ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ. Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

А.В. Шарапов

 

АНАЛОГОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА

Учебное пособие

 

 

Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим

Центром высшего профессионального образования для межвузовского

Использования в качестве учебного пособия

 

 

 

Рецензенты: зав. кафедрой промышленной и медицинской электроники Томского политехнического университета, д-р техн. наук, проф. Г.С. Евтушенко;

зам. директора по научной работе НИИ автоматики и электромеханики при ТУСУРе, к.т.н. С.К. Земан;

к.т.н., доцент кафедры промышленной электроники ТУСУР В.А. Скворцов;

ст. преподаватель кафедры промышленной электроники ТУСУР Э.Ф. Сербин

 

Корректор: Миллер С.В.

 

 

Шарапов А.В.

Аналоговая схемотехника: Учебное пособие. - Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2006. - 193 с.

 

 

Представлены краткие теоретические сведения о характеристиках и параметрах полевых и биполярных транзисторов, схемы и методики расчета усилителей на их основе. Приведены основы теории операционных усилителей и примеры их применения. Изложены принципы построения схем генераторов гармонических колебаний и стабилизаторов постоянного напряжения.

Для студентов вузов радиоэлектронного профиля и инженеров-проектировщиков средств и систем автоматики и промышленной электроники.

 

Ó Шарапов А.В., 2006

Ó ТУСУР, 2006

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ.. 7

1 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ 16

1.1 Структурная схема усилительного устройства. 16

1.2 Классификация электронных усилителей. 16

1.3 Усилительные параметры.. 17

1.4 Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики. 18

1.5 Переходная характеристика. 20

1.6 Линейные и нелинейные искажения. 21

1.7 Амплитудная характеристика, динамический диапазон. 23

1.8 Способы связи между каскадами. 24

1.9 Классы усиления. 25

2 ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В УСИЛИТЕЛЯХ.. 29

2.1 Виды обратных связей. 29

2.2 Влияние ООС на стабильность коэффициента усиления. 31

2.3 Влияние ООС на нелинейные искажения. 32

2.4 Влияние ООС на величину входного и выходного сопротивлений усилителя 32

2.5 Амплитудно-частотная характеристика усилителя с ОС.. 33

2.6 Частотный критерий устойчивости усилителя с обратной связью. Запасы устойчивости по амплитуде и по фазе. 34

2.7 Пример расчета характеристик усилителя с ООС.. 36

3 ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СХЕМЫ И МАЛОСИГНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.. 39

3.1 Способы включения биполярного транзистора. 39

3.2 Характеристики транзистора при включении с общей базой. 40

3.3 Характеристики транзистора при включении с общим эмиттером 41

3.4 Т-образная схема замещения транзистора при включении с общей базой. 43

3.5 Т-образная схема замещения транзистора при включении с общим эмиттером.. 45

3.6 Н-параметры транзистора и их связь с параметрами физической эквивалентной схемы.. 46

3.7 Определение h-параметров по характеристикам транзистора 48

3.8 Типы полевых транзисторов. 49

3.9 Характеристики и малосигнальные параметры полевых транзисторов 51

3.10 Эквивалентные схемы замещения полевых транзисторов. 54

4 УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ... 56

4.1 Принцип работы и назначение элементов простейшего каскада УНЧ по схеме с общим эмиттером.. 56

4.2 Нагрузочные прямые постоянного и переменного тока. 57

4.3 Анализ каскада в области средних частот. 59

4.4 Анализ каскада в области нижних частот. 60

4.5 Анализ каскада в области верхних частот. 63

4.6 Результирующие характеристики каскада. 64

5 ТЕМПЕРАТУРНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА.. 67

5.1 Цепи смещения с фиксированным током базы и фиксированным током эмиттера. 67

5.2 Цепь смещения с эмиттерной стабилизацией рабочей точки транзистора. 69

5.3 Цепь смещения с комбинированной отрицательной обратной связью по постоянному току. 71

6 КАСКАД С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ ПРИ РАБОТЕ В РЕЖИМЕ БОЛЬШОГО СИГНАЛА.. 72

6.1 Выбор режима работы транзистора. 72

6.2 Пример расчета усилительного каскада. 76

7 ШИРОКОПОЛОСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ.. 82

7.1 Особенности формирования АЧХ широкополосных усилителей 82

7.2 Схемы высокочастотной коррекции. 83

7.3 Схема низкочастотной коррекции. 84

8 УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ ПО СХЕМАМ С ОБЩЕЙ БАЗОЙ И ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ... 86

8.1 Каскад с общей базой. 86

8.2 Каскад с общим коллектором.. 87

8.3 УНЧ с гальванически связанными каскадами ОЭ-ОК.. 90

9 УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ.. 92

9.1 Каскад по схеме с общим истоком.. 92

9.2 Анализ каскада в области средних и верхних частот. 93

9.3 Каскад с последовательной ООС по току. 96

10 УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ.. 100

10.1 Трансформаторный выходной каскад в режиме класса А 100

10.2 Трансформаторный выходной каскад в режимах В и АВ 103

10.3 Влияние трансформатора на частотную характеристику усилителя 106

10.4 Бестрансформаторные выходные каскады.. 107

10.4.1 Выходные каскады в режиме класса В.. 107

10.4.2 Выходной каскад в режиме класса АВ.. 108

10.4.3 Каскад с вольтодобавкой. 111

10.4.4 Выходной каскад УНЧ с квазидополнительной симметрией 112

11 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ.. 114

11.1 Дифференциальный усилительный каскад. 114

11.2 Стабилизаторы тока. 118

11.3 Операционный усилитель. 120

11.4 Основные параметры и типовые схемы включения операционных усилителей. 122

12 ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ.. 126

12.1 Инвертирующий усилитель постоянного тока. 126

12.2 Неинвертирующий усилитель постоянного тока. 129

12.3 Дифференциальный УПТ.. 131

12.4 Аналоговый сумматор. 133

12.5 Аналоговый интегратор. 133

12.6 Усилители переменного напряжения. 137

12.7 Усилители с токовым выходом.. 138

12.8 Усилители тока. 140

12.9 Амплитудный детектор. 141

12.10 Выпрямитель среднего значения. 142

12.11 Преобразователи сопротивления в напряжение. 143

12.12 Пример расчета погрешностей измерительного УПТ.. 146

13 ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ.. 150

13.1 Резонансный усилитель с параллельным LC-контуром 150

13.2 Каскодный усилитель. 153

13.3 Избирательный усилитель типа RC со сложной ООС.. 155

13.4 Активные фильтры нижних и верхних частот. 157

14 ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ.. 158

14.1 Структурная схема генератора. Условия баланса фаз и амплитуд. 158

14.2 Автогенератор с трансформаторной обратной связью.. 160

14.3 Трехточечные генераторы.. 163

14.4 Кварцевая стабилизация частоты.. 164

14.5 Автогенератор с трехзвенной RC-цепью.. 167

14.6 Автогенератор с мостом Вина. 169

14.7 Генератор с независимым возбуждением.. 170

14.8 Автогенератор на туннельном диоде. 173

15 СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ.. 175

15.1 Классификация стабилизаторов постоянного напряжения 175

15.2 Параметрический стабилизатор напряжения на кремниевом стабилитроне. 176

15.3 Источник опорного напряжения. 178

15.4 Компенсационный стабилизатор напряжения. 179

15.5 Стабилизатор на операционном усилителе с ограничением выходного тока. 181

15.6 Микросхемы стабилизаторов постоянного напряжения 183

Приложение А.. 185

ЛИТЕРАТУРА.. 187

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.. 188