ELEKTRONIIKAN PERUSTEET

Transkriptio

1 ELEKTRONIIKAN PERUSTEET Juha Aaltonen Seppo Kousa Jyrki Stor-Pellinen A.T.S.S.: J.B.-B. 4 DRW: Spi CHK: JPA Elektroniikan Perusteet SHEET 193 OF 390 DRAWING NO:5.19

2 Sisällys 1 Johdanto Merkinnät Signaalit ja aaltomuodot Desibeliasteikko Perussuureet Vastus Jännite- ja virtalähteet Théveninin ja Nortonin vastinpiirit Virtapiirien laskeminen Tehonsiirto Vaihtosignaalit Kondensaattori RC piirit, kondensaattorin varaaminen ja purkaminen Kela Impedanssi ja kompleksiesitys Derivaattori Integraattori Suodattimet Boden kuvaaja LC-suodattimet Suodattimen siirtofunktio* Reaalikomponentit* Vastukset Kondensaattorit Kelat Puolijohteet Fysikaaliset perusteet* Diodi Diodin ideaalimalli Käytännön diodi* Diodikytkentöjä Zenerdiodi Schottkydiodi Tunnelidiodi Kapasitanssidiodi Tyristori Triakki Optokomponentit

3 ii Sisällys Fotodiodi pin -diodi Fototransistori Valodiodi Puolijohdelaser Optoerottimet ja -haarukat Käytännön teholähde Sähköturvallisuus Suodatetun tasajännitteen vaihtelu - rippeli Reguloitu teholähde Jäähdytyselementit Hakkuriteholähde Bipolaaritransistorit Toimintaperiaate Vahvistus Transistorin perusmalli Transistorin liitokset Transistorin toiminta-alueet Transistori kytkimenä Transistori vahvistimena Peruskytkennät Yhteisemitterikytkentä Yhteiskollektorikytkentä - emitteriseuraaja Yhteiskantakytkentä Transistorivahvistimen biasointi DC-kuormitussuora AC-kuormitussuora Nelinapapiiri h- parametrit Y-, z- ja s-parametrit* h-parametrit ominaiskäyrästöllä Parametrien riippuvuus lämpötilasta ja virroista* Ebers-Moll malli Hybridi-π malli Yhteisemitterivahvistin Kynnysjännitteen lämpötilariippuvuus Virranvahvistuskertoimen muutos Biasointi Vahvistus

4 Sisällys iii Sisäänmeno- ja ulostuloimpedanssit Alarajataajuus Emitteriseuraaja Vahvistus Sisäänmeno- ja ulostuloimpedanssi Alarajataajuus Transistorin reaalimalli* Moniasteiset vahvistimet* Kapasitiivinen kytkentä Suora kytkentä Induktiivinen kytkentä Erotusvahvistin Takaisinkytkentä Takaisinkytketyn vahvistimen perusrakenne Virtapeilit Tehoasteet Luokitus Darlington Kanavatransistorit Toimintaperiaate JFET IGFET Kanavatransistorin perusmalli JFET MOSFET Kanavanpituuden modulaatio* Kanavatransistorit kytkimenä Kanavatransistorit vahvistimena Kanavatransistorin biasointi Yhteislähdevahvistin ja lähdeseuraaja Alarajataajuus Kanavatransistorin reaalimalli* MOSFET -kytkentöjä Erotusvahvistin Virtapeilit Analogiakytkimet CMOS -kytkentä MOSFET:ien erikoisominaisuudet Kanava- ja bipolaaritransistorien vertailua

5 iv Sisällys 5 Operaatiovahvistimet Ideaalimalli Operaatiovahvistinkytkennät Kääntävä vahvistin Ei-kääntävä vahvistin Jänniteseuraaja Summaaja Erotusvahvistin Käytännön operaatiovahvistin Kaistanleveys Ulostulon vaihesiirto Käyttöjännitteet Operaatiovahvistimen rakenne* Kompensointi* Kohina* Tavanomaisia operaatiovahvistinkytkentöjä Yksipuolinen käyttöjännite Instrumentointivahvistin Aktiivinen tasasuuntaaja Huippuarvonilmaisin Logaritminen vahvistin* Ulostulon virrankesto Komparaattorit Aktiivisuotimet Vahvistinpiirien sovelluksia* Oskillaattorit Oskillaatioehto Vaihesiirto-oskillaattori Wienin siltaoskillaattori LC-oskillaattorit Kideoskillaattorit Relaksaatio-oskillaattorit Viritetty vahvistin Tehovahvistimet Radiolähettimet ja -vastaanottimet Tiedonsiirto radioaalloilla Esimerkkejä lähetin- ja vastaanotinkytkennöistä Jänniteregulaattori Fotodiodivahvistin

6 Sisällys v 7 Digitaalielektroniikka Lukujärjestelmät Binaari- ja heksadesimaaliluvut BCD Gray Negatiiviset luvut Liukuluvut Loogiset yhtälöt Boolen algebra Perusportit Piiriperheet TTL CMOS ECL Digitaalipiirien käytöstä Sisäänmeno Ulostulo Tehonkulutus Nopeus Piirivalikoima Loogisten yhtälöiden yksinkertaistaminen Karnaugh'n kartta Dekooderit, enkooderit ja (de)multiplekserit Kiikut, laskurit ja siirtorekisterit Muut loogiset piirit Ohjelmoitava logiikka Digitaali - ja analogiaelektroniikan rajapinta Datamuuntimet Määritelmiä DA-muuntimet* AD-muuntimet* PLL - vaihelukkopiirit Ajastimet SC -suodattimet* Prosessorit ja oheislaitteet* Näytöt ja näppäimistöt segmenttinäyttö LC-näytöt Näppäimistö

7 vi Sisällys 9.2 Muisti Mikrokontrollerit PIC AVR Motorola 68HC DSP - digitaalinen signaaliprosessori PC Sarjaportti Laitteiden valmistaminen* Tavoitteiden määrittely Tuotantomäärän arviointi Kotelomateriaalin valinta IP- JA IK-kotelointiluokitus Kotelovalinta ja sähköturvallisuus Käyttöliittymän suunnittelu Piirilevyn rajaus Laitteen kytkennän suunnittelu Piirilevyn toteutus Häiriöiden kytkeytyminen Piirilevyn valmistus Piirilevyn kokoaminen Tavanomaisia virheitä Laitekotelon rei itys Laitteen kokoaminen Laitteen koestus Liitteet A Suureet ja merkinnät B Piirikaaviot C Fouriersarjat D h-parametrit E Mittauslaitteiden käytöstä F Elektroniset mittaukset