- •Предисловие
- •Глава 1. Основные сведения об электронных схемах
- •1.1. Единство электронных схем
- •1.2. Виды технической документации
- •1.3. Пассивные элементы рэа
- •1.4. Свободные электрические колебания в контуре
- •1.5. Вынужденные колебания в последовательном контуре
- •1.6. Вынужденные колебания в параллельном контуре
- •1.7. Связанные колебательные контуры
- •1.8. Электрические фильтры
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 2. Полупроводниковые диоды и транзисторы
- •2.1. Полупроводниковые диоды
- •2.2. Биполярные транзисторы
- •2.3. Тиристоры
- •2.4. Полевые транзисторы
- •2.5. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы
- •2.6. Интегральные активные и пассивные элементы
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 3. Электровакуумные приборы 3.1. Электронно-управляемые лампы
- •3.2. Электронно-лучевые трубки
- •3.3. Газоразрядные приборы
- •3.4. Фотоэлектрические приборы
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 4. Общие сведения об усилителях
- •4.1. Структурная схема электронных усилителей и их классификация
- •4.2. Основные технические показатели и характеристики усилителей
- •4.3. Виды обратных связей в усилителях
- •4.4. Влияние обратной связи на коэффициент усиления
- •4.5. Влияние обратной связи на входное сопротивление
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 5. Усилители переменного напряжения
- •5.1. Принцип усиления переменного напряжения
- •5.2. Усилительные каскады на полевых транзисторах
- •5.3. Усилительные каскады на биполярных транзисторах
- •5.4. Динамические характеристики
- •5.5. Динамические параметры
- •5.6. Эквивалентные схемы
- •5.7. Анализ частотных свойств усилителей напряжения
- •5.8. Широкополосные усилители
- •В вус на бт время установления определяется выражением
- •5.9. Коррекция ачх усилителей переменного напряжения
- •5.10. Повторители напряжения
- •5.12. Интегральные усилители переменного напряжения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 6. Усилители мощности
- •6.1. Режимы работы усилительного каскада
- •6.2. Однотактные усилители мощности
- •6.3. Двухтактные усилители мощности
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 7. Усилители с гальваническими связями
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Простейшие угс прямого усиления
- •7.3. Балансные усилители
- •7.4. Дифференциальные усилители
- •7.5. Дифференциальные усилители с генераторами стабильного тока
- •В качестве диода vd в интегральных ду обычно используется транзистор в диодном включении.
- •7.6. Структура и основные параметры интегральных операционных усилителей
- •7.7. Схемотехника интегральных операционных усилителей
- •7.8. Применение интегральных операционных усилителей
- •7.9. Усилители постоянного и медленно меняющегося напряжения с преобразованием сигнала
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 8. Генераторы синусоидального напряжения
- •8.1. Условия самовозбуждения
- •8.4. Стабилизация частоты колебаний -автогенератора
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 9. Основные понятия импульсной техники
- •9.1. Виды и параметры импульсных сигналов
- •9.2. Спектральный состав импульсных сигналов
- •9.3. Формирование импульсов яс-цепями
- •9.4. Амплитудные ограничители
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 10. Логические функции и базовые логические элементы
- •10.1. Основные положения алгебры логики
- •10.2. Электронные ключи
- •10.3. Параметры логических элементов
- •10.4. Базовые логические элементы на биполярных структурах
- •10.5. Базовые логические элементы на мдп- и кмдп-структурах
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 11. Формирователи и генераторы электрических импульсов
- •11.1. Виды генераторов -электрических импульсов и их особенности
- •11.2. Мультивибраторы
- •11.3. Одновибраторы
- •11.4. Антидребезговые формирователи одиночных импульсов и перепадов напряжения
- •11.5. Генераторы линейно изменяющегося напряжения
- •11.6. Компараторы напряжений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 12. Триггерные структуры
- •12.1. Общие сведения
- •12.2. Симметричный триггер на биполярных транзисторах V с коллекторно-базовыми связями
- •2.3. Структура и классификация интегральных триггеров
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 13. Цифровые и комбинационные электронные устройства
- •13.1. Двоичная система счисления
- •13.2. Регистры
- •13.3. Двоичные счетчики импульсов
- •13.4. Двоично-десятичные счетчики
- •13.5. Шифраторы и дешифраторы
- •13.6. Мультиплексоры и демультиплексоры
- •13.7. Устройства сдвига и сравнения кодов чисел
- •13.8. Сумматоры
- •13.9. Типы запоминающих устройств и их основные характеристики
- •13.10. Запоминающие элементы на биполярных структурах
- •13.11. Запоминающие элементы на мдп-структурах
- •13.12. Запоминающие устройства на функциональных приборах .
