20.6. Режимы работы и основные характеристики твердотельных лазеров
Глава 21. Полупроводниковые инжекционные лазеры
   21.1. Полупроводниковые материалы, используемые в источниках излучения
   21.2. Инжекционные полупроводниковые лазеры на основе гомопереходов
   21.3. Инжекционные лазеры на основе гетеропереходов
   21.4. Разновидности полупроводниковых лазеров
Раздел 6. Вопросы применения и эксплуатации электронных приборов
Глава 22. Шумы электронных приборов
   22.1. Общие сведения
   22.2. Источники шумов
   22.3. Методы описания шумов
   22.4. Шумы электронных приборов различного типа
Глава 23. Эксплуатационные условия работы, режимы и надежность электронных приборов
   23.1. Эксплуатационные условия, параметры и режимы работы электронных приборов
   23.2. Радиационная стойкость электронных приборов
   23.3. Надежность электронных приборов
Приложение 1. Основные параметры Si, GaAs и Ge
Приложение 2. Основные уравнения, используемые для анализа работы электронных приборов
Литература
Список основных использованных обозначений

radiosit.ru