Шапка

Предисловие к первому изданию

==xxv

Данная книга предполагает использование в качестве учебника и справочного пособия по разработке электронных схем. Она начинается с материала, доступного для читателя, доселе незнакомого с электроникой, и доводит читателя до уровня, приличествующего специалисту, который занимается электроникой профессионально. Книга придерживается общепринятых представлений о проектировании схем, и сопровождается дополнительным поясняющим материалом. Авторы попытались сочетать практический подход учёного-физика с конкретными численными методами инженерного проектирования электронных схем.

Книга возникла из набора заметок, написанных для односеместрового лабораторного курса по электронике Гарвардского университета. Курс предполагает разнообразных слушателей. Как-то: студенты начального уровня, ищущие практических советов, получают навыки для будущей работы в промышленности, подготовленные студенты, которые собираются заниматься в исследовательской сфере, выпускники и постдоки, неожиданно столкнувшиеся с необходимостью «собрать какую-то схему».

Довольно скоро стало ясно, что существующие учебники для такого курса не подходят. По каждому специализированному курсу электроники есть отличные методики, предполагающие четырёхлетнее обучение профессии инженера или рассчитанные на практикующего специалиста. Но учебники для них пытаются осветить все аспекты данного направления и перегружены деталями ( синдром справочника ), чрезмерным упрощением ( синдром поваренной книги ) или недостаточной сбалансированностью материала. Большая часть учебного материала начального уровня оказывается ненужной и не используется в инженерной практике, в то время как инженерные схемы и методики анализа, полезные в каждодневной практике разработчика, остаются сокрытыми в технических заметках, журнальных публикациях или малоизвестных изданиях. Другими словами, у авторов учебников хорошо видна тенденция преподавать теорию, а не учить искусству проектирования схем.

Авторы объединились для работы над книгой, намереваясь найти сочетание из дисциплины разработки схем, глубины охвата экспериментальной физики и простоты обучения. Таким образом, данную книгу надо рассматривать как воплощение философии авторов: современная электроника в своей основе - не особо сложное искусство, сочетающее набор нескольких базовых законов, практических правил и большой коробки с приёмами и уловками. Исходя из изложенного, из обсуждения полностью исключена физика полупроводников, параметрическая h-модель транзистора и сложная теория цепей, а обсуждение S-пространства и нагрузочных линий сведено к минимуму. Основное обсуждение ведётся без привлечения математики, с упором на объяснение принципов функционирования схем и минимальными расчётами параметров и номиналов уровня «на салфетке».

В дополнение к обычным темам, рассматривающимся в книгах по электронике, разбираются следующие вопросы.

  • Простая и удобная в использовании модель транзистора.
  • Подробный разбор полезных вспомогательных схем, таких как источники тока и токовые зеркала.
  • Схемы на операционных усилителях с однополярным питанием.
  • Простые для понимания объяснения практических вопросов разработки, которые часто трудно отыскать: частотная коррекция ОУ, малошумящие схемы, фазовая автоподстройка частоты и разработка точных линейных схем.
  • Упрощённая процедура разработки активных фильтров по таблицам и графикам.
  • Раздел, поясняющий вопросы шума, экранирования и заземления.
  • Уникальный графический метод, упрощающий анализ шума операционных усилителей.
  • Раздел с разбором источников опорного напряжения и регуляторов, включающий в т.ч. и источники постоянного тока.
  • Разбор моностабильных мультивибраторов и их особенностей.
  • Коллекция недостатков логических схем и методов их обхода.
  • Подробное обсуждение методов передачи сигналов между различными логическими семействами и внешним миром с упором на новые n-МОП и p-МОП БИС.
  • Подробное рассмотрение принципов цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования.
  • Раздел, посвящённый методам цифровой генерации шума.
  • Знакомство с миникомпьютерами и способы подключения к шинам данных с кратким введением в язык ассемблера.
  • Раздел, посвящённый микропроцессорам и средствам работы с ними с примерами реальных конструкций и разбором вопроса встраивания таких ИМС в приборы.
  • Методы конструирования, макетирования, проектирования печатных плат и приборов.

==xxvi

  • Упрощённый путь расчёта высокочастотных переключательных схем.
  • Часть, описывающая научные методы измерения и обработки данных, параметров, поддающихся измерению, точности такого измерения и использования полученных данных.
  • Освещаются методы сужения рабочей полосы, усреднения сигналов, многоканального масштабирования, синхронного усиления и амплитудного анализа.
  • Коллекция «схемотехнических ошибок» и коллекция «схемных идей».
  • Полезные приложения, объясняющие, как надо рисовать схемы, рассчитывать фильтры, понимать маркировку резисторов, знакомящие с осциллографом и дающие базовые математические сведения.
  • В книгу включено много табличных данных по диодам, биполярным и полевым транзисторам, операционным усилителям, компараторам, регуляторам, источникам опорного напряжения и другим компонентам. Таблицы включают параметры наиболее популярных и наилучших в своём классе представителей.

Кроме того, изменён подход к использованию схемных наименований. Активно используется сравнение возможные вариантов замены компонентов в той или иной схеме и различные варианты решения поставленной задачи. Схемы примеров строятся с использованием реальных компонентов, а не «чёрных ящиков». Основная цель - подвести читателя к пониманию возможных путей построения схемы и к выбору конфигурации, компонентов и номиналов. Использование нематематических по большей части методов проектирования не ведёт к снижению параметров или надёжности. По наблюдениям авторов такой подход наоборот улучшает у разработчика понимание реальных возможностей и компромиссов, встречающихся при проектировании, и является самой короткой дорогой к хорошим электронным конструкциям.

Книга может использоваться для годичного курса по разработке для колледжа и требует самой минимальной математической подготовки, а именно: начального знакомства с тригонометрическими и экспоненциальными функциями, плюс желательны базовые представления о дифференцировании. Небольшой обзор комплексных чисел и производных дан в приложении. Из рассмотрения можно исключить продвинутые части книги, превратив её в основу для односеместрового курса ( как это сделано в Гарварде ).

В качестве отдельного пособия доступно «Руководство по проведению лабораторных работ по курсу схемотехники» ( “Laboratory Manual for the Art of Electronics”, Horowitz and Robinson, 1981 ). В него включены 23 лабораторные работы, необходимый материал и задачи, ответы на которые можно найти в тексте.

Чтобы помочь читателю с ориентированием в материале, на полях проставлены границы глав и параграфов внутри частей, которые можно пропустить в сокращённой программе. В односеместровом курсе будет правильнее дополнительно исключить материал первой половины Части_5 ( «Стабилизаторы напряжения и источники питания» ), _7 ( «Прецизионные схемы и малошумящая аппаратура» ), 12 ( «Конструирование электронных схем» ), 13 ( «Высокочастотные и быстродействующие приборы» ), 14 ( «Измерения и обработка сигналов» ) и, возможно, 15 ( «?» ), как объясняется во вступительных абзацах к каждой из этих частей.

Хотелось бы поблагодарить коллег за их глубокие замечания и помощь в подготовке рукописи, а именно: Mike Aronson, Howard Berg, Dennis Crouse, Carol Davis, David Griesinger, John Hagen, Tom Hayes, Peter Horowitz, Bob Kline, Costas Pa-paliolios, Jay Sage и Bill Vetterling. Мы признательны Eric Hieber и Jim Mobley, а также Rhona Johnson и Ken Werner из Cambridge University Press, за их творческую и очень профессиональную работу.

Paul Horowitz
Winfield Hill
April 1980

Previous part:

Next part: