- •Введение
- •1. Усилительные устройства. Общие сведения
- •1.1. Электронные системы, подсистемы и узлы
- •1.2. Основные компоненты электронных устройств
- •1.3. Усилительные устройства, основные определения
- •1.4. Классификация и структурная схема усилителей
- •1.5. Основные технические показатели усилителей
- •2.1. Усилитель на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общей базой
- •2.2. Усилитель на биполярном транзисторе, включенным по схеме с общим эмиттером
- •2.3. Усилитель напряжения по схеме с общей базой.
- •2.4. Усилитель на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим коллектором
- •2.5. Усилитель на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим истоком.
- •2.5. Усилитель на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим стоком
- •3. Частотные характеристики rc – усилителей напряжения в области средних, низких и верхних звуковых частот
- •4. Усилители мощности
- •4.1. Согласование источника сигнала с нагрузкой. Классификация усилителей мощности.
- •4.2. Однотактные усилители мощности.
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный
технический университет»
О.В. Николаев
УСИЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Утверждено Редакционно-издательским советом
университета в качестве учебного пособия
Воронеж 2012
УДК 681.3078
Николаев О.В. Усилительные устройства: учеб. пособие / О.В. Николаев. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012. 81 с.
В данной работе представлены основные понятия и методы теории цепей и сигналов и усилительных устройств. Учебное пособие предназначено для освоения основных понятий, изучаемых в теоретических основах радиоэлектроники.
Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальностям 090301 "Компьютерная безопасность", 090303 "Информационная безопасность автоматизированных систем", дисциплине "Электроника и схемотехника".
Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2007 и содержится в файле Усилительные устройства.docx.
Ил. 59. Библиогр.: 4 назв.
Рецензенты: ОАО «Концерн «Созвездие»
(канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник О.В. Поздышева);
канд. техн. наук, доц. Г.А. Остапенко
Николаев О.В., 2012
Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012
Введение
Настоящее учебное пособие написано в соответствии с программой курса «Электроника и схемотехника», читаемого студентам, обучающимся по специальности « …». При подготовке специалистов в этой области является актуальными знания теории усилительных устройств. Это определило и содержание учебного пособия.
Учебное пособие состоит из четырех разделов. Первый раздел знакомит обучаемых с общими сведениями из теории усилительных устройств. В разделе приведена классификация усилителей, структурные схемы и основные технические показатели. Второй раздел содержит основные сведения о RC - усилителях напряжения на биполярных и полевых транзисторах. В третьем разделе рассмотрены частотные характеристики RC - усилителей напряжения. В четвертом разделе рассмотрены усилители мощности.
Основное внимание в учебном пособии уделено физическим процессам, протекающим в усилительных устройствах, что дает возможность усвоить основные приемы расчета этих устройств, а также позволяет обучаемым в дальнейшем усвоить основные принципы построения радиоэлектронных устройств и аппаратуры.
1. Усилительные устройства. Общие сведения
1.1. Электронные системы, подсистемы и узлы
Предметом электронной техники является теория и практика применения электронных, ионных и полупроводниковых приборов в устройствах, применяемых в различных отраслях народного хозяйства. Гибкость, быстродействие и точность открывают большие возможности ее применения в науке и технике.
Началом развития электронной техники принято считать дату открытия А.С. Поповым радио (7 мая 1895 г. — доклад и демонстрация радиопередачи).
В развитии электроники можно выделить 5 основных этапов:
радиотелеграфный (1895—1925 гг.);
радиотехнический (1925—1945 гг.);
электроники (полупроводниковый) (1945—1965 гг.);
микроэлектроники (с 1965 г.);
наноэлектроники (современное направление).
Последние достижения в области микроэлектроники — создание интегральных схем от малой до сверхбольшой степеней интеграции — позволили получить базовые элементы с очень высокими надежностными характеристиками, быстродействием, малой потребляемой мощностью, на основе которых создаются современные микропроцессорные устройства и системы, временные компьютеры и элементы измерительных, управляющих и вычислительных систем.
Под электронной системой понимают множество блоков и устройств электронной техники, находящихся в определенной связи друг с другом и образующих определенную функциональную целостность.
Работа каждого элемента описывается моделью, отображающей выполняемую им функцию. В каждой электронной системе можно выделить ряд подсистем (блоков).
Подсистемой называется группа элементов в системе, выполняющих определенную (более простую) функцию. Подсистемы состоят из еще более простых устройств (узлов). Узлы в свою очередь состоят из элементов.
1.2. Основные компоненты электронных устройств
Среди компонентов электронных устройств различают пассивные и активные. К пассивным элементам относятся двухполюсники (резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности), а также некоторые многополюсники, составленные из пассивных двухполюсников.
Рассмотрим базовые пассивные компоненты — резистор, индуктивность и конденсатор (рис. 1.1, а, б, в).
Рис. 1.1. Основные пассивные компоненты электронных схем: а —резистор; б — индуктивность; в — конденсатор
Связи между токами и напряжениями для них описываются следующими выражениями:
. (1.1)
Двухполюсники, для которых причинно-следственные связи определены уравнениями вида (1.1), называются линейными. Для них справедливы следующие соотношения:
. (1.2)
где — потокосцепление; — заряд конденсатора. Характеристики линейных элементов приведены на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Характеристики линейных элементов
По известным характеристикам элементов можно определить их параметры:
. (1.3)
Значения этих параметров постоянны для линейных двухполюсников, и к ним можно применить принцип суперпозиции (наложения).
Ряд двухполюсников обладают нелинейными характеристиками (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Характеристики нелинейных элементов
Они описываются следующими выражениями:
; (1.4)
. (1.5)
Следовательно, параметры нелинейных элементов не постоянны и зависят от значений аргументов :
. (1.6)
Для нелинейных элементов имеют место 2 типа параметров:
сопротивление по постоянному току ( );
сопротивление по переменному току ( ).
Эти сопротивления (см.рис.1.4) определяются выражениями:
.
Примерами нелинейных элементов являются р - n- переход (типичная ВАХ - вольтамперная характеристика — приведена на рис. 1.4), катушка индуктивности со стальным сердечником, варикап и другие.
Рис. 1.4. Определение сопротивлений нелинейного элемента
К активным элементам относят элементы с управляющим электродом, которые моделируются активными источниками напряжения, тока. Они в основном предназначены для усиления и генерации электрических сигналов заданной формы, амплитуды и частоты. К ним относят транзисторы, электронные лампы, операционные усилители, многослойные структуры р — n-переходов и др.