Бартош А.И. - Схемотехника. От азов до создания практических устройств

Введение

Часть I. Осваиваем азы схемотехники

Шаг 1. Транзисторы биполярные и полевые

1.1. Транзисторы и их модели
Характеристики транзисторов
Биполярный транзистор
Крутизна прямой передачи
«Линейный участок» или иллюзия?
Коэффициент передачи тока базы
Германиевые транзисторы
Полевые транзисторы
Крутизна полевого транзистора
1.2. Стабилизация режима
Стабилизация тока коллектора
«Паспортный режим»
Эмиттерная стабилизация
Коллекторная стабилизация
Делитель напряжения
«Токовое зеркало»
1.3. Режимы полевых транзисторов
Стабилизация тока стока
Принудительная стабилизация
Всегда ли стабилизировать ток?
1.4. Вопросы из практики
1.5. Анализ. Что влияет на стабильность
Дрейф входного напряжения
Нестабильность потенциала базы
Трансформированное сопротивление
Ток утечки
Особенности коллекторной стабилизации
Стабилизация схемы с делением напряжения
Вспомогательный ток
Компенсация дрейфа
«Сверхстабильность»

Шаг 2. Линейные каскады для слабых сигналов

2.1. Обратная связь в линейных каскадах
Исходные предпосылки
Эмиттерный повторитель
Выходное сопротивление
Преобразователь напряжения в ток
Преобразователь тока в напряжение
Преобразователь тока в ток
Сложение токов
Масштабный усилитель
2.2. Анализ эмиттерного повторителя
Входное сопротивление
«Трансформатор сопротивлений»
2.3. «Обычные» линейные каскады
Коэффициент передачи
Входное сопротивление
Выходное сопротивление
Ошибка с емкостью
2.4. Дифференциальные схемы
Дифференциальный преобразователь напряжения в ток
Обеспечение режима
Максимальное усиление
Балансная схема
Разбаланс дифференциальной схемы
Синфазное напряжение
2.5. Вопросы из практики
2.6. Дополнение для любознательных
Динамическая нагрузка
Динамическая нагрузка в дифференциальном каскаде
Положительная обратная связь

Шаг 3. Линейные каскады на высоких частотах

3.1. Необычные свойства обычных схем
Неудачный усилитель
Емкость нагрузки
Емкость база-эмиттер
Сюрприз с входной емкостью
3.2. Схемотехника широкополосных каскадов
Широкополосные схемы
Паразитная обратная связь
Каскодный усилитель
Дифференциальный усилитель
Повторитель напряжения
Преобразователь тока в напряжение
К подсчетам емкостей каскада
К подсчетам входного сопротивления
«Граничные частоты»
3.3. Схемотехника резонансных каскадов
Вносимое затухание
Самовозбуждение резонансного усилителя
Неполная связь
Параллельное включение
Последовательное включение по входу
Последовательное включение по выходу
3.4. Вопросы из практики
3.5. Дополнение для любознательных
Сопряжение моделей
Отрицательное сопротивление

Шаг 4. Линейные каскады при больших сигналах

4.1. Уровни напряжений
Проблемы выбора режимов
Резистивная нагрузка в коллекторе
Потенциал коллектора
Без ООС
Резистивная нагрузка в эмиттере
4.2. Схемы с внешней нагрузкой
Куда делся динамический диапазон?
Не повторяющий повторитель
Фундаментальное условие
Трансформаторные каскады
4.3. Дополнение для любознательных
Вольтдобавка
Реактивная нагрузка
Емкость нагрузки
Реактивный ток
Параллельная индуктивность
Двухтактные структуры
4.4. Электронная регулировка уровня
Управление крутизной усилителя
Диапазон регулирования
«Вариант АРУ»
Секрет формы характеристики
Многокаскадное регулирование
«Вариант РРУ»
Управление распределением токов
Управляемый аттенюатор
4.5. Вопросы из практики

Шаг 5. Полупроводниковые ключи

5.1. Ключ напряжения
Схемы автоматики и коммутации
Ключи напряжения
Управление ключом напряжения
Кремниевые и германиевые транзисторы
Преобразование уровней
Полевые ключи
Двухполярный ключ
«Сквозной» ток
5.2. Ключ тока
Коммутация тока
Управление ключом тока
Диодные ключи
Ответвление тока
5.3. Дополнение для любознательных
Импульсные схемы
Причуды разделительной емкости
Аналоговые ключи
Ключ структуры МОП
Аналоговый мультиплексор
5.4. Вопросы из практики
5.5. Анализ. Точность и быстродействие
Напряжение на открытом ключе
Первая составляющая. Остаточное напряжение
Вторая составляющая. Падение напряжения
Третья составляющая. Сопротивление коллектора
Скорость переключения
Барьерная емкость
Время включения
Время рассасывания
Перезаряд емкости нагрузки
Идеальные фронты
Ключ тока
Точность передачи аналоговых ключей
Скорость переключения
Сопротивление в цепи затвора

