Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств.

Полупроводниковая электроника представляет собой одну из наиболее динамично развивающихся областей техники. Для современной электроники более, чем для чего бы то ни было иного, справедливы слова Черной Королевы из «Алисы в Зазеркалье» Льюиса Кэрролла: «...здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте. Если же хочешь попасть в другое место, тогда нужно бежать, по крайней мере, вдвое быстрее!» В то же время по причине, неизвестной автору, объемы вузовских курсов по электронике и схемотехнике постоянно сокращаются. Многолетний опыт автора в преподавании курсов электроники и схемотехники студентам вузов, а также руководство дипломным проектированием и научной работой аспирантов показывают, что при неплохом знании основ цифровой электроники большинство выпускников вузов не готово к самостоятельной разработке аналоговых устройств. Американские специалисты в области аналоговой техники считают, что, для того чтобы выпускники вузов, решившие специализироваться в области аналоговой техники, «...действительно могли принять на свои плечи настоящую нагрузку, требуется от 5 до 10 лет...», в то время как «...этот уровень в области цифровых схем может быть достигнут за год...» (Электроника. 1993. № 11/12. с. 38). Выход один — молодым инженерам следует осваивать современную аналоговую схемотехнику самостоятельно, и в этом им могут помочь советы опытных специалистов, а также (и прежде всего) — книги.

Из литературы по схемотехнике, изданной на русском языке, наиболее значительными представляются «Полупроводниковая схемотехника» У. Титце и К. Шенка, 1982 г. и двухтомник «Искусство схемотехники» П. Хоровица и У. Хилла, 1993 г. В этих замечательных книгах сделана попытка объять необъятное: изложить всю современную электронику, включая дискретные полупроводниковые приборы, цифровые и СВЧ-устройства. Как следствие некоторые важные вопросы, такие, как интерфейсы аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, динамика и устойчивость линейных и импульсных стабилизаторов напряжения и некоторые другие оказались практически незатронутыми. Кроме того, с момента написания этих книг прошло уже более 10 лет и за это время не только кардинально улучшились параметры уже известных типов интегральных микросхем, но и появились новые виды, такие как интегральные акселерометры и другие интегральные датчики, измерители энергии, xFET - источники опорного напряжения, микросхемы прямого цифрового синтеза, конвейерные и сигма-дельта АЦП, усилители мощности класса D и др.

Предлагаемая читателю книга освещает ограниченную, но очень важную область полупроводниковой схемотехники: принципы построения, свойства, схемотехнику и особенности применения аналоговых и аналого-цифровых интегральных микросхем (ИМС). В этой книге не рассматриваются технологии производства микросхем, почти не уделено внимания конструкции интегральных транзисторов, диодов, резисторов и других элементов — читатель может получить эти сведения в специальной литературе. Внутренняя схемотехника ИМС рассмотрена достаточно упрощенно.

Для того чтобы создать у читателя хотя бы самое общее представление о возможностях современных аналоговых и аналого-цифровых микросхем, в книге приведены наиболее важные параметры ряда современных промышленных типов ИМС.

При написании этой книги автор попытался осветить, наряду с чисто техническими вопросами, и основные исторические вехи в развитии аналоговой интегральной схемотехники, отметить наиболее яркие творческие удачи ее разработчиков. Все принципы построения микросхем, а также схем их применения, несомненно, являются продуктами творчества. Именно это обстоятельство и позволяет (конечно, с определенными оговорками) назвать аналоговую схемотехнику искусством. К этому можно добавить, что по количеству патентов аналоговая схемотехника многократно превосходит цифровую. А патент — это продукт творчества, не в меньшей степени, чем произведение искусства.

Автор предполагает, что читатели уже изучили основы электротехники и электроники и, в том числе, пусть на элементарном уровне, цифровую технику и начала теории автоматического управления. По цифровой технике можно рекомендовать, помимо уже упоминавшихся книг, прекрасно написанный учебник «Цифровая схемотехника» профессора Е.П. Угрюмова и «Основы цифровой электроники» Р. Токхейма. По теории автоматического управления различных по объему и научному уровню учебников очень много. Например, основные сведения содержит компактный учебник «Основы теории и элементы систем автоматического регулирования» В.В. Солодовникова, В.Н. Плотникова и А.В. Яковлева.

Автор выражает благодарность всем коллегам, принявшим участие в обсуждении материалов этой книги, и в особенности дочери Татьяне, взявшей на себя большой труд по технической подготовке текста и рисунков.