Układy elektroniczne - część 1

Szczegóły
Autor: Stanisław Malzacher
Kategoria: Książki
Odsłon: 551


Stanisław Malzacher, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1978

W podręczniku podano podstawowe zjawiska fizyczne i zależności matematyczne w układach elektronicznych. Omówniono sygnały i ich przebiegi, źródła sygnałów, obwody nieliniowe, rezonansowe i sprzężone, a także filtry i układy wzmacniające m.cz.

Spis treści

  1. WSTĘP (5)

    Elektronika narodziła się w XX wieku. Stanowi ona obecnie jedną z najnowszych dziedzin techniki; mówi się nawet o swoistej "rewolucji elektroniki" lub o "wieku elektroniki". Rozwój tej dyscypliny umożliwiły wielkie odkrycia naukowe z dziedziny fizyki, dokonane w ostatnim dwudziestoleciu XIX wieku i na początku XX wieku.
    Początki były jak zwykle skromne. Teoretyczne podstawy elektromagnetyzmu, łącznie z przewidywaniem istnienia fal radiowych stworzył fizyk angielski James C. Maxwell (1871 r.), rozwijając wcześniejsze koncepcje Michała Faraday'a (1831 r. - zjawisko indukcji magnetycznej). Istnienie fal radiowych potwierdził swym doświadczeniem fizyk niemiecki Henryk Hertz (1886r.), a istnienie elektronu jako najmniejszego nośnika elektryczności stwierdził fizyk angielski Joseph J. Thomson (1897 r.). W 1912 r. ładunek elektronu zmierzył Robert A. Millikan - fizyk amerykański. Data ta uważana jest niekiedy za początek ery elektroniki.
    Pierwsze przyrządy elektronowe - lampy elektronowe - powstały na początku obecnego stulecia. W okresie między I i II wojną światową i w czasie trwania tej ostatniej rozwinęła się elektronika układowa; zostały wynalezione i opracowane podstawowe układy elektroniczne. Pod koniec tego okresu ustaliła się również nazwa omawianej dziedziny - elektronika (ang.: electronics; niem.: Elektronik).
    W połowie bieżącego stulecia zapoczątkowany został rozwój techniki półprzewodnikowej - jej rezultatem było powstanie różnych typów diod półprzewodnikowych i tranzystorów. W latach sześćdziesiątych rozwinęła się zupełnie nowa dziedzina - technika półprzewodnikowych układów scalonych. W chwili obecnej elektronika układowa obejmuje swym zasięgiem radiotechnikę, telewizję i teletechnikę, zagadnienia maszyn matematycznych, elektronikę przemysłową i medyczną oraz wiele innych gałęzi i odmian tej dyscypliny.
    Początki radiotechniki użytkowej sięgają końca XIX wieku. W 1895 r. fizyk rosyjski Aleksander Popow przeprowadził udane próby przesyłania na niewielkie odległości sygnałów radiowych za pomocą aparatury własnej konstrukcji, oczywiście jeszcze nieelektronicznej, stosując jednocześnie po rz pierwszy do tego celu antenę. W dwa lata później włoski uczony Guglielmo Marconi skonstruował aparaturę radiotechniczną, za pomocą której przekazał sygnały radiowe na odległość 5 km.
    Rozwój układów i urządzeń radiotechnicznych doprowadził w 1935 r. do wynalezienia przez fizyka angielskiego Roberta A. Watson-Watta radaru, czyli urządzenia radiolokacyjnego do wykrywania i określania położenia lub parametrów ruchu (prędkości, kierunku) różnych obiektów i wykorzystującego do tego celu zdolność odbijania się od tych obiektów fal radiowych, wysłanych przez nadajnik.
    Początek rozwoju radioastronomii sięga 1930 r., kiedy to w Stanach Zjednoczonych - Karl G. Jansky odebrał pierwsze sygnały radiowe pochodzące z kosmosu. Obserwacje te potwierdził i rozszerzył Grote Reber, który zbudował pierwszy radioteleskop.
    Pierwszy udany pokaz telewizji zrealizował w Wielkiej Brytanii w 1926 r. Szkot - John L. Baird; była to jeszcze telewizja, w której stosowano mechaniczne analizowanie obrazu. Nowoczesne systemy telewizyjne stały się realne dopiero z chwilą skonstruowania w 1933 r., przez Vladimira K. Zworykina, elektronowej lampy do analizy obrazu, tzw. ikonoskopu.
    Pierwszą całkowicie elektroniczną maszyną cyfrową, czyli - jakbyśmy powiedzieli - komputerem, był tzw. ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator). Był ona zbudowany w Stanach Zjednoczonych (Prosper Eckert i John Mauchly) i zawierał 18000 lamp elektronowych. W chwili obecnej elektroniczne maszyny cyfrowe budowane są już jako maszyny czwartej generacji, wykorzystuje się w nich układy scalone o dużej skali scalania (integracji).
    Warto wreszcie wspomnieć - już bez dat i nazwisk - o zastosowaniach elektroniki - w przemyśle, czyli o elektronice przemysłowej (sterowanie procesami przemysłowymi, miernictwo różnych wielkości, nagrzewanie indukcyjne i pojemnościowe, ultradźwięki dużej mocy itp.), a także o elektronice medycznej (urządzenia elektroniczne do diagnostyki, szybkich analiz, terapii itp.).
    We wszystkich wspomnianych zastosowaniach elektroniki podstawową rolę odgrywają układy elektroniczne, którym poświęcony jest niniejszy podręcznik. Układy elektroniczne stanowią w swej istocie pewne obwody elektryczne, zwykle bardziej skomplikowane niż obwody klasycznej elektrotechniki. Wynika to głównie z faktu, że elementy elektroniczne (np. lampy, przyrządy półprzewodnikowe itp.) w przeważającej większości są elementami nieliniowymi, tzn. zależność między napięciem i prądem w tych elementach nie wyraża się funkcją liniową, a przebiegi napięcia lub prądu w tych obwodach są najczęściej zmienne, przy czym często niesinusoidalne, impulsowe itp. Przebiegi te zwane sygnałami, są często tak małe, że trudno je odróżnić od szkodliwych zmian prądu, np. od tzw. szumów, związanych ściśle z układami elektronicznymi.
    W układach elektronicznych rozróżnić można - z reguły dwa - zaciski wejściowe lub krótko wejście, do którego doprowadza się sygnał wejściowy, i dwa zaciski wyjściowe lub krótko wyjście, z którego otrzymuje się sygnał wyjściowy. Takie rozróżnienie ułatwia analizę i syntezę skomplikowanych układów elektronicznych, złożonych z układów bardziej prostych, elementarnych. W celu łatwiejszego przeprowadzenia analizy lub syntezy stosuje się w elektronice specjalny zapis graficzny w postaci tzw. schematów ideowych, montażowych lub strukturalnych (blokowych). Schematy ideowe, przy rysowaniu których używa się specjalnej, uproszczonej symboliki elementów, ilustrują zasadę działania układów. Schematy montażowe, rysowane bardzo często w skali naturalnej lub w niewielkim pomniejszeniu, stanowią wykonawcze rysunki warsztatowe, będące podstawą przy montażu danego urządzenia elektronicznego. Schematy strukturalne (blokowe) mają za zadanie ułatwić syntezę lub wyjaśnić działanie skomplikowanych, wieloczłonowych układów elektronicznych, ukazując jednocześnie główne kierunki przepływu sygnałów.
    Z omawianych w niniejszym podręczniku podstawowych układów elektronicznych, mogą być budowane różne urządzenia elektroniczne, pracujące przy częstotliwościach od zera do setek milionów herców. Tak więc z układów takich jak wzmacniacze, układy detekcyjne, układy przemiany częstotliwości, prostowniki itp. mogą być budowane urządzenia elektroniczne, jak np. odbiorniki radiowe, elektroniczne przyrządy pomiarowe itp.
    Zakres mocy użytecznej, z którymi spotykamy się w elektronice, zawiera się w granicach od 10-12 W do milionów watów. Sygnały przenoszące te moce mogą mieć praktycznie dowolny kształt.

