Podstawy elektroniki Augustyn Chwaleba, Bogdan Moeschke, Grzegorz Płoszajski, Piotr Majdak, Piotr Świstak

Spis treści książki

1. Wprowadzenie 11 1.1. Rozwój elektroniki 12 1.2. Sygnały elektryczne 17 1.3. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 25 2. Właściwości wybranych materiałów elektronicznych 27 2.1. Właściwości materiałów półprzewodnikowych 28 2.1.1. Budowa krystaliczna półprzewodników 28 2.1.2. Model pasmowy 30 2.1.3. Półprzewodniki niedomieszkowane (samoistne) 32 2.1.4. Półprzewodniki domieszkowane (niesamoistne) 32 2.1.5. Przepływ prądu w półprzewodniku domieszkowanym 36 2.1.6. Szumy w półprzewodnikach 39 2.2. Budowa i właściwości grafenu, fosforu czarnego i molibdenitu 40 2.3. Właściwości materiałów piezoelektrycznych 44 2.3.1. Wprowadzenie 44 2.3.2. Materiały piezoelektryczne ceramiczne 45 2.3.3. Właściwości materiałów piezoelektrycznych foliowych 49 2.4. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 50 3. Elementy bierne układów elektronicznych 53 3.1. Wprowadzenie 54 3.2. Rezystory 54 3.3. Kondensatory 57 3.4. Cewki indukcyjne 61 3.5. Elementy piezoelektryczne 64 3.6. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 68 4. Elementy półprzewodnikowe układów elektronicznych 69 4.1. Wprowadzenie 70 4.2. Bezzłączowe elementy półprzewodnikowe 70 4.2.1. Warystory 70 4.2.2. Termorezystory 71 4.2.3. Elementy galwanomagnetyczne 74 4.3. Diody półprzewodnikowe 78 4.3.1. Wprowadzenie 78 4.3.2. Właściwości złączy PN 79 4.3.3. Rodzaje i parametry diod 84 4.4. Tranzystory bipolarne 93 4.4.1. Wprowadzenie 93 4.4.2. Zasada działania 94 4.4.3. Właściwości i parametry 96 4.5. Tranzystory unipolarne 105 4.5.1. Wprowadzenie 105 4.5.2. Tranzystory złączowe JFET 105 4.5.3. Tranzystory z izolowaną bramką MOSFET 110 4.6. Półprzewodnikowe elementy przełączające 116 4.6.1. Wprowadzenie 116 4.6.2. Tyrystory 116 4.6.3. Inne elementy przełączające 120 4.7. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 122 5. Układy scalone 129 5.1. Wprowadzenie 130 5.2. Układy monolityczne 132 5.3. Układy hybrydowe 136 5.4. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 137 6. Elementy optoelektroniczne 139 6.1. Wprowadzenie 140 6.2. Półprzewodnikowe detektory promieniowania 142 6.2.1. Wiadomości podstawowe 142 6.2.2. Fotorezystory 142 6.2.3. Fotodiody 145 6.2.4. Ogniwa fotoelektryczne 147 6.2.5. Fototranzystory 149 6.2.6. Fotodetektory scalone 150 6.3. Półprzewodnikowe źródła promieniowania 152 6.3.1. Wiadomości podstawowe 152 6.3.2. Diody elektroluminescencyjne 152 6.3.3. Lasery 156 6.3.3.1. Wiadomości podstawowe 156 6.3.3.2. Budowa i zasada działania wybranych typów laserów 157 6.4. Transoptory 160 6.5. Wyświetlacze 162 6.5.1. Wiadomości wstępne 162 6.5.2. Wyświetlacze ciekłokrystaliczne 162 6.5.3. Wyświetlacze plazmowe 165 6.5.4. Wyświetlacze półprzewodnikowe 167 6.6. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 169 7. Układy prostownicze 173 7.1. Wprowadzenie 174 7.2. Prostowniki niesterowane 175 7.2.1. Prostowniki z obciążeniem rezystancyjnym 175 7.2.2. Prostowniki z obciążeniem pojemnościowym i indukcyjnym 179 7.3. Prostowniki sterowane 184 7.4. Filtry prostownicze 188 7.5. Powielacze napięcia 191 7.6. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 193 8. Wzmacniacze 195 8.1. Wprowadzenie 196 8.2. Charakterystyki i parametry wzmacniaczy 196 8.3. Sprzężenie zwrotne we wzmacniaczach 202 8.4. Podstawowe układy wzmacniające 208 8.4.1. Układy pracy tranzystorów we wzmacniaczach 208 8.4.2. Właściwości podstawowych układów wzmacniających z tranzystorami bipolarnymi 210 8.4.3. Właściwości podstawowych układów wzmacniających z tranzystorami unipolarnymi 217 8.4.4. Zasilanie i stabilizacja punktu pracy tranzystorów bipolarnych 220 8.4.5. Zasilanie i stabilizacja punktu pracy tranzystorów unipolarnych 228 8.5. Wzmacniacze różnicowe 230 8.6. Wzmacniacze napięciowe wielostopniowe 234 8.6.1. Wzmacniacze o sprzężeniu pojemnościowym 234 8.6.2. Wzmacniacze o sprzężeniu bezpośrednim 239 8.6.3. Wzmacniacze z przetwarzaniem 242 8.7. Wzmacniacze operacyjne 246 8.7.1. Właściwości i parametry 246 8.7.2. Typy i struktura 249 8.7.3. Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych w układach liniowych 251 8.7.4. Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych w układach nieliniowych 260 8.8. Wzmacniacze mocy 270 8.9. Wzmacniacze selektywne 278 8.9.1. Wprowadzenie 278 8.9.2. Wzmacniacze rezonansowe 279 8.9.3. Amplifiltry 283 8.10. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 287 9. Generatory 299 9.1. Wprowadzenie 300 9.2. Generatory z rezystancją ujemną 301 9.3. Generatory przebiegów sinusoidalnych ze sprzężeniem zwrotnym 302 9.3.1. Wstęp 302 9.3.2. Generatory LC 303 9.3.3. Generatory RC 308 9.3.4. Generatory piezoelektryczne 311 9.3.5. Modulacja i demodulacja amplitudy, fazy i częstotliwości 313 9.4. Generatory przebiegów niesinusoidalnych 338 9.4.1. Wstęp 338 9.4.2. Generatory przebiegów prostokątnych 339 9.4.3. Generatory przebiegów liniowych 345 9.5. Generatory uniwersalne 350 9.6. Generatory sterowane 352 9.7. Generatory cyfrowe 356 9.8. Pętla fazowa PLL 359 9.9. Generatory mocy 361 9.10. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 362 10. Stabilizatory napięcia i prądu stałego 367 10.1. Wprowadzenie 368 10.2. Parametry stabilizatorów 368 10.3. Stabilizatory parametryczne 372 10.4. Stabilizatory kompensacyjne o działaniu ciągłym 375 10.5. Stabilizatory impulsowe 381 10.6. Stabilizatory scalone 386 10.7. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 387 11. Układy i urządzenia cyfrowe 391 11.1. Wprowadzenie 392 11.2. Operacje logiczne 392 11.2.1. Pojęcia podstawowe 392 11.2.2. Zależności logiczne wyrażane w języku 393 11.2.3. Zależności logiczne w działaniu urządzeń technicznych 393 11.2.4. Podejście formalne - Rachunek zdań 394 11.3. Systemy zapisu liczb. Operacje arytmetyczne 396 11.3.1. Systemy dwójkowe zapisu liczb 396 11.3.2. Operacje arytmetyczne w dwójkowych systemach zapisu liczb 400 11.3.2.1. Dodawanie liczb dodatnich 400 11.3.2.2. Odejmowanie liczb dodatnich 402 11.3.2.3. Mnożenie liczb dodatnich 403 11.3.2.4. Dzielenie liczb dodatnich 404 11.3.2.5. Dodawanie liczb o dowolnym znaku 404 11.3.2.6. Odejmowanie liczb o dowolnym znaku. Zmiana znaku 405 11.3.2.7. Mnożenie i dzielenie liczb o dowolnym znaku 405 11.3.2.8. Obliczanie funkcji 406 11.3.2.9. Nadmiar 406 11.4. Proste układy logiczne 407 11.4.1. Cechy fizyczne układów logicznych 407 11.4.2. Podstawowe techniki realizacyjne 411 11.4.2.1. Układy TTL 