Electronic Design

Od koncepta do stvarnosti

Electronic Design

Od koncepta do stvarnosti
Elektronski dizajn - od koncepta do stvarnosti, 4th Elektronsko izdanje

Elektronski dizajn - od koncepta do stvarnosti
Martin S. Roden, Gordon L. Carpenter i William R. Wieserman
4th Elektronsko izdanje

Ova odlična knjiga daje studentima inženjera i praktičarima 21st veka neophodne alate za analizu i projektovanje efikasnih elektronskih kola i sistema. To uključuje mnoge primjere krugova koji su sada dostupni u TINA-i jednim klikom miša iz elektronskog izdanja knjige koju je objavio DesignSoft.

SADRŽAJ

Poglavlje 1: OSNOVNI KONCEPTI

Poglavlje 2: IDEALNI OPERATIVNI POJAČALACI

Poglavlje 3: ANALIZA SEMICONDUCTOR DIODE CIRCUIT

Poglavlje 4: BIPOLARNI PREKIDNI PREKIDAČI

Poglavlje 5: BIPOLARNI JUNKCIONI POJAČAVAČI

Poglavlje 6: POJAČAVAČI NA PODRUČJU POLJA-EFEKTI

Poglavlje 7: STABILNOST BIASA TRANSISTORNIH POJAČALA

Poglavlje 8: POJAČALA I NAPAJANJE

Poglavlje 9: PRAKTIČNI OPERATIVNI POJAČAVAČI

Poglavlje 10: FREKVENCIJSKO PONAŠANJE TRANSISTORNIH POJAČALA

Poglavlje 11: OBNOVA I STABILNOST

Poglavlje 12: AKTIVNI FILTERI

Poglavlje 13: QUASI-LINEAR CIRCUITS

Poglavlje 14: PULSIRANI VALOVI I VREMENSKI KRUGOVI

Poglavlje 15: OBITELJI DIGITALNE LOGIKE

Poglavlje 16: DIGITALNI INTEGRISANI KRUGOVI

POGLAVLJE 1 - OSNOVNI KONCEPTI
1.0 Uvod
1.1 History, 1
1.2 Solid State Circuit Models, 3
1.3 Linearni i nelinearni elementi kruga, 4
1.4 analogni i digitalni signali, 6
1.5 ovisni izvori, 7
1.6 Efekti frekvencije, 8
1.7 analiza i dizajn, 10
1.7.1 Poređenje dizajna i analize, 10
1.7.2 Porijeklo zahtjeva za dizajn, 10
1.7.3 Što znači „Otvoreno“ i „Isključeno“ znači ?, 11
1.8 Računalne simulacije, 13
1.9 Komponente procesa dizajna, 14
1.9.1 Principi dizajna, 15
1.9.2 Definicija problema, 16
1.9.3 Podjela problema, 17
1.9.4 dokumentacija, 17
1.9.5 Shematski dijagram, 18
1.9.6 Lista delova, 18
1.9.7 Running Lists i druga dokumentacija, 19
1.9.8 pomoću dokumenata, 20
1.9.9 Design Checklist, 20
1.9.10 Prototyping Circuit, 21
Sažetak, 23
POGLAVLJE 2 - IDEALNI OPERATIVNI POJAČALACI
2.0 Uvod, 24
2.1 Idealna op-pojačala, 25
2.1.1 ovisni izvori, 25
2.1.2 operativno pojačalo ekvivalentno kolo, 27
2.1.3 metoda analize, 30
2.2 Inverting pojačalo, 30
2.3 Neinvertirajuće pojačalo, 33
2.4 ulazni otpor op-amp krugova, 41
2.5 kombinirani invertni i neinvertujući ulazi, 44
2.6 dizajn op-amp krugova, 46
2.7 Druge Op-Amp aplikacije, 52
2.7.1 Negative Impedance Circuit, 52
2.7.2 Generator zavisnih struja, 53
2.7.3 pretvarač struje u napon, 54
2.7.4 konvertor napona do struje, 55
