Учебное пособие для массового читателя - настольная книга радиолюбителя с широким охватом темы. Книга структурирована и по приложениям, и по реализациям аналоговой электроники. Отдельные главы посвящены медицинской аппаратуре, Hi-Fi, источникам питания, радиосвязи. При этом нашлось место для доходчивого изложения спектрального анализа, обратных связей, квантования, синтеза фильтров.
Год: 2005
Страниц: 362
Формат: djvu
Размер: 7.34 Мб
Качество: хорошее
Содержание
Предисловие...................................................................................................................14
ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ. ВВЕДЕНИЕ........................................... 15
1.1. Понятия аналоговой и цифровой электроники................................................. 15
1.2. Hi-fi и музыкальные усилители........................................................................... 16
1.3. Видеокамеры и дисплеи........................................................................................ 17
1.4. Мультимедиа.......................................................................................................... 18
1.5. Медицинская аппаратура...................................................................................... 18
1.6. Промышленная электроника................................................................................ 19
1.7. Телекоммуникации................................................................................................20
1.8. Микросхемы со смешанным сигналом...............................................................20
1.9. Источники питания...............................................................................................21
1.10. Обработка сигналов.............................................................................................22
1.11. Значение аналоговой электроники....................................................................23
ГЛАВА 2. СИГНАЛЫ. ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ....................................................24
2.1. Сигналы и системы. Введение.............................................................................24
2.2. Системы..................................................................................................................25
2.2.1. Типы систем ..................................................................................................................25
2.2.2. Линейные системы........................................................................................................25
2.2.3. Наложение .....................................................................................................................26
2.2.4. Эквивалентные схемы Тевенина и Нортона..............................................................27
2.2.5. Нелинейные системы ...................................................................................................30
2.2.6. Эквивалентные схемы для малых сигналов...............................................................30
2.3. Сигналы..................................................................................................................31
2.3.1. Типы сигналов...............................................................................................................31
2.3.2. Синусоидальные сигналы ............................................................................................32
2.3.3. Векторное представление.............................................................................................34
2.3.4. Сложение синусоид ..................................... .................................................................36
2.4. Простые RLC-цепи...............................................................................................36
2.4.1. Основные линейные пассивные компоненты...................... ......................................36
2.4.2. Синусоидальное напряжение на резисторе, конденсаторе и индуктивности........38
2.4.3. Простая RC-цепь...........................................................................................................39
2.4.4. Простая RL-цепь...........................................................................................................41
2.5. Децибелы и графики Боде....................................................................................43
2.5.1. Децибелы........................................................................................................................43
2.5.2. Графики Боде................................................................................................................45
2.6. Переходные характеристики ................................................................................50
2.6.1. Переходные характеристики простой RC-схемы......................................................50
2.6.2. Прямоугольный сигнал в RC-схеме ...........................................................................53
2.6.3. Переходные характеристики простой RL-схемы..................... ..................................55
2.6.4. Выводы...........................................................................................................................58
2.7. Форма сигнала и спектральный анализ..............................................................58
2.7.1. Ряды Фурье....................................................................................................................58
2.7.2. Преобразования Фурье.................................................................................................59
2.7.3. Статистические параметры сигнала........................... .................................................63
2.8. Помехи и шумы.....................................................................................................65
2.8.1. Типы шумов...................................................................................................................66
2.8.2. Отношение сигнал-шум. Шум-фактор. Шумовая температура..............................68
2.8.3. Взаимодействие сигнала и шума.................................................................................69
ГЛАВА 3. УСИЛИТЕЛИ. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ..........................................................73
3.1. Коэффициент усиления и децибелы...................................................................73
3.2. Частотная характеристика усилителя..................................................................75
3.3. Входной и выходной импеданс............................................................................76
3.4. Операционный усилитель.....................................................................................76
3.5. Отрицательная обратная связь. Повторитель напряжения...............................77
3.5.1. Входной импеданс.........................................................................................................78
3.5.2. Выходной импеданс......................................................................................................79
