Министерство образования Республики Беларусь

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ»

Л.В.КРОПОЧЕВА

УСИЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Учебное пособие по одноименному курсу

для студентов специальности Н 02.02.00 – Радиофизика

Гродно 2004

УДК 621.375.4 (075.8)

ББК 32.846

К83

Рецензенты: профессор, доктор физико-математических наук С.С.Ануфрик;

кандидат технических наук В.И.Варнаков.

Кропочева Л. В.

Усилительные устройства: Учеб. пособие / Л.В.Кропочева. –

К83 Гродно: ГрГУ, 2004. – 252 с.

ISBN 985-417-???-?

В учебном пособии подробно рассматриваются физические процессы в

транзисторных усилителях, а также проводится анализ и расчет основных

типов усилителей.

Пособие может быть использовано для подготовки радиофизиков и ра-

диоинженеров в университете, а также для самоподготовки и повышения

квалификации.

УДК 621.375.4 (075.8)

ББК 32.846

ISBN 985-417-???-?

©Кропочева Л.В.,2004

Л.В. Кропочева. «Усилительные устройства»

ВВЕДЕНИЕ

Курс «Усилительные устройства» входит в обязательную програм-

му для студентов четвертого курса физико-технического факультета

Учреждения образования «Гродненский государственный университет

имени Янки Купалы» по специальности Н.02.02.00 – Радиофизика.

Усилительные устройства – неотъемлемая часть любой ра-

диотехнической системы. Бурное развитие радиотехнических си-

стем, телевидения, радиоастрономии, радиоуправления требует

постоянного совершенствования радиотехнической аппаратуры.

Все усилительные устройства связывает общность постро-

ения структурной схемы, что позволяет в основу изучения поло-

жить раздельное рассмотрение блоков, входящих в состав любо-

го радиотехнического устройства независимо от его назначения.

Учебное пособие состоит из десяти глав, в каждой из которых

дана полная характеристика выделенного типа усилителей, представ-

лены основные схемы каскадов и их характеристики, а также приве-

дены расчеты отдельных блоков. Пособие может быть использова-

но для подготовки радиофизиков и радиоинженеров в университете,

а также для самоподготовки и повышения квалификации.

–3–

Л.В. Кропочева. «Усилительные устройства»

Глава 1. Усиление электрических сигналов

ПРИ ПОМОЩИ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

§1. Понятие об усилении электрических сигналов

Одной из наиболее важных функций некоторых электронных

приборов является усиление электрических сигналов. Усилить

электрический сигнал – это значит увеличить его мощность. Рас-

смотрим некоторые практические случаи, где требуется усиле-

ние электрических сигналов.

В сеть радиофикации крупного города включают тысячи

громкоговорителей. Передача программы ведется с помощью

микрофона, преобразующего звуковые сигналы в электрические.

Мощность на выходе микрофона составляет микроватты. Эти

очень слабые электрические сигналы подаются на специальные

усилители, которые усиливают их до мощности, требуемой для

питания всех громкоговорителей. Эта мощность составляет еди-

ницы и десятки киловатт.

При передаче телефонного разговора по междугородной ка-

бельной линии связи имеет место аналогичное явление. На переда-

ющем конце происходит преобразование речи в электрические

сигналы, а на приемном конце – обратный процесс. В процессе пе-

редачи электрических колебаний по кабелю возникает затухание,

т.е. теряется мощность. Для нормальной телефонной междугород-

ной связи эти электрические сигналы многократно усиливаются.

В телевизионных передающих трубках изображение преоб-

разуется в электрические сигналы. Чтобы получить соответству-

ющее изображение на экране кинескопа, требуется многократное

усиление этих сигналов. Следовательно, усиление электрических

сигналов является одной из наиболее важных функций аппарату-

ры связи, вещания, телевидения.

Усилитель электрических сигналов представляет собой ак-

тивный четырехполюсник. К входным точкам усилителя подклю-

чается источник усиливаемых сигналов с ЭДС Е Г , к выходным

точкам – потребитель усиленного сигнала, который будем назы-

–4–

Глава 1. Усиление электрических сигналов при помощи электронных приборов

вать нагрузкой усилительного элемента – R Н . В качестве усили-

тельных элементов (УЭ) используют биполярные и полевые тран-

зисторы, и только для получения очень больших мощностей в на-

грузке используются электронные лампы. В цепь УЭ включается

источник питания, который обеспечивает подачу постоянного на-

пряжения на электроды УЭ (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Структурная схема усилителя

§2. Принципы усиления электрических сигналов

Напомним, что условием максимального выделения мощно-

сти в нагрузке является согласование сопротивления R Н с вы-

ходным сопротивлением источника, в данном случае с выходным

сопротивлением УЭ. Если выходное сопротивление УЭ велико,

то и R Н должно быть большим сопротивлением. Пусть УЭ – би-

полярный транзистор, работающий в активном режиме в схеме с

ОЭ (рис. 1.2). На вход транзистора, т.е. на его эмиттерный пере-

ход, включенный в прямом направлении, подадим электрический

сигнал U вх . При этом небольшие изменения входного напряже-

ния ∆ U вх вызовут значительные изменения входного тока ∆I Б .

Ток коллектора на выходе получит, благодаря этому, приращение

∆ I K = ∆ I Б h 21 . Этот ток вызовет на сопротивлении нагрузки при-

ращение напряжения

.

∆=∆=∆

U вых

I K RH

I Б h21Э R Н

–5–

Л.В. Кропочева. «Усилительные устройства»

Напряжение

∆U вых

больше,

чем

напряжение

∆U вх = ∆ I Б Rвх , так как сопротивление R H 〉 R вх , а ток ∆ I K 〉 I Б .

Рис. 1.2. Схема усилителя на биполярном транзисторе с ОЭ

Таким образом, схема обеспечивает усиление по току и по

напряжению. Мощность на входе Р вх = ∆ I Б R вх , а мощность на

2

выходе Р вых = ∆ I K R H , так как ток ∆ I K 〉 I Б , R H 〉 R ВХ , то схема

обеспечивает усиление по мощности. Аналогично можно объяс-

нить принцип усиления с помощью полевого транзистора и элект-

ронной лампы. При этом в полевых транзисторах и лампах, рабо-

тающих обычно без входных токов, управление происходит эф-

2

фективнее, благодаря тому, что у них громадное R вх , и измене-

ние тока на выходе при подаче входного сигнала происходит прак-

тически в отсутствие тока на входе.

На данном примере убедились, что усилительные элементы

действительно обладают способностью усиливать электрические

сигналы. Однако это еще не полное объяснение. Допустим, что

на вход подан сигнал мощностью 1 Вт и усилен до 20 Вт. Чтобы

получить на выходе требуемую полезную мощность P вых , источ-

ник питания должен затратить большую мощность P 0 , и КПД

усилителя, безусловно, будет меньше 100 %.

Процесс усиления электрических сигналов по мощности яв-

ляется процессом преобразования мощности источника постоян-

ного тока в мощность переменного тока, который меняется по

–6–