Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования
“Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники”
Кафедра радиотехнических устройств
Э.Г. Попов
ОСНОВЫ АНАЛОГОВОЙ ТЕХНИКИ
Учебное пособие для студентов радиотехнических специальностей
Минск 2005
УДК 621.375.4 (075.8) ББК 32.846 я 73
П58
Ре ц е н з е н т ы:
Шатило Н.И. канд. тех. наук, доц. кафедры Защиты информации ФТК БГУИР Хехнев Р.Г. канд. тех. наук, доц. кафедры Электроники Высшего радиотехнического колледжа
|
Попов Э.Г. |
|
П 58 |
Основы аналоговой техники. Учеб. пособие для студ. радиотехниче- |
|
|
ских спец. - Мн.: БГУИР, 2006 - 276 с: ил. |
|
|
ISBN 985-444-914-9 |
|
|
В учебном пособии изложен систематический курс по аналоговым элек- |
|
|
тронным устройствам. Главное внимание уделено рассмотрению и анализу усили- |
|
|
тельных устройств, являющихся основой аналоговой техники. Последовательно из- |
|
|
лагаются вопросы, посвященные параметрам усилителей, |
использованию различ- |
|
ных видов обратных связей и их влиянию на свойства усилителей. Описываются ра- |
|
|
бота различных каскадов усиления аналоговых сигналов, подробно анализируются |
|
|
их характеристики, возможности применения. |
|
|
Учебное пособие предназначено для студентов радиотехнических специ- |
|
|
альностей. |
|
ISBN 985-444-914-9 |
УДК 621.375.4 (075.8) |
|
|
|
ББК 32.846 я 73 |
© Попов Э.Г., 2005 © БГУИР, 2005
2
СО Д Е Р Ж А Н И Е
1.АЭУ. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ………………. 3 1.1. Назначение, область применения, классификация аналоговых
электронных устройств…………………………………………………… 3
1.2.Усилитель как основной элемент АЭУ………………………………. 5
1.3.Классификация усилителей…………………………………………… 6
1.4.Параметры усилителей………………………………………………… 8
1.4.1.Выходные и входные данные………………………………………… 8
1.4.2.Коэффициенты усиления…………………………………………….. 9
1.4.3.Частотная и фазовая характеристики ………………………………. 12
1.4.4.Переходная характеристика…………………………………………. 21
1.4.5.Линейные искажения…………………………………………………. 23
1.4.6.Связь между частотной, фазовой и переходной
характеристиками…………………………………………………………… 27
1.4.7.Помехи и собственные шумы в АЭУ ………………………………. 28
1.4.8.Амплитудная характеристика………………………………………. 32
1.4.9.Нелинейные искажения…………………………………………….... 33
1.4.10.Потребляемая мощность и коэффициент полезного действия …... 34
2.УСИЛИТЕЛЬ (АЭУ) КАК ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИК…………………… 35
2.1.Основные определения………………………………………………… 35
2.1.1.Четырехполюсники, их параметры и эквивалентные схемы………. 35
2.1.2.Определение показателей усилителя через параметры четырехполюсника………………………………………………………..…. 37
2.2.Использование обратной связи в АЭУ………………………………… 40
2.2.1.Виды обратной связи…………………………………………………. 40
2.2.2.Использование параметров четырехполюсника для описания усилителей с обратной связью……………………………………………… 43
2.2.3.Коэффициент петлевого усиления и глубина обратной связи.…….. 45
2.2.4.Влияние обратной связи на коэффициент сквозного усиления……. 47
2.2.5. Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления усилителя…………………………………………………… 50
2.2.6.Влияние обратной связи на стабильность усилителя……………….. 53
2.2.7.Влияние обратной связи на частотную, фазовую и
переходную характеристики усилителя……………………………………. 54
2.2.8.Влияние обратной связи на нелинейные искажения, шумы
идинамический диапазон усилителя……………………………………….. 56 3. РАБОТА АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА В УСИЛИТЕЛЬНОЙ СХЕМЕ… 58 3.1. Схемы включения биполярных транзисторов………………………… 58
3.1.1.Включение биполярного транзистора по
схеме с общим эмиттером………………………………………………….. 58 3.1.2. Включение биполярного транзистора по схеме с общей базой……. 68
3
3.1.3. Включение биполярного транзистора по схеме с общим коллектором……………………………………………………….. 72
3.2.Схемы включения полевых транзисторов……………………………. 77
3.2.1.Общие сведения………………………………………………………. 77 3.2.2. Включение полевого транзистора по схеме с общим истоком…….. 79 3.2.3. Включение полевого транзистора по схеме с общим затвором……. 83
3.2.4.Включение полевого транзистора по схеме с общим стоком……….87
3.3.Режимы работы активных элементов………………………………….. 89
3.3.1.Общие положения…………………………………………………….. 89
3.3.2.Режим А………………………………………………………………... 91
3.3.3.Режим В………………………………………………………………... 93
3.3.4.Режим С………………………………………………………………... 97 3.3.5.Режим D………………………………………………………………… 97