  2. SYGNAŁY I PRZEBIEGI W UKŁADACH ELEKTRONICZNYCH (9)
    1. Sygnał użyteczny i szkodliwy (9)
    2. Źródła sygnałów (11)
  3. NIEKTÓRE METODY ANALIZY UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH (15)
    1. Wiadomości ogólne (15)
    2. Twierdzenia o generatorach zastępczych (17)
    3. Zasada superpozycji (20)
    4. Metoda transfiguracji (22)
    5. Czwórniki liniowe (24)
      1. Wprowadzenie. Równania charakterystyczne czwórnika (24)
      2. Czwórnik pobudzony ze źródła zewnętrznego i obciążony (29)
      3. Czwórniki bierne (31)
      4. Czwórniki czynne (34)
      5. Łączenie czwórników (40)
    6. Analiza graficzna obwodów nieliniowych (43)
  4. OBWODY REZONANSOWE (53)
    1. Wiadomości ogólne (53)
    2. Oscylacyjne wyładowanie kondensatora przez cewkę. Drgania własne w obwodzie szeregowym RLC. Parametry obwodu (53)
    3. Drgania wymuszone w obwodzie szeregowym RLC (65)
    4. Drgania wymuszone w obwodzie równoległym RLC (73)
  5. OBWODY SPRZĘŻONE (89)
    1. Wiadomości ogólne (89)
    2. Obwody rezonansowe sprzężone (90)
    3. Sprzężenie obwodu rezonansowego z aperiodycznym (102)
    4. Sprzężenie dwóch obwodów nierezonansowych (aperiodycznych) (107)
  6. FILTRY BIERNE (113)
    1. Wiadomości ogólne (113)
    2. Filtry reakcyjne typu k (116)
      1. Wprowadzenie (116)
      2. Filtr dolnoprzepustowy (121)
      3. Filtr górnoprzepustowy (130)
      4. Filtr pasmowoprzepustowy (134)
      5. Filtr pasmowozaporowy (139)
      6. Łączenie ogniw w filtrach (141)
    3. Filtry reaktancyjne typu m (141)
  7. OBWODY O PARAMETRACH ROZŁOŻONYCH (145)
    1. Wiadomości ogólne (145)
    2. Równanie linii długiej (148)
    3. Napięcia i prądy w linii (150)
    4. Odbicia fal w liniach długich. Fala stojąca (154)
      1. Wprowadzenie (154)
      2. Linia zwarta na końcu (155)
      3. Linia otwarta na końcu (158)
      4. Dowolne obciążenie linii (159)
    5. Linia długa pracująca jako czwórnik. Linia opóźniająca (161)
  8. UKŁADY WZMACNIAJĄCE MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI (165)
    1. Wiadomości ogólne (165)
      1. Pojęcia podstawowe (165)
      2. Charakterystyki wzmacniaczy. Zniekształcenia we wzmacniaczach (166)
      3. Podstawowe układy pracy wzmacniaczy (179)
    2. Sprzężenie zwrotne w układach wzmacniających (180)
      1. Wprowadzenie (180)
      2. Sprzężenie zwrotne szeregowe (180)
      3. Sprzężenie zwrotne równoległe (189)
      4. Sprzężenie zwrotne w układach wzmacniaczy tranzystorowych (192)
    3. Wzmacniacze małych sygnałów małej częstotliwości (193)
      1. Wprowadzenie (193)
      2. Wzmacniacze lampowe małych sygnałów (194)
        1. Wzmacniacz oporowy. Zależności ogólne (194)
        2. Wzmacniacze wielostopniowe. Parametry i charakterystyki (199)
        3. Wzmacniacze dławikowe i transformatorowe (207)
        4. Lampowe wzmacniacze sygnałów zmiennych z ujemnym sprzężeniem zwrotnym (207)
      3. Wzmacniacze tranzystorowe małych sygnałów (213)
        1. Wzmacniacz oporowy. Zależności ogólne (213)
        2. Zasilanie tranzystora we wzmacniaczu. Stabilizacja punktu pracy (228)
        3. Wzmacniacze wielostopniowe (236)
        4. Tranzystorowe wzmacniacze sygnałów zmiennych z ujemnym sprzężeniem zwrotnym (243)
    4. Wzmacniacze mocy małej częstotliwości (248)
      1. Wprowadzenie (248)
      2. Lampowe wzmacniacze mocy małej częstotliwości (249)
      3. Tranzystorowe wzmacniacze mocy małej częstotliwości (255)

Dodatek 1 (259)

Dodatek 2 (261)

LITERATURA (263)