2.7.5 Inverting pojačalo sa impedansom, 56
2.7.6 analogne računarske aplikacije, 57
2.7.7 Miller Integrator, 59
Sažetak, 60
Problemi, 60
POGLAVLJE 3 - ANALIZA SEMICONDUCTOR DIODE CIRCUIT
3.0 Uvod, 70
3.1 teorija poluvodiča, 71
3.1.1 Conduction in Materials, 73
Provođenje 3.1.2-a u poluvodičkim materijalima, 75
3.1.3 kristalna struktura, 76
3.1.4 Generacija i rekombinacija elektrona i rupa, 78
3.1.5 Dopirani poluvodiči, 79
3.1.6 nSemiconductor, 80
3.1.7 pSemiconductor, 80
Koncentracije nosača 3.1.8, 80
3.1.9 Excess Carriers, 82
3.1.10 Rekombinacija i generiranje viška nosača, 82
3.1.11 Transport struje, 83
3.1.12 Difuzija nosača, 83
3.1.13 Drift u električnom polju, 84
3.2 poluvodičke diode, 87
3.2.1 Diode Construction, 89
3.2.2 Odnos između struje diode i napona dioda, 90
3.2.3 Diode, 92
3.2.4 Temperaturni efekti, 93
3.2.5 Diodni ekvivalentni krugovi, 95
3.2.6 Analiza kruga dioda, 96
Grafička analiza, 96
Piecewise-Linear Approximation, 99
3.2.7 Snaga rukovanja, 103
3.2.8 Diode Capacitance, 104
3.3 ispravak, 104
3.3.1 Half-Wave Rectification, 105
3.3.2 Full-Wave ispravka, 106
3.3.3 filtriranje, 107
3.3.4 krug za udvostručenje napona, 110
3.4 Zener diode, 112
3.4.1 Zener Regulator, 113
3.4.2 praktične Zener diode i postotna regulacija, 117
3.5 Clippers i Clampers, 119
3.5.1 Clippers, 119
3.5.2 Stezaljke, 124
3.6 op-amp sklopovi koji sadrže diode, 127
3.7 Alternativni tipovi dioda, 129
3.7.1 Schottky diode, 129
3.7.2 svjetlosne diode (LED), 130
3.7.3 foto diode, 131
Specifikacije proizvođača 3.8, 132
Sažetak, 133
Problemi, 134
POGLAVLJE 4 - BIPOLARNI PREKIDNI PREKIDAČI
4.0 Uvod, 149
4.1 Struktura bipolarnih tranzistora, 149
4.2 Veliki signalni BJT model, 153
4.3 Derivacija malog signala ac Modeli, 154
4.4 mali signal za dva porta ac Modeli, 156
4.5 karakteristične krivulje, 158
4.6 Listovi proizvođača za BJT, 160
4.7 BJT Modeli za kompjuterske simulacije, 161
4.8 jednofazne konfiguracije pojačala, 164
4.9 Biasing za jednostepena pojačala, 166
4.10 Power Considerations, 169
4.10.1 Derivacija Power Equations, 170
4.11 analiza i projektovanje krugova prednapona pojačala napona, 172
4.11.1 postupak analize, 172
4.11.2 procedura dizajna, 177
Izvori napajanja 4.11.3 pojačala, 183
4.11.4 Izbor komponenti, 184
4.12 analiza i projektovanje strujnih pojačala prednapona, 184
4.13 Nelinearnosti tranzistora bipolarnog spoja188
4.14 On-Off karakteristike BJT krugova, 190
4.15 Integrated Circuit Fabrication, 192
Tranzistor i diode 4.15.1, 192
4.15.2 Otpornici, 193
Kondenzatori 4.15.3, 193
4.15.4 bočni tranzistor, 194
Sažetak, 194
Problemi, 195

