"Podstawy elektroniki"

Spis treści

1. Wprowadzenie 12

1.1. Rozwój elektroniki 13

1.2. Sygnały elektryczne 18

1.3. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 26

2. Właściwości wybranych materiałów elektronicznych 28

2.1. Właściwości materiałów półprzewodnikowych 29

2.1.1. Budowa krystaliczna półprzewodników 29

2.1.2. Model pasmowy 31

2.1.3. Półprzewodniki niedomieszkowane (samoistne) 33

2.1.4. Półprzewodniki domieszkowane (niesamoistne) 33

2.1.5. Przepływ prądu w półprzewodniku domieszkowanym 37

2.1.6. Szumy w półprzewodnikach 40

2.2. Budowa i właściwości grafenu, fosforu czarnego i molibdenitu 41

2.3. Właściwości materiałów piezoelektrycznych 45

2.3.1. Wprowadzenie 45

2.3.2. Materiały piezoelektryczne ceramiczne 46

2.3.3. Właściwości materiałów piezoelektrycznych foliowych 50

2.4. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 51

3. Elementy bierne układów elektronicznych 54

3.1. Wprowadzenie 55

3.2. Rezystory 55

3.3. Kondensatory 58

3.4. Cewki indukcyjne 62

3.5. Elementy piezoelektryczne 65

3.6. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 69

4. Elementy półprzewodnikowe układów elektronicznych 70

4.1. Wprowadzenie 71

4.2. Bezzłączowe elementy półprzewodnikowe 71

4.2.1. Warystory 71

4.2.2. Termorezystory 72

4.2.3. Elementy galwanomagnetyczne 75

4.3. Diody półprzewodnikowe 79

4.3.1. Wprowadzenie 79

4.3.2. Właściwości złączy PN 80

4.3.3. Rodzaje i parametry diod 85

4.4. Tranzystory bipolarne 94

4.4.1. Wprowadzenie 94

4.4.2. Zasada działania 95

4.4.3. Właściwości i parametry 97

4.5. Tranzystory unipolarne 106

4.5.1. Wprowadzenie 106

4.5.2. Tranzystory złączowe JFET 106

4.5.3. Tranzystory z izolowaną bramką MOSFET 111

4.6. Półprzewodnikowe elementy przełączające 117

4.6.1. Wprowadzenie 117

4.6.2. Tyrystory 117

4.6.3. Inne elementy przełączające 121

4.7. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 123

5. Układy scalone 130

5.1. Wprowadzenie 131

5.2. Układy monolityczne 133

5.3. Układy hybrydowe 137

5.4. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 138

6. Elementy optoelektroniczne 140

6.1. Wprowadzenie 141

6.2. Półprzewodnikowe detektory promieniowania 143

6.2.1. Wiadomości podstawowe 143

6.2.2. Fotorezystory 143

6.2.3. Fotodiody 146

6.2.4. Ogniwa fotoelektryczne 148

6.2.5. Fototranzystory 150

6.2.6. Fotodetektory scalone 151

6.3. Półprzewodnikowe źródła promieniowania 153

6.3.1. Wiadomości podstawowe 153

6.3.2. Diody elektroluminescencyjne 153

6.3.3. Lasery 157

6.3.3.1. Wiadomości podstawowe 157

6.3.3.2. Budowa i zasada działania wybranych typów laserów 158

6.4. Transoptory 161

6.5. Wyświetlacze 163

6.5.1. Wiadomości wstępne 163

6.5.2. Wyświetlacze ciekłokrystaliczne 163

6.5.3. Wyświetlacze plazmowe 166

6.5.4. Wyświetlacze półprzewodnikowe 168

6.6. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 170

7. Układy prostownicze 174

7.1. Wprowadzenie 175

7.2. Prostowniki niesterowane 176

7.2.1. Prostowniki z obciążeniem rezystancyjnym 176

7.2.2. Prostowniki z obciążeniem pojemnościowym i indukcyjnym 180

7.3. Prostowniki sterowane 185

7.4. Filtry prostownicze 189

7.5. Powielacze napięcia 192

7.6. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 194

8. Wzmacniacze 196

8.1. Wprowadzenie 197

8.2. Charakterystyki i parametry wzmacniaczy 197

8.3. Sprzężenie zwrotne we wzmacniaczach 203

8.4. Podstawowe układy wzmacniające 209

8.4.1. Układy pracy tranzystorów we wzmacniaczach 209

8.4.2. Właściwości podstawowych układów wzmacniających z tranzystorami bipolarnymi 211

8.4.3. Właściwości podstawowych układów wzmacniających z tranzystorami unipolarnymi 218

8.4.4. Zasilanie i stabilizacja punktu pracy tranzystorów bipolarnych 221

8.4.5. Zasilanie i stabilizacja punktu pracy tranzystorów unipolarnych 229

8.5. Wzmacniacze różnicowe 231

8.6. Wzmacniacze napięciowe wielostopniowe 235

8.6.1. Wzmacniacze o sprzężeniu pojemnościowym 235

8.6.2. Wzmacniacze o sprzężeniu bezpośrednim 240

8.6.3. Wzmacniacze z przetwarzaniem 243

8.7. Wzmacniacze operacyjne 247

8.7.1. Właściwości i parametry 247

8.7.2. Typy i struktura 250

8.7.3. Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych w układach liniowych 252

8.7.4. Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych w układach nieliniowych 261

