Розглянуто принцип дії, характеристики, параметри та області застосування електронних напівпровідникових приладів; побудову та роботу пристроїв  інформаційної електроніки: підсилювачів напруги змінного та постійного струмів, імпульсних і цифрових пристроїв, виконаних на основі дискретних елементів та інтегральних мікросхем; пристроїв енергетичної електроніки: вентильних ведених мережею та автономних перетворювачів; наведено методики розрахунку основних вузлів електронних пристроїв та відомості про новітні тенденції розвитку приладів і схемотехніки електроніки. Теоретичні положення підкріплено прикладами виконання практичних завдань. Для забезпечення можливості формування завдань для курсових та контрольних робіт підручник містить десять розрахунковографічних робіт по сто варіантів кожна. Для студентів, які навчаються за напрямами «Електротехніка та електротехнології» і «Електромеханіка». Може бути корисним неспеціалістам у галузі електроніки для самоосвіти.

ЗМІСТ

ПЕРЕДМОВА . . . . . .. . . .           9

ВСТУП . . . . . .. . . . . . . .        10

РОЗДІЛ 1. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ РОБОТИ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ  ПРИЛАДІВ .     17

1.1. Напівпровідники. Загальні відомості . . . . . . . . . . . . . . .17

1.2. Фізичні основи роботи електронно-діркового переходу (p-nпереходу) 

Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         23

РОЗДІЛ 2. НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ ТА ЇХ СТИСЛА ХАРАКТЕРИСТИКА .   24

2.1. Класифікація напівпровідникових приладів . . . . . . . . . .        24

2.2. Напівпровідникові резистори . .. . . . . . . . . . .    24

2.3. Напівпровідникові діоди. . .. . . . . . . . . . .         26

2.3.1. Принцип дії, будова. Статичні характеристики. .. . . . . . .         26

2.3.2. Динамічний режим роботи випрямних діодів. . .. . . . . .       33

2.4. Біполярні транзистори. . . .

2.4.1. Будова та принцип дії біполярного транзистора . . . . . . . . . . . .        36

2.4.2. Основні схеми вмикання і статичні характеристики біполярного транзистора . . . . .    39

2.4.3. Біполярний транзистор як активний чотириполюсник (h - параметри) .         44

2.4.4. Основні режими роботи біполярного транзистора . . .. . . . . .        47

2.4.5. Складені транзистори. . . . . .   50

2.4.6. Одноперехідний транзистор. . . . . . . . . . . . . . . . .        51

2.5. Уніполярні (польові) транзистори. . . . . . . . .  . . . . . .  52

2.5.1. Загальні відомості. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        52

2.5.2. Польові транзистори з керуючим p-n переходом. . . . .       53

2.5.3. СІТ - транзистори. . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . .      56

2.5.4. Польові транзистори з ізольованим затвором (МДН – транзистори) . . . . . .     57

2.5.5. Біполярні транзистори з ізольованим затвором (БТІЗ) . . . . . . .        61

2.6. Динамічні режими роботи транзисторів. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         67

2.7. Перемикаючі напівпровідникові прилади (тиристори) . . . . . . . . . . .         71

2.7.1. Диністори. . . . . . . . . . . . . . . . .. .        71

2.7.2. Триністор (керований діод) . . . . . . . . . . . . . 74

2.7.3. Динамічні характеристики тиристора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        78

2.7.4. Спеціальні типи тиристорів (симістор, фототиристор, двоопераційний тиристор, оптронний тиристор) . . . . .        80

2.7.5. Електростатичні тиристори. . . . . . .85

2.7.6. Запірний тиристор з МОН-керуванням. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        86

2.8. Силові напівпровідникові модулі. . . . . . . . . . . .  87

2.9. Інтегральні мікросхеми . . . . . . . . .          91

2.9.1. Загальні відомості . . . . . .       91

2.9.2. Гібридні ІМС . . . . .          93

2.9.3. Напівпровідникові ІМС . . . . 94

2.9.4. Призначення і параметри ІМС. Тенденції їхнього розвитку. . . .      94

2.10. Сучасний стан і тенденції розвитку керованих силових напівпровідникових приладів . .. . . .         99

Контрольні запитання . . . . . .. .       107

РОЗДІЛ 3. ПІДСИЛЮВАЧІ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИГНАЛІВ. 

