Искусство схемотехники. Теория и практика

1L.5. Зависимость I от U для некоторых «черных ящиков» 59

которых является обычным резистором, а дру- образом вы сможете установить, как оба при-
гой более интересным компонентом. В нашей бора влияют на измерения.
лаборатории корпуса «черных ящиков» пред-
ставляют собой кассеты для 35-миллиметровой Рассмотрим несколько практических вопросов
фотопленки. Подавайте на эти устройства на- о влиянии измерительных инструментов на ре-
пряжение от нуля до двух вольт (используя для зультаты измерений, возникающих даже в этом
этого регулируемый источник питания) и на- простейшем эксперименте.
блюдайте за напряжением и током (рис. 1L.9).
В диапазоне от 0 до 1 В увеличивайте напряже- Измеряет ли вольтметр напряжение в требуе-
ние с шагом 0,1 В (в этих пределах нам требует- мом месте, т. е. на самом тестируемом устрой-
ся детальная картина). стве? Или же на показания вольтметра влияет
подключенный амперметр? Насколько важно
Отобразите на графике несколько точек зави- это учитывать? При точном измерении напря-
симости, чтобы получить общее представление жения на устройстве измеряете ли вы только
о ее поведении. Медленно вращайте ручку регу- его ток, или также и ток, протекающий через
лировки напряжения и постарайтесь выяснить, цифровой мультиметр? Если не удается полу-
какие участки графика требуют более высокой чить точные показания одновременно с обоих
точности (т. е. больше точек). приборов (а оно и не получится) и нужно вы-
брать одну из двух погрешностей, какой вари-
Определите тип каждого устройства: какое из ант схемы обеспечит меньшую погрешность?
них обычное (соответствует закону Ома), а ка- Сравните два возможных варианта подключе-
кое — нет. ния вольтметра, приведенных на рис. 1L.10.

Внимание! Если известно, что эквивалентное сопротив-
ление нагрузки не превышает 1 кОм, то по-
Не подавайте на устройства напряжение выше 7 В, пробуйте предположить, какая из двух схем на
поскольку это может вывести их из строя. рис. 1L.10 позволит получить более точные по-
казания I и U. Соберите эту схему и снимите не-
Несколько усложним задачу — измеряйте одно- сколько показаний I и U, а затем попытайтесь
временно напряжение и соответствующий ток оценить значение сопротивления нагрузки R.
в процессе выполнения эксперимента. Таким

Аналоговый Измеряем ток
мультиметр

Цифровой мультиметр Внутреннее сопротивление
(RВХ = 10 Ом) прибора

+

1212 Диапазон измерений Нагрузка
составляет 1/4 В
10 МОм

–

Аналоговый Измеряем ток
мультиметр
Цифровой мультиметр
Внутреннее (RВХ = 10 МОм)
сопротивление
прибора

+

Диапазон измерений 1212 Нагрузка
составляет 1/4 В
10 МОм

-

Рис. 1L.10. Одновременное измерение тока и напряжения: точные показания выдает только один из приборов

1L.6. Осциллограф и генератор сигналов 63

ние «AC» переключателя: ведь, в конце концов, Вход «DC» К каналу
все исследуемые вами меняющиеся во време- «AC» ... вертикального
ни сигналы являются сигналами переменного
тока. Воздержитесь от этого кажущегося ло- отклонения
гичным, но в действительности ошибочного осциллографа
предположения. При установке переключателя
в положение «AC» к входу канала вертикально- 1 МОм
го отклонения осциллографа последовательно
подключается конденсатор (рис. 1L.11), что Рис. 1L.11. Схема переключателя AC/DC канала вертикаль-
может вызвать заметные искажения сигнала. ного отклонения осциллографа
(Посмотрите, как будет выглядеть прямоуголь-
ный сигнал частотой 50 Гц в режиме AC, если (В действительности, необходимо, конечно же,
вы не верите.) Кроме того, при этом из сигнала измерять период сигнала, а не его частоту14.) На
удаляется постоянная составляющая, как вы, протяжении курса схемотехники вам придется
возможно уже заметили, если провели указан- выполнять эту операцию сотни раз и вскоре вы
ный выше опыт. В частности, при работе в этом овладеете данным приемом в совершенстве.
режиме смещение сигнала по вертикали совер-
шенно не видно. Но удаление какой-либо ин- При различии показаний на осциллографе и
формации о сигнале нежелательно, за исключе- на генераторе сигналов доверяйте первым, по-
нием тех случаев, когда это делается осознанно скольку индикация частоты выдаваемого сиг-
с какой-либо конкретной целью. Например, нала генератора сигналов довольно грубая15.
иногда необходимо исследовать синусоидаль-
ный сигнал без его постоянной составляющей; 14 Вообще то, если используется цифровой осциллограф,
но в общем случае мы должны знать, что сигнал можно прибегнуть к «нечестному» приему, настроив его
содержит эту составляющую, и просто инфор- на измерение частоты. Но не стоит начинать изучение
мация о ней была скрыта. электроники, используя такие приемы.
15 Утверждение верно для генераторов сигналов с аналого-
Установите частоту сигнала на генераторе сиг- вой шкалой, современные цифровые приборы обеспечи-
налов приблизительно посередине рабочего вают достаточно высокую точность индикации частоты. —
диапазона, а затем попытайтесь точно изме- Примеч. ред.
рить эту частоту посредством осциллографа.

1S. Дополнительный материал:
резисторы, напряжение, ток

1S.1. Расшифровка 1S.1.1. Ассортимент резисторов
с номиналом 10 кОм
номиналов резисторов
На рис. 1S.1 изображены резисторы с номина-
На лабораторных занятиях вам потребуется лом 10 кОм, изготовленные в разных корпусах.
быстро определять номиналы резисторов по их
цветовой маркировке, а не измерять их сопро- В наших экспериментах мы применяем ком-
тивление с помощью омметра (некоторые от- позиционные угольные резисторы (пример
чаявшиеся студенты иногда прибегают к таким такого компонента изображен на рис. 1S.1 пер-
крайним мерам). Поначалу расшифровка но- вым сверху). В настоящее время этот тип ре-
минала резистора может показаться слишком зисторов почти не употребляют, поэтому они
трудной, но вскоре вы привыкнете, по крайней сравнительно дорогостоящие. Но они хорошо
мере, к наиболее распространенным номина- подходят для лабораторных занятий, посколь-
лам резисторов и сможете понимать многие ку их номинал можно с легкостью определить
цветовые обозначения с первого взгляда. Мы (при наличии соответствующего опыта) по их
будем использовать резисторы достаточно цветовой маркировке. Другие типы резисторов
большого размера, чтобы их маркировку мож- плохо подходят для монтажа на беспаечной
но было различать без проблем. Современные макетной плате. Резисторы, номинал которых
резисторы для поверхностного монтажа на- указан цифрами, могут быть вам больше по
столько малы, что зачастую не маркируются душе, если вы не желаете изучать цветовую
вообще. При этом не нужна (да и невозможна) маркировку. Но с ними могут возникнуть дру-
их расшифровка. Но если случайно просыпать гие трудности, поскольку в случае их установки
и перепутать несколько таких резисторов, при- значением вниз вы не сможете быстро опре-
дется или брать новые, или измерять сопротив- делить их номинал.
ление каждого из них.

Угольный резистор RC07, 1/4 Вт, допуск 5%

Металлопленочный резистор, допуск 1% (последняя коричневая
полоска соответствует 1%)
Металлопленочный резистор RN55D, допуск 1%

Резистор для поверхностного монтажа, размер 0805 (размеры
в 10 милов1 = 0,01 дюйм, таким образом, размер составляет
0,08×0,05 дюйма или 2,032×1,27 см)
0603
0402
0201
Рис. 1S.1. Несколько резисторов разных типов номиналом по 10 кОм

1 Мил (англ. mil) — единица длины, равная 0,001 дюйма.

1S.1. Расшифровка номиналов резисторов 65

1S.1.2. Номиналы и допуски Обозначаются они полосками следующего
цвета:
резисторов
серебристого: ±10%;
На рис. 1S.2 показан пример резисторов, кото-
рые мы в этом курсе будем использовать в лабо- золотистого: ±5%.
раторных занятиях: это композиционный уголь-
ный резистор с наибольшим возможным откло- Номинал. Сориентировав резистор должным
нением от номинального значения (допуск) 5%. образом (полоской допуска справа), можно при-
Допуск в 5% означает, что действительное сопро- ступать к расшифровке цветовых полосок его
тивление резистора будет находиться в пределах номинала. Определив цифровые значения по-
±5% его номинала (т. е. значения, указанного на лосок, мы получим достаточную информацию,
нем). Например, если обозначенное номиналь- чтобы выяснить его номинал. Потренируемся
ное значение сопротивления резистора равно для практики на примере резистора, показан-
100 кОм (100 000 Ом), действительное значе- ного на рис. 1S.4.
ние его сопротивления будет в диапазоне от 95
до 105 кОм. Первой проблемой, возникающей С какой стороны
при попытке определить значение номинала ре- начинать расшифровку?
зистора по его цветовой маркировке, является коричневая
вопрос, с какой стороны начинать расшифровку черная
полосок его цветового кода. желтая
золотистая

Для начала нам нужно расположить резистор золотистая
так, чтобы полоска, означающая допуск, ока- желтая
залась справа. Но как узнать, какая из полосок черная
соответствует допуску? Для композиционных
угольных резисторов (для наших эксперимен- коричневая
тов) это будет крайняя (четвертая) полоска
серебристого или золотистого цвета, располо- Рис. 1S.2. Для расшифровки цветового обозначения пово-
женная чуть дальше от остальных полосок. рачиваем резистор так, чтобы полоска допуска (золотистого
Для металлопленочных резисторов с допуском цвета) оказалась справа
1% это также будет самая крайняя полоска, но
только пятая по счету и коричневого цвета. На Номинал 1 0 0 2 = 100 · 102 = 10 кОм
рис. 1S.3 показан пример такого резистора.
коричневая
Обозначение номинала резистора четырьмя черная
полосками подразумевает более высокий до- черная
пуск, чем обычный 5%. Коричневая полоска красная
соответствует цифре «1», что в случае полоски
допуска означает 1%. Рис. 1S.3. Пример металлопленочного резистора с допускомкоричневая
1%, обозначаемым пятой (коричневой) полоской справачерная
Примечание желтая
Композиционныйзолотистая
Для резисторов повышенной точности, т. е. с пя- угольный резистор,
тью полосками, красная полоска означает допуск допуск 5%
2%, а зеленая, синяя и фиолетовая — 0,5%, 0,25% и
0,1% соответственно. Номинал 1 0 4 = 10 · 104 = 105 =100 кОм
золотистая =
Допуск. Композиционные угольные резисто- = допуск 5%
ры, которые мы будем использовать на наших
лабораторных занятиях, имеют четырехполос- Рис. 1S.4. Пример расшифровки номинала резистора
ный цветовой код (три полоски для номинала,
четвертая для допуска2) обычно имеют только
два значения допуска: 5% или 10%.

2 На корпусе таких резисторов может отсутствовать чет-
вертая полоска (допуска), и их допуск составляет 20%. Но
такие резисторы встречаются очень редко.

66 1S. Дополнительный материал: резисторы, напряжение, ток

Коричневая, черная и желтая полоски пред- Следующие два цвета используются только для
ставляют, соответственно, цифры 1, 0 и 4; чет- множителей и встречаются очень редко:
вертая3, золотистая полоска обозначает допуск
±5%. Первые две цифры составляют обычное золотистый — 0,1
десятичное число, а четвертая соответствует
степени числа 10. Значение номинала опреде- серебристый — 0,01
ляется, умножая число, полученное из первых
двух полосок, на степень числа 10, обозначае- 1S.1.3. Ряды номиналов
мую третьей полоской. Таким образом, значе- с 10-процентным допуском
ние номинала данного резистора составляет
10 · 104 = 100 000 Ом, или 100 кОм. Стандартные номиналы резисторов поначалу
могут вызвать недоумение. Это непонятные
Цветовой код номинала. Полоски разно- округленные значения, которые кажутся слу-
го цвета соответствуют различным цифрам. чайными и произвольными. Но эта кажущаяся
Чтобы запомнить, какие цифры какому цвету странность полностью обоснована. Поскольку
соответствуют, было придумано множество вследствие погрешности мы не знаем действи-
мнемоник, большинство из которых являются в тельное значение сопротивления любого рези-
той или иной степени неприличными4. Одна из стора, нецелесообразно располагать номиналы
более приличных мнемоник следующая: «Big слишком близко друг к другу, поскольку дей-
Boys Race Our Young Girls, But Violet Generally ствительные значения сопротивлений могут
Wins». Но это не очень удачная мнемоника, по- перекрываться. Чтобы избежать этого, рези-
скольку в ней не различаются цвета black, brown сторы изготавливают с номинальными значе-
и blue и green и gray. Запомнить соответствие ниями, расположенными на достаточном «рас-
черного (black) цвета нулю можно, вспомнив, стоянии», и тем самым минимизируют возмож-
что черный цвет является отсутствием цвета; ность перекрытия действительных значений
а следующий за черным коричневый (brown) смежных номиналов.
цвет в действительности очень близок к черно-
му; ну а значение серого (gray) цвета можно за- Например, действительное значение резисто-
помнить, ассоциируя его, как близкий к белому ра номиналом 10 Ом с допуском 10% может
(white). Но ни один из этих приемов не слишком быть целых 11 Ом. А действительное значе-
хорош. Поэтому в нашей лаборатории на стене ние резистора номиналом 12 Ом при таком
всегда висит таблица цветовой маркировки. же допуске может оказаться меньше 11 Ом.
Таким образом, не имеет смысла изготавли-
Приведем перечень цветовых кодов: вать резисторы номиналом 11 Ом, а целесоо-
бразно, чтобы следующим после 10 Ом был
черный — ноль номинал 12 Ом. Аналогичный принцип при-
меняется и к другим номиналам, только по
коричневый — один мере увеличения номиналов увеличивается и
шаг между ними, в результате чего получают-
красный — два ся такие странные номиналы, как 27, 39, 47
и т. д. Далее приводится ряд номиналов для
оранжевый — три резисторов с 10-процентным допуском (так
называемый ряд E12, содержащий 12 значе-
желтый — четыре ний в декаде):

зеленый — пять 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82, 100.

синий — шесть Более подробную информацию на эту тему
см. в приложении С книги AoE.
фиолетовый — семь
Резисторы с номиналом из ряда Е12 будут
серый — восемь использоваться в большинстве наших схем
(с соответствующими множителями: нам
белый — девять редко нужны резисторы 10 Ом, но довольно

3 На корпусе таких резисторов может отсутствовать чет-
вертая полоска (допуска), и их допуск составляет 20%. Но
такие резисторы встречаются очень редко.
4 Речь идет, конечно же, об английских мнемониках. По-
иск в Интернете русских мнемоник не увенчался успе-
хом — Примеч. пер.

1S.2. Напряжение и ток 67

часто номиналом 10 кОм). При этом допуск 1S.2. Напряжение и ток
резисторов в нашей лаборатории обычно
равен 5%. В этом разделе мы хотим обсудить следующие
два вопроса:
1S.1.4. Мощность
1. Что именно «протекает» в большинстве на-
Обращать внимание на номинальную мощность ших схем, напряжение или ток?
компонентов, используемых на наших лабора-
торных занятиях, приходится не так часто. Это 2. Что нас больше интересует в курсе схемотех-
объясняется тем, что мы работаем с низкими ники, передача информации или энергии?
напряжениями (менее ±10 В) и малыми токами
(несколько десятков миллиампер). Таким обра- 1S.2.1. Насколько необходимо
зом, наши компоненты не рассеивают большую это примечание?
мощность, поскольку мощность является про-
изведением этих двух величин: U · I. Например, Я надеюсь, что вы не слишком обидитесь, читая
10 В · 10 мА дает 100 мВт, или 0,1 Вт. Но наши данное примечание, поскольку в нем скрыт на-
стандартные резисторы не в состоянии выдер- мек, что вы можете спутать ток с напряжением.
жать большую мощность: максимум, что они Давайте предположим, что мы обращаемся не к
могут выдержать в течение продолжительного вам, а к вашему слегка сбитому с толку напарни-
времени — 0,25 Вт. Не забывайте об этом огра- ку по лабораторным занятиям. Таким образом,
ничении, чтобы обожженные пальцы не на- мы пытаемся изложить некоторые аргументы,
помнили вам о нем. которые помогут вашему смышленому, но слег-
ка озадаченному напарнику понять истинное
Важно постоянно помнить, что возможность положение дел.
перегрева вероятнее всего будет у резисторов
малого номинала. Например, резистор номи- Глядя на рис. 1S.5, даже толковые студенты не
налом 1 кОм и мощностью 0,25 Вт выдержит всегда могут уяснить различение между током и
подключение к источнику напряжением 10 В напряжением. Эту схему нарисовал один очень
без каких бы то ни было проблем. Но прикос- знающий студент при ответе на экзамене. Ответ
новение к резистору такой же мощности и под хороший, но содержит потрясающую ошибку,
таким же напряжением, но номиналом 100 Ом показывающую, что студент думал о токе, ког-
уже может привести к ожогу. да работал с напряжением.