POGLAVLJE 5 - BIPOLARNI POJAČALA
5.0 Uvod, 207
5.1 Common-Emitter pojačalo, 208
5.1.1 Gain Impedance Formula, 208
Ulazni otpor 5.1.2, Rin, 209
5.1.3 Current Gain, Ai, 210
5.1.4 napon napona, Av, 210
Izlazna otpornost 5.1.5, Ro, 211
5.2. Zajednički emiter sa otpornikom emitera (pojačavač emiter-otpornik), 213
Ulazni otpor 5.2.1, Rin, 213
5.2.2 Current Gain, Ai, 215
5.2.3 napon napona, Av, 215
Izlazna otpornost 5.2.4, Ro, 215
5.3 Common-Collector (emiter-sljedbenik) pojačalo, 224
Ulazni otpor 5.3.1, Rin, 224
5.3.2 Current Gain, Ai, 225
5.3.3 napon napona, Av, 225
Izlazna otpornost 5.3.4, Ro, 226
5.4 Common-Base pojačalo, 230
Ulazni otpor 5.4.1, Rin, 231
5.4.2 Current Gain, Ai, 231
5.4.3 napon napona, Av, 232
Izlazna otpornost 5.4.4, Ro, 232
5.5 Transistor Amplifier Applications, 236
5.6 Phase Splitter, 237
5.7 spojnica za pojačala, 238
5.7.1 Capacitive Coupling, 238
5.7.2 Direct Coupling, 238
5.7.3 Transformer Coupling, 241
5.7.4 optička spojnica, 243
5.8 višestepena analiza pojačala, 245
5.9 Cascode konfiguracija, 250
5.10 Trenutni izvori i aktivni tereti, 252
5.10.1 Jednostavan izvor struje, 252
5.10.2 Widlar Izvor struje, 253
5.10.3 Wilson Izvor struje, 256
5.10.4 Višestruki strujni izvori pomoću trenutnih ogledala, 258
Sažetak, 259
Problemi, 262
POGLAVLJE 6 - TRANSISTORNA POJAČAVAČA NA TERENU
6.0 Uvod, 277
6.1 Prednosti i nedostaci FET-ova, 278
6.2 Metal-oksid poluvodič FET (MOSFET), 279
6.2.1 MOSFET karakteristike poboljšanja, 281
6.2.2 MOSFET, 284
6.2.3 kruga velikog signala, 287
6.2.4 Small-Signal Model MOSFET, 287
6.3 tranzistor s efektom polja (JFET), 290
6.3.1 JFET Varijacija napona Gate-to-Source, 293
6.3.2 JFET karakteristike prijenosa, 293
6.3.3 JFET mali signal ac Model, 296
6.4 FET Amplifier Configurations i Biasing, 299
6.4.1 diskretno-komponentna MOSFET pomicanje, 299
6.5 MOSFET integrisani krugovi, 302
6.5.1 Biasing od MOSFET integrisanih kola, 303
6.5.2 Body Effect, 305
6.6 Poređenje MOSFET-a i JFET-a, 306-a
6.7 FET modeli za kompjuterske simulacije, 308
6.8 FET Pojačala - Canonical Konfiguracije, 312
Analiza 6.9 FET pojačala, 314
6.9.1 Pojačalo CS (i izvor otpornika), 314
6.9.2 CG pojačalo, 319
6.9.3 CD (SF) pojačalo, 323
Dizajn 6.10 FET pojačala, 326
6.10.1 CS pojačalo, 326
6.10.2 CD pojačalo, 336
6.10.3 SF Bootstrap pojačalo, 340
6.11 Ostali uređaji, 343
6.11.1 Metal Semiconductor Barrier Junction Tranzistor, 343
6.11.2 VMOSFET, 344
6.10.3 Ostali MOS uređaji, 344
Sažetak, 345
Problemi, 346
POGLAVLJE 7 - STABILNOST BIASA TRANSISTORNIH POJAČALA
7.0 Uvod, 358
7.1 Tipovi prednapona, 358
7.1.1 Current Feedback Biasing, 359
7.1.2 napon i strujanje, 360
7.2 Efekti promene parametara - stabilnost prednapona, 362
7.2.1 CE konfiguracija, 363
7.2.2 EF konfiguracija, 369
7.3 Diodna kompenzacija, 372
7.4 Projektovanje za BJT Amplifier Bias Stabilnost, 374
7.5 FET Efekti temperature, 375
7.6 redukcija varijacija temperature, 377
Sažetak, 379
Problemi, 380