Шаг 6. Нелинейные каскады

6.1. Амплитудное детектирование
Диодный детектор
Хитрости смещенного диода
Параллельный детектор
Детектор «с удвоением»
Эмиттерный детектор
«Линейный» и «квадратичный» детекторы
6.2. Анализ: мнимо-простой диодный детектор
Искажения в детекторе
Полоса модулирующих частот
Путаница с «входным сопротивлением»
«Обратное сопротивление»
Чувствительность детектора
Истоковый детектор
6.3. Перемножение колебаний
Перемножители и смесители
Крутизна преобразования
Амплитуда колебаний гетеродина
Закон управления
Сложение колебаний
Каскад с развязкой
Страховка от неточности
«Сильный» сигнал
Балансный смеситель
Ключевые смесители
6.4. Анализ. Амплитудное ограничение
Дифференциальный ограничитель
Апертура ограничения
Парадокс входного сопротивления
6.5. LC-генераторы
Баланс амплитуд
Насыщение транзистора
Автоматическое смещение
Ограничение в петле
Снова дифференциальный ограничитель
Две цепи обратной связи
6.6. Кварцевая стабилизация частоты
Кварцевый резонатор
Параллельный резонанс
Последовательный резонанс
Низкоомный вход и выход
Универсальная дифференциальная схема
Мощность, рассеиваемая кварцем
6.7. Вопросы из практики
6.8. Дополнение для любознательных
Обращение схем
Детектор тока
Управление по подложке
Четырехквадрантный перемножитель
Смеситель с управляемым сопротивлением

Шаг 7. От многотранзисторных схемных структур к операционным усилителям

7.1. Самостабилизирующиеся схемы
Обратная связь по режиму
Транзисторное кольцо
Пути для токов
Главный секрет
Слабое звено
7.2. Стабилизация сигнальных параметров
Общая ООС по сигналам
Усилитель постоянного тока
Повторитель напряжения
Масштабный усилитель
Преобразователь тока в напряжение
Смещение нуля
Усилитель переменного напряжения
Операционные усилители
7.3. Измерительные схемы
Обходимся без операционного усилителя
Напряжение ошибки
Компенсирующий транзистор
Согласование режима пары
7.4. Диапазон уровней
Шкалы уровней
Проблема синфазного напряжения
Уровни выхода
Сдвиг уровня
Балластный ток
Ток нагрузки
Двухполярные каскады
7.5. Вопросы из практики
7.6. Дополнение для любознательных
Стабилизированный усилитель
Разрабатываем интегральную схему
Физический эталон

Шаг 8. Анализ многотранзисторных схем с ООС

8.1.Точность измерительных схем
Показатели качества
Анализ напряжения ошибки
Разброс коллекторных резисторов
Различие коллекторных напряжений
Ответвление тока
Парадокс «выходного сопротивления»
8.2. Устойчивость схем с ООС
Комплексный коэффициент передачи тока
Потенциальная неустойчивость
Реальная неустойчивость
Предельная частота усиления по току
Звено первого порядка
Виртуальный транзистор
8.3. Частотные свойства схем
Типичные ошибки
Звено с ограничением
Низкочастотный выходной транзистор
Температура и предельная частота
По страницам старых журналов
Схемы с коррекцией
Мифы «полосы пропускания»
8.4. Динамические свойства схем
Скорость нарастания
Заряд емкости нагрузки
Разряд емкости нагрузки
Быстродействие выходного транзистора
Бросок тока нагрузки
8.5. Аналоговая стабилизация напряжения
Создаем стабилизатор
Сетевой выпрямитель
Коэффициент полезного действия
Опорное напряжение
Стабильность опоры
Дрейф напряжения ошибки
Уровень пульсаций
Коммутация нагрузки
8.6. Вопросы из практики

Шаг 9. Многокаскадные аналоговые схемы

9.1. Совместимость по информации
Система и подсистемы
«Согласование» каскадов
Информационные электрические величины
Связь напряжение-напряжение
Связь ток-ток
Связи напряжение-ток и ток-напряжение
Разветвления
Объединения
9.2. Неконтролируемые связи в схемах
Самовозбуждение усилителей
Паразитные параметры общих шин
Конструкции общих шин
Защищенные междукаскадные связи
Связь напряжение-напряжение
Индуктивная междукаскадная связь
Чередование структур
«Токовое зеркало»
Дифференциальный усилитель
Путаница с развязкой
Связь ток-ток
Цепи задания режима
9.3. Вопросы из практики
9.4. Дополнение для любознательных
Согласование по шумам
Шум биполярного транзистора