ПІДСИЛЮВАЧІ ЗМІННОГО СТРУМУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      109

3.1. Загальні відомості про підсилювачі та їх класифікація . . . . . . . . . . .      109

З.2. Основні параметри і характеристики підсилювачів . . . . . . . . . . . . . .      111

3.3. Принципи побудови підсилювачів . . . . . . . . . .        113

3.4. Основні режими (класи) роботи підсилювачів . . . . . . . . . . . . . . . . . .      114

3.5. Кола зміщення підсилювальних каскадів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       116

3.6. Температурна стабілізація підсилювачів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        118

3.7. Каскади попереднього підсилення . . . . . . . .119

3.7.1. Каскад попереднього підсилення на біполярному транзисторі з СЕ.       119

3.7.2. Підсилювальний каскад з СК (емітерний повторювач) . . . . . .       124

3.7.3. Підсилювальний каскад з СБ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       126

3.8. Каскади попереднього підсилення на польових транзисторах . . . . . . .       127

3.8.1. Підсилювальний каскад з СВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       128

3.8.2. Підсилювальний каскад з СС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       129

3.8.3. Зворотні зв’язки в підсилювачах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        130

3.9. Багатокаскадні підсилювачі . . . . . . .    135

3.9.1. Багатокаскадні підсилювачі з резистивно-ємнісними міжкаскадними зв’язками . . .

3.9.2. Багатокаскадні підсилювачі з трансформаторними зв’язками . . .        138

3.9.3. Безтрансформаторні вихідні каскади підсилення . . . . . . . . . . .       142

3.9.4. Вибіркові підсилювачі . . 144

Контрольні запитання . . . . . . .. .       145

РОЗДІЛ 4. ПІДСИЛЮВАЧІ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ . . . . .       146

4.1. Загальні відомості . . . . . . . .       146

4.2. Підсилювач прямого підсилення . . . . . .147

4.3. Балансні ППС . . . . . . . .        149

4.4. Диференціальний ППС . . . . .

4.5. Підсилювачі з подвійним перетворенням .. . . . .      152

4.6. Операційні підсилювачі (ОП) . . . . .    152

4.6.1. Загальні відомості . . . . .      152

4.6.2. Інвертувальний підсилювач . . . . . . . . . .        159

4.6.3. Неінвертувальний підсилювач .  . . . . . . . . .       161

4.6.4. Перетворювач струму у напругу . . . . . .      162

4.6.5. Інвертувальний суматор . . . .  

4.6. 6 Неінвертувальний суматор . . . . . . . . .       163

4.6.7. Інтегрувальний підсилювач (інтегратор) . . . . . . . . . . . . . . . . . .       164

4.6.8. Диференціювальний підсилювач (диференціатор) . . . . . . . . . .       165

4.6.9. Компаратори (схеми порівняння) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      166

4.6.10. Підсилювач змінного струму на ОП з однополярним живленням . . .    167

4.6.11. Збільшення потужності вихідного сигналу ОП . . . . . . . . . . . .      167

4.6.12. Прецизійний випрямляч . . 168

Контрольні запитання . . . . . . . . .       169

РОЗДІЛ 5. ІМПУЛЬСНІ ПРИСТРОЇ . . . . .170

5.1. Загальні відомості про імпульсні пристрої. Параметри імпульсів . . . .         170

5.2. Електронні ключі та найпростіші схеми формування імпульсів . . . . . .        173

5.3. Мультивібратори . . . . . . . . . .. . .      176

5.3.1. Загальні відомості . . . .      176

5.3.2. Мультивібратор з колекторно-базовими зв’язками в автоколивальному режимі  . . . . . . . .      177

5.3.3. Мультивібратор на ОП . . . . .182

5.3.4. Одновібратор з колекторно-базовими зв’язками (чекаючий мультивібратор) . . .  . . . .       183

5.3.5. Одновібратор на ОП . . . 185

5.4. Блокінг – генератори . . . . .        187

Контрольні запитання . . .. .       191

РОЗДІЛ 6. ЛОГІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ . . . .192

6.1. Алгебра логіки . . . .. . . .      192

6.2. Реалізація простих логічних функцій. Логічні елементи . . . . . . . . . .      194

Контрольні запитання . . . .