3.6. Неинвертирующий усилитель..............................................................................80
3.6.1. GB параметр..................................................................................................................82
3.6.2. Входной импеданс.........................................................................................................82
3.6.3. Выходной импеданс......................................................................................................82
3.7. Отрицательная и положительная обратная связь...............................................83
3.8. Инвертирующий усилитель..................................................................................84
3.8.1. Входной импеданс.........................................................................................................85
3.8.2. Выходной импеданс......................................................................................................86
3.9. Смешения...............................................................................................................86
3.10. Шумы в усилителях.............................................................................................89
3.10.1. Шум-фактор.................................................................................................................90
3.10.2. Спектральная плотность мощности..........................................................................92
3.10.3. Сопротивление эквивалентного входного шума.....................................................93
ГЛАВА 4. ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ ОПЕРАЦИОННЫМИ УСИЛИТЕЛЯМИ.....94
4.1. Введение.................................................................................................................94
4.2. Измерительные усилители....................................................................................94
4.3. Суммирующий усилитель-инвертор....................................................................95
4.4. Неинвертирующий суммирующий усилитель....................................................97
4.5. Интеграторы...........................................................................................................98
4.5.1. Переходная характеристика.........................................................................................99
4.5.2. Частотная характеристика............................................................................................99
4.6. Усилитель заряда................................................................................................. 100
4.7. Прецизионные выпрямители............................................................................. 102
ГЛАВА 5. ДИОДНЫЕ И ТРАНЗИСТОРНЫЕ СХЕМЫ........................................ 104
5.1. Полупроводниковые диоды................................................................................ 104
5.2. Характеристики диода......................................................................................... 106
5.3. Биполярные транзисторы (BJT)......................................................................... 107
5.4. Параметры биполярных транзисторов. Усилители.......................................... 109
5.4.1. Схема усилителя на биполярном транзисторе.........................................................109
5.4.2. Нелинейная модель я/?я-транзистора........................................................................110
5.4.3. Взаимная проводимость^......................................................................................... 111
5.4.4. Линейная модель прп-транзистора............................................................................ 111
5.4.5. Стабилизирующие схемы........................................................................................... 113
5.4.6. Шум в биполярных транзисторах ............................................................................. 115
5.5. Полевые транзисторы (FET).............................................................................. 116
5.5.1. Полевой транзистор с управляющим рп-переходом (JFET)..................................117
5.5.2. Транзистор с изолированным затвором (IGFET)................................................... 119
5.5.3. КМОП .......................................................................................................................... 120
ГЛАВА 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ................ 122
6.1. Структура операционного усилителя................................................................ 122
6.2. Входной каскад с дифференциальным входом ................................................ 122
6.3. Второй каскад и выходной каскад..................................................................... 124
6.3.1. Двухтактный выходной каскад.................................................................................. 125
6.4. Источник постоянного тока............................................................................... 125
6.4.1. Ограничение пульсаций и температурная компенсация........................................ 126
6.4.2. Выходное сопротивление........................................................................................... 129
6.5. Коэффициент ослабления синфазного сигнала (CMRR)............................... 130
6.6. Частотная характеристика.................................................................................. 132
6.7. Скорость нарастания выходного напряжения операционного усилителя .... 135
6.8. Микросхемы операционных усилителей.......................................................... 136
6.9. Радиочастотные операционные усилители....................................................... 136
6.9.1. Операционные усилители с обратной связью по напряжению............................. 137
6.9.2. Операционные усилители с обратной связью по току........................................... 137
6.9.3. Преимущества операционных усилителей с обратной связью по току................ 139
6.10. Видеоусилители.................................................................................................. 140
ГЛАВА 7. АНАЛОГОВО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРОАНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ....... 142
7.1. Введение............................................................................................................... 142
7.2. Квантование......................................................................................................... 142
7.3. Выборка................................................................................................................ 143
7.4. Аналогово-цифровое преобразование............................................................... 146
7.4.1. Аналоговые компараторы........................................................................................... 146
7.4.2. Триггер Шмидта.......................................................................................................... 147
