کتاب تکنیک پالس اثر دیوید آ. بل ترجمه سعید قاضی مغربی ناشر دانش بنیاد

مقدمۀ نویسنده

     این کتاب برای دروس فناوری الکترونیک در دانشگاه‌ها تدوین شده‌است. البته این کتاب می‌تواند  مرجعی مفید برای تکنسین‌ها و مهندسان الکترونیک در عمل باشد.

      در چند فصل اول این کتاب، مشخصات شکل موج‌های پالس و مدارهای مقاومتی و خازنی تشریح می‌‌شود که قبل از مطالعۀ مدارهای پالس دانستن آن‌ها ضروری است. سپس در فصول بعدی عملکرد دیود، ترانزیستور، FET و آی‌سی تقویت‌کنندۀ عملیاتی مطالعه می‌شود. این موضوعات منجر به تحلیل مدارهای معکوس‌کننده، اشمیت تریگر، نوسان‌سازهای چندحالته، مولدهای شیب، مولدهای تابع، و کاربردهای آن‌ها در مدارهای مجتمع  می‌شود.

       برای طراحی مدار، روش پیشنهادی روشی ساده و مرحله به مرحله است که بر اساس آن، خواننده دقیقاً می‌داند که هر مقدار اجزای مدار چگونه محاسبه می‌شود. در متن کتاب، مثال‌های طراحی بسیاری وجود دارد؛ در طراحی‌ها از ورقۀ اطلاعات سازندگان استفاده شده و مقادیر استاندارد انتخاب شده است.

      هنگامی که مدارهای مجزا شناخته شد، از آن‌ها برای ساخت بلوک‌هایی به‌منظور توصیف شمارنده‌های دیجیتال، فرکانس مترهای دیجیتال، ولتمترهای دیجیتال، مبدل‌های A به D و نیز D به A، مدولاسیون پالس و مولتی پلکس تقسیم زمانی استفاده می‌شود.

      تغییرات اساسی این کتاب نسبت به ویرایش دوم، وجود موضوعات اضافی دربارۀ آی‌سی‌های تقویت‌کننده عملیاتی در مدارهای کلیدزنی، ADCها، DACها و آی‌سی‌های مولد
تابع است.

 پیشنهادا‌های شما دربارۀ اصلاح ویرایش‌های اول و دوم مایۀ خرسندی‌است.این پیشنهادها در ویرایش سوم لحاظ خواهد شد.

دیوید- آ- بل

مقدمۀ مترجم

«به انسان آنچه را نمی‌دانست آموخت» (قرآن کریم، سوره علق)

     به‌طور معمول کتب تکنیک پالس در برگیرندۀ حالات گذرا و دائمی مدارهای الکترونیکی‌اند و تجزیه‌وتحلیل پیچیده‌ای دارند، به‌طوری که درک مفاهیم تحلیلی آن عمدتاً دشوار است. اما نویسندۀ این کتاب توانسته است تجزیه‌و‌تحلیل مدارهای مختلف را با بیانی ساده ارائه کند، تا درک آن برای خواننده راحت باشد. دیگر ویژگی‌ مهم این کتاب وجود مسائل متنوع و بخصوص کاربردی آن است که در کتب علمی کمتر دیده می‌شود. به‌عبارت دیگر، این مدارهای طراحی‌شده را به سهولت می‌توان در آزمایشگاه پیاده‌سازی کرد و همان پاسخ مورد انتظار را دریافت کرد. نکتۀ دیگر اکثر مثال‌ها و مسائل کتاب به‌صورت طراحی است و خواننده می‌تواند از موضوعات کتاب در طراحی مدار استفاده کند.

     اولین ترجمۀ این کتاب در سال 1372 چاپ شد و تاکنون نیز به چاپ سوم رسیده است که نشان‌دهندۀ استقبال اساتید و دانشجویان از محتویات کتاب است. این موضوع مرا بر آن داشت که با توجه به ویرایش جدیدکتاب، به چاپ مجدد آن اقدام کنم، البته با اضافاتی دیگر. با توجه به سابقۀ چندین‌سالۀ خود در این درس تصمیم گرفتم که اولاً برخی از مباحث کتاب را که در سرفصل مصوب شورای انقلاب فرهنگی نیست حذف کنم. ثانیاً با افزودن مثال‌های کاربردی دیگر، بر غنای مطالب افزوده شده است. البته بعضی از مطالب در متن اصلی جابه‌جا شده‌است.

