Предисловие

Обучение высококвалифицированных специалистов в области конструкторской и технологической подготовки машиностроительного производства невозможно без освоения основ полупроводниковой аналоговой и цифровой схемотехники. В современном машиностроительном производстве широко применяются самые разнообразные технические средства, базирующиеся на электронике. Это универсальные металлорежущие станки и станки с ЧПУ, промышленные контроллеры, роботы-манипуляторы, гибкие производственные модули и системы, автоматические транспортные и складские системы. Наконец, современное производство немыслимо без повсеместного использования современной компьютерной техники. Фундаментом для изучения всего многообразия технических средств, используемых в современном автоматизированном машиностроительном производстве, является дисциплина "Электроника".

Дисциплина "Электроника" входит в базовую часть профессионального цикла подготовки бакалавров по направлению подготовки "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительного производства". В соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) в результате изучения дисциплины "Электроника" бакалавр должен:

знать

– основные тины и области применения электронных приборов и устройств;

– параметры современных полупроводниковых устройств (усилителей, генераторов, вторичных источников питания, цифровых преобразователей, микропроцессорных управляющих и измерительных комплексов);

уметь

– разрабатывать принципиальные электрические схемы; – проектировать типовые электрические и электронные устройства;

владеть

– навыками работы с электротехнической аппаратурой и электронными устройствами.

Базовые знания, полученные при изучении дисциплины "Электроника", особенно ее раздела "Микропроцессорная техника", необходимы для освоения таких дисциплин, как "Управление системами и процессами", "Аппаратные и программные средства систем управления", "Автоматизация производственных процессов". Материал, изложенный в учебнике, соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта и охватывает все основные направления современной полупроводниковой схемотехники, включая основы полупроводниковых приборов, аналоговую и цифровую схемотехнику. Особое внимание уделяется основам микропроцессорной техники, без которой невозможно представить современное автоматизированное машиностроительное производство.

Изложение материала построено таким образом, чтобы ранее изложенный материал становился основой для рассмотрения последующего. Сначала дается общее представление о физических основах полупроводниковой электроники и рассматриваются дискретные полупроводниковые приборы. Затем изучаются базовые транзисторные каскады, являющиеся основой для самых сложных аналоговых и цифровых устройств. Далее излагается более сложный материал – аналоговая и цифровая полупроводниковая схемотехника и, в заключение, описывается устройство микропроцессоров и программируемых логических интегральных схем.

Материал учебника разделен на пять глав. Первая глава посвящена основам полупроводниковой схемотехники. В ней рассмотрена работа диодов, биполярных и полевых транзисторов, тиристоров, основные схемы включения транзисторов, а также изложены основы микроэлектроники. Вторая глава освещает особенности аналоговой схемотехники. Здесь дано описание различных усилительных каскадов, аналоговых устройств на основе операционных усилителей, цифроаналоговых и аналого-цифровых устройств, а также схемотехники силовых устройств и вторичных источников электропитания. Третья глава начинается с изложения основ цифровой схемотехники – двоичной арифметики и булевой алгебры – после чего рассматриваются основные логические элементы, комбинационные и последовательностные устройства. Четвертая, самая большая по объему, глава посвящена вопросам схемотехники программируемых цифровых устройств, речь идет о полупроводниковых запоминающих устройствах, микропроцессорах и их программировании, интерфейсных устройствах. В конце четвертой главы рассмотрены различные направления программируемой матричной логики, включая программируемые логические интегральные схемы, а также средства автоматизированного проектирования электронных устройств. В пятой главе рассматривается архитектура современных микропроцессоров. Этот материал важен для правильного понимания принципов работы современных систем, основанных на микропроцессорах.

В конце каждой главы имеются контрольные вопросы и задания, которые помогут студентам проверить усвоение материала.

В приложениях 1, 2, 3 приведены начальные сведения об электрических принципиальных схемах, в том числе условные обозначения дискретных и интегральных элементов, правила обозначения соединений элементов, сведения о поминальных значениях и допустимых отклонениях резисторов и конденсаторов. Этот материал будет полезен тем, кто по роду своей деятельности должен уметь "читать" принципиальные электрические схемы, разбираться в работе электронных устройств на уровне его схемы.

В учебнике приведен предметный указатель.

При изложении материала большое внимание уделено описанию физики происходящих процессов, хотя бы и в ущерб формульному описанию работы устройств. Приведены простые практические примеры, позволяющие глубже вникнуть в изучаемый вопрос.

Учебник может быть полезен для изучения дисциплины "Электротехника и электроника", которая входит в базовую часть профессионального цикла подготовки бакалавров по направлениям подготовки 150100 "Материаловедение и технологии материалов", 150400 "Металлургия", 150700 "Машиностроение", 151000 "Технологические машины и оборудование", 152100 "Наноматериалы".