Podstawy elektroniki i techniki cyfrowej Wrocław

Lekko, łatwo i przyjemnie o sprawach nie zawsze prostych Książka powstała z myślą o studentach informatyki i o każdym, kto przygotowuje się do pracy w zawodzie związanym z programowaniem i administrowaniem sieciami. A także z innymi obszarami, w których wiedza i umiejętności z zakresu informatyki są kluczowe, ale w których niebagatelne znaczenie ma również znajomość podstaw elektroniki. Ponieważ problemy elektryki, a także elektroniki analogowej i cyfrowej nie zawsze są proste do zrozumienia, nawet na bazowym poziomie, autor postanowił zaprezentować je w możliwie najprzystępniejszy sposób. Czytelnik znajdzie więc w książce wiele rysunków i schematów wyjaśniających poglądowo kolejne tematy. Została ona pomyślana tak, by stymulować wyobraźnię odbiorcy w kierunku samodzielnego zrozumienia, co dany układ czy schemat przedstawia i jak działa. Przewodnik zawiera wiedzę o elektronice w zakresie, w jakim powinien ją opanować każdy przyszły absolwent informatyki, który chce się legitymować wykształceniem technicznym na solidnym, wartościowym dla pracodawców poziomie. Poznaj prawa, elementy i sygnały stosowane w elektronice Dowiedz się, jak działają elementy półprzewodnikowe, diody, tranzystory Zrozum rolę wzmacniaczy i kompaktorów Przyjrzyj się najważniejszym układom, na których bazuje elektronika Spis treści: Wstęp Rozdział 1. Podstawowe wiadomości o prawach, elementach i sygnałach używanych w elektronice 1.1. Podstawowe wiadomości o prawach stosowanych w elektronice 1.2. Źródła sygnałów 1.2.1. Źródło napięciowe 1.2.2. Źródło prądowe 1.3. Sygnały 1.3.1. Sygnały sinusoidalne 1.3.2. Inne sygnały 1.3.3. Częstotliwości graniczne i czas narastania 1.3.4. Porównanie sygnałów 1.3.5. Źródła sygnałów 1.3.6. Transmisja mocy - dopasowanie energetyczne obciążenia 1.4. Uogólnione prawo Ohma 1.5. Elementy bierne używane w elektronice 1.5.1. Rezystor 1.5.2. Kondensator 1.5.3. Cewka 1.6. Czwórnikowa reprezentacja obwodu kształtującego 1.7. Dzielnik napięcia zależny od częstotliwości 1.7.1. Wprowadzenie 1.7.2. Filtr dolnoprzepustowy 1.7.3. Filtr górnoprzepustowy Rozdział 2. Elementy półprzewodnikowe 2.1. Podstawowe własności półprzewodników 2.1.1. Poziomy energetyczne w atomie 2.1.2. Złącze p-n 2.1.3. Charakterystyka prądowo-napięciowa złącza 2.1.4. Wybrane właściwości złącza 2.2. Technologia wytwarzania monolitycznych układów półprzewodnikowych Rozdział 3. Diody 3.1. Modele diod 3.1.1. Model diody idealnej 3.1.2. Model diody z uwzględnieniem napięcia progowego (dyfuzyjnego) 3.1.3. Model z uwzględnieniem napięcia progowego i rezystancji szeregowej złącza 3.2. Rodzaje diod 3.2.1. Diody prostownicze 3.2.2. Diody uniwersalne 3.2.3. Diody Zenera 3.2.4. Diody pojemnościowe - warikapy 3.2.5. Diody tunelowe 3.2.6. Diody Schottky'ego 3.2.7. Fotodiody 3.2.8. Fototranzystory 3.2.9. Diody elektroluminescencyjne LED (ang. Light-Emitting Diode) Rozdział 4. Przyrządy półprzewodnikowe objętościowe 4.1. Hallotrony 4.2. Termistory 