W trakcie pracy dydaktycznej autorzy książki często spotykali się z problemami studentów, którzy w czasie pierwszych lat studiów przechodzą wiele przedmiotów wprowadzających ich od podstaw w zagadnienia związane z m.in. automatyką, elektrotechniką, elektroniką i telekomunikacją. Kadra naukowo-dydaktyczna ma za zadanie przekazać w skondensowany sposób olbrzymi zakres wiedzy i jest to zadanie niełatwe, ponieważ obecnie czas studiowania do momentu osiągnięcia tytułu inżyniera elektronika skrócono do zaledwie trzech i pół roku.

Kluczem do sukcesu jest opanowanie całego wykładanego materiału tworzącego fundament dla owocnej pracy zawodowej. Problemy w studiowaniu elektroniki wynikają ze słabego przygotowania wstępnego większości studentów, co najczęściej powoduje „utratę kontaktu” z wykładowcą już na pierwszych zajęciach. Konsekwencją tego stanu rzeczy jest opuszczanie kolejnych wykładów i „odpuszczenie sobie” przedmiotu, który jest przecież podstawą do studiowania kolejnych...

Dlatego powstał ten podręcznik, który jest przeznaczony dla studentów wydziałów elektrycznych i elektronicznych wyższych uczelni technicznych, dla uczniów starszych klas techników o profilu elektronicznym, licealistów oraz dla wszystkich zainteresowanych układami elektronicznymi.

Zapoznanie się z treściami zawartymi na kartach tego podręcznika początkującym umożliwi łagodny start w czterech podstawowych modułach przedmiotowych, tj. w obwodach i sygnałach elektrycznych, elementach półprzewodnikowych oraz analogowych i cyfrowych układach elektronicznych, a zaawansowanym pozwoli na uporządkowanie i rozszerzenie zdobytej już wiedzy.

Na starcie wymagane są dobre chęci oraz podstawowa wiedza z matematyki i fizyki na poziomie licealnym. Książka składa się z czterech części obejmujących zasadnicze działy podstaw elektroniki.

W części pierwszej przedstawiamy podstawowe własności oraz metody analizy liniowych i nieliniowych obwodów prądu stałego oraz obwodów prądu harmonicznego, a w części drugiej podstawy działania i zastosowania półprzewodnikowych elementów elektronicznych.

Przestudiowanie dwóch pierwszych części podręcznika umożliwi efektywne przyswojenie treści zawartych w dwóch kolejnych częściach obejmujących analogowe i cyfrowe układy elektroniczne. Przedmioty związane z techniką analogową i cyfrową sprawiają studiującym duże trudności, ponieważ łączą i całościowo wykorzystują wiedzę obejmującą teorię obwodów i elementy półprzewodnikowe.

Autorzy są przekonani, że przyswojenie tej wiedzy w pigułce, opierając się na części pierwszej i drugiej, jest wystarczające do zrozumienia działania podstawowych układów analogowych i cyfrowych.

Chcielibyśmy w tym miejscu zwrócić uwagę Czytelnika na fakt, że materiał dotyczący elementów półprzewodnikowych, ze względu na kompletność wykładu, przedstawiono dość obszernie. Do pełnego zrozumienia trzeciej i czwartej części niniejszego podręcznika wystarczy zapoznanie się z rozdziałami 1–7.

Rozdziały 8–10 można potraktować jako materiał nieobowiązkowy przy pierwszym czytaniu książki. W części trzeciej przedstawiamy zagadnienia związane z zasilaniem i stabilizacją punktu pracy tranzystora, małosygnałowymi wzmacniaczami pasmowymi, wzmacniaczami mocy, generatorami oraz komputerową analizą analogowych układów elektronicznych.

Część czwarta, poza wprowadzeniem do techniki cyfrowej, obejmuje: charakterystykę układów kombinacyjnych i sekwencyjnych, opis parametrów elektrycznych i czasowych układów cyfrowych oraz przybliża projektowanie układów cyfrowych z użyciem języka VHDL.

Spis treści:

Część 1. Obwody elektryczne

1. Podstawowe własności obwodu elektrycznego  10
1.1. Podstawowe pojęcia .10
1.2. Prawa Ohma i Kirchhoffa 25
1.3. Przekształcenia obwodów 31
1.4. Liniowość obwodu elektrycznego 43

2. Metody analizy liniowych obwodów prądu stałego  45
2.1. Metoda równań Kirchhoffa .45
2.2. Metoda prądów oczkowych 49
2.3. Metoda potencjałów węzłowych .53
2.4. Metoda superpozycji 56
2.5. Metoda transfiguracji .59
2.6. Metoda oparta na twierdzeniach Thevenina i Nortona .62
2.7. Czwórnik liniowy 68

3. Nieliniowy obwód elektryczny  75
3.1. Elementy nieliniowe i ich charakterystyki 75
3.2. Metody analizy obwodów nieliniowych 80
3.3. Metoda Newtona-Raphsona 84

4. Obwody prądu harmonicznego  87
4.1. Ogólna charakterystyka przebiegów okresowych 87
4.2. Przebieg harmoniczny – interpretacja graficzna .92
4.3. Elementy idealne w obwodzie prądu harmonicznego .96
4.4. Podstawowe prawa obwodów w postaci zespolonej  103
4.5. Wykresy wskazowe . 107
4.6. Zjawisko rezonansu 112
4.7. Analiza obwodów RLC metodą symboliczną 118