3.4.Цепи питания активных элементов……………………………………. 98
3.4.1.Общие положения…………………………………………………….. 98
3.4.2.Подача смещения фиксированным током базы…………………….. 102
3.4.3.Подача смещения фиксированным напряжением базы……………. 103
3.4.4.Эмиттерная стабилизация……………………………………………. 107
3.4.5.Коллекторная стабилизация………………………………………….. 110
3.4.6.Использование генераторов стабильного тока
вцепях питания транзисторов……………………………………………... 112
3.4.7.Цепи питания полевых транзисторов………………………………... 114 4. КАСКАДЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ……………………... 116
4.1.Общие сведения…………………………………………………………. 116
4.2.Транзисторный резисторный каскад…………………………………... 117
4.2.1.Частотная характеристика. Область средних частот……………….. 122
4.2.2.Частотная характеристика. Область нижних частот……………….. 126
4.2.3.Частотная характеристика. Область верхних частот……………….. 130
4.2.4.Переходная характеристика транзисторного резисторного каскада………………………………………………………... 134
4.3.Резисторный каскад на полевом транзисторе…………………………. 140
4.3.1.Принципиальная и общая эквивалентные схемы…………………… 140
4.3.2.Частотная характеристика. Область средних частот ………………. 142
4.3.3.Частотная характеристика. Область нижних частот……………….. 143
4.3.4.Частотная характеристика. Область верхних частот………………. 146
4.4.Широкополосные каскады и коррекция частотных характеристик… 148
4.4.1.Общие положения…………………………………………………….. 148
4.4.2.Влияние цепи RЭ,CЭ (RИ,CИ) на работу резисторного каскада…….. 149
4.4.3.Высокочастотная индуктивная коррекция………………………….. 152
4.4.4.Низкочастотная коррекция………………………………………...… 157
4.5.Трансформаторный каскад……………………………………………… 160
4.5.1.Эквивалентная схема трансформатора………………………………. 160 4.5.2.Поедение транформаторного каскада в области средних частот…. 164
4.5.3.Поведение трансформаторного каскада в области низких частот… 165
4.5.4.Поведение трансформаторного каскада в области высоких частот…167
4
4.6. Специальные схемы каскадов предварительного усиления………… 170
4.6.1.Каскодный усилитель…………………………………………………. 170
4.6.2.Усилитель с распределенным усилением……………………………. 172
4.6.3.Повторители напряжения с улучшенными характеристиками……. 175
4.6.4.Дифференциальный каскад…………………………………………… 178
4.6.5.Усилитель с динамической нагрузкой………………………………. 184 5. КАСКАДЫ МОЩНОГО УСИЛЕНИЯ………………………………….. 186 5.1. Общие сведения…………………………………………………………. 186 5.2. Однотактные усилители мощности……………………………………. 189 5.3. Двухтактные усилители мощности. Общие сведения………………… 193
5.4.Двухтактная схема усилителя мощности………………………………. 195 5.5. Бестрансформаторные усилители мощности…………………………. 197 6. УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА………………………………… 209 6.1. Основные свойства усилителей постоянного тока……………………. 209 6.2. Усилители постоянного тока прямого действия………………………. 211 6.3. Усилители постоянного тока с преобразованием……………………... 214 6.4. Реактивные усилители………………………………………………….. 216 7. УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ………………………………… 219 7.1. Устойчивость усилителей с обратной связью………………………… 219 7.2. Критерий устойчивости Найквиста…………………………………… 220 7.3. Многокаскадные усилители с обратной связью……………………… 222 7.4. Методы увеличения глубины обратной связи в многокаскадных усилителях………………………………………………. 232
7.5. Паразитные обратные связи и борьба с ними………………………… 236 8. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ……………. 239 8.1. Общие положения………………………………………………………. 239 8.2. Основные параметры ОУ………………………………………………. 243 8.3. Основные схемы включения ОУ с ООС ……………………………… 245
8.3.1.Инвертирующий усилитель………………………………………….. 245
8.3.2.Неинвертирующее включение ОУ………………………………….. 246
8.3.3. Инвертирующий сумматор сигналов……………………………… 247
8.3.4.Интегрирующий усилитель………………………………………… 248
8.3.5.Активные фильтры на базе ОУ……………………………………… 251
8.3.6.Логарифмирующий и антилогарифмирующий усилители………… 257 9. РЕГУЛИРОВКИ В УСИЛИТЕЛЯХ…………………………………….. 259 9.1. Общие положения……………………………………………………… 259 9.2. Регулировка усиления………………………………………………….. 260 9.3. Регулировка тембра…………………………………………………….. 267
9.3.1.Общие положения…………………………………………………….. 267
9.3.2.Пассивные регуляторы тембра………………………………………. 268
9.3.3.Активные регуляторы тембра……………………………………….. 269
ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………… 272
5