Шаг 10. Надежность полупроводниковых схем

10.1. Надежность электрического режима
Мнимые отказы
Ошибка в справочнике?
Лавинный пробой
Граничное напряжение
Напряжение переворота фазы
Питание базы фиксированным током
Конечное сопротивление в цепи базы
Сопротивление в цепи эмиттера
Сопротивление в цепях базы и эмиттера
Схема Дарлингтона
Каскодное включение
10.2. Тепловая устойчивость аналоговых схем
Тепловые токи
Вытеснение тока базы
Балластный ток
10.3. Разбор ошибок

Часть II. От азов до практических устройств на электронных лампах

Шаг 11. Интересны ли нам радиолампы?

11.1. Музыка из ящика
Лампы и звук
Не слишком ли плохи параметры?
Что такое динамический диапазон
11.2. О высоком качестве звучания
Высокая верность
«Транзисторный звук» - реальность или миф?
Никаких компромиссов
Last but not least

Шаг 12. Приемно-усилительные лампы

12.1. Ламповый триод и его свойства
Рассматриваем вольтамперные характеристики
Режимы триода и рабочая точка
Ток сетки и утечка сетки
Статические параметры лампы
О номинальных и реальных значениях
«Левые» и «правые»
Анодные характеристики
Анодная нагрузка
12.2. Сеток становится больше
Анод и «как бы анод»
Триодная часть тетрода
Вторая сетка и токораспределение
Появляется третья сетка
Лампы с двойным управлением
Лучевые тетроды
«Варимю» или «вариэс»?
12.3. Режимы, и как их устанавливать
А какой режим нужен?
Фиксированное, и не самое лучшее
Катодное смещение - это просто
Минус на сетку? Нет, плюс!
Новость: анодная стабилизация
А что с режимом пентода?
Сюрприз: принудительная стабилизация
Как выбирать резисторы утечки
Диод в триоде
Проблемы с трансформаторной связью
Низкое анодное напряжение возможно?

Шаг 13. Работаем с малыми сигналами

13.1. Строим усилительные каскады
Триодный усилитель - это несложно
Ближе к практике
Пентодный усилитель - это еще проще
Пытаемся увеличить усиление
Вводим отрицательную обратную связь
Динамическая крутизна и мнимая ООС
Преобразование напряжения в ток
Дифференциальный и синфазный сигнал
Катодный повторитель в реальности и в мифах
Пентодный повторитель или повторитель на пентоде?
Преобразование тока в напряжение
«Заземленная сетка»
Занимательная схемотехника
13.2. Выше частота - сложнее проблемы
Паразитные емкости лампы
Постоянная времени нагрузки
Неприятности с входным сопротивлением и емкостью
Не пентодом единым
Нейтродины
Неполное включение
Каскодная и дифференциальная схемы
Катодный повторитель подкладывает свинью
13.3. Помехи, и как с ними бороться
Снова проблема неконтролируемых связей
Развязка правильная и неправильная
Дифференциальный усилитель снова выручает
Индуктивная (трансформаторная) межкаскадная связь
Приведение помехи к сетке
Лучше антенна - хуже прием?
Планета Земля и просто «земля»

Шаг 14. Создаем ламповый аудиоусилитель

14.1. Предварительное аудиоусиление
Режим класса А
Резистивный драйвер и проблемы неискаженной передачи
Строим нагрузочную прямую
«Клирфактор»
Знакомимся с динамической характеристикой
Внешняя нагрузка…
... и перегрузка!
Трансформаторы и дроссели в драйвере
Динамическая нагрузка и мода
Необычный катодный повторитель
Положительная обратная связь?
14.2. Классика тетродных усилителей мощности
Рассматриваем энергетику для режима А
Нужно ли «согласование» с нагрузкой?
Остаточное напряжение оконечной лампы
Рассчитываем мощность в нагрузке
Допустимые значения напряжений и токов
Выходное сопротивление и демпфирование
Параллельное включение ламп
Нужен ли «антипаразитный» резистор?
Катодный повторитель и реактивный ток
Зачем параллельный конденсатор?
14.3. Проблемы триодных оконечных каскадов
Проблема остаточного напряжения
Работаем с токами сетки
Высокое анодное напряжение
Триоды с редкой сеткой
Проблема реактивного тока
Триодные характеристики строим сами
Прямой накал: элита или миф?
14.4. Двухтактное усиление на перекрестке мнений
Плюсы или минусы двухтактника
Режимы А, В и АВ
Фазоинверторы
Сюрприз: самоинвертирующие каскады
14.5. Транзисторный звук в ламповых схемах
Чудеса отменяются
Сильная и слабая ООС
Откуда берется мягкое и жесткое ограничение
Необычная проблема частотных границ
Легенды и мифы выходного сопротивления