POGLAVLJE 8 - POJAČALA I NAPAJANJE

8.0 Uvod, 384
8.1 Klase pojačala, 384
8.1.1 Class-A operacija, 385
8.1.2 Class-B operacija, 385
8.1.3 Class-AB operacija, 387
8.1.4 Class-C operacija, 388
8.2 krugovi pojačala snage - rad klase A, 389
8.2.1 induktivno spregnuto pojačalo, 389
8.2.2 Transformer-Coupled Power pojačalo, 391
8.3 krugovi pojačala snage - rad klase B, 395
8.3.1 komplementarna simetrija klasa-B i -AB pojačala snage, 395
8.3.2 diode kompenzirane komplementarne simetrije klasa B (CSDC), 398
8.3.3 Power izračuni za Class-B Push-Pull pojačalo, 401
8.4 Darlington Circuit, 408
8.5 napajanje pomoću strujnih tranzistora, 413
8.5.1 napajanje pomoću diskretnih komponenti, 413
8.5.2 napajanje pomoću IC regulatora (3-terminalni regulator), 417
8.5.3 napajanje pomoću tri-terminalnog podesivog regulatora, 421
8.5.4 Regulator visokog napona, 422
8.6 prekidači, 423
8.6.1 Efikasnost prekidačkih regulatora, 425
Sažetak, 425
Problemi, 426