4.3. Fotorezystory Rozdział 5. Układy diodowe 5.1. Podstawowe układy pracy (wybrane rozwiązania) 5.1.1. Prostowniki sieciowe 5.1.2. Stabilizatory napięcia 5.1.3. Układy automatycznego strojenia częstotliwości 5.2. Diody przełączające 5.3. Diodowe układy obcinające (przykłady) 5.4. Ogniwa fotowoltaiczne 5.5. Optoizolatory Rozdział 6. Tranzystory 6.1. Tranzystory bipolarne 6.1.1. Konfiguracje pracy tranzystora 6.1.2. Charakterystyki statyczne 6.1.3. Modele tranzystorów 6.2. Tranzystory polowe - unipolarne 6.2.1. Tranzystor polowy złączowy 6.2.2. Tranzystor polowy z izolowaną bramką Rozdział 7. Klasyfikacja wzmacniaczy 7.1. Wzmacniacz napięciowy 7.2. Wzmacniacz prądowy 7.3. Wzmacniacz transkonduktancyjny 7.4. Wzmacniacz transrezystancyjny 7.5. Wzmacniacz wielostopniowy Rozdział 8. Układy tranzystorowe 8.1. Zastosowanie parametrów h do analizy wzmacniacza tranzystorowego 8.2. Właściwości wzmacniaczy z tranzystorami bipolarnymi w różnych konfiguracjach 8.2.1. Wzmacniacz w układzie wspólnego emitera (OE) 8.2.2. Wzmacniacz w układzie wspólnego kolektora (OC) - wtórnik emiterowy 8.2.3. Wzmacniacz w układzie wspólnej bazy (OB) Rozdział 9. Właściwości wzmacniaczy z tranzystorami polowymi 9.1. Układ ze wspólnym źródłem OS (WS) 9.2. Układ ze wspólnym drenem (wtórnik źródłowy) OD (WD) 9.3. Układ ze wspólną bramką 9.4. Układy zasilania tranzystorów unipolarnych Rozdział 10. Ciekawe układy tranzystorowe 10.1. Tranzystor jako źródło prądowe 10.2. Układ Darlingtona Rozdział 11. Wzmacniacze szerokopasmowe 11.1. Układ kaskodowy Rozdział 12. Wzmacniacze różnicowe 12.1. Definicja CMRR (ang. common mode rejection ratio) współczynnik tłumienia sygnału wspólnego 12.2. Wejściowe napięcie niezrównoważenia 12.3. Tranzystory polowe we wzmacniaczu różnicowym Rozdział 13. Wzmacniacze mocy 13.1. Wtórnik emiterowy 13.2. Komplementarne wtórniki emiterowe pracujące w klasie B 13.3. Komplementarne wtórniki emiterowe w klasie AB 13.4. Wzmacniacze mocy klasy C oraz D 13.5. Stopień mocy we wzmacniaczach operacyjnych Rozdział 14. Sprzężenie zwrotne - feedback 14.1. Wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym 14.2. Wpływ ujemnego sprzężenia zwrotnego na właściwości wzmacniaczy Rozdział 15. Wzmacniacze operacyjne Rozdział 16. Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych 16.1. Wzmacniacz odwracający fazę 16.2. Wzmacniacz nieodwracający fazy 16.3. Sumator 16.4. Układ odejmujący 16.5. Układ mnożący napięcie przez stały współczynnik 16.6. Generator funkcji - układ logarytmujący 16.7. Generator funkcji wykładniczej 16.8. Źródło prądowe sterowane napięciem 16.9. Źródło prądowe z wykorzystaniem tranzystora 16.9.1. Źródło prądowe sterowane prądem - wtórnik prądowy (lustro prądowe) 16.10. Integrator - układ całkujący 16.10.1. Integrator nieodwracający 16.11. Układy różniczkujące Rozdział 17. Komparatory Rozdział 18. Filtry aktywne 18.1. Realizacja filtrów pierwszego rzędu 18.2. Filtry drugiego rzędu 18.3. Filtry pasmowo-przepustowe Rozdział 19. Układy zasilające 