Лекции / СТКУ_какие_то_лекции

УДК 621. 385

Галочкин В.А. «Схемотехника телекоммуникационных устройств». Учебное пособие (конспект лекций):

-часть 1 «Схемотехника аналоговых устройств»;

-часть 2 «Схемотехника цифровых устройств». Под редакцией д.т.н., профессора Елисеева С. Н.

-Самара: ФГОБУ ВПО ПГУТИ 2015г448с.

Рассматривается элементная база устройств полупроводнико-

вой электроники; излагаются принципы построения и схемотехника аналоговых и цифровых телекоммуникационных устройств. Предназначено для студентов (бакалавров и специалистов) дневной и заочной формы обучения направлений по направлениям подготовки 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 210400 «Радиотехника», 090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем», а также для инженерно-технических работников, изучающих электронику.

.

Рецензент: д.т.н., профессор Тяжев А.И.

ФГОБУ ВПО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

©Галочкин В.А. 2015

•ГалочкинВладимирАндреевич; доцент, заместитель заведующего кафедрой радиосвязи, радиовещания и телевидения; факультет телекоммуникаций и радиотехники Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики (ПГУТИ);

•Ученая степень, звание - к.т.н., с.н.с.; почетный радист.

•Область научных интересов: надежность радиоэлектронных устройств; электроника и схемотехника,наноэлектроника.

•автор и руководитель внедрен-

ныхразработок:

-поавтоматизации, дистанционномуконтролюи управлению сиспользованием каналов радиосвязи мощными КВ радиопередатчиками (радиоцентры г.Самары, Хабаровска,Москвы, московскойобласти); - по дистанционному контролю и управлению с использованием каналов радиосвязи энергообъектами предприятий по добыче и переработкенефтиСамарскогорегиона ОАО«Самаранефтегаз»; - по дистанционному телевизионному технологическому контролю и

наблюдению за объектами по переработке нефти предприятий ОАО Самаранефтегаз» (комплексы установлены на объектах нефтедобычи и нефтепереработки НГДУ «Кинельнефть», НГДУ «Первомайнефть», НГДУ«Жигулевскнефть» Самарскогорегиона);

•авторболее50опубликованныхнаучных работ.

Список сокращений и обозначений

АЛУ - арифметическо-логическое устройство АПХ –амплитудная передаточная характеристика АЧХ - амплитудно-частотная характеристика АХ - амплитудная характеристика АЦП – аналого-цифровой преобразователь АЭУ - аналоговое электронное устройство БИС –большая интегральная схема БМК - базовый матричный кристалл ВЧ - высокая частота ГСТ - генератор стабильного тока

ДМДП - динамическая логика на МДП-транзисторах ДТЛ – диодно – транзисторная логика ДУ - дифференциальный усилитель ДК - дифференциальный каскад ЗУ – запоминающее устройство

ЗУПВ - запоминающее устройство с произвольной выборкой ИИЛ или И2 Л – инжекторно – интегральная логика.

ИМС - интегральная микросхема ИП - источник питания ИС - интегральная схема

КМДП - логические элементы на комплементарных МДП - транзисторах КМОП - комплементарный полевый транзистор

КПД - коэффициент полезного действия ЛПД - лавинно-пролетный диод

МаБИС – матричная большая интегральная схема МБ – младший байт

МДП - структура «металл-диэллектрик-полупроводник» МИС – малая интегральная схема

МПЦОС – микропроцессор цифровой обработки сигналов НСТЛ - транзисторная логика с непосредственными связями

РПЗУ - постоянное запоминающее устройство перепрограммируемое (репрограммируемое), с возможностью многократного электрического перепрограммирования РТЛ – резисторно – транзисторная логика СБ – старший байт СБИС – сверхбольшая интегральная схема

СИС – средняя интегральная схема ССИС – сверхскоростная интегральная схема

ТЛИП - транзисторные логические элементы с инжекционным питанием ТТЛ – транзисторнотранзисторная логика

ТТЛШ - транзисторнотранзисторная логика с транзистором с диодом Шотки ТКН - температурный коэффициент напряжения

ТЯ – топологическая ячейка УПТ - усилитель постоянного тока УНЧ - усилитель низкой частоты УЭ - усилительный элемент ФВЧ – фильтр верхних частот ФНЧ – фильтр нижних частот

ФЧХ - фазочастотная характеристика ФНЧ – фильтр нижних частот ФЯ – функциональная ячейка

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь ЦОС – цифровая обработка сигналов ЦИС - цифровая интегральная схема

ЧX - частотная характеристика ША - шинами адреса ШД - шина данных

ШПУ - широкополосные усилители ЭЗУ – элементарное запоминающее устройство

ЭЗЭ - элементарный запоминающий элемент ЭСЛ – эмиттерно-связанная логика

ВВЕДЕНИЕ

Электроника является универсальным и исключительно эффективным средством при решении самых различных проблем в области сбора и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки 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. Функции устройств электроники становятся все более разнообразными.

