Учебное пособие "Проектирование и расчет аналоговых и цифровых схем электро- и радиоизмерительной техники"

На прошлой неделе было издано учебное пособие "Проектирование и расчет аналоговых и цифровых схем электро- и радиоизмерительной техники" по дисциплине "Метрология и радиоизмерения" для студентов направления подготовки 11.03.01 "Радиотехника". Автор пособия - старейший преподаватель кафедры радиотехники, профессор Вячеслав Иванович Цветков, выпускник Академии им. А.Ф. Можайского 1958 года.

        В наше время, пожалуй, самыми распространенными являются промышленные устройства, изготовленные с использованием элементов электронной вычислительной техники. Наиболее применяемая современная цифровая вычислительная техника строится на электронных логических, или цифровых, элементах. Основным электронным элементом аналоговой вычислительной техники является операционный усилитель. Внедрению логических элементов и операционных усилителей в самых разнообразных устройствах, вплоть до детских игрушек, нет предела. Именно поэтому при выборе тем для курсовой работы оказались измерительные генераторы периодических колебаний разной формы и цифровой вольтметр, строящиеся на этих основных электронных элементах цифровой и аналоговой вычислительной техники.

       Одна из первых вычислительных машин была изобретена французским математиком, физиком и философом Блез Паскалем (1623 – 1662) в 1642 – 44 годах. Свою счетную машину Блез Паскаль предназначал для счета денег отцу, работающему сборщиком налогов. Все первые многочисленные разнообразные вычислительные машины и устройства в прошлом создавались на аналоговых элементах в основном механических и позднее – электромеханических и электромагнитных. Например, на бомбардировщиках в конце 2-ой мировой войны между легко вращающимся по горизонтали и вертикали прицелом стрелка- радиста и удаленной от него пушкой стоял прицельно- вычислительный блок в виде восьмиугольного замкнутого большого и тяжелого ящика, поставленного на попа. Блок рассчитывал ошибки, возникающие от удаленных прицела и пушки, относительного движения стрелка и цели (самолета противника), давления забортного воздуха и многих других причин. По рассчитанной ошибке следящие автоматические системы между прицелом и пушкой осуществляли дополнительный разворот пушки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Вычислительный блок состоял из различных счетно- решающих электромеханических и электромагнитных узлов.

       В.И. Цветков в сентябре 1957 г. был на преддипломной стажировке в авиационной дивизии г. Тирасполя. Ему необходимо было ознакомиться с аналоговой вычислительной системой «Горизонт», предназначенной для одновременного наведения одного истребителя на самолет противника. В системе «Горизонт» над крупномасштабной картой здешней местности перемещалась рейка с расположенном на ней и перемещающемся по ней отметчике, печатающем на карте траектории истребителя и цели в виде точек и крестиков. Командир, рассчитывающий относительное расположение перемещающихся крестиков и точек сообщал по радио пилоту истребителя координаты самолета противника.

       Приехав в альма-матер (Военно-воздушную инженерную академию им. А.Ф. Можайского) г. Ленинграда, В.И.Цветков узнал о том, что ему предстоит выполнить дипломный проекта в Москве. Действительно, дипломный проект выполнялся (с октября 1957 по март 1958) в НИИ-4 ГАУ (Главного артиллерийского управления), разрабатывающем цифровую вычислительную машину в системе «Луч» для одновременного наведения 50-ти истребителей на цели противника. Кстати, тема дипломного проекта была «Оперативное (!) запоминающее устройство на магнитном барабане», командами были двоичные шестиразрядные коды, быстродействие 100 операций в секунду.

      О возникновении и сути операционных усилителей и логических, или цифровых, элементах, являющихся основными элементами современной вычислительной техники и использующихся в темах курсовых работ, рассказано в главах  учебного пособия. В первой главе подробно рассматривается работа операционного усилителя и сообщаются основные сведения о цифровой технике. Вторая глава посвящена электронным измерительным генераторам синусоидальных колебаний, двуполярных прямоугольных импульсов, пилообразных напряжений и электронных компараторов на операционных усилителях с примерами для выполнения курсовой работы. В третьей главе рассматриваются разные варианты компоновки и работы цифрового вольтметра в виде разных функциональных схем с одним примером, т.к. перевод функциональных схем цифровой техники в их принципиальные аналоги с применением промышленных логических элементов особых трудностей не представляет.

     Автор очень благодарен рецензентам - К.Ф. Гласману (профессору кафедры телевидения СПбГИКиТ) и Г.А. Брякалову (ВКА им. А.Ф. Можайского) за внимательное прочтение рукописи и сделанные существенные замечания, а также благодарит заведующую лабораторией Ю.В. Косову, инженеров кафедры С.П. Иванова и  О.Г. Новикову, ассистента С.В. Перелыгина и студентку Дарью Белоус за терпеливую работу по подготовке рукописи к выходу в печать.