Создание огромного количества разнообразных аналоговых и цифровых электронных вычислительных средств современной техники требует разработки инженерных методов проектирования отдельных устройств вычислительных систем.
Цель настоящей книги —изложение методов проектирования и расчета устройств, производящих операционные преобразования сигналов, поступающих в электронные вычислительные машины (ЭВМ). Под операционными устройствами понимаются операционные усилители ЭВМ и преобразователи аналоговых сигналов в цифровой код, обеспечивающие необходимые динамические характеристики преобразования.
Содержание книги основано на опыте разработки аппаратуры и иллюстрировано реальными примерами. Материал разделен на 7 глав и 3 приложения.
В гл. 1 рассмотрена структура ЭВМ, место в них операционных устройств и исходные условия для их проектирования.
В гл. 2 приведены выводы теории обратной связи для четырехполюсников как основы проектирования операционных усилителей. Дана методика расчета транзисторных усилителей с различными видами обратной связи.
В тл. 3 изложена методика расчета стабильности усилителя без обратной связи. Рассмотрено оптимальное согласование отдельных .каскадов и оптимальное использование транзисторов с точки зрения получения максимума усиления при минимальной нестабильности усиления всего усилителя. Это позволяет введением обратной связи обеспечивать нужные параметры при минимуме элементов.
В тл. 4 рассмотрены методы расчета операционных усилителей с обратной связью, а также методы проектирования оптимальных цепей обратной связи. Приведен метод расчета статических и динамических погрешностей операционных усилителей.
з
В гл. 5 даны методы расчета электрической устойчивости усилителей с глубокой отрицательной обратной связью и тепловой устойчивости транзистора в схеме усилителя.
В гл. 6, 7 изложен метод проектирования комплексных аналого-цифровых преобразователей совместно с датчиками входных сигналов. Дан расчет статических и динамических погрешностей приборов. Рассмотрены оптимальные структуры и схемы преобразователей и исследован наиболее ответственный узел преобразователей—стабилизатор тока большой точности, сохраняемой при быстрых колебаниях сопротивления нагрузки.
Список использованной литературы приводится в конце каждой главы.
От большого числа публикаций книга отличается специфическими особенностями, связанными с развитием современной радиоэлектроники.
Бурное развитие микроэлектроники, создание интегральных схем, в частности больших интегральных схем, обеспечивает элементную и узловую базу построения ЭВМ. Поэтому яри разработке ЭВМ все меньше внимания требуется уделять расчету и оптимизации конструкции отдельных узлов и каскадов устройств. В силу этого в книге центр тяжести рассмотрения переносится на оптимальное согласование узлов и оптимальное применение этих узлов в ЭВМ, как аналоговых, так и цифровых.
Современные ЭВМ представляют все более усложняющуюся совокупность взаимодействующих приборов. Увеличение объема использованной аппаратуры на первый план выдвигает эксплуатационные характеристики ЭВМ, в том числе.объем, вес, надежность и т. д. Наилучшее обеспечение этих требований возможно при комплексном проектировании операционных устройств как функционально законченных приборов. Такой подход к проектированию, предлагаемый в данной книге, позволяет разрабатывать операционные устройства с наибольшей точностью при наименьшем расходовании элементов, т. е. при минимальных весе, габаритах и наибольшей надежности в работе. Кроме того, предлагаемые методы позволяют проектировать устройства, наиболее устойчивые к помехам, отказам элементов и большим изменениям параметров отдельных полупроводников.
И наконец, предлагаемые авторами методы проектирования разработаны для использования последовательных приближений при расчетах. Простейшие расчетные соотношения позволяют получить качественные результаты, необходимые инженеру для синтеза устройства. Далее приводятся приближения, последовательно уточняющие первоначальную оценку. При этом, как правило, не требуется пересчета ранее полученных приближений. Все это позволяет гибко сочетать «ручной» синтез с точным расчетным анализом с помощью электронных цифровых вычислительных машин.
При изложении материала предполагалось, что читатели знакомы с теорией электрических цепей, с основами теории автоматического регулирования, с теорией транзисторных схем и основами проектирования ЭВМ. Поскольку книга основана на оригинальных материалах, то в ряде случаев даются выводы расчетных соотношений. В остальном же теоретический материал предельно сжат и приводятся только результаты, необходимые для расчета.
Гл. 1, 2 написаны Д. А. Лисичкиным, гл. 3 — Д. А. Лисичкиным, Ю. И. Шишковой, А. И. Щукиным, гл. 4 — В. В. Прокошевой, гл. 5 — Ю. И. Шишковой, А. И. Щукиным, гл. 6, 7 — А. А. Лощининым.