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/1/.

Несмотря на доминирование цифровых электронных компонентов, процентная доля аналоговых устройств на рынке электроники составляет 20 … 25%. Это означает, что квалифицированные специалисты по аналоговой схемотехнике будут востребованы еще многие годы /2/.

Эффективное применение микросхем, особенно аналогового типа, невозможно без знания принципов их действия и основных параметров, а также теории электронных це-

пей/3/.

Появление соответствующего программного обеспечения, использование интерактивного (диалогового) режима позволили в настоящее время перейти к машинному проектированию радиосхем. При машинном проектировании можно более точно учесть процессы в электронных приборах, что, естественно, приводит к усложнению и эквивалентных схем и уравнений, их описывающих.

При таких расчетах электронный прибор представляется математической моделью, под которой понимается система уравнений, описывающая процессы в приборе.

Однако, использование компьютеров при расчетах не освобождает разработчика от анализа полученных материалов, которые могут быть успешными только в том случае, если инженер хорошо понимает физическую сущность процессов, происходящих в разрабатываемой схеме, и осознает технические ограничения ее реализации /4/.

Небольшое замечание по вопросу изучения аналоговых и цифровых устройств.

Американские специалисты считают, что, для выпускников вузов, решивших специализироваться в области аналоговой техники, необходим срок 5 – 10 лет, в то время как для аналогичного уровня освоения цифровой техники достаточно одного года.

Выход один – молодым инженерам следует (кроме вузовского курса) осваивать современную схемотехнику самостоятельно, используя советы специалистов и (прежде всего) книги/2/.

В соответствии с требованиями федеральных государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования (ФГОС ВПО), например, по направлениям подготовки 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 210400 «Радиотехника» выпускник с квалификацией (степенью) «бакалавр» или по направлению подготовки 090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» выпускник с квалификацией «специалист»:

должен знать:

основы схемотехники и элементную базу аналоговых и цифровых электронных устройств систем телекоммуникаций;

должен обладать следующими компетенциями (общеобразовательными - ОК и профессиональными – ПК):

-иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией;

-владеть методами решения задач анализа и расчета характеристик электрических цепей,

-выполнять расчет и проектирование деталей, узлов и устройств радиотехнических систем;

должен уметь:

-применять компьютерные системы и пакеты прикладных программ для проектирования и исследования радиотехнических устройств;

Всоответствии с требованиями ФГОС ВПО по указанным выше направлениям подготовки в данной работе рассмотрена элементная база устройств полупроводниковой электроники; излагаются принципы построения и схемотехника аналоговых и цифровых телекоммуникационных устройств.

Предлагаемая работа базируется (помимо указанной ниже литературы) на таких прекрасно написанных книгах как «Усилительные устройства» Г.С Цыкина и «Основы цифровой электроники» Р.Токхейма.

По всем теоретическим разделам (аналоговым и цифровым) предлагается обширный практикум в виде лабораторных работ /5/ и /8/. Лекции адаптированы для студентов дневной и заочной формы обучения (бакалавров и специалистов), а также для инженерно-технических работников, изучающих электронику.

Лекция 1

Тема: основные технические характеристики и показатели аналоговых электронных устройств

Оценка (количественная) АЭУ производится по его техническим показателям: усиление, искажения, точность преобразования, по уровням Uвх и Uвых , и т. д. Эти показатели позволяют оценить возможность использования АЭУ для тех или иных целей. Большинство параметров АЭУ совпадает с параметрами усилителей, т. к. основная масса АЭУ построена на их основе

1.1. Стандартизация. Унификация

Для устройств широкого применения показатели и методы их определения указаны в Государственных или Отраслевых стандартах (ГОСТ, ОСТ). Например, ГОСТ 23850-85

— “Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Методы измерения акустических параметров”. Стандартизация тесно связана с унификацией (уменьшение числа типов), объектом которой могут быть как устройства, так и узлы. К унифицированным узлам аналоговых устройств, выпускаемым в массовом количестве, относятся интегральные микросхемы операционных усилителей, стабилизаторов, перемножителей, компараторов и т. д., а также специализированные микросхемы для радиоприемных устройств, телевизионных устройств и т. д. Стандартизация и унификация позволяют упростить разработку, удешевить производство, упростить ремонт техники.