Герасимов В.Г. (ред.) Основы промышленной электроники

Предисловие
Введение
Глава 1. Полупроводниковые приборы
§1.1. Электропроводность полупроводников, образование и свойства p -n -перехода
§1.2. Классификация полупроводниковых приборов
§1.3. Полупроводниковые резисторы
§1.4. Полупроводниковые диоды
§1.5. Биполярные транзисторы
§1.6. Полевые транзисторы
§1.7. Тиристоры
§1.8. Общетехнические и экономические характеристики и система обозначений полупроводниковых приборов
Глава 2. Интегральные микросхемы
§2.1. Общие сведения
§2.2. Технология изготовления интегральных микросхем
§2.3. Гибридные интегральные микросхемы
§2.4. Полупроводниковые интегральные микросхемы
§2.5. Параметры интегральных микросхем
§2.6. Классификации интегральных микросхем по функциональному назначению и система их обозначении
Глава 3. Индикаторные приборы
§3.1. Общая характеристика и классификация индикаторных приборов
§3.2. Электронно-лучевые индикаторы
§3.3. Газоразрядные индикаторы
§3.4. Полупроводниковые и жидкокристаллические индикаторы
§3.5. Вакуумно-люминесцентные и прочие виды индикаторов
§3.6. Система обозначений индикаторных приборов
Глава 4. Фотоэлектрические приборы
§4.1. Общие сведения
§4.2. Фоторезисторы
§4.3. Фотодиоды
§4.4. Специальные полупроводниковые фотоэлектрические приборы
§4.5. Электровакуумные фотоэлементы
§4.5. Фотоэлектронные умножители
§4.7. Оптоэлектронные приборы
§4.8. Система обозначении фотоэлектрических приборов
Глава 5. Усилительные каскады
§5.1. Общие сведения
§5.2. Усилительный каскад с общим эмиттером
§5.3. Температурная стабилизация усилительного каскада с общим эмиттером
§5.4. Усилительные каскады с общим коллектором и с общей базой
§5.5. Усилительные каскады на полевых транзисторах
§5.6. Режимы работы усилительных каскадов
Глава 6. Усилители напряжения и мощности
§6.1. Усилители напряжения с резистивно-емкостной связью
§6.2. Обратные связи в усилителях
§6-3. Усилители постоянного тока
§6.4. Операционные усилители
§6.5. Избирательные усилители
§6.6. Усилители мощности
Глава 7. Электронные генераторы гармонических колебании
§7.1. Общие сведения
§7.2. Условия самовозбуждения автогенераторов
§7.3. LC -автогенераторы
§7.4. RC -автогенераторы
§7.5. Автогенераторы гармонических колебаний па элементах с отрицательным сопротивлением
§7.6. Стабилизация частоты в автогенераторах
Глава 8. Импульсные и цифровые устройства
§8.1. Общая характеристика импульсных устройств. Параметры импульсных сигналов
§8.2. Электронные ключи и простейшие формирователи импульсных сигналов
§8.3. Логические элементы
§8.4. Триггеры
§8.5. Цифровые счетчики импульсов
§8.6. Регистры, дешифраторы, мультиплексоры
§8.7. Компараторы и триггеры Шмитта
§8.8. Мультивибраторы и одновибраторы
§8.0. Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН)
§8.10. Селекторы импульсов
§8.11. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователя (ЦАП и АЦП)
§8.12.. Микропроцессоры и микро-ЭВМ
Глава 9. Источники вторичного электропитания электронных устройств
§9.1. Общие сведения
§9.2. Классификация выпрямителей
§9.3. Однофазные и трехфазные выпрямители
§9.4. Сглаживающие фильтры
§9.5. Внешние характеристики выпрямителей
§9.6. Стабилизаторы напряжения и тока
§9.7. Умножители напряжения
§9.8. Управляемые выпрямители
§9.9. Общие сведения о преобразован - елях постоянного напряжения в переменное
§9.10. Инверторы
§9.11. Конверторы
§9.12. Перспективы развития вторичных источников электропитания
Глава 10. Электронные измерительные приборы
§10.1. Общая характеристика электронных измерительных приборов
§10.2. Электронные осциллографы
§10.3. Электронные вольтметры
§10.4. Измерительные генераторы
§10.5. Электронные частотомеры, фазометры и измерители амплитудно-частотных характеристик
Глава 11. Применение электронных устройств в промышленности
§11.1. Области применения электронных устройств
§11.2. Электронные устройства для контроля механических величин
§11.3. Электронные устройства для контроля тепловых величии
§11.4. Электронные устройства для контроля акустических величии
§11.5. Электронные устройства для контроля оптических величии
§11.6. Электронные устройства для контроля состава и свойств веществ
§11.7. Электронные устройства для дефектоскопического контроля
§11.8. Основные принципы конструирования электронных устройств
Заключение
Приложения
Приложение I. Активные элементы электронных устройств
Приложение II. Пассивные элементы электронных устройств
Приложение III. Классификация и элементы условных обозначений интегральных микросхем по функциональному назначению
Приложение IV. Операционные усилители
Литература
Предметный указатель

