1629216643-4191d351b78f7037da79c6d0fc355cfb (845978)
Текст из файла
Федеральное агентство по образованиюНациональный исследовательский ядерный университет«МИФИ»А.К. ОсиповБАЗОВЫЕ КАСКАДЫЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМУчебное пособиеМосква 2009УДК 621.382.049.77(075)ББК 32.852я7О 74Осипов А.К. Базовые каскады электронных схем. Учебное пособие. —М.: НИЯУ МИФИ, 2009. — 84 с.Рассмотрены базовые каскады полупроводниковых и микроэлектронных схем,в том числе операционных усилителей, построенные на биполярных и полевыхтранзисторах.
Показано, как с помощью эквивалентных электротехнических схемтранзисторов находятся основные параметры и характеристики усилительныхкаскадов. Приведены сведения об обратных связях, являющихся одним изосновных методов стабилизации линейных усилителей. В приложениях даныпримеры расчетов пассивных цепей, наиболее часто используемых в электронныхсхемах, и контрольные вопросы.
Содержание учебного пособия соответствуетпрограмме курса «Электротехника, электроника и основы микроэлектроники».Предназначено для студентов специальности «Вычислительные машины,комплексы, системы и сети», а также студентов, специализирующихся в областиавтоматики и физического эксперимента.Рецензент д-р техн. наук, проф. Ю.А. ВолковРекомендовано редсоветом НИЯУ МИФИ в качестве учебного пособияISBN 978-5-7262-1187-9© Национальный исследовательский ядерныйуниверситет «МИФИ», 2009ОглавлениеПредисловие ................................................................................................ 4Глава 1.
Базовые каскады электронных схем ........................................... 61.1. Принципы действия усилительных каскадов .............................. 61.2. Общие характеристики линейных усилителей .......................... 111.3. Режим усилительного каскада .................................................... 191.4. Каскады в области средних частот .............................................
221.5. Переходные и частотные характеристики каскадов ................. 30Глава 2. Интегральные операционные усилители ................................. 352.1. Дифференциальный каскад ......................................................... 352.2.
Каскады согласования уровней ................................................... 392.3. Выходные каскады ....................................................................... 422.4. Частотные характеристики операционного усилителя ............. 442.5. Применение операционных усилителей в аналоговыхустройствах ................................................................................. 482.5.1. Усилитель тока .................................................................. 492.5.2. Суммирующий усилитель ................................................ 522.5.3. Неинвертирующий усилитель .........................................
532.5.4. Интегрирующий усилитель ............................................. 54Глава 3. Усилители с обратными связями .............................................. 573.1. Классификация видов обратной связи ....................................... 573.2. Последовательная отрицательная обратная связь понапряжению ................................................................................. 583.3.
Усилители с положительной обратной связью.......................... 623.4. Параллельная отрицательная обратная связь по току............... 623.5. Последовательная отрицательная обратная связьпо току ......................................................................................... 643.6. Параллельная отрицательная обратная связьпо напряжению............................................................................ 66Приложение 1. Методы анализа и расчета электронных схем .............
69Приложение 2. Контрольные вопросы ................................................... 79Список литературы ................................................................................... 813ПредисловиеВ настоящем учебном пособии рассматриваются принципыдействия простейших усилительных каскадов на биполярных иполевых транзисторах, их основные параметры и характеристики.Эти каскады являются базовыми как в полупроводниковой (надискретных элементах), так и в микроэлектронной технике. Вместес тем, как показывает многолетняя практика, этот раздел курса«электротехника и электроника: основы микроэлектроники» является одним из наиболее трудных для студентов впервые профессионально знакомящихся с электроникой.В первой главе анализируются каскады в области среднихчастот.
Кратко рассмотрены переходные и частотные характеристики. Предполагается, что читатель знаком с принципомдействия, параметрами и характеристиками биполярных и полевыхтранзисторов, например, по книгам [1, 2]. В пособии используетсяТ-образная эквивалентная схема биполярного транзистора, традиционная для МИФИ; для полевых транзисторов принята П-образная эквивалентная схема.
Внешние параметры усилителейнаходятся на основе анализа эквивалентных электрических схем,отражающих связь с физическими параметрами транзисторов,резисторов, конденсаторов. Анализ быстродействия схем проводится операторным методом [3, 4, 5]. В прил. 1 для справки приводятся некоторые сведения о нем.
Анализ ограничивается, по сутидела, решением уравнений первой степени. Несмотря на определенную неточность, результаты расчета получаются достаточнонаглядными, что очень важно на данном этапе обученияэлектронике.Вторая глава пособия посвящена каскадам интегральных операционных усилителей, занимающих значительное место в современной аналоговой электронной технике. Рассматриваются структурные элементы, влияющие на внешние характеристики опера4ционных усилителей: дифференциальные и выходные каскады,каскады согласования уровней. Наконец, на основе простой эквивалентной схемы операционного усилителя анализируются несколько наиболее употребительных усилительных схем.В третьей главе пособия рассматриваются вопросы использования обратных связей, являющихся одним из основных методовулучшения качественных показателей усилителей.
При этом авторстремился изложить материал в наиболее простом и наглядномвиде, несмотря на неизбежные в этом случае неточности.Для самопроверки в прил. 2 сформулированы контрольныевопросы по главам пособия.5Глава 1Базовые каскады электронных схем1.1. Принципы действия усилительных каскадовВ аналоговых и цифровых микросхемах используется способность биполярных и полевых транзисторов усиливать подаваемыйна их вход сигнал. Различают усиление по мощности, напряжениюи току. Рассмотрим принцип усиления сигнала на примере схемы,показанной на рис. 1.1. Здесь база биполярного транзистора является общей для входной и выходной цепей. Поэтому такое включение транзистора называется схемой с общей базой (ОБ).
Входнойсигнал U вх создает на входе транзистора ток эмиттера I э . В коллекторной цепи будет протекатьток I к , слабо отличающийся отРис. 1.1тока эмиттера: I к = α N I э , гдеобычно α N = 0,97 − 0,99 . Выходной сигнал снимается с нагрузочного резистора Rк . Он равен Δ U к = Rк I к ≈ Rк I э . Легко видеть,что в данной схеме ток не усиливается. Поэтому каскады усиленияОБ называют повторителями тока.
Зато при достаточно большомсопротивлении резистора Rк (когда Δ U к > U вх ) происходит усиление напряжения и мощности.Транзистор является существенно нелинейным прибором. Длятого чтобы он усиливал, эммитерный переход должен быть открыт,а коллекторный закрыт. Такой режим (область) работы транзистораназывается нормальным активным. Он характерен прежде всегодля линейных схем, где связь между входным и выходным сигна6лами носит линейный характер.
В нелинейных схемах транзисторработает в нормальной активной области во время переходногопроцесса. В стационарном состоянии транзистор может находитьсяв области отсечки, когда оба p–n перехода закрыты, в области насыщения, когда оба p–n перехода открыты. Используется такжеинверсная активная область, когда эммитерный переход закрыт,а коллекторный открыт.В электронной схеме предусматриваются цепи смещения, которые обеспечивают соответствующую область работы транзистора,линейный или нелинейный режимы. К цепям смещения предъявляется требование необходимой стабильности выбранного режима.Отдельные каскады схемы соединяются непосредственно (гальванически) или через разделительные конденсаторы и трансформаторы.
В ИС применяется главным образом гальваническая связь.Разделительные конденсаторы, занимающие много места в кристале ИС, не используются.Наряду со схемой ОБ биполярный транзистор включается посхеме с общим эммитером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК).Полевые транзисторы имеют также три схемы включения: с общимзатвором (ОЗ), с общим истоком (ОИ), с общим стоком (ОС).Схемы выполняются на биполярных n–p–n и p–n–p транзисторах,на полевых транзисторах как с каналом n, так и p-типа.На рис. 1.2,а показана простейшая схема включения транзистораОЭ. С помощью резистора Rб задается ток базы I б , резисторомRк при заданном токе базы (а следовательно, и токе коллектора)задается потенциал коллектора.
Входной сигнал подается черезразделительный конденсатор С1, нагрузка Rн подключается черезразделительный конденсатор С2. Выбор базового тока иллюстрируется рис. 1.2,б. Рабочая точка А определяется пересечениемвходной характеристики транзистора с так называемой нагрузочной прямой, уравнение которой U бэ = U ип − I б Rб . На рис.
1.2,в показан выбор той же рабочей точки в плоскости выходных ВАХтранзистора I к = f (U кэ ) . Рабочая точка определяется пересечением выходной ВАХ для заданного тока базы с нагрузочной прямой, описываемой уравнениемU кэ = U ип − I к Rк .7а)б)в)Рис. 1.2При подаче на вход усиливаемого сигнала изменяется напряжениеU бэ и ток базы I б , а вслед за ними ток коллектора. Для переменного тока конденсатор С2 представляет малое сопротивление. Поэтому переменная составляющая тока I к распределяется междусопротивлением Rк и нагрузкой Rн . Для переменной составляющей напряжения U к = U н эти сопротивления оказываются включенными параллельно.
На рис. 1.2,в показано расположение такназываемой динамической нагрузочной прямой (пунктир). Ее на8клон определяется параллельным соединением Rк | | Rн . С увеличением входного напряжения выходное напряжение уменьшается.Таким образом, каскад изменяет фазу входного сигнала на 180°. Онусиливает как мощность и напряжение, так и ток.Недостатком рассмотренной схемы является недостаточная стабильность режима. На рис. 1.3 показана схема ОЭ, где режим стабилизируется с помощью резистора Rэ . Здесь и в дальнейшем источник сигнала представлен в виде ЭДС U г и сопротивления Rг .Потенциал базы задается делителем R1–R2. Но наличие Rэ ухудшает коэффициент усиления напряжения. Поэтому Rэ закорачивается по переменному току конденсатором Сэ , называемым блокирующим.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
