Шамшин В.Г. Основы схемотехники (2008)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮДальневосточный государственный технический университет(ДВПИ им. В.В. Куйбышева)В.Г. ШамшинОсновы схемотехники(Учебно-методический комплекс)учебное пособиедля студентов радиотехнических специальностейВладивосток20083ПредисловиеКурс "Основы схемотехники" является одним из основополагающихобщепрофессиональных дисциплин при подготовке специалистов в областирадиотехники.Учебное пособие представляет собой учебно-методический комплекс,содержащий непосредственно учебное пособие, в котором представлен теоретический материал курса, а также учебно-методические материалы. Теоретическая часть состоит из разделов, в каждом из которых рассмотрены основные соответствующие сведения об аналоговых электронных устройствах.Учебно-методические материалы представлены выдержками из рабочей программы дисциплины, примерами решения отдельных задач по разделам курса, основными требованиями по выполнению курсовой работы, материаламиитогового контроля по дисциплине в виде итогового теста и примерного перечня экзаменационных вопросов.Пособие не заменяет учебники, а поэтому не содержит подробных выводов формул, описаний различных вариантов решения схемотехническихзадач.

При подготовке материала пособия предполагалось, что студенты ужеобладают необходимыми знаниями основ теории электрических цепей, электронных и полупроводниковых приборов и т.д. В пособии также отсутствуютметодики расчетов электронных схем. Контролирующие материалы представлены частью отдельными вопросами для самопроверки и возможнымивариантами тестов и экзаменационных вопросов.

В связи с этим последниемогут иметь отличия от конкретных экзаменационных заданий.Пособие может быть использовано непосредственно в ходе учебногопроцесса по дисциплине и для самоподготовки студентов.4СодержаниеПредисловие1. Общие сведения об усилителях1.1. Классификация усилителей1.2. Основные параметры и характеристики усилителей1.3. Усилитель как четырехполюсникВопросы для самопроверки2. Основы теории обратных связей2.1. Классификация обратных связей2.2.

Влияние обратной связи на основные параметры2.3. Влияние обратной связи на основные характеристики2.4. Устойчивость усилителей с обратной связьюВопросы для самопроверки3. Режимы работы усилительных каскадов3.1. Принцип работы усилителя3.2. Классы работы усилительных каскадов3.3. Методы задания режима работы3.4. Температурная стабильность режима3.5. Методы уменьшения влияния температурыВопросы для самопроверки4.

Типовые каскады усиления4.1. Каскад с общим эмиттером4.2. Каскад с общим истоком4.3. Каскад с общей базой4.4. Каскад с общим коллектором4.5. Усиление импульсных сигналов4.6. Трансформаторные каскадыВопросы для самопроверки5. Коррекция показателей5.1. Методы повышения коэффициента усиления5.2. Низкочастотная коррекция5.3. Простая параллельная высокочастотная коррекция5.4. Высокочастотная коррекция ООС "Z" – типаВопросы для самопроверки6.

Усилители мощности6.1. Бестрансформаторные каскады6.2. Трансформаторные каскады6.3. Фазоинверсные каскады6.4. Методы улучшения показателейВопросы для самопроверки7. Усилители постоянного тока7.1. Построение усилителей постоянного тока7.2. Дифференциальные каскады5377915161717212224262629313437414243515354565860616164666971727379828487888889Вопросы для самопроверки8. Операционные усилители8.1. Параметры и характеристики ОУ8.2. Схемы включения ОУ8.3. Статические погрешности ОУ8.4. Функциональные схемы на базе ОУВопросы для самопроверки9. Избирательные усилители9.1.

Резонансные усилители9.2. Усилители с RC- цепямиВопросы для самопроверки10. Генераторы гармонических колебаний10.1. Условия и режимы самовозбуждения10.2. Генераторы с резонансными цепями10.3. RC-генераторыВопросы для самопроверки11. Регулирование усиления11.1. Классификация устройств регулирования11.2. Характеристики и параметры устройств регулирования11.3. Принципы и методы регулированияМатериалы к практическим занятиямПриложение1. Классификация и обозначение полупроводниковых приборов2. Параметры и характеристики полупроводниковых приборов3.

Элементы интегральных микросхем4. Пассивные элементыБиблиографический список694959698102104114115116117120121121123126129130130131132138157159166169175Основы схемотехникиСхемотехника (circuit technique) - научнотехническое направление, охватывающее проблемыпроектирования и исследования схем электронныхустройств радиотехники и связи… Основная задачасхемотехники определение структуры электронныхсхем, обеспечивающих выполнение определённыхфункций, и расчёт параметров входящих в них элементов. (БСЭ)Аналоговые электронные схемы — это такие схемы, в которых сигналы могут существовать в непрерывном диапазоне величини каждая из них одинаково значима. (БСЭ)Усилитель обеспечивает увеличениеи достоверное воспроизведение подаваемого на его вход сигнала.

(БСЭ)71. Общие сведения об усилителяхПод усилением понимается процесс управления энергией источникапитания под воздействием сигнала управления. Устройство, с помощью которого производится процесс преобразования энергии источника питания ввыходную энергию, называется усилителем. Усиление сигнала осуществляется при помощи активных элементов (транзисторов, электронных ламп). Вобщем случае любое усилительное устройство содержит три основных блока(каскада): входной, промежуточный и выходной (рис.1.1).Рис.1.1. Блок-схема построения усилителяВходной каскад служит для согласования источника сигнала с основным трактом усиления. Промежуточные каскады обеспечивают необходимоеусиление, достаточное для возбуждения выходного. Выходной каскад предназначен для согласования с сопротивлением нагрузки и передачи в нее заданной мощности, напряжения, тока.1.1.

Классификация усилителейДля усилителей принята следующая классификация.По характеру усиливаемых сигналов различаются линейные (аналоговые) усилители, предназначенные для усиления периодических сигналов, иимпульсные усилители, служащие для усиления электрических импульсовразличной формы и длительности.В зависимости от диапазона усиливаемых частот усилители делятся на:- усилители постоянного тока, способные работать с медленно меняющимися сигналами, низшая частота усиления которых близка к нулю, илиимеющих в своем составе постоянную составляющую;- усилители низкой частоты, предназначенные для усиления гармонических сигналов в определенном диапазоне частот (∆f = fв - fн) не превышающем 200 кГц;- широкополосные усилители, работающие в широком диапазоне частот (высшая частота fв усиления может составлять несколько мегагерц);8- избирательные усилители, усиливающие электрические сигналы в узком диапазоне частот, подразделяющиеся в свою очередь на резонансные иполосовые.

Одним из видов избирательных усилителей являются усилителивысокой частоты, предназначенные для усиления модулированных сигналов.Так как основным назначением усилителей является увеличение заданного электрического параметра, то по назначению различаются усилителинапряжения (Rвх>>Rг, Rн>>Rвых), тока (Rвх<<Rг, Rн<<Rвых) и мощности.По построению отдельных каскадов усилительные схемы подразделяются на однотактные, двухтактные, фазоинверсные или дифференциальные(рис.1.2). В первой схеме входной сигнал может быть подан от одного источника управления, в выходной цепи снимается также один сигнал (несимметричные вход и выход).Рис.1.2. Виды усилительных каскадовВо второй схеме управление производится двумя входными сигналами(симметричный вход), выходной сигнал один. В следующей схеме входнойсигнал может быть подан от одного источника управления, но к выходнаяцепь содержит два выхода (симметричный выход).

Последняя схема характеризуется наличием симметричного входа и симметричного выхода.Усилители имеют различные способы связи между каскадами, а такжес источником сигнала и нагрузкой, вследствие чего носят соответствующиеназвания (рис.1.2):Рис.1.3. Виды межкаскадных связей- усилители с непосредственной (гальванической) связью;- усилители с трансформаторной связью;- усилители с емкостной связью (RC-связью);- усилители с оптронной связью.91.2. Основные параметры и характеристики усилителейУсилительные устройства характеризуются соответствующими количественными и качественными показателями. К ним относятся:1.Входные и выходные данные, оценивающие амплитуду входного(управляющего) напряжения Uвх, входного Zвх и выходного Zвых сопротивлений, значения выходного напряжения Uвых и мощности Рвых.Дополнительным параметром является уровень собственных шумовусилителя еш.

Появление шумов на выходе усилителя при отсутствии входного сигнала обусловлено флуктуациями напряжения, возникающими припрохождении тока через резисторы (тепловой шум сопротивлений), и собственными шумами транзисторов и электронных ламп. Также источникамишума являются наводимые внешними электрическими и электромагнитнымиполями наводки, а также наличие пульсаций питающего напряжения выпрямителей. Чтобы полезный сигнал был четко различим при наличии шума,минимальный уровень входного сигнала должен быть выше на заданный коэффициент превышения Кпр. Следовательно, минимальная амплитуда входного сигнала находится произведением коэффициента превышения и уровнем шумаUвхmin = еш · Кпр.(1.1)Источник управляющего сигнала характеризуется ЭДС Ег, внутреннимсопротивлением Rг и динамическим диапазоном Dc= Егмах/ Егмin.2. Коэффициенты усиления по напряжению Кu, току Кi и мощности КрKu =РU выхI, K I = вых , К р = вых = К u × К i .I вхРвхU вх(1.2)Коэффициент усиления – есть отношениепараметра выходного сигнала к соответствующему параметру входного.В большинстве случаев один усилительный каскад не способен обеспечить общее усиление.

Поэтому при недостаточном усилении одного каскадамогут использоваться многокаскадные схемы (рис.1.3), обеспечивающие требуемый уровень усиления.Рис.1.3. Многокаскадный усилитель10Таким образом, в общем случае усилительное устройство состоит изопределенного числа каскадов, в которых выходной сигнал предыдущегокаскада является входным сигналом последующего каскада. Количество используемых в усилителе каскадов определяется коэффициентами усилениякаждого каскада и требуемым общим коэффициентом усиления.Для многокаскадных схем общий коэффициент усиления определяетсяусилением отдельных каскадов. Так как коэффициент усиления может определяться в относительных или логарифмических единицах - в децибелах (дБ)КUдБ = 20lgKU, то общий коэффициент усиления находится по формуламK=UUUвых2 = вых2 × вых1 = К × К × К1 2 nUUUвх1вх2вх1(1.3)КдБ = К1дБ + ...+ КNдБ.Так как источник управляющего сигнала и входная цепь усилителя обладают своими сопротивлениями, то входная цепь обладает также своим коэффициентом передачи, уменьшающим общее усиление.