Одной из характернейших особенностей развития науки и техники нашего века является развитие электроники. Без электронных устройств ныне не может существовать ни одна отрасль промышленности, транспорта, связи. Усиленное развитие и применение электроники стимулируются решениями съездов КПСС, постановлениями правительства СССР. Проблемы электроники обсуждаются на представительных и авторитетных всесоюзных и международных научных конференциях. Достижения электроники влияют не только на экономическое развитие нашего общества, но и на социальные процессы, распределение рабочей силы, образование, электронные устройства, все шире применяются в быту.

Что же такое электроника ? Это отрасль науки и техники, занимающаяся изучением физических основ функционирования, исследованием, разработкой и применением приборов, работа которых основана на протекании электрического тока в твердом теле, вакууме и газе. Такими приборами являются полупроводниковые (протекание тока в твердом теле), электронные (протекание тока в вакууме) и ионные (протекание тока в газе) приборы. Главное место среди них в настоящее время занимают полупроводниковые приборы. Общим свойством всех названных приборов является то, что они являются существенно нелинейными элементами , нелинейность их вольт-амперных характеристик, как правило, является признаком, определяющим важнейшие их свойства.

Промышленная электроника - это часть электроники, занимающаяся применением полупроводниковых, электронных и ионных приборов в промышленности. Несмотря на различие областей применения и многообразие режимов работы промышленных электронных устройств, они строятся на основе общих принципов и состоят из ограниченного числа функциональных узлов. Общие принципы построения этих функциональных узлов-электронных схем - и рассматривает промышленная электроника.

Промышленная электроника делится на две обширные области:

1. Информационная электроника , занимающаяся устройствами для передачи, обработки и отображения информации. Усилители сигналов, генераторы напряжений различной формы, логические схемы, счетчики, индикаторные устройства и дисплеи вычислительных машин - все это устройства информационной электроники. Характерными чертами современной информационной электроники являются сложность и многообразие решаемых задач, высокое быстродействие и надежность. Информационная электроника в настоящее время неразрывно связана с применением интегральных микросхем, развитие и совершенствование которых в главной мере определяет уровень развития этой отрасли электронной техники.

2. Энергетическая электроника (преобразовательная техника ), занимающаяся преобразованием одного вида электрической энергии в другой. Почти половина электроэнергии, производимой в СССР, потребляется в виде постоянного тока или тока нестандартной частоты. Большая часть преобразований электрической энергии в настоящее время выполняется полупроводниковыми преобразователями. Основными видами преобразователей являются выпрямители (преобразование переменного тока в постоянный), инверторы (преобразование постоянного тока в переменный), преобразователи частоты, регулируемые преобразователи постоянного и переменного напряжений.

Развитие электроэнергетики и электротехники тесно связано с электроникой. Сложность процессов в энергосистемах, высокая скорость их протекания потребовали широкого внедрения для расчета режимов и управления процессами электронных вычислительных машин (ЭВМ), связанных с системой сложными электронными устройствами и снабженных развитыми устройствами для отображения информации. Основные процессы производства автоматизируются на основе современных устройств информационной электроники, в которых в последние годы широко применяются интегральные микросхемы и микропроцессоры. Не менее тесно связана с энергетикой и электромеханикой энергетическая электроника. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии являются одним из основных нагрузочных элементов сетей, их работа во многом определяет режимы работы сетей. Вентильные преобразователи используются для питания электроприводов и электротехнологических установок, для возбуждения синхронных электрических машин и в схемах частотного пуска гидрогенераторов. На основе полупроводниковых вентильных преобразователей созданы линии электропередач постоянного тока большой мощности и вставки постоянного тока.