Авторы выражают благодарность за помощь и советы при совместной работе канд. техн. наук Н. Г. Кузнецову, а также рецензентам книги докт. техн. наук, профессору Ю. И. Коневу и канд. техн. наук, доценту Г. М. Петрову за ценные замечания, способствовавшие улучшению книги.
Авторы будут признательны за критические замечания и пожелания читателей, которые следует направлять по адресу: Москва, Главпочтамт, п/я 693.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............. . 3
Глава 1. ВВЕДЕНИЕ............ 6
1.1. Структура ЭВМ.......... 6
1.2. Комплексное проектирование операционных устройств ЭВМ.......... 9
Глава 2. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В МНОГОКАСКАДНЫХ УСИЛИТЕЛЯХ .............. 12
2.1. Обратная связь в усилителе . ... . . . 13
2.2. Глубина обратной связи........ 23
2.3. Коэффициенты влияния........ 28
2.4. Входное и выходное сопротивления усилителя с обратной связью.......... 31
2.5. Расчет глубины обратной связи, входного и выходного сопротивлений ......... 36
2.5.1. Система параметров собственно усилителя . 36
2.5.2. Расчетные формулы для основных видов обратной связи......... 38
2.6. Усилительный каскад с обратной связью по току 51
2.7. Сводка формул.......... 54
Y — обратная связь......... 54
Z—обратная связь......... 55
Я — обратная связь......... 57
G —обратная связь....... . . 57
Литература......... . . . 59
Глава 3. СТАБИЛЬНОСТЬ УСИЛИТЕЛЕЙ...... 60
3.1. Некоторые сведения о стабильности .... 60
3.2. Стабильность усиления при малых изменениях параметров транзисторов ........ 63
3.2.1. Однокаекадный усилитель. ..... 63
3.2.2. Многокаскадный усилитель..... 64
3.2.3. Анализ стабильности усиления многокаскадного усилителя......... 70
3.2.4. Упрощенные соотношения...... 71
3.2.5. Пример расчета стабильности усиления . . 74
3.3. Стабильность усиления при больших изменениях параметров транзисторов ........ 77
3.4. Повышение стабильности усиления..... 86
253
3.5. Критерии сравнения усилителей по стабильности усиления............ 94
3.6. Оптимальная схема включения транзистора ... 98
3.6.1. Однокаокадный усилитель...... 98
3.6.2. Двухкаскадный усилитель...... 100
3.6.3. Трехкаскадный усилитель . ... . . . 102
3.7. Сравнение усилителей по виду межкаскадной связи............. 103
Литература............ 107
Глава 4. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ...... 109
4.1. Стабильность усиления усилителя с обратной связью 112
4.2. Оптимальные схемы обратной связи . ... 115
4.3. Операционные усилители........ 121
4.4. Статические погрешности....... 122
4.5. Динамические характеристики...... 128
4.6. Динамические погрешности интегрирующих усилителей ............: 133
4.7. Пример............ 139
Литература............ 143
Глава 5. УСТОЙЧИВОСТЬ УСИЛИТЕЛЕЙ С ГЛУБОКОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ...... 145
5.1. Устойчивость усилителя........ 146
5.2. Частотные свойства элементов...... 151
5.3. Частотные характеристики усилителя с трансформаторной связью........... 155
5.4. Частотные характеристики усилителя с гальванической связью........... 160
5.5. Обеспечение электрической устойчивости . . . 164
5.6. Обеспечение тепловой устойчивости..... 177
Литература............ 183
Глава 6. КОМПЛЕКСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ В ЦИФРОВОЙ КОД...... 184
6.1. Магнитоэлектрические компенсационные датчики входных сигналов......... 187
6.2. Аналого-цифровой преобразователь с МКД . • 189
6.3. Статические погрешности аналого-цифрового преобразователя с МКД......... 192
6.4. Динамические характеристики аналого-цифрового преобразователя с МКД........ 196
Литература............ 208
Глава 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И ИХ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ...... 210
7.1. Высокостабильные быстродействующие стабилизаторы тока........... 210
254
2 7 2 Электронные переключатели тока . • • 7.3.' Примеры аппаратурной реализации преобразовате- ^
лей с МКД.......длх/п 931
7.4. Функциональные преобразователи с МКД . ¦ • ^
Литература ............
Пвиложение 1. Параметры схем замещения входные и
Р выгодные сопротивления при разомкнутой обратной ^.
связи ..............
Приложение 2. Проектирование усилителей с заданной ^
стабильностью усиления ..... •
Приложение 3. Весо-объемный критерий сравнения кон-
струкций многокаскадных усилителей .....
Цена: 150руб.
