Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Схемотехника телекоммуникационных устройств проектирование широкополосных усилителей на биполярных транзисторах. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 71 2 3 4 5 6 7 > Следующая >>>

Е.Л. Шошин

СХЕМОТЕХНИКА

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ:

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ШИРОКОПОЛОСНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Учебное пособие

Москва

Ай Пи Ар Медиа

2026

УДК 621.375 ББК 32.846

Ш82

Автор:

Шошин Е.Л. — канд. техн. наук, доц.

Сургутского государственного университета

Рецензенты:

Майстренко В.А. — д-р техн. наук, проф.

Омского государственного технического университета;

Туев В.И. — д-р техн. наук, проф.

Томского государственного университета

систем управления и радиоэлектроники

Шошин, Евгений Леонидович.

Ш82

Схемотехника телекоммуникационных устройств: проек-

тирование широкополосных усилителей на биполярных транзисторах : учебное пособие / Е.Л. Шошин. — Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2026. — 69 с. — Текст : электронный.

ISBN 978-5-4497-4742-6

Учебное пособие содержит описание различных схемных ре-

шений построения широкополосных усилительных каскадов, в том числе каскадов с ОЭ, ОБ и ОК, каскадов высокочастотной коррекции, согласованных каскадов с обратными связями, каскадов с четырехполюсными корректирующими цепями. Приводятся формулы для расчета эквивалентных параметров транзистора, коэффициента усиления, верхней и нижней граничных частот, параметров входных и выходных цепей, элементов цепей питания и термостабилизации усилительных каскадов на биполярных транзисторах.

Подготовлено с учетом требований Федерального государ-

ственного образовательного стандарта высшего образования.

Предназначено для студентов, обучающихся по укрупненной

группе специальностей и направлений подготовки «Электроника, радиотехника и системы связи» и изучающих дисциплины «Схемотехника телекоммуникационных устройств», «Аналоговая схемотехника».

Учебное электронное издание

ISBN 978-5-4497-4742-6 © Шошин Е.Л., 2026

Учебное издание

Шошин Евгений Леонидович

Редактор О.О. Скоробогатова

Технический редактор, компьютерная верстка С.А. Шарам

Корректор А.В. Мисенжников

Обложка С.С. Сизиумовой

Подписано к использованию 05.09.2025. Объем данных 7 Мб.

ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа»

8 800 555 22 35 (бесплатный звонок по России)

E-mail: sales@iprmedia.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................... 6

1. РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ ...................................... 8

1.1. Задачи проектирования .................................................................................. 8

1.2. Определение числа каскадов ........................................................................ 8

1.3. Распределение искажений по каскадам ..................................................... 9

2. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ ..... 11

2.1. Оконечный каскад......................................................................................... 11

2.1.1. Выбор транзистора .................................................................. 12

2.1.2. Расчет требуемого режима работы транзистора ................... 12

2.1.3. Расчет эквивалентных параметров транзистора ................... 14

2.1.4. Расчет цепей питания и термостабилизации ......................... 17

2.1.5. Расчет характеристик оконечного каскада в области

верхних частот .......................................................................... 20

2.1.6. Оценка нелинейных искажений ............................................. 22

2.1.7. Расчет характеристик каскада при введении цепи

последовательной ООС по току .............................................. 22

2.2. Промежуточный каскад ............................................................................... 25

2.2.1. Выбор транзистора .................................................................. 25

2.2.2. Расчет цепей питания и термостабилизации ......................... 26

2.2.3. Расчет характеристик промежуточного каскада

в области верхних частот ......................................................... 26

3. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОБЩЕЙ БАЗОЙ .................... 28

4. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА

С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ ............................................................................... 31

5. РАСЧЕТ КАСКАДА С ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ

ИНДУКТИВНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ ..................................................................... 34

5.1. Оконечный каскад......................................................................................... 34

5.2. Промежуточный каскад ............................................................................... 36

6. РАСЧЕТ КАСКАДА С ЭМИТТЕРНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ ............................. 38

6.1. Оконечный каскад......................................................................................... 38

6.2. Промежуточный каскад ............................................................................... 40