Шаг 15. Поговорим о радиоприемниках

15.1. Избирательные системы
Необходимое объяснение
Синхронный прием - решение для профи
Супергетеродинный прием или прямое усиление
Колебательный контур - знакомый незнакомец
Полоса пропускания
Подавление внеполосных сигналов
Связанные контуры
Гауссов тракт - что это?
15.2. Прием нормальный и паразитный
Какие бывают каналы паразитного приема
Зеркальный канал и борьба с ним
Увеличивать ПЧ или добавлять контур?
Приемники с задиапазонной ПЧ
Помеха с промежуточной частотой
Помехи на гармониках гетеродина
Забитие. Кросс-модуляция
Двойное преобразование. Пораженные частоты
«Режекторно-интегральный формирователь»
15.3. Автоматическая регулировка усиления
Проблема № 1: регулирующий элемент
Так для чего нужны пентоды «К»?
«Гениальные» идеи и их фиаско
Новость: управление токораспределением
Проблема № 2: петля регулирования
Для чего столько ламп?
15.4. Вспомним о диодах
Амплитудный детектор на ламповом диоде
Искажения в ламповом детекторе
Рассчитываем чувствительность детектора
Переходим к параллельному детектору
Сеточный детектор - услада радиолюбителя
Секрет регенератора
Катодный детектор, пасынок радиолюбителя
Анодный детектор, пережиток старины
Кенотронный выпрямитель

Часть III. Практика: создаем устройства на цифровых и аналоговых микросхемах

Шаг 16. Интегральные микросхемы - что это, для чего и как?

16.1. Что такое микросхема?
О чем нам говорят даташиты
Без настройки схем на дискретных элементах - не обойтись
Пошаговый путь к созданию микросхемы
Как устроена микросхема
16.2. Преимущество и недостатки использования ИМС
Начнем с преимуществ
Несколько слов о недоставках микросхем
16.3. Виды сигналов - аналоговый и цифровой
Аналоговый сигнал
Дискретный сигнал
Цифровой сигнал

Шаг 17. Аналоговые микросхемы: создаем практические устройства

17.1. Микросхемы для преобразования аналогового сигнала в цифровой: практика
555 - никакого оккультизма, просто интегральная микросхема-таймер
Назначение выводов и внутреннее устройство
Принцип работы
Моностабильный мультивибратор или одновибратор
Хлопковый выключатель
Астабильный мультивибратор
Генератор с точной настройкой коэффициента заполнения
ШИМ-регулятор на микросхеме NE555
17.2. Линейные стабилизаторы напряжения
Что такое линейный стабилизатор?
Как работают чудо-стабилизаторы
Основные характеристики
Регулируемые линейные стабилизаторы напряжения
Стабилизатор тока
LDO-стабилизаторы
17.3. Устройства на интегральных операционных усилителях
Определение и виды операционных усилителей
Основные характеристики ОУ
Включение ОУ по схеме неинвертирующего усилителя
Включение ОУ по схеме инвертирующего усилителя
Включение ОУ по схеме повторителя напряжения
Включение ОУ по схеме усилителя тока
Примеры устройств, которые можно сделать на операционных усилителях
Фотореле или «сумеречный выключатель» на ОУ
Предусилитель для «компьютерного» микрофона
Лабораторный блок питания
Ретранслятор для пульта дистанционного управления
Приставка «Овердрайв» для гитары и других музыкальных инструментов
Предварительный усилитель с темброблоком
17.4. Микросхемы усилителей звука
Создаем усилитель для колонок
Простой УМЗЧ на TDA1552
Усилитель с кнопочным управлением для носимой аппаратуры
Трехканальный стереофонический усилитель для ПК
УНЧ с псевдоквадрофоническим эффектом и темброблоком
Включение интегрального УНЧ по мостовой схеме

Шаг 18. Цифровые микросхемы: создаем практические устройства

18.1. Виды и особенности цифровых микросхем
Какие бывают цифровые ИМС и чем они отличаются друг от друга
Основные сокращения в описании сигналов
Разбираемся в маркировках и сериях микросхем
18.2. Практические конструкции на цифровых микросхемах
От механических переключателей к электронным
Кнопка-выключатель с фиксацией
Переключатель с зависимой фиксацией
Приоритетный переключатель с зависимой фиксацией
Задающий генератор для двухтактного инвертора
Игра «Кто быстрее»

Приложение. Перечень условных обозначений элементов в схемах

Литература