А. Красько - Схемотехника аналоговых электронных устройств

Изучение дисциплины «Схемотехника аналоговых электронных устройств» («Схемотехника АЭУ») необходимо в плане создания аналоговых устройств и их применения при разработке аналоговых трактов различных радиоэлектронных средств.

Данное учебное пособие не дает полного изложения материала в части получения строгих расчетных соотношений, указывая лишь методику их получения. В определенной степени оно схоже с учебными пособиями [1,2]. Но, в отличие от последних, данное пособие содержит не только тот минимум материала, который необходим студенту для понимания физических основ функционирования АЭУ, а еще и расчетные соотношения, позволяющие проектировать АЭУ. При необходимости более глубокого рассмотрения отдельных теоретических вопросов рекомендуется воспользоваться литературой, на которую есть ссылки в соответствующих разделах пособия. Естественным образом предполагается, что студент, приступивший к изучению курса "Схемотехника аналоговых электронных устройств", в достаточной мере владеет необходимыми математическими навыками, знаком с основными понятиями в области теории электрических цепей и полупроводниковых приборов.

Одна из основных функций, реализуемых аналоговыми устройствами, — усиление. Поэтому в курсе АЭУ особое внимание уделяется усилительным устройствам (УУ).

УУ называется устройство, предназначенное для повышения (усиления) мощности входного сигнала. Усиление происходит с помощью активных элементов за счет потребления мощности от источника питания. В УУ входной сигнал лишь управляет передачей энергии источника питания в нагрузку.

В качестве активных элементов чаще всего применяются транзисторы, такие УУ принято называть полупроводниковыми, или транзисторными.

УУ принято классифицировать по ряду признаков:

▶ по характеру усиливаемых сигналов — УУ непрерывных (гармонических) и УУ импульсных сигналов;

▶ по диапазону рабочих частот — УУ постоянного тока ( f н =0 Гц) и УУ переменного тока. В свою очередь, УУ переменного тока в учебной литературе (и в данном пособии) подразделяются на:

◆ усилители звуковых частот (от 20 до 20000 Гц) или низкочастотные усилители;

◆ усилители высоких частот (ВЧ) ( f в до 300 МГц);

◆ усилители сверхвысоких частот (СВЧ) ( f в ›300 МГц).

В специальной литературе принято классифицировать УУ переменного тока по диапазону рабочих частот согласно таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Границы частотных диапазонов

Кроме того, УУ ВЧ и СВЧ диапазонов подразделяются на:

• узкополосные ( f в / f н <2, ( f в – f н )≪ f 0);

где f 0 — средняя частота рабочего диапазона УУ;

• широкополосные ( f в / f н >2).

▶ импульсные усилители классифицируются по длительности усиливаемых импульсов на микро-, нано- и пикосекундные;

▶ по типу активных элементов УУ подразделяются на ламповые, транзисторные, квантовые и др.;

▶ по функциональному назначению УУ подразделяются на усилители напряжения, тока и мощности;

▶ по назначению УУ подразделяются на измерительные, телевизионные и т.д.

Кроме рассмотренных основных признаков УУ могут классифицироваться по ряду дополнительных признаков — числу каскадов, типу питания, конструктивному исполнению и т.д.

Рисунок 2.1. Структурная схема усилителя

Технические показатели УУ представляют собой количественную оценку его свойств. К техническим показателям относятся (рис. 2.1):

◆ входное сопротивление Z вх . Чаще всего Z вх носит емкостной характер;

◆ выходное сопротивление Z вых . Чаще всего Z вых носит так же емкостной характер;

◆ коэффициенты передачи:

• по напряжению или просто :

где φ — фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами.

Значение |K| на средних частотах рабочего диапазона УУ, обозначаемого как K 0, называют коэффициентом усиления.

В логарифмических единицах:

K 0, dB = 20lg K 0.

Для n-каскадных УУ (каскады включены последовательно):

K Σ= K 1* K 2* … K n ,

K Σ,dB = K 1, dB + K 2, dB + … + Kn , dB ;

• по току :

Для n-каскадных усилителей K I Σ в относительных и логарифмических единицах определяются аналогично K Σ.

• по мощности K P :

K P = P вых / P вх .

Для n-каскадных усилителей K P Σ в относительных и логарифмических единицах определяются аналогично K Σ, только

K P , dB = 20lg K p .

• сквозные коэффициенты, например, сквозной коэффициент передачи по напряжению :

где E c — ЭДС источника сигнала.

◆ коэффициент полезного действия: