Федеральное агентство по образованию

________________

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ»

_____________________________________________________________

А. А. ПОГОДИН

Электроника

Учебное пособие

Санкт-Петербург

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2009

УДК 621.375

ББК 3 844:846:847

П 43

Погодин А. А.

П 43 Электроника: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2009. 96 с.

ISBN 5-7629-0970-0

Рассмотрены основные аналоговые электронные схемы: фильтры, линии задержки, усилители, электронные ключи, компараторы, генераторы. Основное внимание уделено схемам на операционных усилителях. Порядок изложения соответствует модульному принципу построения электронных устройств.

Предназначено для студентов дневного и вечернего отделений, обучающихся по программам подготовки бакалавров по направлениям 220200 «Автоматизация и управление» и 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии».

УДК 621.375

ББК 3 844:846:847

Рецензенты: кафедра морских информационных технологий РГГМУ; доц. И. Р. Рябухов (Торгово-экономический институт).

Утверждено

редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

ISBN 5-7629-0970-0 © СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2009

1. Основные понятия электроники

1.1. Электронная цепь (схема)

Исторически первыми применениями электричества на пользу человека были преобразования электроэнергии в световую (электрическое освещение) и в механическую (электродвигатели), использовалось также электрохимическое действие тока (электролиз). Для передачи информации электрический ток стал применяться несколько позже; вместе с тем, электрическая и тесно связанная с ней радиосвязь оказались намного эффективнее известных с давних времен звуковой и световой связи.

Электрический ток и связанное с ним (законом Ома) напряжение являются как носителями энергии, так и одновременно носителями информации. Однако в одних случаях главным параметром является энергетический (мощность тока и т. д.), в других – информационный (амплитуда, форма, частота, фаза электрического сигнала).

Источником информации может служить любой датчик, преобразующий неэлектрическую величину в электрический ток. Например, микрофон преобразует в электрический сигнал звук (звуковое давление), передающая телевизионная камера – свет (яркость), термопара – температуру, приемная антенна – напряженность электромагнитного поля, вращающийся трансформатор – угол поворота и т. д. Обратный процесс происходит во многих получателях информации, таких как динамик, телевизионный приемник, передающая антенна, сельсин-приемник, контакты реле и др. В ряде случаев получатель информации, на первый взгляд, сам является чисто электрическим устройством, например ЭВМ, однако при работе с дисплеем оператор получает с экрана уже не электрические сигналы, а оптические, полученные путем преобразования электрических.

Подавляющее большинство датчиков формирует электрические сигналы малой мощности. Многие получатели информации также выполняют свои функции при подаче на них токов и напряжений с небольшой энергией. Вместе с тем, для освещения, создания механического движения, электролиза требуются мощные токи, высокие напряжения. По силе используемого тока электрические схемы делятся на слаботочные и сильноточные: слаботочная схемотехника применяется, как правило, для передачи информации.

Сигналы, формируемые датчиками, обычно столь малы, что требуется их усиление, а зачастую – и фильтрация различных помех и шумов. В процессе передачи сигналов от датчиков к получателям обычно производится и их более сложная обработка – кодирование, запись в ячейки памяти, сравнение с эталонными сигналами и т. д. Все перечисленные функции выполняют электрические схемы, в большинстве случаев содержащие активные элементы, которые преобразуют энергию источника питания в энергию полезного сигнала. К активным элементам можно отнести, например, все типы транзисторов, интегральные микросхемы (ИМС); в более ранний период развития схемотехники основными активными элементами были электронные лампы. Наличие в схемах активных элементов является ещё одним отличительным признаком, объединяющим группу электронных схем.

Итак, электрические схемы малой мощности, содержащие активные элементы и предназначенные для передачи информации, образуют группу электронных схем. Границы этой группы размыты, так как, например, дифференцирующая пассивная цепь или резистивный делитель не содержат активных элементов, но часто являются необходимыми составляющими сложной электрической схемы, обеспечивающей обработку информации. С другой стороны, радиопередатчик формирует сигналы большой мощности, хотя тоже относится к электронным устройствам.

Раздел электротехники, посвященный синтезу и анализу электронных схем, принято называть электроникой (гораздо реже – слаботочной электротехникой). Название, происходящее от слова «электрон», является не совсем удачным, но общепринятым и устоявшимся (история названия восходит к ламповой схемотехнике, где электроны двигаются в вакууме, в отличие от проводников, где они движутся между узлами кристаллической решетки).

Электроника подразделяется на две большие части – аналоговую и цифровую. Основой классификации является вид представления информации. Если информационный сигнал может иметь два (очень редко три) фиксированных уровня, то электроника называется цифровой (реже дискретной), а электронные схемы – цифровыми. Название «цифровая» связано с тем, что двухуровневое представление информации хорошо описывается алгеброй двоичных чисел. К цифровым электронным устройствам относится подавляющее большинство ЭВМ. Аналоговое представление информации предполагает, что электрические сигналы могут иметь множество уровней. К аналоговым устройствам относятся усилители, генераторы, фильтры, существуют и аналоговые вычислительные машины (АВМ). Название «аналоговая» связано с тем, что контролируемые датчиками неэлектрические величины являются многоуровневыми и электрические сигналы представляют как бы их аналоги.

Электронная схема может быть целиком аналоговой или цифровой, а может содержать обе указанные части, соединяющиеся аналого-цифровым или цифроаналоговым преобразователем (АЦП или ЦАП). Иногда роль АЦП может исполнять датчик сигнала (порогового типа).