- •13.13. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 14. Микропроцессоры и микроэвм 1
- •4.1. Общие сведения о микропроцессорах
- •14.2. Структура микропроцессора
- •14.3. Система команд микропроцессора
- •14.4. Области использования микроэвм в народном хозяйстве
- •14.5. Программируемые калькуляторы как разновидность микроэвм
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 15. Источники стабилизированного напряжения
- •15.1. Структура источников стабилизированного напряжения
- •15.2. Однофазные неуправляемые выпрямители
- •2 . 15.3. Однофазныеуправляемые выпрямители
- •15.4. Сглаживающие фильтры
- •15.5. Электронные стабилизаторы постоянного напряжения
- •Контрольные вопросы и задания
4.5. Влияние обратной связи на входное сопротивление
Входное сопротивление усилителя с обратной связью почти не зависит от принципа действия ОС (по напряжению или по току), но существенно зависит от способа ее подачи на вход (последовательная или параллельная ОС).
При последовательной обратной связи (рис. 4.7) входное сопротивление усилителя определяется выражением
Так как , где ZBX — входное сопротивление усилителя, не охваченного петлей ОС, то
Принимая , уравнение (4.7) можно преобразовать к виду
в котором коэффициент усиления определяется уравнением (4.5).
Выражение (4.8) показывает, что последовательная ПОС (знак «плюс» в знаменателе) уменьшает входное сопротивление усилителя, а последовательная ООС (знак «минус» в знаменателе) увеличивает его.
Большое входное сопротивление усилителя необходимо при его подключении к источникам сигналов с большим внутренним сопротивлением.
При параллельной обратной связи цепь ОС подключается параллельно входу усилителя, т. е. параллельно его входному сопротивлению. В результате входное сопротивление усилителя при введении в него параллельной ОС, положительной или отрицательной, уменьшается.
Кроме специально вводимых ОС, в усилителе могут быть внутренние обратные связи, создаваемые междуэлектродными, междуэлементными и монтажными емкостями, индуктивностями выводов элементов и т. п. Такие ОС называют паразитными. Их действие увеличивается с ростом частоты и может полностью нарушить работу усилителя. Для уменьшения действия паразитных ОС применяют различные меры: используют специальные развязывающие фильтры, препятствующие проникновению переменных токов между каскадами через шины питания, уменьшают монтажные емкости путем повышения качества монтажа, применяют активные элементы с малыми междуэлектродными емкостями и др.
Контрольные вопросы и задания
Запишите выражения, связывающие коэффициенты усиления напряжения, тока и мощности в отвлеченных единицах и децибелах.
В чем отличие амплитудно-частотной характеристики усилителя от амплитудной?
Какими причинами вызываются линейные и нелинейные искажения сигналов в усилителе?
Назовите возможные виды обратных связей в усилителях.
Докажите стабилизирующее действие ООС на коэффициент усиления напряжения.
Почему с физической точки зрения последовательная ООС увеличивает входное сопротивление усилителя?
Глава 5. Усилители переменного напряжения
5.1. Принцип усиления переменного напряжения
Назначение и классификация усилителей. Усилители переменного напряжения являются наиболее распространенным типом электронных усилителей на дискретных элементах. Связь усилителя с источником входных сигналов и нагрузкой, а также между отдельными каскадами в многокаскадных усилителях переменного напряжения в большинстве случаев осуществляется через разделительные RC-цепи и реже — с помощью трансформаторов. При таких связях усиливается и передается в нагрузку только переменная составляющая сигнала, несущая полезную информацию. Лишь в интегральных усилителях ввиду сложности изготовления катушек индуктивности и конденсаторов большой емкости применяются гальванические связи, пропускающие как переменные, так и постоянные составляющие усиливаемого сигнала. Общими требованиями, предъявляемыми к цепям межкаскадных связей, являются минимальные потери усиления, минимальные вносимые искажения, достаточная электрическая прочность.
Среди усилителей переменного напряжения видное место занимают усилители низкой частоты (УНЧ), усиливающие электрические колебания в диапазоне частот от единиц герц до десятков килогерц. УНЧ, работающие в диапазоне частот 16 Гц...20 кГц, называют усилителями звуковой частоты (УЗЧ).
УНЧ применяются в радиоприемных и радиотрансляционных устройствах, системах автоматического регулирования и телеметрии и др.