Два усилителя, каждый

с коэффициентом Здесь будет высокий
логический уровень,
+15 В усиления 2

+5 В если UВХ > U1

5 кОм 4,7 кОм

10 кОм UВХ +5 В
UВХ UВХ 4,7 кОм

U2 Логический
элемент И
10 кОм
1/2 от U1 10 кОм1 кОм1 кОм
можно 10 кОм1 кОм
Вот где ошибка: 1/2 от U1 усилить +5 В
в два раза ∆U = U2–U1

Напряжение в этой
точке: U1 + ∆U = U2

Рис. 1S.5. Эскиз схемы в ответе на экзаменационный вопрос. Ток и напряжение перепутаны?

68 1S. Дополнительный материал: резисторы, напряжение, ток

Вам ясно, где студент, похоже, перепутал ток и 1S.2.2. Что именно «протекает»
напряжение? Чтобы вникнуть в суть пробле-
мы, вам не нужно полностью понимать схему: в большинстве наших схем?
вам лишь необходимо знать, что два фрагмента
данной схемы (эти усилители выделены на схе- С точки зрения здравого смысла вы, наверное,
ме) обеспечивают коэффициент усиления по захотите ответить на этот вопрос, что проте-
напряжению, равный двум. Теперь вам, навер- кает ток, поэтому сигналы, обрабатываемые и
ное, понятно, что даже смышленый студент, об- передаваемые в схемах, скорей всего, являют-
ладающий хорошим пониманием электроники, ся токами. Хотя этот аргумент звучит правдо-
все равно может совершить ошибку касательно подобно, но в лучшем случае он окажется не
таких фундаментальных понятий. вполне верным, а обычно является вообще не-
правильным.

Ошибка кроется в наличии здесь двух усили- Несомненно, ток протекает, тогда как напря-
жение определенно нет. Разумеется, это не-
телей с двукратным (2х) коэффициентом уси- преложная истина, и многим студентам при-
ходится избавляться от заблуждения в первые
ления и несколько загадочной надписи с ле- недели занятий, когда они обнаруживают, что
они говорят о «протекающем в резисторе на-
вой стороны: «1/2 от U1 можно усилить в два пряжении».
U
раза». Обратите внимание, что обозначение 1 Но — и это более тонкий нюанс — хотя напря-
жения не «протекают» по схемам, мы часто
снова появляется на выходе верхнего усилите- говорим о прохождении через них сигналов.
В действительности, все наши схемы предна-
ля. Автор, видимо, думал, что напряжение U1 значены для обработки сигналов, и практиче-
с движка потенциометра номиналом 10 кОм ски всегда обрабатываемые сигналы являются
напряжениями, а не токами.
должно разделиться пополам, поскольку оно
Как же совместить два истинных утвержде-
идет в два разных места — по горизонтали ния: (1) протекают токи, а не напряжения,
но (2) сигналы, интересующие нас в процессе
в верхнюю часть схемы, и по вертикали — разработки и анализа схем, почти всегда явля-
ются напряжениями, а не токами? Это вполне
в нижнюю. возможно, и мы надеемся, что некоторые по-
следующие примеры помогут нам убедить вас
Но это неправильное рассуждение: оба усили- в этом.
теля имеют очень высокий входной импеданс.
А, как известно, напряжение можно подавать
на несколько входов с высоким импедансом,
и на каждом входе оно будет одинаковым.
Высказывание «при подаче сигнала на два
одинаковых входа, на каждом из них окажется
только половина сигнала» более соответствует
поведению тока, а не напряжения. На рис. 1S.6
приводится эскиз схемы, которой, мы предпола-
гаем, руководствовался студент в своем ответе.

Наверное, у вас еще остались сомнения, так Но прежде выясним главный вопрос: нужно
что продолжим рассмотрение этого сложного ли нам вообще затрагивать эту тему? Разве, в
вопроса. любом случае, напряжения и токи не пропор-
циональны друг другу? Важно ли, что мы будем
I1 1/2I1 иметь в виду, если преобразовать одну величи-
R ну в другую можно простым умножением ее на
постоянную? Неплохой вопрос, но в нем скрыт
1/2I1 подвох. И дело вовсе не в том, что некоторые
устройства не являются омическими (хотя это,
R конечно же, и так, но это неважный момент).
Самая большая ошибка в том, что в зависимо-
Рис. 1S.6. В отличие от напряжения, токи действительно де- сти от типа сигнала, который мы хотим пере-
лятся пополам при наличии двух путей с одинаковым сопро- дать (ток или напряжение), стратегия разра-
тивлением ботки схемы будет вестись в противоположных
направлениях.

Сигнал в виде напряжения. Предположим,
что наш сигнал содержит информацию в виде

70 1S. Дополнительный материал: резисторы, напряжение, ток

работка и передача информации, а не мощности, дБ = 20log10U2/U1. (1S.1)
и эту информацию мы почти всегда кодируем в
виде напряжения. Формула для расчета в виде соотношения мощ-
ностей не подходит для наших целей:

Наглядный пример: низкочастотный дБ = 10log10P2/P1. (1S.2)
фильтр (предварительное знакомство)
Разница между этими двумя формулами отра-
С частотно-зависимыми RC-фильтрами мы жает тот факт, что мощность в резистивной на-
познакомимся на следующем занятии. Но мы грузке варьируется пропорционально квадрату
полагаем, что приведенный здесь пример по- напряжения.
может вам разобраться по существу дела.
Низкочастотный фильтр иллюстрирует главный 1S.2.3. Главный вывод: в курсе
аспект для нас — передача с помощью сигнала схемотехники нас интересует
некоторой информации. Нам вовсе не нужно, информация, а не энергия
чтобы фильтр передавал ток с входа на выход.
Этот пример особенно замечателен тем, что Таким образом, хотя электроэнергия продол-
в частотном диапазоне, в котором передается жает пользоваться большим спросом (а хра-
сигнал, входной ток минимален, и наоборот. нение, доставка и управление электроэнер-
гией для автомобилей — особенно популярная
Интересующее нас определение тема), в курсе схемотехники наибольший инте-
децибела рес представляет использование электрических
сигналов для обработки и передачи инфор-
Поскольку мы заинтересованы в обработке на- мации.
пряжений, расчеты в децибелах следует выпол-
нять по формуле:

Входной сигнал Выходной сигнал

Значительный IВХ на высоких Низкие частоты
частотах: это НЕ то, что нас (колебания напряжения)
интересует! проходят

Рис. 1S.9. Рисунок иллюстрирует, что в данном случае мы считаем сигналом напряжение, а не ток

1W. Примеры с решениями:
цепи постоянного тока

1W.1. Разработайте схему 50 мкА
вольтметра и амперметра
1 A — 50 мкА
Внутреннее сопротивление гальванометра с Рис. 1W.1. Шунтирующий резистор позволяет чувствитель-
пределом шкалы 50 мкА составляет 5 кОм1. ному гальванометру измерять токи до 1 А
Каким должно быть сопротивление шунтирую-
щего резистора, чтобы сделать из него ампер- Хорошо, что еще мы знаем на данном этапе?
метр с диапазоном измерений 0—1 А? Каким Нам известно внутреннее сопротивление галь-
должно быть сопротивление последователь- ванометра. Этот параметр вместе с предельным
ного резистора, чтобы получить из этого галь- током катушки позволяет нам вычислить паде-
ванометра вольтметр с диапазоном измерений ние напряжения на гальванометре при макси-
0—10 В? мальном токе:

Цель данного упражнения — объяснить вам
принцип работы этого прибора, но оно также
позволит вам на практике выяснить, какая точ-
ность вычислений требуется в том или ином
случае.

Амперметр с диапазоном измерений 1 А. U = I · R =
Фраза «гальванометр с пределом шкалы ГАЛЬВ МАКС ГАЛЬВ
50 мкА» означает измерительный прибор,
стрелка которого отклоняется на всю шкалу, = 50 мкА · 5 кОм = 250 мВ.
когда через его катушку (см. устройство галь-
ванометра на рис. 1L.6) протекает ток величи- Теперь мы можем определить значение RШ, так
ной 50 мкА. При подаче на вход амперметра как мы знаем значения тока и напряжения, ко-
тока, превышающего 50 мкА, избыточный ток торые должны быть при параллельном вклю-
должен обходить катушку, но показания галь- чении этих двух элементов. Дальше нужно ре-
ванометра должны быть пропорциональны шить, выполнять ли точные вычисления или
входному току. будет достаточно приблизительной оценки.
Этот выбор связан с необходимостью получить
Такое длинное объяснение может сделать раз- ответ на вопрос, какой ток должен проходить
работку амперметра сложной задачей. Но в через шунтирующий резистор.
действительности, как вы, наверное, догады-
ваетесь, задача предельно проста: нужно про- Возможны два ответа: «1 А минус 50 мкА, или
сто подключить резистор (который мы назы- 0,99995 А» или просто «1 А».
ваем шунтирующим в постановке задачи) па-
раллельно катушке гальванометра (рис. 1W.1). Какой из вариантов вам нравится больше? Если
Осталось выяснить, каким должно быть значе- вы недавно изучили раздел физики, связанный
ние сопротивления такого резистора? с электричеством, то наверное склоняетесь к
выбору первого ответа. В таком случае нам по-
1 AoE 1.2.3, Multimeters, ex. 1.8. требуется следующее сопротивление для шун-
тирующего резистора:

72 1W. Примеры с решениями: цепи постоянного тока

R= Uполн. шкалы = 250 мВ = 0,2500125 Ом. Любой из этих вариантов будет приемлемым.
Iполн. шкалы 0,99995 А Но рассматривая задачу с точки зрения напря-
жения, можно лучше понять, что падение боль-
С точки зрения теории это может быть и хоро- шей части 10 В должно происходить на допол-
ший ответ, но не для нашей задачи. В наших об- нительном резисторе, поскольку падение на-
стоятельствах это очень глупый ответ. Глупый пряжения на самом гальванометре будет всего
потому, что полученное значение сопротивле- лишь 0,25 В. Исходя из этого можно составить
ния должно быть с точностью до миллионных. принципиальную схему прибора (рис. 1W.2).
Если бы такие резисторы вообще существова-
ли, использовать их в приборе, всего лишь от- 10 В
клоняющем стрелку, на которую мы хотим по-
смотреть, было бы нелепо.

Поэтому мы должны пойти вторым путем: видя, 9,75 В 0,25 В
что ток 50 мкА гораздо меньше по сравнению с
током 1 А, следует уяснить насколько меньше Рис. 1W.2. Для создания вольтметра последовательно с ка-
(в дробном или процентном виде). Ответ бу- тушкой гальванометра подключаем резистор
дет 50 / 1 000 000. Эта дробь настолько мала в
сравнении с действительными погрешностями Снова возникает вопрос, какой должна быть
резистора и гальванометра, что током 50 мкА величина этого подключаемого последователь-
можно пренебречь. ного сопротивления? Можно предложить два
равнозначных метода решения:
Избавившись от тока гальванометра, мы уви-
дим, что сопротивление шунтирующего рези- 1. При протекании через это сопротивление
стора будет всего лишь: тока величиной 50 мА падение напряжения
на нем должно быть 9,75 В из максимально
250 мВ / 1 А = 250 мОм (0,250 Ом). возможного 10 В. Отсюда R = 9,5 В / 50 мкА =
= 195 кОм.
Как видим, задача очень легкая, если у нас до-
статочно здравого смысла, чтобы не усложнять 2. Общее сопротивление резистора и гальвано-
ее. В курсе схемотехники мы будем постоянно метра должно быть 10 В / 50 мкА = 200 кОм.
сталкиваться с такими ситуациями: если вы за- В постановке задачи в начале раздела со-
вязли «в трясине математики», особенно, если общается, что внутреннее сопротивление
результаты ваших вычислений содержат слиш- гальванометра составляет 5 кОм; вычитая
ком много цифр после десятичной запятой, его из общего, получаем искомое значение —
значит вы, скорее всего, прошли мимо «брода» 195 кОм.
легкого решения. Нет никакого смысла учиты-
вать все эти цифры в дробной части значения Если вы попали впросак с ответом типа
компонента, а затем использовать резистор 0,2500124 Ом в предыдущей задаче с амперме-
с 5-процентным допуском или конденсатор тром, то ход ваших мыслей может быть при-
с 10-процентным. Хотя в данной задаче раз- мерно таким: «О, 50 мкА очень малый ток,
работки амперметра мы рекомендуем выбрать гальванометр деликатный, поэтому я просто не
несколько более точный резистор с допуском буду принимать его в расчет. Подключу после-
1%, все равно имеет смысл вычислять лишь его довательный резистор номиналом 200 кОм, и
приблизительное значение. получу лишь небольшую погрешность».

Вольтметр. В этой задаче мы хотим сделать из Ну, чтобы вы не слишком расслаблялись, у нас
базового гальванометра вольтметр с диапазо- для вас есть противоположный аргумент: на
ном измерений 10 В, т. е. с отклонением стрел- этот раз, хотя ток 50 мкА и невелик, он все же
ки на полную шкалу при подаче на вход 10 В. не пренебрежимо мал, поскольку он не сравни-
Как мы должны рассматривать причину этого вается с каким-либо намного большим током.
отклонения — как ток в 50 мкА, протекающий Наоборот, теперь это критически важный пара-
через катушку, или как напряжение в 250 мВ, метр, который нам обязательно нужно учиты-
подаваемое на катушку? вать: он определяет значение добавочного ре-
зистора. Также не следует говорить «значение

1W.2. Рассеивание мощности резисторами 73

200 кОм достаточно близкое», несмотря на Задача. Передача электроэнергии. Эффект повы-
полученную точную величину 195 кОм. Хотя в шения напряжения
данном случае разница составляет 2,5%, что на-
много меньше, чем обычно будет встречаться в Для передачи электричества на большие рас-
нашем курсе (поскольку обычный допуск на но- стояния применяются высокие напряжения,
минал компонентов составляет 5% и 10%). Но чтобы свести к минимуму потери в линиях пе-
для прецизионного измерительного прибора, редачи. Если энергокомпания сможет повысить
несомненно, стоит немного поистратиться на напряжение в линии передачи с 100 000 вольт
резистор с допуском 1% и номиналом 196 кОм. до 1 миллиона вольт, во сколько раз уменьшат-
ся потери в линиях электропередачи? (Пред-
1W.2. Рассеивание мощности полагается, что энергокомпания должна до-
резисторами ставить клиенту определенный объем электро-
энергии, одинаковый в обоих случаях.)
В следующих примерах2 по вычислению мощ-
ности резистора, если полученное значение от- Решение
сутствует в перечне значений ряда E12, выбира-
ем из этого ряда наиболее близкое безопасное Потери мощности в линиях электропередачи
значение. Для справки приведем вторую декаду пропорциональны произведению напряже-
ряда: ния и тока U · I в линии, или, что равнозначно,
I2 · R, где R представляет собой сопротивление
10; 12; 15; 18; 22; 27; 33; 39; 47; 56; 68; 82. единицы длины провода (которые хотя и боль-
шого диаметра, но, тем не менее, не с нулевым
Задача сопротивлением3).
Каким должно быть минимально допустимое
сопротивление резистора мощностью 0,25 Вт, Повышение напряжения в десять раз снижает
чтобы на него можно было безопасно подать ток на столько же (при заданном количестве
напряжение 5 В? электроэнергии). Поскольку потери мощности
пропорциональны квадрату тока, рассеивае-
Решение мая мощность уменьшится до (1/10)2 = 1/100.
P = U2/R; R = 25 В2/0,25 Вт = 100 Ом. Так что повышение напряжения выглядит
разумным. Но при очень высоком напряжении
Задача нужно позаботиться о тщательной изоляции,
Каким должно быть минимально допустимое поэтому значение 1 МВ будет на практике поч-
сопротивление резистора для поверхностного ти предельным.
монтажа мощностью 0,125 Вт, чтобы его можно
было безопасно подключить между двумя точ- Задача
ками с потенциалами –15 В и +15 В?
Почему в большинстве случаев электроэнер-
Решение гию намного лучше передавать в виде перемен-
P = U2/R; ного напряжения, а не постоянного, как пред-
R = 900 В2/0,125 Вт = 7200 Ом ≈ 7,5 кОм. лагал один из первопроходцев в этой области —
Томас Эдисон?
Ближайшим значением из ряда Е12 (10% до-
пуск) будет номинал 8,2 кОм.2 Решение

Задача Причина заключается в том, что переменное на-
Какое максимальное напряжение можно пода- пряжение довольно просто повысить или пони-
вать на резистор сопротивлением 10 Ом и мощ- зить с помощью трансформаторов. Повышение
ностью 10 Вт? или понижение постоянного напряжения тре-
бует гораздо более сложного оборудования.
Решение Тем не менее высокое постоянное напряжение
P = U2/R; U = P · R = 10 Вт · 10 Ом = 10 В. используется для передачи электроэнергии в
особых случаях, когда потери при передаче на
2 AoE § 1.2.2C. переменном напряжении оказываются слиш-
ком высокими, например, в подводных кабелях.

3 По крайней мере, до тех пор, пока в линиях электропере-
дач не будут использоваться сверхпроводники.

74 1W. Примеры с решениями: цепи постоянного тока

Но, по большому счету, использование высоко- Задача. Оценить погрешности показаний, вызы-
го переменного напряжения для передачи элек- ваемые взаимным влиянием измерительных при-
троэнергии преобладает благодаря простоте боров
и низким потерям этого метода. Возьмем характеристики авометра из раздела
1W.1 и определим погрешность показаний на-
1W.3. Обходное решение пряжения при подключении вольтметра, как
проблемы неточности показано на рис. 1L.10, а, для следующих зна-
инструментов чений сопротивления резистора:

В разделе 1L.5 была поставлена задача под- R = 20 кОм;
твердить на практике справедливость закона
Ома. Но здесь мы сразу же сталкиваемся с труд- R = 200 Ом;
ностью, заключающейся в том, что эту задачу
экспериментально невозможно выполнить: R = 2 МОм.
одновременно точно измерить значения тока I
и напряжения U для резистора. Посмотрите на Примем напряжение питания 20 В и диапазон
рис. 1W.3. Одно из возможных мест для под- измерений амперметра, позволяющий полу-
ключения цифрового мультиметра очевидно, чить отклонение стрелки прибора на полную
а вот второе предлагаем вам определить само- шкалу.
стоятельно.
Решение
Качественный подход
Эта задача легче, чем кажется на первый взгляд.
Поразмышляйте пару минут, и вы догадае- Погрешность вносится вследствие падения на-
тесь, что при сборке предлагаемой схемы по- пряжения на амперметре, ранее мы уже вычис-
казания вольтметра будут не совсем точными. лили величину этого падения: 0,25 В при от-
Подключение вольтметра непосредственно к клонении на полную шкалу. Поэтому номина-
резистору повышает точность измерения на- лы резисторов не имеют значения. Показания
пряжения, но... увеличивает погрешность по- вольтметра всегда будут завышены на четверть
казаний амперметра. вольта, если стрелка амперметра отклоняется
на всю шкалу. Итак, сопротивление резистора,
Количественный подход на котором измеряется напряжение, не влияет
на результат.
Теперь рассмотрим данную проблему более
подробно. Когда цифровой вольтметр показывает 20 В,
действительное напряжение (на выводах ре-
зистора) составляет 19,75 В. Таким образом,
показания вольтметра оказываются выше дей-
ствительного на 0,25 В / 19,75 В или приблизи-
тельно на 0,25/20 = 1/80 или 1,25%.

0–1 мА Авометр

+–

+ 0-20 В 20 кОм

Регулируемый Цифровой
источник вольтметр
питания
0–20 В +–

–

Рис. 1W.3. Схема для эксперимента из раздела 1L.5. Измерительные приборы влияют на показания друг друга

1W.3. Обходное решение проблемы неточности инструментов 75

Примечание I IПОГРЕШ ЦИФРОВОЙ
R RЦИФР. ВОЛЬТ МУЛЬТИМЕТР
При меньшем напряжении питания погрешность
показаний вольтметра могла бы возрасти при
условии, что стрелка амперметра также откло-
няется до максимального значения шкалы (этого
можно добиться, изменив диапазон измерений
амперметра).

Задача Рис. 1W.4. Подключение цифрового вольтметра вызывает
погрешность показаний амперметра, величина которой
Аналогичная задача, но касательно погреш- пропорциональна отношению R/RЦИФР. ВОЛЬТ
ности показаний амперметра при подключе-
нии вольтметра непосредственно к резистору а при R = 200 МОм погрешность показаний
и тех же номиналах резисторов, что и раньше. амперметра будет большой, поскольку че-
Входное сопротивление цифрового вольтметра рез вольтметр протекает одна десятая часть
примем равным 20 МОм. общего тока.

Решение Какой из всего этого можно сделать вывод? На
вопрос, какой из двух способов подключения
Если подключить цифровой вольтметр непо- цифрового вольтметра в схему лучше, нет одно-
средственно к резистору (рис. 1W.4), его по- значного ответа. Ответ зависит от значения со-
казания напряжения на резисторе будут со- противления R, подаваемого напряжения и уста-
вершенно точными. Но теперь показания ам- новленного диапазона измерений амперметра.
перметра окажутся несколько завышенными:
он измеряет не только ток через резистор, но Прежде чем завершить рассмотрение этого во-
также и ток, протекающий через параллельно проса, мы хотим обратить ваше внимание на
подключенный цифровой вольтметр. последнюю составляющую: погрешность зави-
сит от выбранного диапазона измерений ана-
Величина этой погрешности непосредственно логового амперметра. Почему? Здесь действует
зависит от номинала резистора R, на котором принцип, который мы в шутку называем «элек-
выполняется измерение. Вычислить величину тронная справедливость» или «жадность будет
погрешности для каждого номинала, можно наказана». Поскольку вы раньше не слышали
даже в уме: об этих понятиях, объясним их более подробно.
Суть заключается в том, что если вы хотите по-
при R = 20 кОм и внутреннем сопротивлении лучить меньшую цену деления шкалы аналого-
цифрового вольтметра 20 МОм через прибор вого амперметра, за это придется «заплатить»4,
протекает одна тысячная часть всего тока, так как прибор внесет в показания бол́ ьшую
следовательно, показание амперметра будет погрешность, чем при установке диапазона
завышено на 0,1%; с бол́ ьшей ценой деления шкалы (рис. 1W.5).

при R = 200 Ом через вольтметр протекает 4 Отсюда и понятие «цены деления шкалы». — Примеч. ред.
одна стотысячная часть общего тока, и пока-
зание амперметра окажется завышено всего
лишь на 0,001%;

1/10 полной шкалы
Низкая точность...

+-

0,25 В ...и малая вносимая 0,25 В
погрешность

Рис. 1W.5. Компромисс между ценой деления и погрешностью. Аналоговый или цифровой амперметр: чем выше точность,

тем больше вносимая погрешность. Аналоговый вольтметр: чем больше отклонение стрелки при заданном UВХ, тем ниже
входной импеданс

76 1W. Примеры с решениями: цепи постоянного тока

Если вы хотите, чтобы стрелка амперметра от- 1W.4. Эквивалентные схемы
клонялась почти на всю шкалу (что дает наи- Тевенина
лучшее разрешение, поскольку небольшие ко-
лебания тока вызывают сравнительно большие Задача
отклонения стрелки), соответствующее падение
напряжения на амперметре будет составлять Начертите модель Тевенина для схем на
1/4 вольта. То же самое касается и цифрового рис. 1W.6. Дайте ответы с точностью до 10%
амперметра, для которого отклонение полной и 1%.
шкалы означает заполнение всех 3,5 цифр его
дисплея (символ 0,5 цифры может отображать Некоторые из этих схем содержат типичные
только значения 0 и 1). Таким образом, точ- трудные моменты, которые могут усложнить
ность показаний, например, таких как «0,093» вашу работу по созданию их модели, пока у вас
будет плохой (около 1%). А при установке дру- нет большого опыта по созданию моделей
гого диапазона измерений, при котором тот же Тевенина.
самый ток отображается в виде «0,930», будет
лучше в десять раз, чем в предыдущем случае. Модель для левой схемы легче всего создать,
Но при этом пропорционально увеличивается временно переопределив «землю», что преоб-
падение напряжения на приборе, поскольку, разовывает схему в полностью знакомую фор-
подобно аналоговому прибору, падение на- му (рис. 1W.7).
пряжения при «отклонении» на полную шкалу
составляет 1/4 вольта и пропорционально сни- Единственная проблема в средней схеме возни-
жается для меньших отклонений (для аналого- кает при попытке оценочных вычислений. То
вого прибора) или меньших долей диапазона есть для варианта с точностью до 1% проблем
полной шкалы (для цифрового). нет, но вариант с точностью до 10% мудреный.
Если вы уделяли внимание нашим наставлени-
20 В 10 В 1 кОм +U ям использовать приблизительные вычисления
-5 В 15 кОм с точностью до 10%, у вас может возникнуть
10 кОм 0,1 мА искушения смоделировать каждый из блоков
10 кОм 10 кОм резисторов, используя доминантное сопротив-
ление R: малое в случае параллельного соеди-
нения и большое в случае последовательного
(рис. 1W.8).

К сожалению, это тот редкий случай, ког-

да погрешности накапливаются; нам нужно

применять большую точность вычислений

для двух составляющих делитель элементов.

Сопротивление R также нужно вычислять
ТЕВ

Рис. 1W.6. Схемы для сведения к моделям Тевенина с большей точностью: приблизительное зна-

чение 0,84 кОм общего сопротивления парал-

лельных резисторов 0,91 кОм и 11 кОм непри-

емлемо близко к обычному приблизительному

значению в 1 кОм.

20 В 25 В 6 кОм

15 кОм 15 кОм

2/5 общего ... возвращаем 5В
падения
10 кОм 10 кОм напряжения: первоначальную «землю»
-5 В 10 В
10 В 5В

0В

Рис. 1W.7. Слегка необычная задача сводится к знакомой форме временным переопределением «земли»

1W.5. «Смотрим сквозь» фрагмент схемы 77

10 В Неправильное применение
оценочных вычислений
1 кОм
10 В
11 кОм
10 кОм

10 кОм 0,76 B = ? = = 0,91 B ? = ? = UВХ/10 = 1 B ?
(до 1%)
1 кОм

1 кОм 10 кОм 0,91 кОм до 10%?

Погрешность НЕТ!
в 20%

Погрешность
в 25%

Рис. 1W.8. В оценочных вычислениях с точностью до 10% возможно накопление погрешностей

U+

UИСТОЧ 0,1 мА 10 кОм

= 1В RТЕВ = 10 кОм || RВЫХ-IИСТОЧ

10 кОм Бесконечное:
∆U

= ∆I
В идеале ноль

Рис. 1W.9. Источник тока, питающий резистор, и эквивалентная схема Тевенина

Но целью этого примера не является заставить Тот момент, что источник тока всегда представ-
вас отказаться от использования оценочных ляет высокий выходной импеданс, помогает
вычислений. В нем обращается внимание на то, напомнить нам определение импеданса — всег-
что требуемую точность должен иметь конеч- да одинаковый: ΔU/ΔI. Будет более полезным,
ный результат, а не результаты промежуточных чтобы вы запомнили это общее понятие, неже-
вычислений. ли истину типа «Источники тока представляют
высокий выходной импеданс». Вспомнив это
Скорее всего источник тока на рис. 1W.9 может определение импеданса, вы всегда можете вы-
показаться вам необычным. Но вам не обяза- числить приблизительный выходной импеданс
тельно понимать, как сделать такой источник источника тока (большой или малый). Вскоре
питания, чтобы видеть его эффект. Поверьте вы сможете узнавать точный результат просто
нам на слово, что он делает то, что заявлено: в результате постоянного контакта с подобны-
подает постоянный ток по направлению к от- ми случаями.
рицательному полюсу. Остальное следует из за-
кона Ома. 1W.5. «Смотрим сквозь»
фрагмент схемы
Примечание
Задача
На лабораторном занятии 4L мы рассмотрим, как
разрабатывать такие устройства. Также вы узнае- Какие значения R и R в обозначенных точ-
те, что некоторые компоненты сами по себе могут ВХ ВЫХ
служить источниками тока, например, транзисто-
ры обоих типов — биполярные и полевые. ках схемы на рис. 1W.10?

1W.6. Влияние нагрузки 79

20 В

100 кОм 1 МОм

X
100 кОм

10 000 Ом/В

Рис. 1W.13. Выходной импеданс UВЫХ: вычисленный и измеренный

50 кОм 10 000 Ом/В 1 МОм
10 В 6,7 В 9,5 В

100 кОм

Рис. 1W.14. Модель Тевенина тестируемой схемы с нагрузкой — вольтметром или осциллографом

измерений 10 вольт? (Ответ: в 10 раз большее В этом курсе мы будем постоянно повторять
сопротивления RВХ для диапазона 1 вольт: этот общий процесс упрощения незнакомой
100 кОм.) принципиальной схемы, преобразовывая ее в
знакомую форму. Иногда для этого мы будем
Как обычно, сначала упростим схему, преобра- просто перерисовывать исходную схему или
зовав ее к знакомой нам форме, т. е. к эквива- по-иному размещать ее компоненты, но более
лентной модели Тевенина. Затем добавим к ней часто мы будем прибегать к использованию ее
в качестве нагрузки вольтметр или осцилло- модели, которая часто будет эквивалентной мо-
граф, создав, таким образом, делитель напря- делью Тевенина.
жения, и смотрим на результат (рис. 1W.14).

2N. RC-цепи 80
81
2N.1. Конденсаторы 82
2N.1.2. Устройство конденсатора 84
87
2N.2. Анализ RC-цепей во временной области 87
2N.2.1. Интеграторы и дифференциаторы 89
92
2N.3. Анализ RC-цепей в частотной области 94
2N.3.1. Импеданс, или реактивное сопротивление конденсатора 96
2N.3.2. RC-фильтры 97
2N.3.3. Децибелы 99
2N.3.4. Определение вносимого затухания фильтра
2N.3.5. Входной и выходной импеданс RC-цепи 102
2N.3.6. Фазовый сдвиг 103
2N.3.7. Векторные диаграммы 103
105
2N.4. Два простых, но важных варианта применения конденсатора: 106
блокировка и развязка
2N.4.1. Блокировочный конденсатор
2N.4.2. Развязывающий конденсатор

2N.5. Математический взгляд на RC-фильтры
2N.6. Материал для чтения в AoE

2N.1. Конденсаторы Примечание

Теперь мы приступаем к изучению более сложно- Чтобы вы окончательно убедились в исключитель-
го, но и более интересного материала: частотно- ной полезности свойства памяти конденсатора,
зависимым схемам. Основной компонент таких заметьте, что далее в этом курсе, в материале по
схем — конденсатор, обладающий свойством цифровым технологиям, мы познакомимся с боль-
«запоминать» свое недавнее состояние. шими массивами конденсаторов, единственной
целью которых является запоминание. Различные
Благодаря этому свойству мы можем создавать типы цифровой памяти (динамическая RAM1, флэш-
схемы тактирования (или таймеры на профес- память, EEPROM2 и EPROM3) используют миллионы
сиональном жаргоне), т. е. устройства, которые или миллиарды крошечных конденсаторов для
позволяют происходить определенным событи- хранения информации в виде электрических заря-
ям по истечении заданного периода времени по- дов. В последних двух типах памяти эта информа-
сле другого события. Наиболее важные из этих ция может сохраняться в течение долгих лет.
схем — генераторы колебаний, которые выраба-
тывают незатухающие колебания с заданной ча- Все сложные электронные схемы можно раз-
стотой выходного сигнала. Свойство «памяти» бить на более простые составляющие, чем мы
конденсатора также позволяет создавать схемы,
реагирующие на изменения сигнала (диффе- 1 Random Access Memory — память с произвольным до-
ренциаторы) или на средние значения сигнала ступом, ОЗУ (оперативное запоминающее устройство).
(интеграторы). На основе конденсаторов также 2 Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory —
можно создавать наиболее важный для нас тип электрически стираемая программируемая постоянная
RC-схем: фильтр, т. е. устройство, которое отде- память, ЭСППЗУ (электрически стираемое программи-
ляет сигналы определенной частоты. руемое постоянное запоминающее устройство).
3 Erasable Programmable Read-Only Memory — стираемая
программируемая постоянная память, СППЗУ (стираемое
программируемое постоянное запоминающее устройство).