POGLAVLJE 9 - PRAKTIČNI OPERATIVNI POJAČAVAČI
9.0 Uvod, 437
9.1 diferencijalna pojačala, 438
9.1.1 dc Karakteristike prenosa, 438
9.1.2 Common-Mode i Diferencijalni modus, 439
9.1.3 diferencijalno pojačalo sa konstantnim izvorom struje, 442
9.1.4 diferencijalno pojačalo sa ulazom i izlazom sa jednim krajem, 445
9.2 Level Shifters, 451
9.3 Tipično op-pojačalo, 454
9.3.1 Pakiranje, 455
9.3.2 zahtjevi za napajanjem, 456
9.3.3 741 Op-Amp, 456
Sklopovi prednapona, 457
Zaštita od kratkog spoja, 457
Ulazna faza, 458
Srednja faza, 458
Izlazna faza, 458
Specifikacije proizvođača 9.4, 459
9.5 Praktične op-ampere, 459
9.5.1 Open-Loop napon napona (G), 460
9.5.2 modifikovan op-amp model, 461
9.5.3 ulazni offset napon (Vio), 461
9.5.4 Input Bias Current (Ibias), 463
9.5.5 odbijanje zajedničkog načina rada, 467
9.5.6 Omjer odbijanja napajanja, 467
9.5.7 izlazna otpornost, 468
9.6 kompjuterska simulacija op-amp krugova, 471
9.7 neinvertirajuće pojačalo, 473
Ulazni i izlazni otpor 9.7.1, 473
9.7.2 napon napona, 475
9.7.3 višestruko-ulazno pojačalo, 478
9.8 Inverting pojačalo, 479
Ulazni i izlazni otpor 9.8.1, 479
9.8.2 napon napona, 480
9.8.3 višestruka ulazna pojačala, 482
9.9 Diferencijalno Sumiranje, 485
9.10 pojačala sa balansiranim ulazima ili izlazima, 489
9.11 spojnica između više ulaza, 492
9.12 Power Audio Op-Amps, 493
9.12.1 Bridge Power Op-Amp, 494
9.12.2 Intercom, 495
Sažetak, 496
Problemi, 496
POGLAVLJE 10 - FREKVENCIJSKO PONAŠANJE TRANSISTORNIH POJAČALA
10.0 Uvod, 509
10.1 niskofrekventni odziv pojačala, 513
10.1.1 niskofrekventni odziv pojačavača emiter-otpornik, 513
10.1.2 dizajn za zadanu karakteristiku frekvencije, 518
10.1.3 niskofrekventni odziv pojačala sa zajedničkim emiterima, 522
10.1.4 niskofrekventni odziv pojačala zajedničkog izvora, 525
10.1.5 niskofrekventni odziv zajedničkog baznog pojačala, 528
10.1.6 niskofrekventni odziv pojačavača emiter-sljedbenik, 529
10.1.7 niskofrekventni odziv pojačavača izvora-sljedbenika, 530
10.2 visokofrekventni tranzistorski modeli, 532
10.2.1 Miller teorema, 533
10.2.2 visokofrekventni BJT model, 534
10.2.3 High-Frequency FET model, 537
10.3 visokofrekventni odziv pojačala, 538
10.3.1 visokofrekventni odziv pojačala sa zajedničkim emiterima, 538
10.3.2 visokofrekventni odziv pojačala zajedničkog izvora, 542
10.3.3 visokofrekventni odziv zajedničkog baznog pojačala, 544
10.3.4 visokofrekventni odziv pojačavača emiter-sljedbenik, 546
10.3.5 visokofrekventni odziv Common-Drain (SF) pojačala, 548
10.3.6 Kaskodo pojačala, 549
Dizajn 10.4 visokofrekventnog pojačala, 550
10.5 Frekvencijski odziv op-amp krugova, 550
10.5.1 Open-Loop op-amp Response554
10.5.2 Phase Shift, 557
10.5.3 Stopa ubijanja, 557
10.5.4 projektovanje pojačala pomoću više op-pojačala, 560
10.5.5 101 pojačalo, 567
Sažetak, 570
Problemi, 571
POGLAVLJE 11 - POVRATAK I STABILNOST
11.0 Uvod, 585
11.1 Feedback Amplifier Considerations, 586
11.2 Tipovi povratnih informacija, 587
11.3 Pojačala za povratne informacije, 588
11.3.1 Trenutna povratna informacija - oduzimanje napona za diskretna pojačala, 588
11.3.2 naponska povratna veza - oduzimanje struje za diskretna pojačala, 592
11.4 Multistage Feedback Amplifiers, 594
11.5 Povratne informacije u operativnim pojačalima, 595
11.6 Stabilnost povratnih pojačala, 599
11.6.1 sistem stabilnosti i frekventnog odziva, 601
11.6.2 Bode parcele i stabilnost sistema, 605
11.7 Frekvencijski odziv - pojačalo za povratne informacije, 610
11.7.1 jednopolno pojačalo, 610
11.7.2 Dvopolno pojačalo, 611
11.8 Dizajn tropolnog pojačala sa ekvilajzerom olova, 617
11.9 Phase-Lag Equalizer, 623
11.10 Efekti kapacitivnog opterećenja, 624
11.11 oscilatori, 625
11.11.1 Colpitts i Hartley oscilatori, 625
11.11.2 Wien Bridge Oscillator, 626
11.11.3 Phase Shift Oscillator, 628
11.11.4 Kristalni oscilator, 629
11.11.5 Touch-Tone Generator, 631
Sažetak, 631
Problemi, 633
POGLAVLJE 12 - AKTIVNI FILTERI
12.0 Uvod, 641
12.1 Integratori i diferencijatori, 641
12.2 Active Network Design, 645
12.3 Aktivni filtri, 648
Svojstva i klasifikacija filtera 12.3.1, 649
12.3.2 aktivni filtri prvog reda, 655
12.4 Pojedinačno pojačalo - Opći tip, 666
12.5 klasični analogni filteri, 668
12.5.1 Butterworth Filteri, 669
12.5.2 Chebyshev Filteri, 672
12.6 transformacije, 674
12.6.1 Low-Pass za High-Pass transformaciju, 674
12.6.2 Low-Pass za Band-Pass transformaciju, 675
12.7 Dizajn Butterworth i Chebyshev filtera, 676
Dizajn 12.7.1 niskopropusnog filtera, 677
Redoslijed filtera 12.7.2, 677
Faktor skale parametra 12.7.3, 680
12.7.4 High-Pass filter, 688
12.7.5 Band-Pass i Band-Stop filter dizajn, 690
12.8 Integrirani krugovi, 694
12.8.1 komutirani-kondenzatorski filteri, 695
12.8.2 Šestostruki preklopni kondenzator Butterworth niskopropusni filter, 697
12.9 Zaključne napomene, 699
Sažetak, 699
Problemi, 700
POGLAVLJE 13 - QUASI-LINEAR CIRCUITS
13.0 Uvod, 706
13.1 Ispravljači, 706
13.2 Feedback Limiters, 717
13.3 komparatori, 731
13.4 Schmitt Triggers, 735
13.4.1 Schmitt Triggers with Limiters, 738
13.4.2 Integrisani krug Schmitt Trigger, 744
13.5 konverzija između analognog i digitalnog, 746
13.5.1 digitalno-analogni konvertor, 746
13.5.2 analogno-digitalni pretvarač, 747
Sažetak, 751
Problemi, 752