     در فصل اول، مبانی و مفاهیم اولیۀ تکنیک پالس ارائه شده‌است. در فصل دوم به تحلیل مدارهای مقاومتی خازنی (RC) پرداخته شده‌است. در فصل سوم چگونگی استفاده از دیود به‌عنوان یک کلید ارائه شده‌است. در فصل چهارم شیوۀ قطع و وصل ترانزیستور و استفاده از ترانزیستور در نواحی قطع و اشباع به‌عنوان یک کلید ارائه شده‌است. در فصل پنجم، ابتدا ویژگی‌های تقویت‌کنندۀ عملیاتی ارائه شده‌است و سپس به نحوۀ استفاده از آن به‌عنوان معکوس‌کننده و نیز کلید قطع و وصل توضیح داده شده‌است. در فصل ششم، مدار کاربردی مهم اشمیت تریگر توصیف شده‌است. این مدار هم با ترانزیستور و هم با تقویت‌کنندۀ عملیاتی تجزیه‌و‌تحلیل شده‌است. در این فصل به تجزیه‌و‌تحلیل مقایسه‌کننده ولتاژ به دو صورت ترانزیستوری و تقویت‌کننده عملیاتی نیز پرداخته شده‌است. یکی از مدارهای پرکاربرد نوسان‌سازها هستند. در فصل هفتم به تجزیه‌و‌تحلیل و نیز طراحی دو نوسان‌ساز یک حالته و نوسان‌ساز ناپایدار پرداخته شده‌است. در فصل هشتم از آی‌سی زمان‌سنج 555 در طراحی مدارهای مختلف پالس استفاده شده‌است. در فصل نهم به تجزیه‌و‌تحلیل و نیز طراحی انواع مدارهای مولد شیب پالس و نیز مولدهای موج پرداخته شده‌است. نوسان‌سازهای دو‌حالته کاربرد فراوانی خصوصاً در مدارهای دیجیتال دارند. طراحی و تحلیل این نوع نوسان‌سازها در فصل دهم ارائه شده‌است. در فصل یازدهم چهار مفهوم مهم یعنی نمونه‌برداری، تبدیل، مدولاسیون و مولتی‌پلکس و تجزیه‌و‌تحلیل و طراحی این مدارها ارائه شده‌است.

     از آنجا که طراحی مدارهای پالس مستلزم دانستن اطلاعات قطعات مورد استفاده است، لذا در پایان کتاب در دو پیوست ورقه اطلاعات سازندگان در مورد قطعات استفاده‌شده و نیز اطلاعات لازم ارائه شده‌است.

     در پایان، از سرکار خانم مهندس سپیده قاضی‌مغربی و سرکار خانم مهندس فاطمه قاضی‌مغربی که در تصحیح و ویرایش این کتاب کمک شایانی داشته‌اند سپاس‌گزاری می‌شود. همچنین از مدیر و کارشناسان شریف مؤسسه انتشاراتی دانش‌بنیاد بابت تمام تلاش‌ها و کمک‌های صادقانه که در این ‌مدت داشته‌اند کمال تشکر را دارم.