2N.1. Конденсаторы 81

и будем заниматься далее. А с фильтрами мы ИЗОЛЯТОР
будем иметь дело больше всех остальных ти- Это может быть вакуум, но обычно
пов схем, практически постоянно, когда мы используется какой-либо диэлект-
начнем работать с другими аналоговыми схе- рический (т. е. непроводящий или
мами. Схемы фильтров применяются почти так изолирующий) материал — керами-
же повсеместно, как и делители напряжения на ка, пластмасса или оксид металла,
резисторах, с которыми мы познакомились на который позволяет получить боль-
нашем первом занятии (см. главу 1N и сопут- шую емкость на единицу площади
ствующие материалы).
ТОКОПРОВОДЯЩИЕ ПЛАСТИНЫ
Ранее мы уже упоминали несколько примене-
ний RC-схем. На сегодняшнем занятии мы рас- Рис. 2N.1. Устройство конденсатора в виде «бутерброда»
смотрим как с помощью этих схем можно ре-
шить две задачи: конденсатора согласно законам физики, но нам
он в дальнейшем потребуется редко.

поменять уровень напряжения выходного Динамическое описание поведения
сигнала по истечении определенного перио- конденсатора
да времени после изменения напряжения
входного сигнала; Вместо этого мы будем использовать динами-
ческое описание — формулу изменения харак-
разделить сигналы различных входных ча- теристик во времени:
стот (задача фильтрации сигнала).
I=C dU .
2N.1.2. Устройство конденсатора dt

На рис. 2N.1 приводится устройство конден- Эта формула получается из формулы статиче-
сатора, напоминающее бутерброд: металличе- ского описания введением производной по вре-
ские пластины вместо хлеба, а вместо начин- мени. Составляющая C не меняется во времени,
ки — диэлектрик между пластинами (керами- а I определяется, как скорость протекания за-
ческие конденсаторы действительно устроены ряда. Суть формулы понять несложно: если ток
так просто). Но чаще для увеличения площади через конденсатор оказывается больше, значит,
пластин (а значит, и емкости) исходная форма напряжение на нем изменяется быстрее.
«бутерброда» модифицируется в «рулет». Для
этого между двумя длинными лентами метал- «Водяная» аналогия конденсатора
лической фольги помещается диэлектрик, а за-
тем все это сворачивается в трубку. Так устрое- Аналогия с потоком воды может помочь с пони-
ны конденсаторы, изготовленные, например, манием сути конденсатора: его (с заземленным
из майлоровой пленки. одним из выводов) можно рассматривать как
емкость, которая способна накапливать заряд
Статические свойства конденсатора4 (рис. 2N.2).

Функционирование конденсатора в статиче- Путь Объем воды
ском случае выглядит следующим образом: заряда соответствует

Q = CU. заряду Q

Здесь Q — общий заряд; С — мера емкости кон- Размер емкости
денсатора (насколько большой заряд он может (площадь)
хранить при данном напряжении: C = Q/U);
U — напряжение на выводах конденсатора. соответствует С

Приведенная формула просто определяет поня- Высота Путь
тие емкости. Это подход для описания поведения соответствует разряда
напряжению U
4 AoE § 1.41.
Рис. 2N.2. Конденсатор, один вывод которого заземлен,
функционирует во многом подобно емкости с водой

82 2N. RC-цепи

Емкость большого размера (конденсатор) со- (справа). Мы видим простой и понятный гра-
держит определенный объем воды (заряд) при фик линейно изменяющегося напряжения, ко-
данном уровне (U). Если наполнять/опорож- торый является, в чем вы в дальнейшем не раз
нять емкость через тонкий шланг (малый ток убедитесь, характерной особенностью данной
I), уровень воды (напряжение U) будет подни- цепи: конденсатора, на который подается ста-
маться/падать медленно. Но если взять шланг бильный во времени ток (от источника тока)5.
большого диаметра (большой ток), емкость
будет наполняться/опорожняться (конденса- Рассмотренная цепь служит основой схемы для
тор заряжаться/разряжаться) быстрее. Чем создания треугольного (пилообразного) сигна-
больше объем емкости (конденсатор большей ла, как показано на рис. 2N.4.
емкости), тем больше времени потребуется,
чтобы ее заполнить/опорожнить, чем мень- Но линейно изменяющийся сигнал встречается
шую емкость. Отличная аналогия, не так ли? сравнительно редко, поскольку источники тока
тоже довольно редки. Намного более распро-
2N.2. Анализ RC-цепей странен следующий случай.
во временной области
Более трудный, но и чаще
Оставим теперь в стороне емкости с водой и встречающийся случай:
попробуем предположить, что получится, если источник постоянного напряжения
подать на конденсатор напряжение, изменяю- с последовательно включенным
щееся во времени. Наблюдать сигнал удобнее резистором (экспоненциальный
всего с помощью осциллографа, как мы и будем заряд емкости)
делать на лабораторном занятии 2L.

В данном случае значение напряжения на кон-

Простой частный случай: постоянный ток денсаторе U приближается к значению напря-
С
На рис. 2N.3 приведена схема для этого экспе- жения источника, но по мере приближения UС
римента (слева) и осциллограммы напряжения
на конденсаторе для малого и большого тока к конечному значению скорость его нарастания

стремится к нулю6. На рис. 2N.5 можно видеть,

как напряжение на конденсаторе UС начинает
бодро повышаться, двигаясь к значению вход-

+U ного напряжения UВХ (при токе заряда вели-
чиной 10 мА начальная скорость повышения

I Большой ток I напряжения конденсатора составляет 10 В/мс),

UС UС но по мере приближения к своей цели начинает
C
Малый ток I терять свою «прыть». Когда до цели остается

1 В, скорость нарастания падает до 1/10 на-

чальной скорости.

Время Замечание

Рис. 2N.3. Простой случай: постоянный ток I —> постоянная В данном случае конденсатор ведет себя во мно-
производная dU/dt гом подобно зайцу из парадокса Зенона: пом-
ните такого? Зенон развлекался, задавая сво-
U+ им афинским согражданам каверзные задачи.
Заряд Одной из них была задача о зайце, который дви-
гается по коридору к стенке, где его ждет мор-
Заряд UВЫХ ковка. Он проходит полпути по направлению к
Разряд C морковке, затем половину оставшегося расстоя-
ния, и т.д. Сможет ли он таким образом добрать-
Разряд ся до морковки, если до нее всегда остается такое
U– же расстояние, как и только что пройденное?

Рис. 2N.4. Использование конденсатора для создания сигна- 5 AoE § 1.4.4A.
ла треугольной формы с линейным нарастанием и убывани- 6 AоE § 1.4.2A.
ем амплитуды

3N. Схемы с диодами

Содержание

3N.1. Сильно нагруженный фильтр: еще одна причина, по которой следует 135
3N.2. придерживаться правила 1:10 136
3N.3. Щуп осциллографа 137
3N.4. 3N.2.1. Неправильный щуп 10Х 139
Индуктивности 140
3N.5. Резонансный LC-контур 140
3N.6. 3N.4.1. Резонанс 142
3N.4.2. Значение добротности Q 143
3N.7. 3N.4.3. Проверяем, был ли прав Фурье 144
3N.4.4. Реакция на низкочастотный прямоугольный сигнал: «звон» 145
3N.8. Схемы с диодами 146
Самое важное применение диода: выпрямление переменного тока 146
3N.6.1. Однополупериодный выпрямитель и ограничитель напряжения 146
3N.6.2. Двухполупериодный мостовой выпрямитель 148
3N.6.3. Стабилитроны (зенеровские диоды)
Самое важное применение диода: источник питания 149
(нестабилизированный) 150
3N.7.1. Напряжение вторичной обмотки трансформатора 150
3N.7.2. Конденсатор
3N.7.3. Номинальный ток трансформатора 151
152
(нагрев, вызываемый действующим током) 152
3N.7.4. Номинал плавкого предохранителя 153
Радиоприемник 154
3N.8.1. Шаг 1: LC-фильтр пропускает одну несущую частоту 155
3N.8.2. Шаг 2: Детектируем огибающую АМ-сигнала 155
3N.8.3. Результаты выпрямления несущего колебания 157
3N.8.4. Извлечение аудиоинформации
3N.9. Материал для чтения в AoE

Цель этой главы

Задача, которую мы намереваемся решить с помощью рассматриваемой далее очень важной схемы,
заключается в преобразовании синусоидального напряжения питания, получаемого из электросети
(часто называется напряжением сети или линейным напряжением), в постоянное напряжение.

3N.1. Сильно нагруженный раз больше импеданса выходного каскада схе-
фильтр: еще одна причина, мы. Давайте еще раз проверим его, выяснив,
по которой следует что происходит с фильтром при нарушении
придерживаться этого правила.
правила 1:10
Предположим, что имеется низкочастотный
В разделе 1N.4.6 мы установили эмпирическое
правило для разработки схем, гласящее, что им- фильтр (рис. 3N.1), частота f которого чуть
педанс входного каскада должен быть в десять
3дБ

выше 1 кГц (мы рассматривали такой фильтр

в прошлый раз).

Если сопротивление нагрузки RН составляет
150 кОм или больше, такая нагрузка не слиш-

ком сильно ослабляет сигнал, и частота f3дБ

4N. Транзисторы I

Содержание

4N.1. Краткий обзор рассматриваемого материала 179
4N.2. Предварительная информация 181
4N.2.1. Название транзистора 181
4N.3. 4N.2.2. Простейшая модель транзистора 181
4N.2.3. Символ транзистора 182
4N.4. 4N.2.4. Исходные упрощения 182
4N.2.5. Две простые модели транзистора 182
4N.5. Простое представление без β 182
4N.6. 4N.3.1. Транзистор как источник тока 183
4N.7. 4N.3.2. Усилитель с общим эмиттером 184
4N.3.3. Эмиттерный повторитель... повторяет 184
4N.3.4. Двухтактный эмиттерный повторитель работает, но искажает сигнал 185
Введем коэффициент «бета» 185
4N.4.1. Подробнее о «бета» 185
4N.4.2. Эмиттерный повторитель как преобразователь импедансов 186
4N.4.3. Первые сложности: смещение 188
4N.4.4. Еще одно усложнение: асимметрия схемы может вызывать отсечку 191
4N.4.5. Решение проблемы отсечки с помощью двухтактного каскада 193
Переключатель: транзисторная схема особого типа 194
Краткий обзор основных транзисторных схем для закрепления
пройденного материала 194
4N.6.1. Об импедансе на коллекторе 195
4N.6.2. Транзисторный переключатель как особая категория схем 195
Материал для чтения в AoE 195

Цель этой главы 4N.1. Краткий обзор
рассматриваемого
Для решения каких задач предназначены тран- материала
зисторы, которые мы начнем рассматривать
сегодня? Они могут воздействовать на сигналы В этой и следующей главе мы рассмотрим но-
следующими способами: вые эффективные электронные устройства,
которые способны усиливать подаваемые на
улучшить импеданс схемы: повысить вход- них сигналы. Одни из этих схем усиливают
ной или понизить выходной; напряжение, что обычно рассматривают как
собственно работу усилителя. А другие схемы
поддерживать ток постоянным при варьиру- усиливают только ток. Такой тип усиления на-
ющемся уровне напряжения (т. е. создавать зывается преобразованием импедансов. Как мы
«источник тока»); знаем из наших предыдущих лабораторных за-
нятий, это тоже весьма полезная возможность.
усиливать напряжение (ΔU);

включать и выключать ток в нагрузке под
действием входного управляющего сигнала.

5N. Транзисторы II

Содержание

5N.1. Новое не отменяет старого 215
5N.2. 216
5N.3. 5N.1.1. Возможные трудности понимания транзисторов 216
217
5N.4. Вкратце снова о фазорасщепителе 217
5N.5. 217
5N.2.1. Выходные импедансы 217
5N.6.
5N.7. 5N.2.2. Входной импеданс 218
219
5N.8. Модель Эберса-Молла транзистора 220
5N.9. 221
5N.3.1. Случай, требующий применения модели Эберса-Молла
222
5N.3.2. Уравнение Эберса-Молла описывает зависимость тока коллектора I 222
К
транзистора от напряжения UБЭ 223
r 224
5N.3.3. Малое э 226
226
5N.3.4. Малое r решает проблемы импеданса 227
э 227
227
Искажения в усилителе с высоким коэффициентом усиления 230
232
5N.4.1. Решение проблемы искажений добавлением резистора в цепь эмиттера, 232
233
жертвуя при этом величиной усиления

Искажения, вызываемые температурной неустойчивостью

5N.5.1. Термостабилизация посредством обратной связи через резистор

в цепи эмиттера

5N.5.2. Температурная стабильность и высокое усиление

5N.5.3. Термостабилизация посредством обратной связи по постоянному току

5N.5.4. Стабилизация схемы посредством компенсирующего транзистора

Согласование модели Эберса-Молла с моделью IК = β × IБ
Разностный или дифференциальный усилитель

5N.7.1. Зачем нужен дифференциальный усилитель?

5N.7.2. Схема дифференциального усилителя

5N.7.3. Эволюция дифференциального усилителя в операционный

Послесловие

Материал для чтения в AoE

Цель этой главы

В этой главе мы рассмотрим устройство, которое усиливает разницу между двумя сигналами, а не
разницу между сигналом и землей. Эта новая схема позволяет реализовать такой очень важный
компонент, как операционный усилитель, который, начиная со следующего занятия, будет нашим
основным аналоговым конструктивным блоком во всех дальнейших разработках.

5N.1. Новое не отменяет коэффициентом усиления. Тем не менее мы
старого и далее не откажемся от упрощенной модели
транзистора в тех случаях, где она применима.

Сегодня мы рассмотрим некоторые уже знако- Другая важная тема этой главы — новая, более
мые нам схемы, которые выявляют недостатки сложная и более важная, схема, не требующая
нашего первого упрощенного представления дополнительных знаний о транзисторах, ко-
о транзисторах. Особенно ярко это проявля- торая создается на основе компонентов, изу-
ется при рассмотрении усилителей с большим ченных в главе 4N: усилитель с заземленным

6N. Операционные усилители I

Содержание

6N.1. Общие сведения об обратной связи 269

Два совета, как получить наибольшее удовольствие от работы со схемами

с обратной связью 271

6N.2. Сущность отрицательной обратной связи 272

6N.3. Обратная связь в электронике 273

Схемы с обратной связью и без таковой 274

Примеры обратной связи без операционного усилителя 274

Обратная связь с операционными усилителями 275

6N.4. «Золотые правила» для работы с операционными усилителями 275

6N.5. Применение операционных усилителей 276

6N.5.1. Повторитель 276

6N.5.2. Влияние обратной связи на выходное сопротивление повторителя 276

6N.6. Усилители двух типов 277

6N.6.1. Неинвертирующий усилитель 277

6N.6.2. Сомнения в справедливости золотых правил 277

6N.6.3. Некоторые характеристики неинвертирующего операционного усилителя 278

6N.7. Инвертирующий усилитель 278

6N.7.1. Что такое «виртуальная земля» 279

6N.8. Когда применимы «золотые правила»? 280

6N.8.1. Улучшенные варианты старых схем 281

6N.9. Необычные элементы, которые можно поместить в цепь обратной связи 282

6N.9.1. Общие понятия 282

6N.10. Материал для чтения в AoE 285

Цель этой главы

В этой главе мы рассмотрим схемотехнические методы, которые предназначены для решения та-
кой общей задачи, как улучшение рабочих характеристик многих электронных схем, с которыми
мы уже познакомились посредством использования отрицательной обратной связи.