19.1. Transformatory sieciowe 19.2. Prostowniki sieciowe 19.3. Stabilizatory 19.3.1. Stabilizatory impulsowe 19.3.2. Modulator szerokości impulsów - Pulse Width Modulator (PWM) Rozdział 20. Przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe 20.1. Przetwarzanie - pojęcia podstawowe 20.1.1. Parametry przetwarzania 20.1.2. Źródła błędów 20.1.3. Efekt aliasingu 20.2. Przetworniki analogowo-cyfrowe ADC 20.2.1. Przetworniki typu flash 20.2.2. Przetworniki licznikowe 20.2.3. Przetworniki typu delta-sigma ?? jednobitowe 20.2.4. Przetworniki z podwójnym całkowaniem 20.3. Przetworniki cyfrowo-analogowe DAC 20.3.1. Przetworniki typu ważone R 20.3.2. Przetworniki typu R-2R Rozdział 21. Układy cyfrowe - podstawowe pojęcia, definicje 21.1. System binarny i algebra Boole'a 21.2. Układy cyfrowe 21.3. Sygnał cyfrowy 21.4. Podstawowe parametry układu cyfrowego 21.4.1. Szybkość działania 21.4.2. Moc pobierana/rozpraszana 21.4.3. Odporność na zakłócenia 21.4.4. Elastyczność łączeniowa 21.4.5. Skala integracji Rozdział 22. Podstawowe funktory logiczne 22.1. Negacja - NOT, NIE; inwerter, negator 22.2. Suma logiczna - OR, LUB 22.3. Suma logiczna zanegowana (negacja sumy logicznej) - NOR, LUB-NIE 22.4. Iloczyn logiczny - AND, I 22.5. Iloczyn logiczny zanegowany (negacja iloczynu logicznego) - NAND, I-NIE 22.6. Suma modulo - XOR, EXCLUSIVE-OR, WYŁĄCZNIE-LUB Rozdział 23. Funkcje większej ilości zmiennych Rozdział 24. Upraszczanie funkcji metodą tablic Karnaugha Rozdział 25. Podstawowe techniki realizacji 25.1. DTL (ang. Diode-Transistor Logic) / RTL (ang. Resistor-Transistor Logic) 25.2. TTL - Transistor Transistor Logic 25.2.1. Inne funktory logiczne realizowane w technologii TTL 25.2.2. Różne ciekawe rozwiązania powstałe na bazie technologii TTL 25.2.3. Zasady sterowania i układy sprzęgające 25.3. Technologia MOS - Metal Oxide Semiconductor 25.3.1. Realizacja podstawowych funktorów logicznych w technologii MOS 25.3.2. Realizacja podstawowych funktorów logicznych w technologii CMOS 25.3.3. Porównanie struktur wykonanych w technologii TTL oraz CMOS Rozdział 26. Przerzutniki 26.1. Przerzutniki bistabilne 26.1.1. Przerzutniki typu RS 26.1.2. Przerzutniki typu D 26.1.3. Przerzutniki typu JK 26.1.4. Realizacja różnych odmian 26.1.5. Podsumowanie wiadomości o przerzutnikach bistabilnych 26.2. Przerzutniki monostabilne 26.2.1. Detektor zbocza impulsu jako najprostsza realizacja 26.2.2. Realizacja umożliwiająca kształtowanie długości impulsu 26.2.3. Realizacja jako układ scalony 26.2.4. Timer 555 26.3. Przerzutniki astabilne - generatory fali prostokątnej 26.3.1. Przerzutniki astabilne - realizacja na kondensatorze 26.3.2. Przerzutniki astabilne - realizacja z użyciem bramek zlinearyzowanych 26.3.3. Realizacja stabilnego generatora drgań z użyciem kwarcu 26.3.4. Generator przebiegu prostokątnego stabilizowany rezonatorem kwarcowym Rozdział 27. Złożone, sekwencyjne układy cyfrowe 27.1. Liczniki 27.1.1. Liczniki asynchroniczne 27.1.2. Liczniki synchroniczne 