РОЗДІЛ 7. ТРИГЕРИ . . . .200

7.1. Загальні відомості про тригери та їх призначення . . . . . . . . . . . . . .        200

7.2. Тригер на біполярних транзисторах (симетричний тригер з

лічильним запуском) . . . . . .       200

7.3. Тригери на логічних елементах . . . . 203

7.3.1. RS-тригер . . . . . . .. .        204

7.3.2. Тригер D-типу (D-тригер) . . .206

7.3.3. Тригер Т-типу (Т-тригер) . . . . . . .207

7.3.4. JK-тригер . . . . . . . . . . . . . . . . . .        207

Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . .. .       208

РОЗДІЛ 8. ЦИФРОВІ МІКРОЕЛЕКТРОННІ ПРИСТРОЇ . . . . . . . . . . . . . .       209

8.1. Поняття про цифрові мікроелектронні пристрої . . . . . . . . . . . . . . . .       209

8.2. Реалізація складних логічних функцій . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       209

8.3. Дешифратори . . .. . .        212

8.4. Мультиплексори . . . . . . . .       214

8.5. Лічильники імпульсів . . . . . . . . 

8.6. Регістри . . . . . . . . . . . . . .       219

8.7. Цифро-аналогові (ЦАП) і аналого-цифрові (АЦП) перетворювачі .      220

8.7.1. Будова і робота ЦАП . . . .  220

8.7.2. АЦП . . . . . . . . . . . .      224

8.8. Мультивібратори і одновібратори на логічних елементах і тригерах . .        227

8.9. ІМС таймера К1006ВИ1 (555) . . . . .231

8.10. Мікропроцесорні пристрої . . . . . . . .  233

8.10.1. Загальні положення. Дещо з історії процесорів . . .  . . .       233

8.10.2. Особливості роботи і використання мікропроцесорів

Двійкова система числення. Структура мікропроцесорної системи .   

236 8.10.3. Структура мікропроцесора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       240

8.10.4. Запам’ятовувальні пристрої. Загальні відомості. . . . . . . . . . .       241

8.10.5. Запам’ятовувальні пристрої для зберігання оперативної інформації (ОЗП) . .     242

8.10.6. Запам’ятовувальні пристрої для зберігання постійної інформації (ПЗП) . . . . .       243

8.10.7. Алгоритм. Способи представлення алгоритму . . . . . . . . . . . .       245

8.10.8. Завдання і виконання програм МПП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      245

8.10.9. Шістнадцяткова система числення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       247

8.10.10. Асемблер . . . . . . . . .      248

8.10.11. Програмовані логічні контролери . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        250

8.10.12. Мікроконтролери . . .

8.10.13. Структура мікроконтролера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       256

8.10.14. Зіставлення основних етапів створення пристроїв керування на основі цифрових автоматів з 

жорсткою логікою і програмованих . . . . ..       258

Контрольні запитання . . .. .      259

РОЗДІЛ 9. ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНІ ПРИСТРОЇ. ВИПРЯМЛЯЧІ. . . 262

9.1. Загальні відомості та класифікація . . . . . . . . . .

9.2. Експлуатаційні параметри і характеристики випрямлячів . . . . . . . .       264

9.3. Робота однофазного двопівперіодного випрямляча з нульовим виводом на активне навантаження . . .  267

9.4. Робота однофазного мостового випрямляча на активне навантаження . . .. . . . . . . . . .      270

9.5. Трифазні випрямлячі . . . . . . 