411 11.4.2.2. Układy MOS, CMOS 413 11.4.2.3. Układy BiCMOS 414 11.4.3. Elementy kombinacyjne 415 11.4.3.1. Wprowadzenie 415 11.4.3.2. Bramki 417 11.4.3.3. Bramki trójstanowe - magistrale 417 11.4.3.4. Iloczyn galwaniczny 418 11.4.4. Układy sekwencyjne. Przerzutniki 419 11.4.4.1. Układy sekwencyjne 419 11.4.4.2. Przerzutniki 420 11.4.4.3. Przerzutnik prosty RS 420 11.4.4.4. Przerzutniki synchroniczne 422 11.4.5. Elementy pomocnicze 427 11.4.5.1. Układy sprzęgające wejściowe 427 11.4.5.2. Układy sprzęgające wyjściowe 429 11.4.5.3. Układy czasowe 429 11.5. Bloki funkcjonalne i układy specjalizowane 430 11.5.1. Wiadomości podstawowe 430 11.5.2. Rejestry 431 11.5.3. Liczniki 433 11.5.4. Bloki arytmetyczne 436 11.5.4.1. Sumator 436 11.5.4.2. Komparator cyfrowy 438 11.5.4.3. Jednostka arytmetyczno-logiczna 439 11.5.5. Układy komutacyjne 439 11.5.5.1. Multiplekser 439 11.5.5.2. Demultiplekser 441 11.5.5.3. Dekoder 441 11.5.5.4. Koder 441 11.5.6. Pamięci 442 11.5.7. Układy sprzęgające z urządzeniami analogowymi 445 11.6. Urządzenia cyfrowe 446 11.6.1. Konstruowanie urządzeń cyfrowych 446 11.6.2. Układy sterowania i procesory 448 11.6.3. Mikroprocesory. Mikrokomputery 455 11.6.4. Układy cyfrowe programowane 458 11.6.5. Mikrokomputery jednoukładowe 461 11.7. Informacja cyfrowa 462 11.7.1. Przetwarzanie informacji cyfrowej 462 11.7.2. Kontrola poprawności przesyłania informacji 465 11.7.3. Przechowywanie informacji cyfrowej. Uwagi 468 11.8. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 470 12. Wprowadzenie do elektronicznej techniki pomiarowej 477 12.1. Podstawowe pojęcia metrologii 478 12.1.1. Obiekt fizyczny i wielkości fizyczne 478 12.1.2. Jednostki miar i układy jednostek miar 478 12.1.3. Urządzenia pomiarowe 479 12.1.4. Metody pomiarowe 481 12.1.5. Błąd a niepewność pomiaru 483 12.2. Elementy techniki eksperymentu 485 12.2.1. Planowanie i przeprowadzanie pomiarów 485 12.2.2. Ocena dokładności pomiaru 487 12.2.3. Opracowanie wyników pomiarów 489 12.3. Aparatura pomiarowa 492 12.3.1. Wprowadzenie 492 12.3.2. Analogowe przetworniki do kondycjonowania sygnałów 497 12.3.3. Przetworniki cyfrowo-analogowe C/A i analogowo -cyfrowe A/C 506 12.3.4. Woltomierze i multimetry cyfrowe 519 12.3.5. Oscyloskopy 525 12.3.6. Systemy pomiarowe i przyrządy wirtualne 531 12.4. Pomiary i analiza sygnałów oraz elementów elektronicznych 541 12.4.1. Pomiary napięcia i natężenia prądu 541 12.4.2. Pomiary mocy 545 12.4.3. Pomiary częstotliwości, przedziału czasu i przesunięcia fazowego 547 12.4.4. Wyznaczanie wielkości charakteryzujących przebiegi impulsowe 552 12.4.5. Zasady analizy widmowej 554 12.4.6. Pomiary parametrów R, L, C 557 12.5. Wybrane urządzenia elektroniczne do pomiaru wielkości fizycznych 565 12.5.1. Wprowadzenie 565 12.5.2. Czujniki i przetworniki piezorezystywne 567 12.5.3. Czujniki i przetworniki piezoelektryczne 571 12.5.4. Światłowodowe czujniki optoelektroniczne 576 12.5.5. Dalmierze laserowe 579 12.5.6. Skanery 3D 580 12.5.7. Kamery termowizyjne 582 12.5.8 Kamery hiperspektralne 591 12.6. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 593 13. Zasady bezpiecznego użytkowania i badania urządzeń elektronicznych 601 Rozwiązania wybranych zadań rachunkowych i testowych 605 Literatura