6N.1. Общие сведения набросок на пароме, когда однажды летним
утром в 1927 г. отправлялся с острова Стейтен-
об обратной связи Айленд (Staten Island) на работу. Что побудило
его сделать эту зарисовку на странице с датой,
На рис. 6N.1 показана газетная страница, на просто случай или предусмотрительность1?
которой Гарольд Блэк (Harold Black) изобра-
зил свои наброски касательно обратной связи. 1 Авторское право от 1977 г. принадлежит организации
На данной странице приведена не основная IEEE. Перепечатано с разрешением из статьи Гарольда С.
мысль, которую он сформулировал на странице Блэка Изобретение усилителя с отрицательной обратной
из газеты «Нью-Йорк Таймс» четырьмя дня- связью в издании журнала IEEE Spectrum за декабрь 1977 г.
ми раньше, а идея применения обратной связи Можно возразить, что газетная страница с датой вряд
для согласования импедансов. Он сделал этот ли может считаться неопровержимым доказательством
даты его изобретения. Он мог просто найти старую газету,

7N. Операционные усилители II:
отклонения от идеальности

Содержание

7N.1. Анализ некоторых схем 304
7N.2. 304
7N.1.1. Когда применимы «золотые правила»? 306
7N.3. 307
7N.1.2. Улучшение схемы активного выпрямителя 308
7N.4. 309
7N.5. Неидеальность операционных усилителей 312
7N.6. 313
7N.7. 7N.2.1. Насколько важны эти несовершенства? 314
315
7N.2.2. Входное напряжение смещения нуля U 316
СМ 317
7N.2.3. Входной ток смещения IСМ
319
7N.2.4. Ток сдвига
320
7N.2.5. Скорость нарастания выходного сигнала и спад усиления 320
321
7N.2.6. Ограничение выходного тока 323

7N.2.7. Шум 324
324
7N.2.8. Диапазон входных и выходных напряжений 325
326
7N.2.9. Избранные характеристики операционных усилителей: 326

обычных и высшего класса 327
328
Еще несколько вариантов применения: интегратор, дифференциатор,

выпрямитель, разностный усилитель, усилитель по переменному току

7N.3.1. Интегратор

7N.3.2. Предотвращение насыщения интегратора на операционном усилителе

7N.3.3. Т-образная резистивная цепь

7N.3.4. Интегратор может предъявлять повышенные требования

к качеству операционного усилителя

7N.3.5. Иногда достаточно ручного сброса интегратора

Дифференциатор

Разностный усилитель на операционном усилителе

7N.5.1. Интересное достоинство: широкий диапазон входного сигнала

Усилитель переменного тока: хороший способ минимизировать

влияние погрешности по постоянному току операционного усилителя

Материал для чтения в AoE

Цель этой главы Признание несовершенства операционных уси-
лителей положит конец нашему «медовому ме-
Нам предстоит решить задачу оптимизации ра- сяцу» с ними. Но мы будем и дальше восхищать-
бочих характеристик схем путем выбора наибо- ся ими: мы рассмотрим другие способы приме-
лее подходящих операционных усилителей из нения операционных усилителей, и при этом
большого числа доступных на рынке. Мы по- будем полагаться на нашу первую, простейшую
пытаемся разобраться с тем фактом (который модель этих устройств, суть которой была изло-
трудно объяснить исходя из нашего первого жена в «золотых правилах» в разделе 6N.4.
представления об операционных усилителях,
как, по сути, идеальных устройствах), что на Чтобы получить более реалистичное представ-
рынке предлагается не один или два операци- ление об операционных усилителях, мы уточ-
онных усилителя, а приблизительно 37 тысяч ним «золотые правила», признавая, например,
таких устройств1. что сигнальные входы операционного усилите-
ля все-таки потребляют небольшой ток. Начнем
1 Согласно перечню на веб-сайте компании Digikey — с рассмотрения трех новых важных примеров,
одного из многих дистрибьюторов электронных компо- а затем перейдем непосредственно к теме несо-
нентов, на момент подготовки этого материала. вершенства операционных усилителей.

8N. Операционные усилители III:
положительная обратная связь

Содержание

8N.1. Полезная положительная обратная связь 348
8N.2. Компараторы 349
8N.2.1. Что такое компаратор? 349
8N.3. 8N.2.2. Проблемы с помехами 350
8N.2.3. Стабилизация компаратора с помощью положительной обратной связи 353
8N.4. 8N.2.4. Для хорошей схемы компаратора всегда нужна положительная
8N.5. 353
обратная связь
8N.2.5. Альтернативный способ реализации гистерезиса с помощью 355
357
обратной связи только по переменному току 357
Релаксационный RC-генератор колебаний 357
8N.3.1. Релаксационный генератор колебаний на операционном усилителе 357
8N.3.2. Каковы параметры? 358
8N.3.3. Более простой способ создания RC-генератора колебаний 360
8N.3.4. Микросхема 555 RC-генератора колебаний/таймера 360
8N.3.5. Более современные микросхемы генератора колебаний 361
Генератор синусоидальных колебаний на мосте Вина 361
8N.4.1. Цепь положительной обратной связи на мосте Вина 364
8N.4.2. Цепь отрицательной обратной связи генератора на мосте Вина
Материал для чтения в AoE

Цель этой главы опечатки, меняющей смысл текста на противо-
положный.
В этой главе мы хотим научиться разрабаты-
вать следующие устройства: Но оказывается, что, хотя отрицательная об-
ратная связь преобладает в большинстве об-
компараторы; ластей применения, положительная обратная
генераторы колебаний. связь может быть полезной для многих прило-
жений (рис. 8N.1).
Для функционирования этих схем необходима
положительная обратная связь. ++
--

8N.1. Полезная неправильно... …такая обратная связь
положительная обратная может быть полезной
связь
Рис. 8N.1. Положительная обратная связь может быть по-
До сих пор мы рассматривали положитель- лезной
ную обратную связь как нежелательное яв-
ление, в одном ряду с, например, результатом В этой главе мы рассмотрим несколько случа-
ев, в которых положительная обратная связь

9N. Операционные усилители IV:
паразитные колебания и активный фильтр

Содержание 382
383
9N.1. Введение 385
9N.2. Активные фильтры 385
9N.3. Общий взгляд на проблему паразитных колебаний
9N.4. Паразитные колебания в схемах на операционных усилителях 386

9N.4.1. Иногда неправильный объект в цепи обратной связи 387
обращает фазу сигнала на всех частотах 389

9N.4.2. Но намного чаще тип обратной связи меняется только 389
на высоких частотах 390
390
9N.4.3. Почему операционные усилители добавляют в сигнал задержку в 90° 390
9N.4.4. Ввиду вносимого операционным усилителем фазового сдвига 391

как можно достичь его стабильной работы? 395
9N.5. Решения для стабилизации работы операционных усилителей 397
399
9N.5.1. Искусственный спад усиления на высоких частотах
9N.5.2. Схема с фотодиодом 399
9N.5.3. Передача сигнала по длинному коаксиальному кабелю 399
9N.6. Общий критерий стабильности: петлевое усиление, 401
когда фазовый сдвиг приближается к 180° 401
9N.7. Паразитные автоколебания в схемах без операционного усилителя
9N.8. Решения для проблемы паразитных автоколебаний
9N.8.1. Первое решение: зашунтировать источник питания

(уменьшить обратную связь)
9N.8.2. Другое решение: подавить усиление на высоких частотах
9N.9. Подведение итогов по вопросу стабилизации схем
9N.10. Материал для чтения в AoE

Цель этой главы теристиками, чем у обычных RC-фильтров.
А бÓльшую часть этой главы мы посвятим
Сегодня мы хотим попробовать решить две за- вредным паразитным колебаниям.
дачи, вторая из которых более сложная и более
фундаментальная: Из предыдущей главы мы узнали, что положи-
тельная обратная связь может быть полезной,
создать улучшенный фильтр на операцион- в частности при создании схем компараторов
ных усилителях; и генераторов колебаний. Но в целом из двух
видов обратной связи отрицательная обратная
избавиться от нежелательных, или паразит- связь гораздо полезнее. Теперь мы приступим
ных, колебаний. к рассмотрению негативных свойств поло-
жительной обратной связи: те случаи, когда
9N.1. Введение она подкрадывается незаметно, когда ее со-
всем не ожидаешь, и вызывает нежелательные
В этой главе мы вкратце рассмотрим актив- (и обычно нежданные) колебания. Закон под-
ные фильтры, чтобы вы знали о наличии та- лости при этом гласит, что паразитные коле-
ких устройств на случай, когда вам потребу- бания возникают не в генераторах колебаний,
ется фильтр с лучшими частотными харак- а в усилителях.

10N. Операционные усилители IV:
ПИД-регулятор для электродвигателя

Содержание 437
437
10N.1. Примеры реальных задач, требующих такого решения 437
10N.1.1. Области применения ПИД-регуляторов 437
438
10N.2. ПИД-цепь управления электродвигателем
10N.2.1. Петля потенциометр-на-двигатель выглядит очень простой 439
10N.2.2. Интегрирование в петле обратной связи 441
441
10N.3. Проектирование контроллера 442
(специализированного операционного усилителя) 442
444
10N.4. Схема только для пропорциональной составляющей П: расчет усиления
10N.4.1. Частотная характеристика объекта управления (усиление системы АС) 445
10N.4.2. Усиление контроллера 447
10N.4.3. Уровни стабильности: запас по фазе 448
449
10N.5. Дифференциальная составляющая Д 450
10N.5.1. Интуитивное объяснение воздействия дифференциальной
составляющей на схему
10N.5.2. Как вычислить необходимое усиление дифференциального звена
10N.5.3. Но мы не хотим слишком большой дифференциальной составляющей
10N.5.4. Интегральная составляющая

10N.6. Материал для чтения в AoE

Проблема, решаемая с помощью повышение доли отрицательной обратной
ПИД-регулятора связи относительно положительной, как в
эмиттерном повторителе на дискретных эле-
Данная проблема уже знакома нам: как под- ментах.
держивать стабильность петли обратной связи,
несмотря на отставание по фазе внутри нее. На Сегодняшняя задача содержит два новых мо-
лабораторном занятии 9L мы исследовали не- мента:
сколько проблематичных схем и обнаружили,
что фазовый сдвиг, вносимый даже простым на этот раз петля обратной связи содержит
низкочастотным фильтром, может нарушить не просто низкочастотный фильтр, а инте-
стабильность петли обратной связи. Мы рас- гратор;
смотрели несколько способов для стабилиза-
ции таких схем: в связи с этим усложнением, которое не под-
дается решению ни одним из рассмотренных
подавление усиления на высоких частотах, ранее способов, требуется больше, чем про-
например, включением конденсатора не- сто менять содержимое петли обратной свя-
большой емкости параллельно пути обрат- зи: нам нужно модифицировать сам управ-
ной связи; ляющий операционный усилитель.

разделение пути обратной связи таким обра- Это звучит довольно радикально, и так оно и
зом, чтобы на высоких частотах сигнал об- есть. Конечно же, мы не планируем вскрывать
ратной связи не проходил через элемент, вы- интегральную схему усилителя. Вместо этого
зывающий отрицательный фазовый сдвиг; мы соберем схему, имитирующую операцион-
ный усилитель, характеристиками которой мы
можем управлять.

11N. Стабилизаторы напряжения

Содержание

11N.1. Эволюция стабилизированного источника питания 465
11N.1.1. Нестабилизированный источник питания 465
11N.1.2. Выходное напряжение задается стабилитроном 465
11N.1.3. Стабилитрон плюс повторитель на транзисторе 466
11N.1.4. Стабилитрон или опорное напряжение плюс повторитель
на операционном усилителе 466
11N.1.5. Опорное напряжение плюс повторитель на операционном усилителе
плюс регулирующий транзистор 466
11N.1.6. Стабилизированная схема 467
11N.1.7. Полная схема стабилизатора с ограничением тока 467
11N.1.8. Напряжение отключения 468
469
11N.2. Более простые интегральные стабилизаторы
11N.2.1. Микросхемы стабилизатора напряжения 78xx 469
c фиксированным выходным напряжением
11N.2.2. Интегральные стабилизаторы напряжения серии 318 470
c регулируемым выходным напряжением 471
471
11N.3. Проектирование с учетом тепловой защиты 472
11N.3.1. Общие сведения о теплопередаче 472
473
11N.4. Источники тока 473
11N.4.1. Микросхема для токов средней величины
11N.4.2. Биполярная микросхема для малых токов 474
11N.4.3. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом как источник тока 474
475
11N.5. Защита от перенапряжения посредством автоматического шунтирования
на «землю» 476
477
11N.6. Импульсные стабилизаторы напряжения 478
11N.6.1. О специфических свойствах катушек 479
11N.6.2. Три схемы импульсных стабилизаторов: повышающая, 480
понижающая и инвертирующая
11N.6.3. Эффективность
11N.6.4. Реализация обратной связи
11N.6.5. Импульсные стабилизаторы не всегда то, что вы хотите

11N.7. Материал для чтения в AoE

Цель этой главы

Какую задачу нам предстоит сегодня решить? Мы попытаемся спроектировать схему источника
питания, уровень напряжения на выходе которого остается постоянным, несмотря на колебания,
которые могут возникать как во входном напряжении, так и в выходной нагрузке.

Стабилизаторы напряжения можно было бы найти подходящее место в
главе по операционным усилителям. Но раз-
Можно довольно убедительно аргументиро- ве стабилизатор не является повторителем,
вать, что предмет данной главы не самостоя- на который подается опорное напряжение?
тельная тема, а всего лишь еще одно приме- Да, это так, хотя мы вскоре усовершенствуем
нение отрицательной обратной связи, и ему такой повторитель. Но эта функция требуется

12N. Ключи на полевых МОП-транзисторах

Содержание 494
495
12N.1. Почему мы отводим полевым транзисторам всего лишь одно занятие 495
12N.1.1. Некоторые понятия для полевых и биполярных транзисторов сходны 496
12N.1.2. Просто еще один трехвыводной вентиль 497
12N.1.3. Различные обозначения МОП-транзисторов 498
12N.1.4. Преимущества полевых транзисторов 498
499
12N.2. Включение и выключение устройств большой мощности 499
12N.2.1. Теряемая мощность 500
12N.2.2. Насколько легко управлять ключом? 501
12N.2.3. Влияние емкости полевого транзистора на процесс переключения 502
502
12N.3. Применение силового ключа: усилитель звуковой частоты 502
12N.3.1. Сигналы 503
503
12N.4. Логические вентили 503
12N.4.1. Простой логический инвертор 504
12N.4.2. Усовершенствованный КМОП-инвертор 504
504
12N.5. Аналоговые коммутаторы 505
12N.5.1. Аналоговый коммутатор на одном МОП-транзисторе
12N.5.2. Усовершенствованный аналоговый КМОП-коммутатор 506
12N.5.3. Несовершенства 507
507
12N.6. Применение аналоговых коммутаторов 508
12N.6.1. Сброс интегратора 508
12N.6.2. Множество других приложений 509
12N.6.3. Особенно интересное применение мультиплексора в фильтре 509
с коммутируемым конденсатором 510
12N.6.4. Выборка и хранение 511
12N.6.5. Выбор компонентов 512
12N.6.6. Стандартные вопросы разработки 513
12N.6.7. Кратко о погрешностях схемы выборки и хранения

12N.7. Исследуем схему выборки и хранения
12N.7.1. Поведение схемы и ее несовершенства
12N.7.2. Инжекция заряда
12N.7.3. Большая емкость может устранить эффект инжекции заряда
12N.7.4. Ограничение скорости в процессе выборки

12N.8. Материал для чтения в AoE

12N.1. Почему мы отводим Но мы полагаем, что одного занятия будет до-
полевым транзисторам статочно, поскольку самое важное применение
всего лишь одно занятие полевых транзисторов состоит в использова-
нии их в качестве переключателей, а это пред-
Возможно, вас может смутить то обстоятель- мет, который, как мы полагаем, будет сравни-
ство, что мы предлагаем разобраться с полевы- тельно легким для освоения. А линейные тран-
ми транзисторами всего лишь за одно занятие, зисторные схемы, наподобие тех, которыми мы
тогда как биполярным транзисторам и опера- занимались ранее, намного сложнее, что вы,
ционным усилителям посвятили намного боль- несомненно, заметили.
ше времени1.
Полевые транзисторы, с которыми мы будем ра-
1 AoE § 3.1.5. ботать на лабораторном занятии 12L, относятся

13N. Совместный аудиопроект

Содержание 531
531
13N.1. День совместных усилий 531
13N.1.1. Схемы, выполняющие конкретные операции 532
13N.1.2. Схемы вашей собственной разработки 532
13N.1.3. Техническое задание 535
13N.1.4. Звенья цепи аудиопередачи 535

13N.2. Общая проблема обеспечения стабильности
13N.3. Параметры светодиода и фототранзистора

Цель этой главы чтобы им предоставили возможность соби-
рать схемы, результаты работы которых мож-
Отчасти сегодняшней нашей целью является но наблюдать без измерительных приборов.
закрепление пройденного материала, посколь- Похоже, что им надоело видеть только осцил-
ку схема, которую мы соберем, содержит самые лограммы. Мы уже пытались учесть эти по-
разнообразные элементы. А само разрабаты- желания на предшествующих лабораторных
ваемое устройство предназначено для беспро- занятиях по сборке самодельного операцион-
водной передачи закодированного звукового ного усилителя и ПИД-регулятора. Нынешнее
сигнала с помощью оптического канала. лабораторное занятие также предоставляет
подобную возможность. Но оно отличается от
13N.1. День совместных предыдущих тем, что на нем вам нужно само-
усилий стоятельно проделать всю работу по проекти-
рованию схемы.
Это занятие радикально отличается от других
занятий нашего курса. На теоретическом за- 13N.1.2. Схемы вашей собственной
нятии мы хотим увидеть вас в роли учителя, разработки
рассказывающего своим однокурсникам о той
части устройства, которую вы создали в рамках Обычно мы не решались организовывать ла-
всего проекта. Также мы хотим, чтобы ваши бораторные занятия подобным образом. Мы
слушатели указали вам (вежливо), что можно опасались, что такой процесс был бы слишком
улучшить в вашей разработке. Отличительная медленным: сначала нужно начертить схему,
черта этого лабораторного занятия — совмест- найти ее недостатки, исправить, испытать усо-
ная работа. Ваш блок не сможет функциони- вершенствованную схему и т.д. Такой объем ра-
ровать до тех пор, пока он не будет объединен боты трудно выполнить за полдня. Применение
с разработкой ваших однокурсников. такого метода каждый день сделало бы наш
курс совершенно другим — хорошим, но в то же
13N.1.1. Схемы, выполняющие самое время таким, в котором мы бы не смогли
конкретные операции охватывать большой объем материала, как мы
стараемся это сделать сейчас. Но мы осмели-
Мы придумали такой формат нынешнего лек- лись испробовать этот метод на сегодняшнем
ционного и соответствующего лабораторно- занятии, поскольку мы уверены, что вы сможе-
го занятия в ответ на пожелания студентов, те придумать требуемые рабочие схемы: каж-
дый отдельный фрагмент схемы вполне в пре-
делах ваших знаний и навыков.