7.4.3. Цифровые коды, применяемые в АЦП и ЦАП....................................................... 149
7.5. Аналогово-цифровые преобразователи (АЦП)................................................. 150
7.5.1. Параллельный АЦП.................................................................................................... 150
7.5.2. АЦП с цифроаналоговым преобразованием............................................................ 150
7.5.3. Интегрирующие АЦП................................................................................................. 153
7.5.4. АЦП с запасом по частоте.........................................................................................154
7.6. Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)...................................................... 156
7.6.1. ЦАП с дополнительными резисторами.................................................................... 156
7.6.2. ЦАП преобразователь частота-напряжение............................................................. 160
7.7. Погрешности АЦП и ЦАП................................................................................. 161
ГЛАВА 8. АУДИОУСИЛИТЕЛИ............................................................................... 163
8.1. Требования........................................................................................................... 163
8.2. Общие нелинейные искажения (THD) и анализ Фурье................................. 164
8.3. Архитектура усилителя мощности..................................................................... 165
8.3.1. Принципиальная схема .............................................................................................. 167
8.4. Выходные каскады: двойной эмиттерный повторитель.................................. 168
8.4.1. Диодное смещение...................................................................................................... 168
8.4.2. Множитель напряжения смещения........................................................................... 169
8.5. Выходные каскады на составных транзисторах («супер-/?» пары)................. 174
8.5.1. Пара Дарлингтона....................................................................................................... 176
8.5.2. Пара Зиклаи.................................................................................................................176
8.6. Выходные каскады на полевых транзисторах................................................... 179
ГЛАВА 9. ТЕХНИКА РАДИОСВЯЗИ....................................................................... 180
9.1. Системы радиосвязи............................................................................................ 180
9.1.1. Модуляция и демодуляция......................................................................................... 180
9.2. Регулируемые радиочастотные усилители........................................................ 181
9.2.1. Усилители передатчика радиоволн........................................................................... 182
9.3. Амплитудная модуляция и демодуляция .......................................................... 183
9.3.1. Полная амплитудная модуляция............................................................................... 183
9.3.2. Схемы полной амплитудной модуляции.................................................................. 184
9.3.3. Спектр амплитудно-модулированного сигнала....................................................... 186
9.3.4. Полная амплитудная демодуляция. Детектор огибающей..................................... 188
9.3.5. Амплитудная модуляция с двумя боковыми полосами частот
и подавленной несущей (DSBSC)....................................................................................... 188
9.3.6. Амплитудная модуляция с одной боковой полосой (SSB)..................................... 191
9.3.7. Модуляция с частично подавленной боковой полосой.......................................... 193
9.4. Частотная модуляция (FM) и демодуляция...................................................... 194
9.4.1. Генератор с варакторной настройкой....................................................................... 195
9.4.2. Спектр FM-сигнала....................................................................................................196
9.4.3. Правило Карсона........................................................................................................ 197
9.4.4. Расчет полосы пропускания FM............................................................................... 197
9.4.5. Модуляция сложного сигнала................................................................................... 198
9.4.6. Демодуляция FM-сигнала. Частотный детектор..................................................... 198
9.5. Схемы цифровой модуляции..............................................................................200
9.5.1. Амплитудная манипуляция (ASK, АМн)..................................................................200
9.5.2. Частотная манипуляция (FSK, АМн).......................................................................200
9.5.3. Фазовая манипуляция (PSK).....................................................................................201
9.5.4. 4-кратная амплитудная манипуляция (QAM)..........................................................202
9.5.5. Шумовая характеристика...........................................................................................202
9.6. Приемники...........................................................................................................203
9.6.1. Типы приемников....................................... .................................................................203
9.6.2. Приемник прямого усиления ....................................................................................203
9.6.3. Супергетеродинный приемник.............................. ....................................................204
ГЛАВА 10. ФИЛЬТРЫ...............................................................................................206
10.1. Введение.............................................................................................................206
10.2. Простой LCR-фильтр........................................................................................206
10.3. Типы характеристик фильтров.........................................................................210
10.4. Классификация фильтров.................................................................................210
10.4.1. Пассивные фильтры.............................................................................................................210
10.4.2. Активные фильтры...........................................................................................................211
10.4.3. Фильтры поверхностных акустических волн (SAW, ПАВ)...........................................212
10.5. Схемы пассивных фильтров..........................................................................................212