POGLAVLJE 14 - PUNJENI VALOVI I VREMENSKI KRUGOVI
14.0 Uvod, 760
14.1 High-Pass RC Mreža, 762
14.1.1 Stabilan odziv visoke mreže na pulsni vlak, 766
14.2 stabilan odgovor niskog prolaza RC Mreža za Pulse Train, 771
14.3 diode, 777
14.3.1 Stabilan odziv kruga dioda na pulsni vlak, 777
14.4 Trigger Circuits, 781
14.4.1 Pulse Train Response, 782
14.5 555 tajmer, 783
14.5.1 Oscilator opuštanja, 784
14.5.2 555 kao oscilator, 787
14.5.3 555 kao monostabilni krug, 794
Sažetak, 796
Problemi, 797

POGLAVLJE 15 - DIGITALNE LOGIČKE PORODICE
15.0 Uvod, 805
15.1 Osnovni koncepti digitalne logike, 805
15.1.1 State Definitions - pozitivna i negativna logika, 806
15.1.2 Time-Independent ili Unclocked Logic, 807
15.1.3 Time-Dependent ili Clocked Logic, 807
15.1.4 Elementarne logičke funkcije, 807
15.1.5 Boolean Algebra, 811
15.2 IC Građevinarstvo i pakiranje, 812
15.3 praktična razmatranja u digitalnom dizajnu, 814
15.4 digitalni sklop karakteristika BJT, 817
Porodice 15.5 Bipolarne logike, 818
15.6 tranzistor-tranzistorska logika (TTL), 818
15.6.1 Open Collector Configurations, 820
15.6.2 Active Pull Up, 823
15.6.3 H-TTL i LP-TTL Gates, 828
15.6.4 Schottky TTL Gates, 828
15.6.5 Tri-State Gates, 829
15.6.6 Device Listings, 831
15.7 emiter-spregnuta logika (ECL), 832
15.7.1 Device Listings, 834
15.8 digitalni krug karakteristike FETs, 835
15.8.1 The n-Kanel Enhancement MOSFET, 835
15.8.2 The p-MOSFET, 835
15.9 FET tranzistorske porodice, 836
15.9.1 n-Kanel MOS, 836
15.9.2 p-Kanel MOS, 836
15.10 Komplementarni MOS (CMOS), 837
Analogni prekidač 15.10.1 CMOS, 841
15.10.2 CMOS oglasi i pravila upotrebe, 843
15.11 Poređenje logičkih porodica, 845
Sažetak, 847
Problemi, 848

POGLAVLJE 16 - DIGITALNI INTEGRISANI KRUGOVI
16.0 Uvod, 856
16.1 dekoderi i enkoderi, 857
16.1.1 Selektor / Multiplekser podataka, 860
16.1.2 Keyboard Encoders / Decoders, 862
16.1.3 paritetni generatori / kontroleri, 864
16.2 Drivers and Associated Systems, 864
16.2.1 Liquid Crystal Display (LCD), 867
16.3 Flip-Flops, kvačice i registre pomaka, 868
16.3.1 japanke, 870
16.3.2 Zasuni i uspomene, 875
16.3.3 Shift registri, 877
16.4 brojači, 879
16.4.1 mjerenje frekvencije, 886
16.5 Satovi, 889
16.5.1 kontrolirani oscilator napona, 889
16.6 Memorije, 892
16.6.1 Serial Memories, 892
16.6.2 Random Access Memory (RAM), 895
16.6.3 ROM i PROM, 896
16.6.4 EPROMs, 897
16.7 Više složenih krugova, 899
16.7.1 aritmetička logička jedinica (ALU), 899
16.7.2 Full Adders, 900
Generatori za nošenje 16.7.3 Look-Ahead, 900
16.7.4 Magnitude Comparator, 902
16.8 programabilni logički niz (PAL), 903
16.9 Uvod u probleme, 903
16.9.1 Generisanje slučajnih brojeva, 904
16.9.2 Merenje mehaničkog ugla brzine, 904
16.9.3 Prekidač Hall-Effect, 905
16.9.4 Upotreba vremenskih prozora, 906
16.10 Zaključne napomene, 907
Problemi, 908

PRILOZI
A. Micro-Cap i SPICE, 929
B. Standardne vrijednosti komponenti, 944
C. Tehnički listovi proizvođača, 946
D. Odgovor na odabrane probleme, 985