Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

А.И. Тихонов информационно-измерительная техника и электроника

Учебное пособие по курсу лекций

Омск

Издательство ОмГТУ

2008

УДК 681.2+621.38(075) ББК 32.965+32.85я73

Т46

Рецензенты:

И.И. Семенев, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник ОНИИП;

С.В. Бирюков, д-р техн. наук, профессор ОмГТУ

Тихонов, А.И.

Т 46 Информационно-измерительная техника и электроника: учеб. пособие по курсу лекций / А.И. Тихонов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008 – 312 с.

ISBN 978-5-8149-0646-5

Рассмотрен учебный программный материал, включающий принцип работы полупроводниковых приборов и построение на их основе усилительных, генераторных и преобразовательных устройств аналоговой и дискретной информационно-измерительной техники.

Пособие написано для студентов, изучающих дисциплины «Информационно-измерительная техника» (специальность 140211 – Электроснабжение), а также «Измерительная техника – датчики» (специальность 210106 – Промышленная электроника) очной (дневной и вечерней), а также заочной форм обучения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Омского государственного технического университета.

УДК 681.2+621.38(075) ББК 32.965+32.85я73

© Омский государственный

ISBN 978-5-8149-0646-5 технический университет, 2008

Оглавление

Глава 1. Электроника – основа построения устройств информационно-измерительной техники 8

1. Полупроводниковые приборы – элементная база устройств информационно – измерительной техники 8

1.1. Электронно-дырочный переход – основа работы 8

полупроводниковых приборов 8

1.1.1. Энергетические зоны и физические основы собственной электропроводности полупроводников 9

1.1.2. Электропроводность собственного полупроводника 12

1.1.3. Электропроводность примесных полупроводников 16

1.1.4. p-n переход и его вольтамперная характеристика 19

1.2. Полупроводниковые диоды и их типы 26

1.2.1. Диоды Шоттки на основе контакта «металл-полупроводник» 27

1.2.2. Выпрямительные диоды 28

1.2.3. Импульсные диоды 33

1.2.4. Варикапы 34

1.2.5. Стабилитроны 34

1.2.6. Высокочастотные диоды и диоды Шоттки 36

1.2.7. Туннельные и обращенные диоды 39

1.2.8. Pin-диоды 44

1.3. Оптоэлектронные приборы 45

1.3.1. Фоторезисторы 49

1.3.2. Фотодиоды 51

1.3.3. Светоизлучающие диоды 56

1.3.4. Оптроны 58

1.4. Полупроводниковые приборы без р-n перехода 61

1.4.1. Терморезисторы 61

1.4.2 Варисторы 65

1.4.3. Тензорезисторы 66

1.4.4. Магниторезисторы 67

1.4.5. Холлотроны (датчики Холла) 69

1.5. Биполярные транзисторы 70

1.6. Полевые транзисторы 72

1.7. Тиристоры и их применение в устройствах информационно-измерительной техники и электроснабжения 79

2. Усилители переменного и постоянного тока 84

2.1. Классификация и основные параметры электронных усилителей 84

2.1.1. Классификация ЭУ 84

2.1.2. Параметры ЭУ 86

2.2. Усилительный каскад (УК) на биполярных транзисторах 87

2.2.1. Три схемы включения БПТ на УК 87

2.2.2. Принцип работы усилителя на БПТ 87

2.2.3. Рабочий режим и элементы схемы 90

2.2.4. Основные статические и динамические параметры 91

2.3. Усилительные каскады на полевых транзисторах 93

2.3.1. Три схемы включения и расчетные параметры 93

2.3.2. Сравнительные данные УК на ПТ и БПТ 95

2.3.3. Применение полевых транзисторов в качестве управляемых ключей и сопротивлений 98

2.4. Усилители с обратными связями 103

2.4.1. Виды обратных связей 103

2.4.2. Усилители напряжения, тока и мощности 104

2.4.3. Схема ООС по напряжению 109

2.4.4. Эмиттерный повторитель 110

2.5. Усилители постоянного тока 111

2.5.1. Требования к усилителям постоянного тока и основные понятия 111

2.5.2. Дифференциальные усилители 111

2.5.3 Операционные усилители 113

2.5.4. Практическое применение операционных усилителей в аналоговых устройствах ИИТ 116

3. Дискретные (импульсные) устройства 120

3.1. Основные параметры импульсных сигналов 120

3.2. Электронные ключи и формирователи импульсов 123

3.3. Компараторы и триггеры на ОУ и БПТ 128

3.4. Импульсные генераторы на ОУ 136

3.5. Логические элементы 137

4.1. Комбинационные логические схемы 139

4.2. Счётчики и регистры 141

4.4. Преобразователи кодов 149

4.5. Элементы индикации 150