8.8. Wzmacniacze mocy 271

8.9. Wzmacniacze selektywne 279

8.9.1. Wprowadzenie 279

8.9.2. Wzmacniacze rezonansowe 280

8.9.3. Amplifiltry 284

8.10. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 288

9. Generatory 300

9.1. Wprowadzenie 301

9.2. Generatory z rezystancją ujemną 302

9.3. Generatory przebiegów sinusoidalnych ze sprzężeniem zwrotnym 303

9.3.1. Wstęp 303

9.3.2. Generatory LC 304

9.3.3. Generatory RC 309

9.3.4. Generatory piezoelektryczne 312

9.3.5. Modulacja i demodulacja amplitudy, fazy i częstotliwości 314

9.4. Generatory przebiegów niesinusoidalnych 339

9.4.1. Wstęp 339

9.4.2. Generatory przebiegów prostokątnych 340

9.4.3. Generatory przebiegów liniowych 346

9.5. Generatory uniwersalne 351

9.6. Generatory sterowane 353

9.7. Generatory cyfrowe 357

9.8. Pętla fazowa PLL 360

9.9. Generatory mocy 362

9.10. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 363

10. Stabilizatory napięcia i prądu stałego 368

10.1. Wprowadzenie 369

10.2. Parametry stabilizatorów 369

10.3. Stabilizatory parametryczne 373

10.4. Stabilizatory kompensacyjne o działaniu ciągłym 376

10.5. Stabilizatory impulsowe 382

10.6. Stabilizatory scalone 387

10.7. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 388

11. Układy i urządzenia cyfrowe 392

11.1. Wprowadzenie 393

11.2. Operacje logiczne 393

11.2.1. Pojęcia podstawowe 393

11.2.2. Zależności logiczne wyrażane w języku 394

11.2.3. Zależności logiczne w działaniu urządzeń technicznych 394

11.2.4. Podejście formalne – Rachunek zdań 395

11.3. Systemy zapisu liczb. Operacje arytmetyczne 397

11.3.1. Systemy dwójkowe zapisu liczb 397

11.3.2. Operacje arytmetyczne w dwójkowych systemach zapisu liczb 401

11.3.2.1. Dodawanie liczb dodatnich 401

11.3.2.2. Odejmowanie liczb dodatnich 403

11.3.2.3. Mnożenie liczb dodatnich 404

11.3.2.4. Dzielenie liczb dodatnich 405

11.3.2.5. Dodawanie liczb o dowolnym znaku 405

11.3.2.6. Odejmowanie liczb o dowolnym znaku. Zmiana znaku 406

11.3.2.7. Mnożenie i dzielenie liczb o dowolnym znaku 406

11.3.2.8. Obliczanie funkcji 407

11.3.2.9. Nadmiar 407

11.4. Proste układy logiczne 408

11.4.1. Cechy fizyczne układów logicznych 408

11.4.2. Podstawowe techniki realizacyjne 412

11.4.2.1. Układy TTL 412

11.4.2.2. Układy MOS, CMOS 414

11.4.2.3. Układy BiCMOS 415

11.4.3. Elementy kombinacyjne 416

11.4.3.1. Wprowadzenie 416

11.4.3.2. Bramki 418

11.4.3.3. Bramki trójstanowe – magistrale 418

11.4.3.4. Iloczyn galwaniczny 419

11.4.4. Układy sekwencyjne. Przerzutniki 420

11.4.4.1. Układy sekwencyjne 420

11.4.4.2. Przerzutniki 421

11.4.4.3. Przerzutnik prosty RS 421

11.4.4.4. Przerzutniki synchroniczne 423

11.4.5. Elementy pomocnicze 428

11.4.5.1. Układy sprzęgające wejściowe 428

11.4.5.2. Układy sprzęgające wyjściowe 430

