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.