Напряжение на входе УНЧ может изменяться в широких пределах: от долей микровольта до нескольких вольт. Значения напряжений усиленных электрических колебаний могут быть от десятых долей вольта до сотен вольт, а их мощность — от нескольких милливатт до сотен ватт и киловатт. Для получения такого усиления напряжения и мощности УНЧ должен быть, как правило, многокаскадным. Первые каскады образуют предварительный усилитель, который осуществляет в основном усиление напряжения. Такие усилители называют усилителями напряжения низкой частоты (УННЧ). Основное требование, предъявляемое к УННЧ — это получение максимального коэффициента усиления напряжения при минимальных искажениях усиливаемых электрических колебаний.
По принципу построения усилительные каскады могут быть однотактными и двухтактными.
Усилители напряжения низкой частоты могут быть выполнены на электронно-управляемых лампах, биполярных или полевых транзисторах. В последнее время очень часто используются УННЧ на интегральных микросхемах.
В качестве нагрузок в УННЧ могут использоваться резисторы, трансформаторы, обмотки электродвигателей, динамические головки громкоговорителей и др.
Из транзисторных УННЧ наибольшее применение получили усилители с общим истоком (ОИ) и общим эмиттером (ОЭ). Это связано с тем, что такие усилители обеспечивают получение большого коэффициента усиления при сравнительно высоком входном сопротивлении. Для уменьшения частотной зависимости технических показателей в транзисторных УННЧ в качестве нагрузок обычно используют резисторы.
Работа усилителя. Схема простейшего усилителя на полевом транзисторе, включенном по схеме с ОИ и ре-зистивной нагрузкой Rc, показана на рис. 5.1, а.
Источник с ЭДС еBX создает на входе усилителя (рис. 5.1, б) на зажимах 1 — 1 переменное напряжение uвх, изменяющееся по закону .
При неработающем источнике усилитель находится в режиме покоя (интервал времени ), который характеризуется постоянными напря-
Режим работы активного элемента, при котором хотя бы один из его параметров изменяется во времени, называется динамическим. Следовательно, с момента времени ПТ и усилитель в целом из режима покоя (статического режима) переходят в динамический режим.
Во время положительного полупериода входного напряжения (интервал ) напряжение затвора становится менее отрицательным. Это вызывает увеличение тока стока и падения напряжения на резисторе Rc. Напряжение в соответствии с выражением (5.1) уменьшается.
Во время отрицательного полупериода входного напряжения (интервал ) напряжение становится более отрицательным, чем в режиме покоя. Это приводит к уменьшению тока стока, падения напряжения на резисторе Rс и увеличению напряжения .
Таким образом, под действием переменной составляющей напряжения затвора ток стока, напряжение стока и напряжение на нагрузке преобразуются из постоянных, какими они были в режиме покоя, в пульсирующие, содержащие постоянные и переменные составляющие:
Из последнего уравнения видно, что изменение напряжения на резисторе Rc численно равно изменению напряжения стока, т. е. . Поэтому последнее уравнение можно записать в виде
Знак «минус» в этом выражении означает противо-фазность переменных составляющих напряжений стока и затвора.
Так как , то при соответствующем выборе сопротивления резистора Rc можно получить , т. е. усиление входного напряжения.
Усиленное переменное напряжение поступает на выход усилителя через разделительный конденсатор Ср. Емкость этого конденсатора должна быть достаточно большой, чтобы на его сопротивлении падала лишь незначительная часть переменной составляющей напряжения . При этом можно считать, что .
Схема простейшего усилителя на биполярном транзисторе, включенном с ОЭ, показана на рис. 5.2, а, а принцип его работы иллюстрируется графиками, приведенными на рис. 5.2, б.
Усилители, приведенные на рис. 5.1, а и 5.2, а, называются инвертирующими, так как у них фаза выходного напряжения противоположна фазе входного напряжения.
В рассмотренных усилителях выходные напряжения создаются переменными составляющими токов стока и коллектора, значительно превышающими по амплитуде входные токи — токи затвора и базы. Поэтому усиление напряжения происходит при одновременном усилении мощности.
Усилитель можно выполнить на биполярном транзисторе, включенном посхеме с общей базой (рис. 5.3). Физические процессы в таком усилителе ничемнеотличаются от физических процессов в усилителе на БТ с ОЭ. С помощью графиков, отображающих изменения напряжений и токов при действии на входе усилителя переменного напряжения, можно убедиться в том,
что выходное напряжение в усилителе на БТ с ОБ совпадает по фазе с входным. Такой усилитель называют неинвертирующ и м.