Część 2. Elementy półprzewodnikowe

5. Podstawy fizyki półprzewodników .122
5.1. Atom według modelu Nielsa Bohra  122
5.2. Struktura krystaliczna . 124
5.3. Półprzewodnik samoistny . 129
5.4. Półprzewodnik domieszkowany . 133

6. Złącze P-N 145
6.1. Struktura fizyczna  145
6.2. Ruch nośników w stanie nierównowagi  150
6.3. Praca statyczna złącza P-N . 155
6.4. Praca dynamiczna złącza P-N . 171
6.5. Rodzaje diod oraz ich parametry statyczne i dynamiczne  197

7. Tranzystor bipolarny .207
7.1. Idea działania . 207
7.2. Struktura fizyczna  209
7.3. Ruch nośników (rozpływ prądów)  210
7.4. Praca statyczna  214
7.5. Praca dynamiczna  238

8. Tranzystor unipolarny (polowy) 255
8.1. Idea działania tranzystorów polowych . 255
8.2. Podział tranzystorów polowych . 257
8.3. Tranzystor złączowy PNFET . 258
8.4. Tranzystor typu MIS . 278
8.5. Pozostałe tranzystory polowe  296

9. Elementy przełączające 299
9.1. Tyrystory  299
9.2. Tranzystor IGBT  310

10. Elementy optoelektroniczne 315
10.1. Zjawiska optyczne w półprzewodniku . 315
10.2. Podział elementów optoelektronicznych . 318
10.3. Fotorezystor . 319
10.4. Fotodioda i fotoogniwo  321
10.5. Fototranzystor  324
10.6. Fototyrystor . 325
10.7. Dioda świecąca . 326
10.8. Wyświetlacze ciekłokrystaliczne . 328
10.9. Transoptor  329

Część 3. Układy analogowe

11. Zasilanie i stabilizacja punktu pracy tranzystora .334
11.1. Uwagi ogólne . 334
11.2. Układy polaryzacji tranzystorów bipolarnych  336
11.3. Układy polaryzacji tranzystorów polowych  341
11.4. Metody polaryzacji w układach scalonych  343

12. Małosygnałowe wzmacniacze pasmowe .345
12.1. Parametry robocze . 345
12.2. Ograniczenia częstotliwościowe  355
12.3. Wzmacniacze z ujemnym sprzężeniem zwrotnym . 376
12.4. Wzmacniacze różnicowe . 384
12.5. Wzmacniacze operacyjne  391

13. Wzmacniacze mocy .403
13.1. Praca wielkosygnałowa . 403
13.2. Klasyfikacja i parametry robocze wzmacniaczy mocy  408
13.3. Wzmacniacze mocy klasy A  410
13.4. Wzmacniacze mocy klasy B i AB . 413
13.5. Wzmacniacze mocy klasy C  417

14. Generatory sygnałów harmonicznych .419
14.1. Liniowa teoria generacji  419
14.2. Generatory LC . 422
14.3. Generatory RC  426

15. Generatory sygnałów prostokątnych .429
15.1. Multiwibratory astabilne . 429
15.2. Multiwibratory monostabilne  431
15.3. Multiwibratory bistabilne  432
15.4. Multiwibratory przestrajane . 433

16. Komputerowa analiza układów elektronicznych .435
16.1. Uwagi ogólne . 435
16.2. Wprowadzenie do programu ICAP/4 . 439
16.3. Projekt i analiza wzmacniacza małosygnałowego . 442

Część 4. Układy cyfrowe

17. Wprowadzenie do techniki cyfrowej 462
17.1. Reprezentacje liczb  462
17.2. Algebra Boole’a i wzór Shannona . 470
17.3. Symbole operacji logicznych  471
17.4. Zasady rysowania schematów logicznych  473

18. Układy kombinacyjne .475
18.1. Definicja układu kombinacyjnego . 475
18.2. Dwupoziomowa reprezentacja układów kombinacyjnych . 475
18.3. Minimalizacja funkcji logicznych . 482
18.4. Układy arytmetyczne  490
18.5. Multipleksery, demultipleksery, konwertery kodów oraz pamięci ROM . 492

19. Układy sekwencyjne .501
19.1. Definicja układu sekwencyjnego . 501
19.2. Sposoby opisu układów sekwencyjnych . 502
19.3. Zatrzaski i przerzutniki  504
19.4. Synteza układów sekwencyjnych  508
19.5. Rejestry i liczniki . 513

20. Cyfrowe układy scalone .519
20.1. Klasyfikacja układów cyfrowych  519
20.2. Budowa bramek CMOS  520
20.3. Wybrane parametry elektryczne i czasowe  523
20.4. Architektury układów programowalnych . 526

21. Komputerowe projektowanie układów cyfrowych .533
21.1. Etapy projektowania układów cyfrowych  533
21.2. Język VHDL – minimum na start  534
21.3. Projekt 1 – Sterownik świateł ulicznych . 542
21.4. Projekt 2 – Sterownik 4-pozycyjnego wyświetlacza 7-segmentowego . 544
21.5. Projekt 3 – Generator liczb pseudolosowych  545

Dodatek matematyczny 549
A. Pojęcie pochodnej  550
B. Pojęcie całki . 555
C. Funkcja wykładnicza i logarytmiczna  560
D. Arytmetyka liczb zespolonych