Таким образом, электронные устройства являются важными и весьма сложными компонентами энергетических и электромеханических установок и систем, и для их создания необходимо привлекать специалистов в области промышленной электроники, автоматики и вычислительной техники. Однако инженеры, специализирующиеся в области электроэнергетики и электротехники, не могут устраниться от решения вопросов, связанных с электроникой. Во-первых, они должны уметь четко сформулировать задачу для разработчика электронных схем и представлять те трудности, с которыми может столкнуться разработчик. Не полно заданные требования могут привести к созданию неработоспособного устройства, а неоправданное завышение требований - к повышению стоимости и снижению надежности электронного оборудования. Для того чтобы говорить с разработчиком электронной аппаратуры на одном языке, надо отчетливо представлять себе, что может выполнить электроника и какой ценой и какими способами это достигается. Последнее необходимо также для квалифицированного выбора оборудования, выпускаемого промышленностью.

Во-вторых, возникает необходимость грамотной эксплуатации электронных устройств. В-третьих, инженеры-электрики принимают активное участие в работах по монтажу и наладке оборудования, в том числе электроники. В-четвертых, проектирование ряда энергетических установок, в том числе линий передач постоянного тока, требует совместной работы специалистов по энергетике и преобразовательной технике.

Все это требует больших знаний в области промышленной электроники. Основу этих знаний закладывает изучение курса "Промышленная электроника". В нем изложены сведения о современных схемах информационной и энергетической электроники. Курс поможет принятию грамотных решений в инженерной практике. Однако не следует переоценивать результат проработки этого курса: в нем даны только основные решения, наиболее типовые и распространенные варианты. Для сохранения и постоянного повышения своей инженерной квалификации инженер должен регулярно следить за научной литературой. Особенно это касается такой бурно изменяющейся области, как промышленная электроника. Инженер должен сознавать ограниченность своих знаний и не пытаться принимать решений в той области, где его компетенция ограничена. Поэтому одной из задач курса является подготовка к чтению специальной литературы в области схемотехнической электроники.

Многие важнейшие проблемы науки и техники возникают на стыках наук. Электроника, электротехника и энергетика ныне соприкасаются очень близко, требуют совместной работы ученых и инженеров, больших знаний в смежных областях. Для многих инженеров наш курс будет только первым шагом в проблеме электроники.

Электронная техника непрерывно развивается, каждую задачу можно решить на основе различных схемных вариантов: можно построить схему на дискретных компонентах, можно выполнить ее на интегральных микросхемах, применить микропроцессорный комплект, провести обработку информации в цифровом или аналоговом виде. Какое решение выбрать? В конечном счете все решает экономический анализ, и принятие неверного решения (скажем, отказ от использования микросхем) может не помешать решению локальной технической задачи, но в итоге окажется убыточным для народного хозяйства: увеличится стоимость оборудования, или возрастет стоимость его эксплуатации, или уменьшится срок службы. Почти каждый инженер на своем месте воздействует па техническую политику в своей области и при разработке и отстаивании технических решений должен выступать не только как специалист, но и как гражданин.

В общем курсе "Промышленная электроника" используется весьма простой математический аппарат. Его упрощение связано со стремлением четче выявить основные закономерности, присущие электронным схемам. Но и этот аппарат дает возможность квалифицированного определения основных параметров и характеристик электронных узлов. Овладение расчетными приемами является обязательным при изучении курса, поэтому среди контрольных вопросов к разделам учебника много расчетных задач, решение которых порой требует не только простой подстановки данных в формулы, но и размышлений над этими формулами. Эти расчетные задачи"-первый шаг в овладении методами анализа и синтеза электронных схем, для расчета которых современная наука разработала серьезный математический аппарат, позволяющий создать системы автоматизированного проектирования (САПР) электронных узлов.

Основы промышленной электроники - В книге изложены физические основы, принципы действия, конструкции и характеристики дискретных полупроводниковых приборов и приборов визуальной индикации; описаны типовые узлы современных электронных устройств и т. д.

Название: Основы промышленной электроники
Герасимов В. Г.
Издательство: Высшая школа
Год: 1986
Страниц: 336
Формат: PDF
Размер: 33,3 МБ
Качество: Хорошее

Скачать Основы промышленной электроники

Промышленная электроника Введение в цифровую электронику

Полупроводниковые приборы

Электроника – это наука, изучающая принципы построения, работы и применения различных электронных приборов. Именно применение электронных приборов позволяет построить устройства, обладающие полезными для практических целей функциями – усиление электрических сигналов, передачу и прием информации (звук, текст, изображение), измерение параметров, и т.д.