  سعید قاضی‌مغربی

s_ghazi2002@yahoo.com

فهرست مطالب 

 فصل 1         مبانی پالس   1

1.1   انواع شكل موج   2

1.2   مشخصات شكل موج‌هاي پالس   5

1.3   محتواي هارمونيكي شكل موج‌ها   10

1.4   اعوجاج شكل موج شكل   13

 فصل 2         مدارهاي مقاومتي خازني (RC)   23

مقدمه   24

2.1   عملكرد مدار RC   24

2.2   منحني شارژ نرماليزه شده   27

2.3   معادلات مدار RC   28

2.4   پاسخ مدار RC به موج‌هاي مربّعي   35

2.5   مدارهاي انتگرال‌گير   38

2.6   مدارهاي مشتق‌گير   41

2.7   اثرات منبع، بار و قطب‌بندي خازن   46

 فصل 3         قطع و وصل ديود    57

مقدمه    58

3.1   ديود به‌عنوان كليد   58

3.2   ديود زنر    60

3.3   مدارهاي قطع‌كننده ديودي   61

3.4   مدارهاي قطع‌كننده موازي ديودي   63

3.5   مدارهاي محدودكننده ديودي   67

3.6   مدارهاي چند برابركننده ولتاژ   73

 فصل 4         قطع و وصل ترانزيستور     83

مقدمه   84

4.1   كليد ترانزيستوري ايده‌آل   84

4.2   كليد ترانزيستوري عملي   85

4.3   زمان‌هاي قطع و وصل ترانزيستور   88

4.4    اصلاح زمان‌هاي قطع و وصل   91

4.5   معكوس‌كننده با اتصال مستقيم   95

4.6    مدارهاي معكوس‌كننده با كوپلاژ خازني   99

4.7   مدارهاي قطع و وصل با FET اتصالي   103

4.8    مدارهاي قطع و وصل با MOSFET   106

 فصل 5         آي سي تقويت‌كننده عملياتي در مدارهاي قطع و وصل   115

مقدمه   116

5.1   آي‌سي تقويت‌كننده‌هاي عملياتي   116

5.2   تقويت‌كننده‌هاي عملياتي به‌عنوان تقويت‌كننده‌هاي خطي   117

5.3    تقويت‌كننده‌هاي عملياتي در مدارهاي قطع و وصل   120

5.4    معكوس‌كننده با تقويت‌كننده عملياتي   121

5.5    مدارهاي قطع‌كننده با تقويت‌كننده عملياتي   123

5.6   مشتق‌گير با تقويت‌كننده عملياتي   125

5.7    مدار انتگرال‌گير ميلر   127

 فصل 6         مدارهاي اشميت تريگر و مقايسه‌كننده‌هاي ولتاژ   139

مقدمه   140

6.1    عملكرد مدار اشميت تريگر   140

6.2   طراحي كردن با UTP   142

6.3   طراحي با UTP و LTP   144

6.4   خازن سريع‌كننده   145

6.5    مشخصات ورودي - خروجي   145

6.6   مدارهاي اشميت تريگر با تقويت‌كننده عملياتي   147

6.7    آي‌سي مدارهاي اشميت تريگر   152

6.8    آي‌سي مقايسه‌كننده ولتاژ   152

 فصل 7         نوسان‌سازهاي يك حالته و ناپايدار   163

مقدمه   164

7.1   نوسان‌ساز يك حالته با كلكتور متصل شده   164

7.2   طراحي نوسان‌ساز يك حالته   167

7.3   تحريك نوسان‌سازهاي يك حالته   170

7.4   نوسان‌سازهاي يك حالته با اميتر متصل شده (كوپلاژ اميتري)   171

7.5    نوسان‌ساز يك حالته با تقويت‌كننده عملياتي   172

7.6    آي‌سي نوسان‌ساز يك حالته   174

7.7    نوسان‌ساز ناپايدار   174

7.8    نوسانسازهاي ناپايدار با تقويت‌كننده عملياتي   178

7.9   مقايسه‌كننده ولتاژ به صورت نوسان‌ساز يك حالته و ناپايدار   179

 فصل 8         مدارهاي آي‌سي زمان‌سنج   189

مقدمه   190

8.1    آي‌سي زمان‌سنج 555   190

8.2   آي‌سي 555 به‌عنوان نوسان‌ساز يك‌حالته   191

8.3   طراحي مدار يك حالته با 555   193

8.4   تغييرات در مدار يك حالته معمولي با آي‌سي 555   195

8.5   نوسان‌ساز ناپايدار با 555   196

8.6   تغييرات در مدار ناپايدار پايه با آي‌سي 555   198

8.7    كاربردهاي ديگر زمان‌سنج 555   201

8.8    مدار زمان‌سنج CMOS   204

 فصل 9         مولدهاي شيب، پالس و مولدهاي موج   213

مقدمه   214

9.1   مولد شيب RC   214

9.2   مولدهاي شيب با جريان ثابت   215

9.3   نوسان‌سازهاي لَختي UJT   219

9.4   مولد شيب خود راه‌انداز ترانزيستوري   221

9.5     مولدهاي شيب آزادگرد   225

9.6   مولد شيب انتگرال‌گير ميلر   226

9.7   مولدهاي شكل موج مثلثي   227

9.8   مدار مولد پالس   229

9.9   مولد موج با تقويت‌كننده عملياتي   232

9.10   آي‌سي مولد موج   234

 فصل 10         نوسان‌سازهاي دو حالته (فليپ- فلاپ)   253

مقدمه   254

10.1   نوسان‌ساز دوحالته با كلكتور متصل‌شده   255

10.2   نوسان‌ساز دوحالته با اميتر متصل‌شده   259

10.3   راه‌اندازي (تحريك) نوسانساز دو حالته   259

10.4   فليپ فلاپ‌ها به‌صورت پشت سرهم   266

10.5   شمارنده دهدهي   270

10.6   فركانس متر ديجيتال   273

10.7   ولت متر ديجيتال   277

 فصل 11         نمونه‌برداري، تبديل، مدولاسيون و مولتي پلكس   289

مقدمه   290

11.1   گيت‌هاي نمونه‌برداري   290

11.2    مدار نمونه‌بردار و نگهدار   294

11.3   تبديل ديجيتال به آنالوگ   296

11.4    تبديل آنالوگ به ديجيتال   299

11.5   مدولاسيون پالس   302

11.6   مولتي‌پلكس تقسيم زماني   307

11.7   مدولاسيون و مدولاسيون كد پالس   312

پيوست1    319

پيوست2    353

واژه‌نامه فارسی به انگلیسی   357