27.1.3. Liczniki zliczające do dowolnego n 27.2. Liczniki rewersyjne 27.2.1. Mikrooperacja 27.3. Wybrane scalone liczniki firmowe 27.4. Generator sekwencji 27.5. Detektor sekwencji Rozdział 28. Hazard Rozdział 29. Automaty stanów skończonych FSM 29.1. Automaty Moore'a oraz Mealy'ego 29.1.1. Automat Moore'a 29.1.2. Automat Mealy'ego 29.2. Projekt detektora sekwencji 110 29.2.1. Realizacja projektu jako automat Moore'a 29.2.2. Realizacja projektu jako automat Mealy'ego Rozdział 30. Rejestry 30.1. Rejestry przesuwne 30.1.1. Rejestr SISO 30.1.2. Rejestr SIPO 30.1.3. Rejestr PISO 30.1.4. Rejestry równoległe PIPO 30.2. Rejestry uniwersalne Rozdział 31. Multipleksery Rozdział 32. Demultipleksery/dekodery Rozdział 33. Konwertery kodów Rozdział 34. Złożone kombinacyjne układy cyfrowe - przykłady 34.1. Klawiatura 64-stykowa 34.2. Sekwencyjne wyświetlanie cyfr Rozdział 35. Układy arytmetyczne 35.1. Sumatory 35.1.1. Sumator dwójkowy - półsumator 35.1.2. Pełny sumator 35.2. Subtraktory (układy odejmujące) 35.3. Sumowanie wielobitowe - metody przyspieszania sumowania 35.3.1. Antycypowanie przeniesień 35.3.2. Sumowanie szeregowe Rozdział 36. Kody zapisu liczb ze znakiem 36.1. Komplementer (układ realizujący przeniesienie do jeden U1) 36.2. Komplementer do dwóch U2 Rozdział 37. Układy stosowane w jednostkach wykonawczych procesorów 37.1. Sumator dziesiętny BCD 37.2. Komparatory 37.3. Układy generowania i kontroli parzystości 37.4. Jednostki arytmetyczno-logiczne ALU Rozdział 38. Programowalne struktury logiczne - układy PLD (ang. Programmable Logic Devices) 38.1. Układy SPLD 38.2. Układy CPLD 38.3. FPGA - Field programmable Gate Array - programowalne matryce bramkowe 38.3.1. Konfigurowalne bloki logiczne 38.3.2. Moduły logiczne 38.4. Programowanie za pomocą języków opisu sprzętu - HDL (ang. Hardware Description Language) 38.5. Podstawowe elementy - jednostki projektowe VHDL 38.6. Przykład kompletnego opisu 38.7. Diagram przepływu 38.7.1. Symulacja funkcjonalna 38.7.2. Synteza 38.7.3. Programowa realizacja - Software Implementation 38.7.4. Symulacja czasowa (ang. timing simulation) 38.7.5. Device programming (downloading) Literatura Skorowidz O autorze: Roman Krasowski ... doktor inżynier w dziedzinie elektroniki, specjalizujący się w aparaturze elektronicznej. Jego kariera naukowa związana jest ściśle z Akademią Górniczo-Hutniczą, a potem z Wyższą Szkołą Zarządzania i Bankowości. Współtworzył pierwszy Instytut Informatyki w AGH, gdzie prowadził zajęcia z elektroniki i budowy sprzętu komputerowego. W trakcie kariery naukowej odbył liczne staże naukowe, między innymi w Zjednoczonym Instytucie Badań Jądrowych w Dubnej pod Moskwą, a także na Uniwersytecie w Brescii we Włoszech, będącym filią Politechniki Mediolańskiej. Brał udział w wielomiesięcznej ekspedycji naukowo-eksploracyjnej w Andach w Peru. Uczestniczył w wielu misjach jako ekspert Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej w Wiedniu. W wolnym czasie lubi podróżować własnym kamperem po Europie.