9.5.1. Схема Міткевича . . . .    273

9.5.2. Схема Ларіонова . . . .    275

9.6. Згладжувальні фільтри . . . . . ..       278

9.6.1. Основні поняття про фільтри . . . . . . . . . .       278

9.6.2. Робота однофазних двопівперіодних випрямлячів на активно-ємнісне навантаження . .. . . .       280

9.6.3. Робота однофазних двопівперіодних випрямлячів на активно-індуктивне навантаження . . .. . . .      284

9.6.4. Деякі особливості роботи фільтрів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       288

9.7. Зовнішні характеристики випрямлячів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       289

9.8. Стабілізатори напруги . . . ..        291

9.8.1. Параметричні стабілізатори . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       291

9.8.2. Компенсаційні стабілізатори . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        293

9.9. Стабілізатори струму . . . ..       296

9.10. Керовані випрямлячі . . . . . . . . . . .      299

9.10.1. Методи і пристрої регулювання напруги постійного струму .      299

9.10.2. Однофазний двопівперіодний керований випрямляч з нульовим виводом . .     309

9.10.3. Робота керованого випрямляча на активно-індуктивне  навантаження .  . . . . . .       311

9.11. Системи імпульсно-фазового керування (СІФК) . . . . . . . . . . . . . . .       313

9.11.1. Загальні положення . . . . . . . . . . . . . .    313

9.11.2. СІФК з горизонтальним керуванням . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       314

9.11.3. СІФК з вертикальним керуванням . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       316

9.12. Побудова типових вузлів СІФК з вертикальним керуванням. . . . .        318

9.12.1. Генератор лінійно змінюваної напруги (ГЛН) . . . . . . . . . . . .        318

9.12.2. Вузол порівняння (ВП) . . . . . . . . . . . . . . . . .     321

9.12.3. Імпульсний підсилювач потужності . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      322

9.12.4. Приклади реалізації СІФК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      323

9.13. СІФК з цифровим керуванням . . . . . . . . . . . . .  326

Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . .       328

РОЗДІЛ 10. ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНІ ПРИСТРОЇ.

РЕГУЛЯТОРИ (ПЕРЕРИВАЧІ) ЗМІННОГО СТРУМУ . . . . . . . . . . . . . . .        331

10.1. Загальні відомості і класифікація . . . . . . . . . . . . . . . 

10.2. Однофазні регулятори змінного струму . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       333

10.3. Трифазні регулятори змінного струму . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        340

10.4. Схеми запуску керованих напівпровідникових приладів

у регуляторах напруги . . . .  . . . . . . . . .       346

Контрольні запитання . . . . . . . .       358

РОЗДІЛ 11. ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНІ ПРИСТРОЇ. ІНВЕРТОРИ. ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ЧАСТОТИ .  360

11.1. Автономні інвертори . . . . . . . . . . . .        360

11.1.1. Призначення та класифікація . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       360

11.1.2. Однофазний інвертор струму . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       361

11.1.3. Півмостовий однофазний інвертор напруги . . . . . . . . . . . . . .       364

11.1.4. Інвертори напруги на повністю керованих напівпровідникових приладах . . .

11.1.5. Резонансні інвертори. . . . . . . . . . . . . . .  375

11.1.6. Випрямлячі з багатократним перетворенням . . . . .. .        377

11.2. Інвертори, ведені мережею . . . . . . . . . . . . . . . . 

11.3. Приклади застосування інверторів із використанням  мікроелектронних пристроїв. .    381

11.4. Перетворювачі частоти . . . . .      385

Контрольні запитання . . . . .  . . . . .       388

РОЗДІЛ 12. ВПЛИВ ВЕНТИЛЬНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ НА МЕРЕЖУ. ЕЛЕКТРОМАГНІТНА СУМІСНІСТЬ . .389

12.1. Загальні відомості про електромагнітну сумісність . . . .. . . . . . . . .      389

12.2. Коефіцієнт потужності вентильних перетворювачів та основні шляхи його підвищення . . . . . ..      391

12.3. Некеровані джерела реактивної потужності . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      396

12.4. Керовані джерела реактивної потужності . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      401

12.4.1. Принцип керування параметрами змінного струму у чотириквадрантних перетворювачах з 

імпульсною модуляцією . . . .      401

12.4.2. Регулювання неактивної потужності . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      407

12.4.3. Регульований повний опір . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      411

12.4.4. Комбінований фільтр змінного струму. . . . . . . . . . . . . . . . . . .       413

Контрольні запитання . . . . . . . . .. .       416

ПРАКТИКУМ . . . . . . . . .. . . .       418

Вправи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      418

В1. Попередній (ескізний) розрахунок підсилювача низької частоти . . .      419

В2. Остаточний розрахунок каскаду попереднього підси