14N. Логические устройства

Содержание 542
542
14N.1. Аналоговые и цифровые системы 542
14N.1.1. Разница между этими системами 544
14N.1.2. Зачем вообще нужны цифровые системы? 545
14N.1.3. Альтернативы двоичной системе 545
14N.1.4. Особые случаи применения цифровой обработки
546
14N.2. Двоичная система счисления 547
14N.2.1. Представление отрицательных чисел с помощью дополнительного 547
двоичного кода 548
14N.2.2. Шестнадцатеричная система счисления 549
550
14N.3. Комбинационная логика 551
14N.3.1. Краткая история цифровой логики 553
14N.3.2. Теорема де Моргана
14N.3.3. Сигналы с высоким и низким активным уровнем 554
14N.3.4. Логика для запуска ядерных ракет 555

14N.4. Реализация цифровой логики с помощью программируемых матриц 555
14N.4.1. Использование логического компилятора для работы 556
с низкими активными уровнями в ПЛУ 557
557
14N.5. Логические элементы типа ТТЛ и КМОП
14N.5.1. Сравнение внутреннего устройства логических элементов 559
ТТЛ и КМОП 560
14N.5.2. Пороговые уровни и помехоустойчивость 560
561
14N.6. Помехоустойчивость 562
14N.6.1. Помехоустойчивость по постоянному току микросхем КМОП и ТТЛ 563
14N.6.2. Обеспечение хорошей помехоустойчивости
с помощью дифференциальной передачи

14N.7. Дополнительные сведения о типах логических вентилей
14N.7.1. Конфигурации выхода
14N.7.2. Реализация логики на микросхемах ТТЛ и КМОП
14N.7.3. Скорость и энергопотребление

14N.8. Материал для чтения в AoE

Цель этой главы

В данной главе мы хотим использовать биполярные и полевые МОП-транзисторы для создания
устройств, способных реализовать логические булевы функции, а также намереваемся исследовать
некоторые из этих логических операций.

15N. Триггеры

Содержание 595
596
15N.1. Реализация комбинационной функции 596
15N.1.1. Упрощение или минимизация логических схем 596
598
15N.2. Снова о сигналах с низким активным уровнем 600
15N.2.1. Начертите схему с логическими вентилями 601
15N.2.2. Использование логического компилятора Verilog 601
601
15N.3. Вентили как функции «Делай это/делай то» 601
15N.3.1. Вентиль И в качестве функции ЕСЛИ 602
603
15N.4. Функция Исключающее-ИЛИ в качестве функции Инверсия/Пропуск* 603
15N.5. Функция ИЛИ в качестве функции Установка/Пропуск* 604
15N.6. Последовательные схемы в общем и триггеры в частности 605
608
15N.6.1. Простейший триггер-защелка на двух транзисторах 608
15N.6.2. Снова простейший триггер-защелка, но на двух логических элементах 609
15N.6.3. Схемы устранения дребезга контактов переключателя 609
15N.6.4. Простого RS-триггера обычно недостаточно 609
15N.6.5. Запуск по фронту сигнала тактирования 610
15N.7. Применение триггеров в схемах устранения дребезга контактов 610
15N.7.1. D-триггер и низкочастотный сигнал тактирования 610
15N.7.2. Схема устранения дребезга с положительной обратной связью 611
15N.8. Счетчики 612
15N.8.1. Счетчики со сквозным переносом 613
15N.9. Синхронные счетчики
15N.9.1. Понятие синхронности
15N.9.2. Для синхронных счетчиков требуются более «умные» триггеры
15N.9.3. Требуемое поведение счетчика
15N.10. Сдвиговый регистр на триггерах
15N.11. Материал для чтения в AoE

Цель этой главы

В этой главе мы познакомимся с логическими устройствами, которые запоминают состояния дво-
ичных сигналов. Такие схемы могут иметь более разнообразное применение, чем простые ком-
бинационные устройства, которые мы рассмотрели в главе 14N. Но сначала повторим, к каким
выводам мы пришли ранее.

Цифровые схемы обладают хорошей помехо- помехоустойчивость важна при хранении
устойчивостью. данных и их передаче в неблагоприятных
условиях;
Помехоустойчивость цифровых схем обеспе-
чивает их замечательные возможности: кодирование информации позволяет в
процессе ее обработки выявлять и исправ-
двоичное кодирование информации по- лять ошибки (например, при воспроизве-
зволяет использовать очень простые дении музыки в цифровом формате).
электронные схемы, вследствие чего мож-
но получить малогабаритные и дешевые Чем выше помехоустойчивость, тем качествен-
устройства; нее происходит обработка данных. Отсюда

16N. Счетчики

Содержание 629
629
16N.1. Краткое повторение пройденного материала 632
16N.1.1. Суммирование характеристик триггера 633
16N.1.2. Повторение: синхронные и асинхронные счетчики из триггеров 633
634
16N.2. Аномалии и опасности схем на триггерах 636
16N.2.1. Пологий фронт сигнала тактирования 636
16N.2.2. Временная диаграмма может помочь с проблемной схемой
637
16N.3. Более универсальный счетчик 638
16N.3.1. Для счетчика потребуются четыре T-триггера 640
16N.3.2. Указываем сигналам на нескольких входах Т, когда изменяться, 641
а также добавляем входной и выходной переносы 642
16N.3.3. Более точный, синхронный, выходной перенос

16N.4. Выводы относительно функций счетчиков
16N.5. Счетчик-делитель на N из лабораторного занятия 16L
16N.6. Счет как стратегия проектирования цифровых схем

Цель этой главы

Сегодня мы хотим разобраться, как определить количество цифровых событий (т. е. мы хотим,
чтобы наша схема вела счет) и сохранить эту информацию.

16N.1. Краткое повторение чает задачу разработки и анализа последова-
пройденного материала тельностных логических схем. Это обстоятель-
ство иллюстрируется графически примером на
рис. 16N.1.

16N.1.1. Суммирование Выходной сигнал схемы, собранной с исполь-
характеристик триггера зованием прозрачного триггера-защелки, со-
держал автоколебания с частотой чуть выше
Зачем вообще нужен сигнал тактирования1? 60 МГц (рис. 16N.2).
Потому что разрыв цепи обратной связи облег-

Этот триггер-защелка неработоспособен А этот запускаемый по фронту
«D» триггер работает как положено

Q D
clk

Q

5+ Запускаемый по фронту триггер
Q

Разрешение
Прозрачный триггер-защелка

Рис. 16N.1. Прозрачная защелка может быть нестабильной. Тактируемое устройство (запускаемое по фронту) делает обрат-
ную связь безвредной, в результате чего нестабильность становится невозможной

1 AoE § 10.4.2C.

17N. Память

Содержание 675
675
17N.1. Шины 676
17N.1.1. Когда нужны выходы с третьим состоянием? 678
17N.1.2. Пример использования выходов с тремя состояниями с шиной данных 679
680
17N.2. Память 682
17N.2.1. Память описывает способ организации хранения данных 683
17N.2.2. Типы памяти и используемая терминология 684
17N.2.3. Обозначение характеристик памяти 684
686
17N.3. Конечный автомат: новое название старого устройства
17N.3.1. Разработка последовательностной схемы 687
17N.3.2. Проектирование счетчика-делителя на три вручную
17N.3.3. Проектирование счетчика-делителя на три с помощью Verilog 688
17N.3.4. Использование памяти вместо вентилей в схемах
со сложной комбинационной логикой
17N.3.5. Подведение итогов: возможны несколько вариантов
последовательных конечных автоматов

17N.1. Шины одной линии подключен больше чем один ис-
точник сигнала. Можете ли вы определить,
Шины представляют собой что-то типа «об- в каких местах на рис. 17N.1 требуется третье
щественного транспорта», который останав- состояние?
ливается, чтобы подобрать кого-то или дать
сойти любому, кому нужно куда-то добраться. Примечание
Английское название шины bus имеет такое же
происхождение, как и пассажирский автобус1. Если вы забыли, то напоминаем, что выход с тремя
состояниями представляет собой выход, который
Шины питания «подвозят» положительное можно полностью отключить, а не выдавать на
и отрицательное («земля») питание к каждо- нем низкий или высокий уровень, как на выходах
му компоненту, а шины данных и адреса пере- обычных логических вентилей.
дают соответствующие данные на микросхемы
и другие устройства компьютера. Некоторые В случае нескольких устройств, подключенных
линии управления также могут подключаться к общей шине и только принимающих сигналы,
более чем к одному компоненту, например ли- ни одно из таких устройств не требует выводов
ния записи/чтения R/W*. с тремя состояниями. Если у вас возникают
какие-либо трудности с уяснением данного по-
17N.1.1. Когда нужны выходы нятия, попробуйте сравнить его со спаренной
с третьим состоянием? телефонной линией. Если второй абонент будет
иногда подслушивать ваши разговоры, то это
Выходы с третьим (высокоимпедансным) со- может влиять на ваше душевное спокойствие,
стоянием требуются в каждом случае, когда к но если он при этом молчит, то качество связи в
результате не ухудшается. Попробуйте приме-
нить данный пример к схеме на рис. 17N.1.

1 Если обратиться к латыни, то слово bus является просто Детальное рассмотрение начнем с шины дан-
сокращением латинского слова omnibus, которое означает ных. Выходы памяти ОЗУ (RAM) и ПЗУ (ROM)
«для всех». Такое название было присвоено в начале XIX (2, 4, 7), а также центрального процессора
столетия городскому автобусу в Англии, чтобы противо- (ЦП), подключенные к шине данных, должны
поставить его коляске, которая нанималась для поездки из обладать третьим состоянием, поскольку все
одной точки в другую.

18N. Аналоговые и цифровые
преобразования; ФАПЧ

Содержание 719

18N.1. Сопряжение устройств разных логических семейств 720
18N.1.1. Пятивольтовые микросхемы: проблемы с подачей сигналов 722
на микросхемы КМОП 723
18N.1.2. Устройства с более низкими напряжениями питания
724
18N.2. Общие сведения о цифроаналоговых и обратных преобразованиях 725
18N.2.1. Квантование по вертикальной оси: разрешение по амплитуде 727
или по напряжению 728
18N.2.2. «Нарезка» по горизонтали: частота дискретизации 728
18N.2.3. Влияние недостаточной частоты дискретизации 728
729
18N.3. Методы цифроаналоговых преобразований 730
18N.3.1. ЦАП, управляемый унарным кодом 731
18N.3.2. Схема суммирования токов на операционном усилителе 732
18N.3.3. Матрица резисторов R-2R 732
18N.3.4. ЦАП с коммутируемыми конденсаторами 734
18N.3.5. Одноразрядный ЦАП; широтно-импульсная модуляция (ШИМ) 735
738
18N.4. Аналого-цифровое преобразование 738
18N.4.1. Методы без обратной связи 745
18N.4.2. АЦП с двойным интегрированием
18N.4.3. АЦП с обратной связью 745
18N.4.4. Пример двоичного поиска 747
18N.4.5. Дельта-сигма АЦП 747
749
18N.5. Ложные сигналы в процессе выборки 749
18N.5.1. Предсказание ложных сигналов в частотной области 750
в процессе выборки 752
18N.5.2. Побочные сигналы предсказуемы 754
756
18N.6. Добавление случайного шума
18N.7. Система фазовой автоподстройки частоты

18N.7.1. Простейший фазовый детектор: ИСКЛ-ИЛИ
18N.7.2. Фазовые детекторы, чувствительные к фронту
18N.7.3. Применения
18N.7.4. Проблемы стабильности во многом такие же, как и для системы ПИД
N17N.8. Материал для чтения в AoE

Цель этой главы

В этой главе мы рассмотрим решение задачи преобразования диапазона напряжений в цифровой
код. Обратный процесс преобразования цифровых значений в напряжение проще и встречается не
так часто, но тем не менее тоже полезен на практике.

18N.1. Сопряжение устройств не вызывает никаких вопросов. Разумеет-
ся, устаревшие ТТЛ-микросхемы (например,
разных логических семейств 74LSxx на 74LSxx) также совместимы друг
с другом. Но иногда возникает необходимость
Это скучная, но иногда необходимая тема. То, использовать в одной схеме микросхемы раз-
что выходной сигнал логического элемента ных логических семейств; обычно это вызвано
микросхемы 74HCxx может служить в качестве требованием наличия функции, которая недо-
входного сигнала другой микросхемы 74HCxx, ступна в микросхемах основного логического

19L. Лабораторное занятие по цифровым
схемам

Содержание 786
786
19L.1. Цифровой проект 787
19L.1.1. Измеритель емкости 788
19L.1.2. Измеритель скорости реакции 789
19L.1.3. Генератор синусоидальных колебаний
19L.1.4. Четырехканальный мультиплексор для осциллографа

19L.1. Цифровой проект Схема должна работать постоянно, отображая
полученный результат на ЖКД, который был в
Это лабораторное занятие отличается от других схеме счетчика на лабораторном занятии 16L.
тем, что мы хотим, чтобы на нем вы, подобно Если вместо адресных линий задействовать
лабораторному занятию 13, получили удоволь- линии данных, то можно воспользоваться про-
ствие от возможности собрать какую-либо схе- зрачной защелкой, встроенной в этот дисплей
му, разработанную самостоятельно. Но, в отли- данных. Значение емкости можно отображать
чие от лабораторного занятия 13, для данного в каких-либо удобных единицах, например со-
лабораторного занятия не требуется никакой тых микрофарады. Вы можете сами выбрать
новой информации, а используется информа- единицы измерения, но при этом не исполь-
ция, которую мы рассмотрели в части IV. Далее зуйте какие-либо странные единицы, которые
приводится описание нескольких задач, реше- могут сбивать с толку пользователя вашего
ние которых должно быть вам под силу. Мы прибора. Сделав частоту выходного сигнала
хотим, чтобы вы изложили в письменном виде генератора колебаний 555 настраиваемой в
решение и собрали разработанную вами схему. широком диапазоне значений, вы сможете от-
калибровать схему измерителя емкости таким
В двух рассмотренных схемах используются образом, что, например, он будет отображать
дисплеи из лабораторного занятия 17L, что емкость 0,1 мкФ как 0100.
должно сэкономить вам некоторое время.
В разделе 15L.5.3 приводится схема цифрового
19L.1.1. Измеритель емкости сдвоенного (т. е. с двумя выходами) одновибра-
тора, которая может пригодиться вам для фик-
Данная схема является небольшим изменением сации результата измерений на дисплее.
схемы измерителя периода, которую мы рас-
смотрели в качестве упражнения в конце лабо- Если задействовать линии адресов (что позво-
раторного занятия 16L. Как вам должно быть лит отображать четыре разряда, а не два), то вам
известно, период выходного сигнала генера- нужно будет добавить регистры, в которых бу-
тора колебаний 555 пропорционален произве- дет сохраняться значение счетчика для вывода
дению RC. Если поддерживать значение R по- на дисплей. Таким образом, регистры-защелки
стоянным, то любое значение C можно неявно позволят вам уменьшить объем работы.
вычислить по периоду выходного сигнала ге-
нератора колебаний (или по полупериоду, если Мы рекомендуем монтировать схему на от-
вам так легче). дельной макетной плате, а не загромождать
плату, на которой вы будете собирать свой

20N. Микропроцессоры I

Содержание 793
793
20N.1. Основные сведения о микрокомпьютерах 797
20N.1.1. Немного истории 799
799
20N.2. Минимальные необходимые компоненты компьютера
20N.3. Выбор микроконтроллера 801
802
20N.3.1. Разница между микропроцессором и микроконтроллером 802
20N.4. Возможные основания для выбора более трудного пути 805

сборки компьютера из дискретных компонентов 809
20N.4.1. Зачем использовать микроконтроллер 5081? 809
20N.5. Сигналы управления микроконтроллера 809
20N.5.1. Применение сигналов управления 810
20N.6. Некоторые подробности о компьютере, 812
собираемом из дискретных компонентов
20N.6.1. Фон-неймановская и гарвардская компьютерные архитектуры 813
20N.6.2. Мультиплексирование адресов 813
20N.6.3. Логика пошагового исполнения программы 813
20N.7. Первое занятие с компьютером на одной микросхеме 814
20N.7.1. Тестовая программа для автономного микроконтроллера: 815
816
мигаем светодиодом
20N.7.2. Полная версия программы
20N.7.3. Первая программа: мигаем светодиодом
20N.7.4. Разрешаем ввод-вывод
20N.7.5. Сторожевой таймер
20N.8. Материал для чтения из AoE

Цель этой главы

В этой главе мы хотим решить следующую задачу: создать конечный автомат, который будет пол-
ностью универсальным и программируемым, или, иными словами, преобразовать память и свя-
зывающую логическую схему в компьютер. В настоящее время компьютеры настолько привычны,
что, казалось бы, эта задача не является ничем особенным. Но когда-то она была весьма непростой.