10.6. Анализ активных фильтров............................................................................................215
10.6.1. Фильтр с неограниченным коэффициентом усиления многократной обратной связи...215
10.6.2. Активный фильтр с управляемым напряжением источником напряжения .................220
10.6.3. Активные фильтры с переменным состоянием (биквадратные фильтры) ...................224
10.7. Проектирование фильтров............................................................................................225
10.7.1. Частотное масштабирование...................................................................................................227
10.7.2. Масштабирование импеданса...............................................................................228
10.7.3. Пример проектирования пассивного фильтра....................................................228
10.8. Фильтр с переключаемым конденсатором......................................................229
10.8.1. Базовая схема с переключением конденсаторов................................................229
10.8.2. Интегратор с переключающимся конденсатором ..............................................230
10.8.3. Двухполюсной двухвходовой переключатель......................................................232
ГЛАВА 11. ГЕНЕРИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ..........................................................233
11.1. Введение.............................................................................................................233
11.2. Критерий Баркхоузена......................................................................................233
11.3. Схемы задающего генератора...........................................................................234
11.3.1. Задающий генератор со схемой фазового сдвига в обратной связи ................234
11.3.2. Венский генератор мостового типа......................................................................236
11.3.3. LC-генератор...........................................................................................................236
11.3.4. Генераторы, управляемые напряжением (VCO).................................................239
11.3.5. Кварцевый генератор.............................................................................................239
11.3.6. Регулировка усиления и амплитудная стабилизация.........................................241
11.3.7. RC-генератор..........................................................................................................242
11.4. Фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ).....................................................246
11.5. Синтезатор частот..............................................................................................247
11.5.1. Прямой цифровой синтез......................................................................................247
ГЛАВА 12. МЕЖСОЕДИНЕНИЯ.............................................................................248
12.1. Введение.............................................................................................................248
12.2. Линии передачи.................................................................................................248
12.2.1. Синусоидальный сигнал в линии передачи ........................................................250
12.2.2. Волновое сопротивление.......................................................................................253
12.2.3. Распространение энергии в линии передачи......................................................256
12.2.4. Конечные линии и эффект оконечной нагрузки................................................258
12.2.5. Синусоидальный сигнал в линии передачи конечной длины...........................264
12.2.6. Измерение коэффициента отражения..................................................................268
12.2.7. Линии передачи цифровых сигналов........................ ...........................................269
12.3. Интерференция..................................................................................................269
12.3.1. Виды искажений сигнала в соединениях.............................................................269
12.3.2. Заземление.......................................... .....................................................................273
12.4. Оптоволокно.......................................................................................................274
12.4.1. Распространение света в оптоволокне.................................................................276
ГЛАВА 13. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ.....................................................................281
13.1. Введение.............................................................................................................281
13.2. Батареи................................................................................................................281
13.2.1. Заряд аккумуляторных батарей.............................................................................283
13.3. Источники питания от электрической сети...................................................285
13.3.1. Введение..................................................................................................................285
13.3.2. Трансформаторы.....................................................................................................285
13.3.3. Выпрямители...........................................................................................................291
13.3.4. Фильтры-сглаживатели..........................................................................................296
13.3.5. Умножители напряжения ......................................................................................298
13.3.6. Регуляторы напряжения ........................................................................................300
13.3.7. Опорное напряжение.............................................................................................302
13.4. Импульсные источники тока............................................................................303
13.4.1. Введение..................................................................................................................303
13.4.2. Компенсирующий преобразователь.....................................................................303
13.4.3. Преобразователь с обратным ходом.....................................................................308
13.4.4. Повышающий преобразователь............................................................................310
13.4.5. Преобразователь Кука......................................................................................312
13.5. Источники бесперебойного питания (UPS)......................................................313
ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПРОВЕРКИ ЗНАНИЙ.......317
Литература и Интернет-ресурсы, рекомендованные редактором перевода...358