11.4.5.3. Układy czasowe 430

11.5. Bloki funkcjonalne i układy specjalizowane 431

11.5.1. Wiadomości podstawowe 431

11.5.2. Rejestry 432

11.5.3. Liczniki 434

11.5.4. Bloki arytmetyczne 437

11.5.4.1. Sumator 437

11.5.4.2. Komparator cyfrowy 439

11.5.5. Układy komutacyjne 440

11.5.4.3. Jednostka arytmetyczno-logiczna 440

11.5.5.1. Multiplekser 440

11.5.5.2. Demultiplekser 442

11.5.5.3. Dekoder 442

11.5.5.4. Koder 442

11.5.6. Pamięci 443

11.5.7. Układy sprzęgające z urządzeniami analogowymi 446

11.6. Urządzenia cyfrowe 447

11.6.1. Konstruowanie urządzeń cyfrowych 447

11.6.2. Układy sterowania i procesory 449

11.6.3. Mikroprocesory. Mikrokomputery 456

11.6.4. Układy cyfrowe programowane 459

11.6.5. Mikrokomputery jednoukładowe 462

11.7. Informacja cyfrowa 463

11.7.1. Przetwarzanie informacji cyfrowej 463

11.7.2. Kontrola poprawności przesyłania informacji 466

11.7.3. Przechowywanie informacji cyfrowej. Uwagi 469

11.8. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 471

12. Wprowadzenie do elektronicznej techniki pomiarowej 478

12.1. Podstawowe pojęcia metrologii 479

12.1.1. Obiekt fizyczny i wielkości fizyczne 479

12.1.2. Jednostki miar i układy jednostek miar 479

12.1.3. Urządzenia pomiarowe 480

12.1.4. Metody pomiarowe 482

12.1.5. Błąd a niepewność pomiaru 484

12.2. Elementy techniki eksperymentu 486

12.2.1. Planowanie i przeprowadzanie pomiarów 486

12.2.2. Ocena dokładności pomiaru 488

12.2.3. Opracowanie wyników pomiarów 490

12.3. Aparatura pomiarowa 493

12.3.1. Wprowadzenie 493

12.3.2. Analogowe przetworniki do kondycjonowania sygnałów 498

12.3.3. Przetworniki cyfrowo-analogowe C/A i analogowo -cyfrowe A/C 507

12.3.4. Woltomierze i multimetry cyfrowe 520

12.3.5. Oscyloskopy 526

12.3.6. Systemy pomiarowe i przyrządy wirtualne 532

12.4. Pomiary i analiza sygnałów oraz elementów elektronicznych 542

12.4.1. Pomiary napięcia i natężenia prądu 542

12.4.2. Pomiary mocy 546

12.4.3. Pomiary częstotliwości, przedziału czasu i przesunięcia fazowego 548

12.4.4. Wyznaczanie wielkości charakteryzujących przebiegi impulsowe 553

12.4.5. Zasady analizy widmowej 555

12.4.6. Pomiary parametrów R, L, C 558

12.5. Wybrane urządzenia elektroniczne do pomiaru wielkości fizycznych 566

12.5.1. Wprowadzenie 566

12.5.2. Czujniki i przetworniki piezorezystywne 568

12.5.3. Czujniki i przetworniki piezoelektryczne 572

12.5.4. Światłowodowe czujniki optoelektroniczne 577

12.5.5. Dalmierze laserowe 580

12.5.6. Skanery 3D 581

12.5.7. Kamery termowizyjne 583

12.5.8 Kamery hiperspektralne 592

12.6. Przykładowe pytania i zadania kontrolne 594

13. Zasady bezpiecznego użytkowania i badania urządzeń elektronicznych 602

Rozwiązania wybranych zadań rachunkowych i testowych 606

Literatura 642