Первый электронный прибор был создан в Англии в 1904 г. Это был электровакуумный диод, лампа с односторонней проводимостью тока. Очень быстро (за 30 лет) было разработано много типов электровакуумных приборов. Обладая достаточно высокими качественными показателями, они имели существенные недостатки: большие габариты, большую потребляемую мощность и малый срок работы. Эти недостатки серьезно мешали изготовлению сложных многофункциональных устройств.

В тридцатых годах началась интенсивная исследовательская работа по созданию полупроводниковых электронных приборов. За относительно короткий промежуток времени было создано такое многообразие полупроводниковых приборов, которое качественно позволило выполнить все функции электровакуумных приборов. А так как полупроводниковые приборы имеют малую потребляемую мощность, высокую надежность, малую массу и размеры, то уже к началу 70-х годов они практически полностью вытеснили электровакуумные электронные приборы. Большой вклад в развитие полупроводниковых электронных приборов внесли советские ученые Лосев, Френкель, Курчатов, Давыдов, Туркевич и многие другие.

1.Классификация полупроводниковых электронных приборов

Полупроводниковые приборы разделяют по их функциональному назначению, а также по количеству электронно-дырочных переходов. Напоминаю, что электронно-дырочный переход это промежуточный переходный слой между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электронную проводимость (n-типа), а другая – дырочную (р-типа). Вся совокупность полупроводниковых приборов разделяется на беспереходные, с одним, двумя и более переходами (рис 12.1)

Применение беспереходных приборов основано на использовании физических процессов, происходящих в объеме полупроводникового материала. Приборы, в которых используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры, называются термисторами. В эту группу приборов входят терморезисторы (их сопротивление на несколько порядков падает при увеличении температуры), а также позисторы (их сопротивление увеличивается с увеличением температуры). Терморезисторы и позисторы применяются для измерения и регулирования температуры, в цепях автоматики и т.д.

В качестве нелинейных сопротивлений применяются полупроводниковые приборы, в которых используется зависимость сопротивления от величины приложенного напряжения. Такие приборы называются варисторами. Их применяют для защиты электрических цепей от перенапряжения, в цепях стабилизации и преобразования физических величин.

Фоторезистор, это прибор, в фоточувствительном слое которого при облучении светом возникает избыточная концентрация электронов, а значит их сопротивление уменьшается.

Большую группу представляют полупроводниковые приборы с одним р-n переходом и двумя выводами для включения в схему. Их общее название – диоды. Различают диоды выпрямительные, импульсные и универсальные. К этой группе относятся стабилитроны (они применяются для стабилизации токов и напряжений за счет значительного изменения дифференциального сопротивления пробитого р -n перехода). Варикапы (емкость их р-n перехода зависит от величины приложенного напряжения), фото и светодиоды и т.п.

Полупроводниковые приборы с двумя и более р-n переходами, тремя и более выводами называются транзисторами. Очень большое количество транзисторов, различающихся по функциональным и другим свойствам, разделяют на две группы – биполярные и полевые. К этой же группе приборов (с тремя и более р-n переходами) можно отнести приборы переключения – тиристоры.

Самостоятельную группу приборов представляют интегральные микросхемы (ИМС). ИМС – это изделие, выполняющее определенную функцию преобразования или обработки сигнала (усиление, генерация, АЦП и т.д.) Они могут содержать десятки и сотни р-n переходов и других электрически соединенных элементов. Все интегральные микросхемы делятся на два сильно отличающихся друг от друга класса:

Полупроводниковые ИМС;

Гибридные ИМС.

Полупроводниковые ИМС представляют полупроводниковый кристалл, в толще которого выполняются диоды, транзисторы, резисторы и другие элементы. Они имеют высокую степень интеграции, малую массу и габариты.

Основу гибридной ИМС представляет пластина диэлектрика, на поверхности которой в виде пленок нанесены компоненты схемы и соединения (в основном пассивные элементы).

Кроме деления по количеству р-n переходов и функциональному назначению полупроводниковые приборы разделяются по величинам предельно допускаемой мощности и частоты (см.рис. 12.2.)

Гармонические колебания и их характеристики. Временная и векторная диаграммы цепи. Синусоидальный ток в цепях с резистором, индуктивностью и емкостью. Токи, напряжения и мощности в неразветвленных цепях переменного тока. Векторные диаграммы токов и напряжений, треугольники сопротивлений. Токи, напряжения и мощности в разветвленных цепях переменного тока. Векторные диаграммы токов и напряжений, треугольники сопротивлений. Особенности расчета разветвленных цепей. Математические операции с комплексными числами