Занимательная электроника. Электронные схемы : манга

Ýëåêòðîííûå ñõåìû

Ìàíãà

マ ン ガ で わ か る

電子回路

 田中 賢 一 ／ 著
 高山 ヤマ／ 作画
 トレンド・プロ ／ 制作

О Б Р А З О В А Т Е Л Ь Н А Я  М А Н Г А
ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
ЭЛЕКТРОННЫЕ 
СХЕМЫ

Танака Кэнъити
Такаяма Яма

Перевод с японского
Клионский А. Б.

Москва 
ДМК Пресс, 2023

2-å èçäàíèå,
ýëåêòðîííîå

УДК 621.38.01
ББК 32.85
К35

К35
Кэнъити, Танака.
Занимательная электроника. Электронные схемы : манга / Танака Кэнъити (автор), Такаяма Яма (художник) ; пер. с яп. А. Б. Клионского. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 186 с. — Москва : 
ДМК Пресс, 2023. — (Образовательная манга). — Систем. требования: Adobe Reader XI либо 
Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-444-5
Электронные схемы основаны на обычных электрических цепях, однако, в отличие от последних, 
содержат полупроводниковые элементы, такие как диоды, транзисторы, а по мере усложнения превращаются в интегральные схемы. Именно электронные схемы лежат в основе электронных приборов, 
окружающих нас в быту.
Чтобы объяснить принципы работы электронных схем «с нуля», в этой книге используется транзисторный радиоприёмник — в доступной форме описываются процессы преобразования принимаемых антенной радиоволн, заканчивающиеся воспроизведением звука. Обычно многие учебники по 
радиоэлектронике начинаются с описания простейшего усилителя, а затем постепенно переходят к 
более сложным схемам. Однако в этой книге автор решил взять за основу путь прохождения сигнала, 
то есть описать процесс, начинающийся с выбора нужного канала из принимаемых антенной радиоволн 
и заканчивающийся воспроизведением звука. Чтобы процесс обучения был ещё увлекательнее, в Манге вам составят компанию два персонажа — ученики старшей школы Сидэн Тору и Эрэки Ая.
Простота изложения и увлекательный сюжет о любви старшеклассников поможет начинающим 
любителям электроники получить базовые знания по теории электронных схем.

УДК 621.38.01 
ББК 32.85

Электронное издание на основе печатного издания: Занимательная электроника. Электронные схемы : манга / 
Танака Кэнъити (автор), Такаяма Яма (художник) ; пер. с яп. А. Б. Клионского. — Москва : ДМК Пресс, 2016. — 
184 с. — (Образовательная манга). — ISBN 978-5-97060-353-6. — Текст : непосредственный.

Издательство выражает благодарность В. О. Панфилову

Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть воспроизведена в любой форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографирование, ксерокопирование или иные средства копирования или сохранения информации, без письменного разрешения издательства.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских 
прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-444-5
© 2009 by Kenichi Tanaka and Trend-Pro Co., Ltd
©  Перевод, оформление, издание, ДМК Пресс, 
2016

ПРЕДИСЛОВИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ

Электронные схемы основаны на обычных электрических цепях, однако, в отличие от последних, содержат полупроводниковые элементы, такие как диоды, транзисторы, а по мере усложнения превращаются в интегральные схемы. Именно 
электронные схемы лежат в основе электронных приборов, окружающих нас в 
быту.
Чтобы объяснить принципы работы электронных схем «с нуля», в этой книге 
используется транзисторный радиоприёмник – в доступной форме описываются 
процессы преобразования принимаемых антенной радиоволн, заканчивающиеся 
воспроизведением звука. Обычно многие учебники по радиоэлектронике начинаются с описания простейшего усилителя, а затем постепенно переходят к более 
сложным схемам. Однако в этой книге я решил взять за основу путь прохождения 
сигнала, то есть описать процесс, начинающийся с выбора нужного канала из принимаемых антенной радиоволн и заканчивающийся воспроизведением звука. Мне 
кажется более естественным осваивать электронные схемы в процессе изучения 
системы под названием «радиоприёмник», двигаясь вдоль пути прохождения сигнала от радиоволны к звуку. Чтобы процесс обучения был ещё увлекательнее, в 
манге вам составят компанию два персонажа – ученики старшей школы Сидэн Тору и Эрэки Ая.
Опираясь на лекции по теории электронных схем, которые я читаю в университете, я постарался сделать содержание книги интересным как для учащихся профессиональных школ, так и для всех, кого заинтересовала электроника.
В заключение я хочу поблагодарить художника манги г-на Такаяма Яма, коллектив компании TREND–PRO, отвечавший за оформление, а также всех сотрудников издательства Ohmsha, которое дало мне возможность взяться за перо. Кроме того, я признателен читателям, изволившим открыть эту книгу, и буду очень 
рад, если она поможет Вам пробудить интерес к электронным схемам.

Танака Кэнъити.
Октябрь, 2009 г.

V

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ

Пролог.
БЕСПОКОЙНЫЙ НОВИЧОК ......................................................1

Глава 1.
ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ? А ЧТО ЭТО ТАКОЕ? ...9

1.1. ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА ........................................11
1.2. РАЗЛИЧНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ.................................. 13

Усилители .......................................................................................................... 13
Генераторы ......................................................................................................... 14
Модуляторы ....................................................................................................... 15
Демодуляторы ................................................................................................... 16
Фильтры ............................................................................................................... 16
Операционные усилители ............................................................................ 18
Логические схемы ........................................................................................... 19
Источники питания .......................................................................................... 21

1.3. ПРОСТЕЙШИЙ ПРИМЕР РАДИОПРИЁМНИКА ....................23
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ .............................................27

Операционный усилитель – совершенная схема усиления .............. 27
Логические схемы ...........................................................................................28

Глава 2.
УСТРОЙСТВО ТРАНЗИСТОРА ...................... 31

2.1. ЧТО ТАКОЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ? ........................................34

Ковалентные связи между атомами кремния ..........................................36
Полупроводники p-типа ................................................................................38
Полупроводники n-типа ................................................................................39

2.2. ДИОДЫ C p-n-ПЕРЕХОДОМ .....................................................40

Напряжение смещения.................................................................................... 41
Выпрямитель .....................................................................................................43

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
VI

2.3. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ ..............................................44

Транзисторы p-n-p-типа .................................................................................46

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ .............................................54

Устройство и принцип работы ПТУП (J-FET) .......................................54
ПТ МОП (MOS-FET) .......................................................................................55
Отличия между биполярными и полевыми транзисторами ..............56

Глава 3.
СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ ......... 57

3.1. ПРАВИЛА КИРХГОФА ..................................................................62

Анализ цепей .....................................................................................................62
Первое и второе правила Кирхгофа ..........................................................63

3.2. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ RLC-ЦЕПИ ...................................................65
3.3. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА С h-ПАРАМЕТРАМИ ................67
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ .............................................75

Источники напряжения и источники тока ................................................75
Что такое коэффициент передачи по напряжению ..............................75
Коэффициент передачи тока ........................................................................76
Использование обозначений i и j в комплексных числах .................76

Глава 4.
РЕЗОНАНСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ...................... 77

4.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ РЕЗОНАНСНОГО УСИЛИТЕЛЯ ........ 81

Что такое амплитудно-модулированная волна ......................................83
Форма амплитудно-модулированной волны ...........................................84

4.2. ОДНОЧАСТОТНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ..........88

Закорачивание элементов .............................................................................90
Эквивалентная схема для высоких частот ............................................... 91
Паразитная ёмкость и эффект Миллера ..................................................92
Упрощение эквивалентной схемы для высоких частот  .....................95

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ  .......................................... 101

Частотная характеристика коэффициента передачи тока для 
резонансного усилителя ...............................................................................101

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
VII

Эквивалентная схема транзистора для высоких частот .....................103
Пересчёт импедансов ...................................................................................106

Глава 5.
ДЕМОДУЛЯТОР ....................................107

5.1. ДЕМОДУЛЯЦИЯ И ЛИНЕЙНЫЙ ДЕТЕКТОР ......................110

Демодуляция ....................................................................................................111
Линейный детектор ........................................................................................111
Принцип линейного детектирования ...................................................... 112

5.2. ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ОГИБАЮЩЕЙ .......................................114
5.3. ФИЛЬТРЫ ......................................................................................115

Фильтры нижних частот ................................................................................ 115
Фильтры верхних частот .............................................................................. 116

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ .......................................... 122

О частотной модуляции (ЧМ) .....................................................................122

Глава 6.
УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ ................125

6.1. ЧТО ТАКОЕ УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ ................ 130

Три типа усилителей .................................................................................... 131

6.2. УСИЛИТЕЛЬ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ ................................. 132
   6.2.1. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА .........................................................133
   6.2.2. ЦЕПЬ СМЕЩЕНИЯ ........................................................................134

Что такое рабочие точки ...............................................................................136
Оптимальная рабочая точка ........................................................................137

   6.2.3. СХЕМА УСИЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА .........................138

Эквивалентная схема для переменного тока ........................................139

   6.2.4. КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ ПО ТОКУ .................................. 141

Коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером .......143
Инверсия фазы ................................................................................................144

   6.2.5. ВХОДНОЙ И ВЫХОДНОЙ ИМПЕДАНСЫ (1) .....................145

Входной импеданс Zвх (1) ...........................................................................145
Выходной импеданс Zвых (1) ....................................................................146

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
VIII

6.3. УСИЛИТЕЛЬ С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ ........................... 148
   6.3.1. ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ ...............................................148

Буферный каскад ............................................................................................148

   6.3.2. РАСЧЁТ ЦЕПИ СМЕЩЕНИЯ .......................................................150
   6.3.3. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ДЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ....151
   6.3.4. КОЭФФИЦИЕНТЫ УСИЛЕНИЯ ПО НАПРЯЖЕНИЮ 

И ТОКУ .................................................................................................155

Коэффициент усиления по напряжению ...............................................155
Коэффициент усиления по току ...............................................................156

   6.3.5. ВХОДНОЙ И ВЫХОДНОЙ ИМПЕДАНСЫ (2) ....................157

Входной импеданс Zвх (2) ..........................................................................157
Выходной импеданс Zвых (2) ....................................................................158

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ...........................................160

Связь с децибелами (дБ) ..............................................................................160
Зачем нужен эмиттерный повторитель? .................................................160
Что произойдёт при каскадном включении эмиттерного 
повторителя? ....................................................................................................161
Каскадирование усилителей ......................................................................162
Характеристики усилителя на высоких частотах ................................164

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ................................................172

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
IX