20N.1. Основные сведения электромеханические компьютеры на реле;
о микрокомпьютерах некоторые из этих компьютеров были настоя-
щими машинами Тьюринга, т. е. полностью
20N.1.1. Немного истории программируемыми. В то же самое время, не
подозревая, что их эра подходила к концу, про-
Времена до микропроцессора должали развиваться последние гигантские
аналоговые компьютеры, в частности, диф-
Компьютеры были в обиходе, хотя и не очень ференциальный анализатор, разработанный
широком, задолго до того времени, которое Ванневаром Бушем (Vannever Bush) и постро-
принято считать появлением компьютеров. В енный в конце 1920-х гг. в Массачусетском тех-
частности, в 1930-х гг. создавались цифровые нологическом институте. Но первым полно-
стью электронным компьютером был Colossus
(«Колосс»), введенный в действие в 1943 г. в

21N. Микропроцессоры II. Ввод-вывод и первая
программа на ассемблере

Содержание 855
856
21N.1. Язык ассемблера и причины для его использования 859
21N.1.1. Тестовая программа для компьютера из дискретных компонентов
21N.1.2. Директивы ассемблера 861
21N.1.3. Исполнение тестовой программы для дискретного компьютера 861
в пошаговом режиме 863
863
21N.2. Снова о декодировании 864
21N.3. Код ввода-вывода для дискретного компьютера 865
865
21N.3.1. Адрес порта 0 на языке процессора
21N.3.2. Формат команд ассемблера 866
21N.3.3. Завершаем создание тестовой программы
21N.3.4. Программа тестирования в действии 866
21N.3.5. Компьютер на автономном микроконтроллере C8051F410 867
868
не отображает такие подробности 870
21N.4. Сравнение версий на ассемблере и на языке С программы вывода 871
872
на дисплей значений, вводимых с цифровой клавиатуры
21N.5. Вызов подпрограмм

21N.5.1. Стек как кратковременное хранилище общего назначения
21N.5.2. Вызов подпрограмм и функций в языке С
21N.6. Расширение операций до 16 разрядов
21N.7. Материал для чтения из AoE

Цель этой главы 21N.1. Язык ассемблера
и причины для его
Сегодняшняя задача состоит в том, чтобы осна- использования
стить наш компьютер возможностью прини-
мать и выдавать информацию по одному байту Язык ассемблера представляет собой язык на
за раз. Но прежде чем продолжать, освежим в основе английского (или любого другого чело-
нашей памяти некоторые основные понятия из веческого) языка, с помощью которого люди
главы 20. определяют операции для выполнения микро-
процессором. Например, выражение MOV R0,
Чтобы подключенные к шинам память и пе- #38h на языке ассемблера представляет два бай-
риферийные устройства работали должным та машинного кода 78h и 38h. Данная команда
образом, необходимо декодировать сигналы дает процессору указание загрузить в рабочий
управления и адреса, выдаваемые процес- регистр под номером ноль шестнадцатеричное
сором. значение 38. Язык ассемблера отличается от
языков более высокого уровня, таких как С, тем,
Хотя контрольные сигналы разных микро- что в нем одна строчка кода соответствует одной
процессоров отличаются в деталях, в общем команде на машинном языке. Напротив, в том
они передают довольно стандартную ин- же языке С одна строка кода часто выражает бо-
формацию: направление обмена данны- лее сложную операцию, для выполнения кото-
ми, синхронизацию обмена, устройство рой требуется несколько команд на машинном
назначения, а часто также информацию о языке (и на языке ассемблера).
типе участника обмена — устройство ввода-
вывода или память.

22N. Микропроцессоры III: операции с битами

Содержание 914
914
22N.1. Операции с битами 915
22N.1.1. Операции с битами с использованием внешних шин 918
22N.1.2. Битовые операции через встроенные порты микроконтроллера 8051 919
22N.1.3. Использование выводов встроенных портов упрощает код 919
22N.1.4. Эквивалентные битовые операции на языке С 919
22N.1.5. Аппаратный флаг: устройство ввода для одноразовой операции 920
921
22N.2. Условные переходы 924
22N.2.1. Команды условного перехода 925
22N.2.2. Применение масок для обработки больше одного бита
22N.2.3. Сравнение байтов с помощью команды CJNEE
22N.2.4. Аппаратное обеспечение реализации флага

Цель этой главы

В данной главе мы ставим перед собой цель — научить вас разбивать код программы на модули
(подпрограммы или функции). Также мы поэкспериментируем на нашем компьютере с операция-
ми ввода-вывода одного бита.

22N.1. Операции с битами выполнения операции; а работа с внутренни-
ми портами микроконтроллера легче, но при
Микроконтроллер 8051 выглядит слабовато этом от разработчика скрыто, какие триггеры
при выполнении любых операций, требующих и драйверы выполняют операцию. Поэтому
высокой точности, т. е. при работе со значе- начнем с внешних шин. Нашей задачей будет
ниями, определяемыми большим количеством управлять светодиодом одной выходной ли-
битов. Он ограничен байтовым размером сво- нией порта 1 (на внешней шине) и определять
их регистров и слов памяти. Этот маленький входной сигнал на линии этого же порта. При
контроллер намного лучше подходит для рабо- наличии сигнала (бита) высокого уровня вы-
ты с битами. В данной области он преуспевает. полняется переключение состояния светодио-
Поэтому давайте полюбуемся на его работу да; при низком уровне входного сигнала (бита)
с задачами, которые ему больше под силу. Мы состояние светодиода не меняется.
начнем наши эксперименты по операциям с би-
тами с использования внешних шин, а затем Чтобы управлять светодиодом, нам нужно
перейдем к работе со встроенными портами. оснастить триггером выходную линию порта.
В последнем случае аппаратное оборудование Без наличия такого триггера компьютер смо-
и код программы будут намного проще. жет сохранять выходной уровень неизменным
только в течение очень короткого времени,
22N.1.1. Операции с битами пока длится выходной импульс OUT1* (что чуть
с использованием внешних шин меньше, чем 100 нс при сигнале тактирования
с частотой 11 МГц). А триггер поддерживает
Подход с применением внешней шины бо- постоянным уровень сигнала управления све-
лее трудоемок, но он позволяет видеть, какое тодиодом. Чтобы получить и протестировать
аппаратное обеспечение задействуется для входной сигнал, компьютеру требуется буфер
с трехстабильным выходом между источником

23N. Микропроцессоры IV:
прерывания; АЦП и ЦАП

Содержание 953
953
23N.1. Основные моменты ранее рассмотренного материала 954
23N.2. Прерывания 955
957
23N.2.1. Когда нужны прерывания? 957
23N.2.2. Как реализовать прерывания? 958
23N.2.3. Разрешение прерываний; реагирование на перепад или уровень 959
23N.2.4. Приоритеты прерываний 960
23N.2.5. Разница между командами RET и RETI 961
23N.2.6. Демонстрационная программа по прерываниям 962
23N.3. Обработка прерываний в языке С 964
23N.4. Сопряжение АЦП и ЦАП с микроконтроллером 965
23N.4.1. Микросхема АЦП и ЦАП AD7569 967
23N.4.2. АЦП и ЦАП на микроконтроллере C8051F410 968
23N.4.3. Программа 968
23N.5. Некоторые подробности о лабораторных занятиях по АЦП/ЦАП 969
23N.5.1. Использование ФАПЧ для настройки частоты тактирования фильтра 970
23N.5.2. Усилитель звуковой частоты 970
23N.5.3. Используем импульсный усилитель из лабораторного занятия 12L
23N.5.4. Преобразование сигналов разных типов
23N.6. Предлагаемые лабораторные задания при экспериментах с АЦП и ЦАП

Цель этой главы

Мы хотим узнать, как выполнять ввод аналоговых значений в компьютер и вывод из него, а также
как использовать прерывания для модификации процесса исполнения программы.

23N.1. Основные моменты Возможность тестирования одиночных би-
ранее рассмотренного тов.
материала
Особенно легко эти операции выполняются
Вызов подпрограмм при работе со встроенными портами, а не
внешними шинами.
Позволяет использовать блок кода несколь-
кими программами. 23N.2. Прерывания

Позволяет создавать модульный код: основ- Как ясно из названия, прерывание прерывает
ная программа вызывает несколько вспомо- ход выполнения одной программы, чтобы по-
гательных подпрограмм, каждая из которых зволить исполняться другой программе. Это
выполняет свою задачу. особый тип вызова подпрограммы, который
инициируется аппаратно, а не программно1.
Операции с битами
1 Многие процессоры поддерживают программные пре-
Установка и обнуление одиночных битов рывания, которые работают подобно аппаратным, но ини-
(позволяет управлять восемью устройства- циируются программой, а не аппаратным событием. Но у
ми на одном 8-разрядном порту). микроконтроллера 8051 нет такой возможности.

24N. Микроконтроллеры V. Перемещение
указателей, последовательные шины

Содержание

24N.1. Перемещение указателей 1010

24N.1.1. Копирование таблицы на языке ассемблера 1011

24N.1.2. Копируем таблицу на языке С 1012

24N.1.3. Альтернатива регистру DPTR 1013

24N.1.4. Программа для сохранения и последующего воспроизведения сигнала

(для компьютера из дискретных компонентов) 1014

24N.2. Регистр DPTR также может быть полезным и для микроконтроллера

C8051F410 1015

24N.3. Определение достижения конца таблицы 1015

24N.3.1. Посредством подсчета количества обменов 1015

24N.3.2. Определение конца таблицы посредством проверки значения указателя 1015

24N.4. Последовательные шины 1017

24N.4.1. УАПП/RS232 1017

24N.4.2. Протокол USB 1019

24N.4.3. Интерфейс SPI 1020

24N.4.4. Периферийное устройство SPI: цифровой потенциометр 1022

24N.4.5. Другие последовательные протоколы 1024

24N.5. Материал для чтения в AoE 1025

Цель этой главы

Мы хотим научиться сохранять цифровые данные, включая аудиозапись, в таблицах и извлекать
сохраненную таким образом информацию.

24N.1. Перемещение Чтобы оценить полезность косвенной адре-
сации, которую налагает регистр DPTR, пред-
указателей ставим, что нам нужно скопировать таблицу
небольшого размера, не используя для этого
До сих пор в нашем компьютере из дискрет- указатель. Такую задачу нельзя выполнить на
ных компонентов и с внешними шинами мы микроконтроллере 8051, но ее можно изложить
использовали регистр указателя данных DPTR в виде псевдокода, который можно будет реа-
почти во всех операциях передачи данных. лизовать на большинстве компьютеров и ми-
Это не совсем удобный способ, но так работает кроконтроллеров.
микроконтроллер 8051, и нам приходилось ми-
риться с этим. Но сегодня мы рассмотрим ме- Псевдокод для копирования данных без
тоды работы с регистром DPTR, которые позво- использования указателя
лят вам увидеть его положительную сторону.
В частности, как только указатель данных на- Предположим, что исходные данные находятся
чинает перемещаться в программе, его неуклю- в таблице, первый элемент которой хранится
жая косвенность превращается в очевидную в ячейке RAM с адресом 400h, а дубликат та-
полезность. блицы следует сохранить в области памяти с

24N. Микроконтроллеры V. Перемещение
указателей, последовательные шины

Содержание

24N.1. Перемещение указателей 1010

24N.1.1. Копирование таблицы на языке ассемблера 1011

24N.1.2. Копируем таблицу на языке С 1012

24N.1.3. Альтернатива регистру DPTR 1013

24N.1.4. Программа для сохранения и последующего воспроизведения сигнала

(для компьютера из дискретных компонентов) 1014

24N.2. Регистр DPTR также может быть полезным и для микроконтроллера

C8051F410 1015

24N.3. Определение достижения конца таблицы 1015

24N.3.1. Посредством подсчета количества обменов 1015

24N.3.2. Определение конца таблицы посредством проверки значения указателя 1015

24N.4. Последовательные шины 1017

24N.4.1. УАПП/RS232 1017

24N.4.2. Протокол USB 1019

24N.4.3. Интерфейс SPI 1020

24N.4.4. Периферийное устройство SPI: цифровой потенциометр 1022

24N.4.5. Другие последовательные протоколы 1024

24N.5. Материал для чтения в AoE 1025

Цель этой главы

Мы хотим научиться сохранять цифровые данные, включая аудиозапись, в таблицах и извлекать
сохраненную таким образом информацию.

24N.1. Перемещение Чтобы оценить полезность косвенной адре-
сации, которую налагает регистр DPTR, пред-
указателей ставим, что нам нужно скопировать таблицу
небольшого размера, не используя для этого
До сих пор в нашем компьютере из дискрет- указатель. Такую задачу нельзя выполнить на
ных компонентов и с внешними шинами мы микроконтроллере 8051, но ее можно изложить
использовали регистр указателя данных DPTR в виде псевдокода, который можно будет реа-
почти во всех операциях передачи данных. лизовать на большинстве компьютеров и ми-
Это не совсем удобный способ, но так работает кроконтроллеров.
микроконтроллер 8051, и нам приходилось ми-
риться с этим. Но сегодня мы рассмотрим ме- Псевдокод для копирования данных без
тоды работы с регистром DPTR, которые позво- использования указателя
лят вам увидеть его положительную сторону.
В частности, как только указатель данных на- Предположим, что исходные данные находятся
чинает перемещаться в программе, его неуклю- в таблице, первый элемент которой хранится
жая косвенность превращается в очевидную в ячейке RAM с адресом 400h, а дубликат та-
полезность. блицы следует сохранить в области памяти с

25N. Микроконтроллеры VI. Таблицы данных

Содержание 1056
1057
25N.1. Устройства ввода и вывода для микроконтроллера
25N.1.1. Несколько простых примеров интерфейса устройств ввода 1058

25N.2. Задача для пользователей компьютера из дискретных компонентов: 1059
работа с автономным микроконтроллером 1059
1059
25N.3. Задача для пользователей компьютера на основе автономного 1060
микроконтроллера: использование внешней памяти RAM 1060
25N.3.1. Последовательный доступ к памяти
25N.3.2. Запись и чтение одного байта
25N.3.3. Запись и чтение нескольких байтов
25N.3.4. Код программы для работы с памятью RAM с интерфейсом SPI

Цель этой главы

Эта глава содержит два довольно разных проекта для двух версий наших самодельных компьюте-
ров. В частности, проект для компьютера на автономном микроконтроллере C8051F410 состоит в
вводе и выводе данных из компьютера, используя ограниченное количество линий и последова-
тельный протокол. А проект для компьютера из дискретных компонентов реализует дизайн, ха-
рактерный для однокристального микроконтроллера (что, конечно же, является привычным де-
лом для тех из вас, кто работает с компьютером на автономном микроконтроллере).

25N.1. Устройства или предоставлять временные маркеры для
данных).
ввода и вывода для
Но довольно часто встроенных периферий-
микроконтроллера ных устройств недостаточно, и к микрокон-
троллеру требуется подключить, по крайней
Как вы знаете, кроме собственно контроллера мере, пару кнопок и несколько светодиодов.
микросхемы микроконтроллеров могут содер- Взаимодействие с микроконтроллером для бо-
жать много других встроенных периферий- лее «продвинутых» периферийных устройств
ных устройств. Микроконтроллер DS89C420 реализуется с помощью одного из последова-
производства компании Dallas Semiconductor тельных протоколов, скорее всего, SPI или I2C.
содержит минимальный набор таких перифе- Но для несложных устройств такие мощные
рийных устройств: таймеры, два последова- интерфейсы не требуются и используются бо-
тельных порта и параллельные порты. А вот лее простые, несколько примеров которых мы
микроконтроллер C8051F410 компании Silicon рассмотрим далее.
Laboratories более совершенен в этом отноше-
нии. Он оснащен АЦП, ЦАП, ШИМ, последо- Книга AoE содержит более обширный набор
вательными портами разных типов (SPI, I2C, примеров в § 15.8. В частности, на рис. 15.20–
RS-232), таймерами, а также часами реаль- 15.22 показано около 60 периферийных уст-
ного времени, которые способны обеспечить ройств с интерфейсами разных типов: парал-
длительный отсчет времени (т. е. реализо- лельным, SPI и I2C (для некоторых из этих
вать задержки большой продолжительности устройств также указан номер детали).

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

А ORG 859
директивы 815
Авометр 56 команда
Автомат конечный 683, 692, 694, 797, 1125
ACALL 889
Мили 684 ADD 872, 881
Мура 684 ADDC 872, 881
на основе памяти 694 CALL 868
Адрес CPL 838
декодирование 705 DA A 880
Адреса DJNZ 876
совмещение 706 MOV 864
Адресация MOVX 865
индексная 906 POP 889
косвенная 865, 902 PUSH 889
непосредственная 841, 864, 902 RET 868, 889
прямая 905 RETI 958
Адресное пространство 706 SJMP 857, 838
Амплитудная модуляция 153 АЦП
боковые полосы 775 дельта-сигма 738, 740
Анализатор дифференциальный 793 конвейерное 734
Аналоговые
коммутаторы 495 Б
системы 542
Аналоговый База транзистора
коммутатор 514 модуляция ширины 249
модулятор дельта 743
Аналого-цифровое преобразование 723 Байт 543
параллельное 732 Биполярные транзисторы 180
Апертура триггера 668 Бит 542
Аппаратные прерывания 870
Аппаратный флаг 925 T2MH 937
Арбитр шины 1128 стартовый 1018
Арифметико-логическое устройство 591 стоповый 1018
Архитектура Блокирующие присваивания 1132
гарвардская 809 Боковые полосы 775
фон-неймановская 807 частота 776
Асинхронное обнуление счетчика 641 Броски тока 103
Ассемблер Буфер
директива 891 FIFO 955
кольцевой 1009
$INCLUDE 859 с тремя состояниями 573
EQU 859

1188 Предметный указатель

В Двухполюсный фильтр 383
Действующее напряжение 168
Вход осциллографа «Х» 122 Декодер 580
Вектор Декодирование адреса 705

прерывания 816, 956 «ленивое» 706
сброса 857 Делитель напряжения
Вентиль дополнительный 635
Вентильные матрицы программируемые 553 на конденсаторах 90
Вина мост 437 регулируемый 40
Виртуальная «земля» 279 смещения 190, 191
Вольт Детектор пиковый 157
определение 35 Децибел 92
Вольтаж 34 Дешифратор команд 797
Воронка входная 1110 Динамическое сопротивление 36
Время Диод
нарастания 62, 168 Зенера. См. Стабилитрон
распространения 630 катод обозначение 161
удержания триггера 630 напряжение пробоя 145
установки триггера 630–632 прямое напряжение 145
Всплески напряжения 103 паразитный 496, 497, 503
Выборка ложный сигнал Диодный мост 169
удаление 746 Директива
частота 745 EQU 1001
Выпрямитель двухполупериодный мостовой 147 ассемблера 815, 891
Высокоскоростной USB 1020
Выходной импеданс 55 $INCLUDE 859
EQU 859
Г ORG 859
Дискретизация
Гальванометр 56 побочный сигнал 727
Гарвардская архитектура 809 Дифференциальное усиление 255
Генератор формула 231
Дифференциальный
колебаний с мостом Вина 437 анализатор 793
сигналов 60, 61 усилитель 216
Гироскоп 1099 Дифференциатор 84–86
Гистерезис 355 усиление 460
вне области электроники 354 Длина электрическая 1143
компаратора 354 Добротность 142, 143
побочный эффект задержка 355 формула 168
Графики логарифмические 92 Доступ к памяти прямой 676
Драйвер
Д шагового двигателя A3967SLB 1101
ШИМ 369
Дальномер EZ1 1097 Дребезг контактов
Двигатели шаговые 1095 устранение 608, 609
Дрейф электронов 35
биполярные 1095 Дроссель 168
униполярные 1095
Двоично-взвешенная сумма 280 З
Двоичный код
обратный 546 Загрузка
дополнительный 546 «вслепую» 1049
Двуоксид кремния 495 счетчика синхронная 641

Предметный указатель 1189

Задание смещения 258 Источник тока 199
Задержка обработки прерывания 955 импеданс выходной 246
Замок на биполярных транзисторах 238
рабочий диапазон 258
схема управления 708
Запас по фазе 392, 443 К

операционного усилителя 413 Каскод 258
Запуск по фронту 631 Каскодная схема 251
Заряд инжекция 508 Категории операционных усилителей 309
Захват Катод диода

единиц 605 обозначение 161
тока биполярным транзистором 498 Катушка привода жесткого диска 332
Защелка 607 Качающаяся частота 121
SR тактируемая 604, 605 Квантование
прозрачная 604–607
Звон щупа осциллографа 145 погрешность 725
Звуковая частота Ключевое слово assign 1109
усилители класса D 731 Ключи силовые 495
«Земля» Код
виртуальная 279
сигнальная 49 Грея 1101
Зеркало токовое Уилсона 259 двоичный
Знаковый разряд 858
дополнительный 546
И обратный 546
объектный 829
Идентификаторы 890 операции 864
Измеритель периода 660 Колебания собственные 442
Импеданс период 459
Команда ассемблера
выходной 55 ACALL 889
источника тока 246 ADD 872, 881
низкочастотного фильтра 96 ADDC 872, 881
CALL 868
индуктора 139 CPL 838
конденсатора 139 DA A 880
DJNZ 876
вычисление 88, 89 MOV 864
формула 88 MOVX 865
Импедансы POP 889
преобразование 179 PUSH 889
Импульс стробирующий 804 RET 868, 889
Импульсный стабилизатор 481 RETI 958
Индуктивность паразитная 103 SJMP 857
Инжекция заряда 508 дешифратор 797
Инициализация регистра DPTR 902 формат 864
Интегратор 84, 86, 87 Коммутатор аналоговый 495, 514
Интерфейс Компаратор
I2C 832, 1020 гистерезис 354
SPI 832, 1020 как операционный усилитель 349
С2 833, 835 отличие от операционного усилителя 349
Искажения переходные 193 Компенсирование 242
Источник питания Компилятор логический 554
двухполярный 147, 258 Комплементарная структура 502
однополярный 258

1190 Предметный указатель

Конденсатор Матричный переключатель 814, 815, 917
блокировочный 102, 103 Метка перехода 856
импеданс 139 Микроконтроллер
вычисление 88, 89
накопительный 151 6805 796
плавающий 520 8048 795
развязочный 103 8051 795
развязывающий 102 Микропроцессор
шунтирующий 165 6052 795
8008 794
Контроллер ПИД 451 8080 794
Контрольные точки 842, 847 C8051F410 646
Контур 38 Микросхема
74HC14 558
ПИД 437 LF411 287
резисторный Т-образный 321, 323 LM741 286
Концентратор USB 1020 LT1150 286
Корпус Mini-DIP 286 REF200 253
Коррекция частотная 483 USB/RS-232 FTDI232R 1037
операционных усилителей 409 акселерометра
Косвенная адресация 865, 902
Коэффициент ADXL335 1098
бета 185 ADXL 345 1098
заполнения сигнала ШИМ 369 активного фильтра UAF42 384, 385
подавления синфазной составляющей 228, 237, аналогового коммутатора DG403 517
аналогового переключателя
262 ADG1211 509
усиления транзистора по току 182, 185 DG403 509
Крутизна 258 АЦП ADuC848 753
АЦП-ЦАП AD7569 726, 975
Л буфера 74HC125 789, 790
вентилей И-НЕ
Линейная область транзистора 225 74LS00 567
Линия 74НС00 567
выборки и хранения LF198 509
MISO 1022 генератора колебаний
MOSI 1021 ICM7555 370
передачи эффекты 1150 LMC7555 370
Логика программируемая матричная 623 TLC555 370
Логические устройства программируемые 553 генератора сигналов
Логический компилятор 554 LTC6906 360
Логический элемент универсальный 549 генератора синусоидальных колебаний
Ложный сигнал выборки ICL8038 363
удаление 746 гироскопа
частота 745 L3GD20H 1099
LY530AL 1099
М декодера
74HC138 789
Магнитометр 1099 74HC139 789, 790, 861
Макроячейка 624 74HCT139 558
Маска прерываний 959 дифференциального усилителя
Маскирование 921 INA105 296
Материнская плата 795 INA149 299, 296, 327
Матрица резисторов R-2R 729, 730 INA194 326
Матрицы вентильные программируемые 553 драйвера шагового двигателя A3967SLB 1101
Матричная логика программируемая 623

Предметный указатель 1191

импульсного стабилизатора LT1073 488, 489 триггера
импульсного усилителя LM4667 524, 969 74HC74 614
инвертора CD4007 571 74HCT573 825, 826
источника тока REF200 473, 493 74HCT574 1082
компаратора 311 349
контроллера энергонезависимой RAM MXD1210 триггера Шмитта 74HC14 357, 827
усилителя звуковой частоты
873
магнитометра LM389 968
LM4667 523
ACS712 1099 фазового детектора 74HC4046 750, 766
HMC5883 1099 фильтра MAX294 772, 967, 1070
US1881 1099 ЦАП
микроконтроллера DS89C430 824 AD558 758, 1081
ограничителя тока LT3092 472 AD7569 1081
операционного усилителя DAC8229 1082
324 335 LTC7545A 1083
358 335 MC1408 1083
411 409 ЦАП/АЦП
741 409 ADC7569 962
LM358 343, 482 цифрового потенциометра MCP41100 1022
LMH6881 1022 Микросхемы
LMP2015 345 ASIS 624
LTC1150 331 LF411 253
LT1215 407 специализированные 553
опорного напряжения LM385-2.5 481 Множители 590
памяти Модель обратной связи 426
CY14B101KA 682 Модулирование 153
M48T35 681 Модуль
ПМЛ XC9572XL 844 Bluetooth Roving Networks WRL-12579 1041
преобразователя логических уровней MAX3370 RIDE RKit51 998
Модулятор
723 дельта аналоговый 743
регистров 74HCT573 824 дельта-сигма 740, 741
регистров последовательного приближения Модуляция
амплитудная 153
74LS502 759 боковые полосы 775
74LS503 759 длины канала полевого транзистора 530
стабилизатора напряжения 78L05 469, 485, 486, импульсно-плотностная 501
частотная 532
485 ширины базы биполярного транзистора 249
сумматора широтно-импульсная 369
МОП-транзистор 180
74HC83 590 Мост
74LS83 590 Вина 437
счетчика диодный 169
74HC161 662 Мощность 36
74HC163 662, 663, 787 Мультивибратор одноходовый 360
74HC390 787 Мультиметр
74HC393 790 функция тестирования диодов 196
74HC1600 787 Мультиплексирование 505
счетчика со сквозным переносом Мультиплексор канала осциллографа 505
74HC74 610
74HC393 610
транзисторной сборки
CA3096 234
HFA3096 234

1192 Предметный указатель

Н П

Нагрузка оконечная 1145 Память
Наложение спектров 521, 727, 770 EEPROM 680
Нанофарада 114 EPROM 680
Напряжение 34 MOVX RAM 1015, 1034
PROM 680
всплески 103 RAM 680
выходное скорость нарастания 315 динамическая 681
действующее 168 синхронная 681
диода статическая 681
ROM 680
обратное 145 время доступа 682, 683
пробоя 145 прямой доступ 676
прямое 145 теневая RAM 682
линейное 135 энергозависимая 681
отключения 483 энергонезависимая 681
стабилизатора 468, 484
сети 135 Пара
смещения 190, 191 Дарлингтона TIP110 379, 380
Неблокирующие присваивания 1133 Шиклаи 380
Непосредственная адресация 841, 864, 902
Непрерывная развертка 121 Парадокс Зенона 82
Несущая частота 153 Паразитная индуктивность 103
Нитиноловые провода 1096 Паразитные колебания незатухающие

О условия возникновения 385
Паразитный диод 496, 497, 503
Обмотка Передискретизация 724, 727, 742, 770, 773
привода жесткого диска 332 Переключатель
трансформатора
вторичная 168 транзисторный 256
первичная 168 матричный 814, 815, 917
Переполнение 583
Обнуление счетчика 641 Переход
Оборудование 440 метка 856
Обратная связь 241 относительный смещение 857
частота 138
модель 426 Переходные искажения 193
разделенная 390 Период
Ограничение измеритель 660
выходного тока 315, 316 собственных колебаний 459
П-усиления 437 Петлевое усиление 396, 428
Одновибратор 621 ПИД-контур 437
Окно для мониторинга регистров Watch 849 Пиковый детектор 157
Операционный усилитель 216, 274, 309, 409 Пикофарада 115
запас по фазе 413 Плавающий уровень 702
как компаратор 349 Плата
псевдо 455, 456, 457 дочерняя 833
Остаточная погрешность 461 материнская 795
Осциллограмма 26 Плоскости комплексные 99
Отображение портов ввода-вывода в память 804 ПМЛ 624
Отражение сигнала 1145 Побочный сигнал при дискретизации 727
Отсечка 258 Погрешность 65
квантования 725

Предметный указатель 1193

остаточная 461 Пробой тепловой 265
резисторов 65 Провисание 168
Подпрограмма 868 Провода
USUAL_SETUP 887
обработки прерывания 926 мускульные 1096
Подстройка смещения 310 нитиноловые 1096
Поле электрическое 34 с эффектом памяти 1096
Полевой эффект 496 Проводник общий 49
Полевые транзисторы 180 Программа
Полнодуплексный режим связи 1022 adc_dac_int_jan11.a51 996
Полноскоростной USB 1020 bit_transfer_port.c 919
Полный сумматор 584 comparator_oscillator_jan11.a51 946
Полоса пропускания 95 FilterPro 384
Полосовой фильтр 141 full_wave_silabs.a51 971
Полосы боковые GETREADY_1208.a51 930
частота 776 GET_SAMPLE 965
Помехи линейные 112 int_inc_dec.a51 985
Помехозащищенность 229 Loader420 1045
Помехоустойчивость 594 masking_if.c 923
Порты ввода-вывода MTK 1045, 1048
отображение в память 804 pulse_measure_capture_standalone_505.a51 1068,
Последовательностные схемы 601, 602
Постоянная времени 83, 84, 107 1072
Потенциалы электрические pulse_measure_decimal_standalone_505.a51 1068,
разность 34
Потенциометр 40 1072
Поток тепловой pwm_by_wizard_nov10.a51 942
скорость 471 serial_message_silabs_apr11.a51 1039
Правила «Золотые» 429, 430 servopulse_512.a51 1032, 1033
Программа comparator_osc_display_jan11.a51 947 sPI_digipot_int_504.a5l 1031
Преобразование spi_digipot_int_504.a51 1033
аналогово-цифровое 723 SPI_digipot_silabs_apr14.a51 1036
аналого-цифровое параллельное 732 spi_ram_adc_dac_incomplete.a51 1072
импедансов 179 spi_single_byte.a51 1070
с двукратным интегрированием 643 spi_single_byte.a51. 1072
с однократным интегрированием 643 table_bidirectional_dec10_wi_ale.A51 1034
цифроаналоговое 723 tblcopy_804.c 1012
TMR800.A51 1032
метод дельта-сигма 732 для разработки фильтров FilterPro 418
Прерывание определение 688
цикл 856
аппаратное 870 Программная функция 870
вектор 816, 956 Произведение усиление — полоса пропускания 315
задержка обработки 955 Проникновение сигнала емкостное 243
маска 959 Пространство адресное 706
подпрограмма обработки 926 ПротивоЭДС 438
приоритет Проходной транзистор 251, 468
Процессор
естественный 958 4004 794
запрограммированный 958 слово состояния 956
Прилипание 449 Прямой доступ к памяти 676
Присваивания Псевдооперационный усилитель 455, 456, 457
блокирующие 1132 Пульсации 168
неблокирующие 1133