7. КОРРЕКЦИЯ ИСКАЖЕНИЙ, ВНОСИМЫХ ВХОДНОЙ ЦЕПЬЮ ........... 43

7.1. Расчет искажений, вносимых входной цепью ........................................ 43

7.2. Расчет входной корректирующей цепи ................................................... 44

7.3. Расчет каскада с параллельной ООС ........................................................ 46

8. СОГЛАСОВАННЫЕ КАСКАДЫ С ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ ................ 50

8.1. Расчет каскада с комбинированной ООС ................................................ 50

8.2. Расчет каскадов с перекрестными ООС................................................... 52

8.3. Расчет каскада со сложением напряжений ............................................. 54

9. РАСЧЕТ КАСКАДОВ С ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНЫМИ

КОРРЕКТИРУЮЩИМИ ЦЕПЯМИ ................................................................... 57

9.1. Расчет выходной корректирующей цепи ................................................ 57

9.2. Расчет каскада с реактивной межкаскадной

корректирующей цепью третьего порядка ........................................... 60

10. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ В ОБЛАСТИ НИЖНИХ ЧАСТОТ ....................... 64

11. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ................................................... 65

11.1. Выбор номиналов и типов элементов схемы ....................................... 65

11.2. Построение амплитудно-частотной характеристики

сквозного коэффициента усиления ........................................................ 66

11.3. Моделирование работы усилителя ......................................................... 67

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................................... 69

ВВЕДЕНИЕ

Аналоговая схемотехника изучается студентами радиотех-

нических специальностей, в том числе инфокоммуникационных технологий и систем связи, технической физики и радиофизики. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения схемотехники, позволяют ему достигнуть уровня бакалавра, предполагающего:

 знание схем включения и режимов работы изучаемых

электронных приборов, вида статических характеристик и их семейств в различных схемах включения, физического смысла дифференциальных, частотных и импульсных параметров приборов, электрических моделей и основных математических соотношений, Т-образных эквивалентных схем замещения биполярного транзистора при его включении с ОБ и ОЭ и Побразной схемы замещения для полевого транзистора, связи основных параметров биполярного транзистора в схемах ОБ и ОЭ, микросхемотехники и принципа работы базовых каскадов аналоговых ячеек интегральных микросхем;

 умение выполнять измерения параметров сигналов

электрических схем, объяснять физические процессы с применением эквивалентных схем замещения, назначение элементов в электрических схемах и их влияние на основные параметры усилителей;

 владение навыками расчета электронных схем, рабо-

ты с измерительными устройствами при проведении измерений статических и динамических характеристик функциональных устройств, частотных свойств и переходных характеристик усилительных каскадов телекоммуникационных устройств, компьютерного исследования радиоэлектронных устройств по их электрическим моделям.

Выполняемое в ходе освоения аналоговой схемотехники эскизное проектирование широкополосных усилительных каскадов требует обоснование применения того или иного схемного решения, обеспечивающего достижение требуемой полосы пропускания при заданных значениях частотных искажений. Во многих практических случаях проектирование широкополосного уси-

лителя включает в себя реализацию высокочастотной коррекции амплитудо-частотной характеристики.

В известной учебной и научной литературе материал, посвященный этой проблеме, не всегда представлен в удобном для проектирования виде. К тому же в теории усилителей нет достаточно обоснованных доказательств преимущества использования того либо иного схемного решения при разработке конкретного усилительного устройства.

В данном пособии собраны наиболее известные и эффективные схемные решения построения широкополосных усилительных устройств на биполярных транзисторах, а соотношения для расчета коэффициента усиления, полосы пропускания и значений элементов высокочастотной коррекции даны без выводов. Соотношения для расчета даны исходя из условий, что оконечные каскады усилителей работают на чисто резистивную нагрузку выходного тракта (50 либо 75 Ом), а входные цепи усилителей подключены к генератору сигналов, обладающему внутренним резистивным сопротивлением, равным сопротивлению тракта.

1. РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ

1.1. Задачи проектирования

При проектировании усилительных устройств решают ряд задач, связанных с выбором схемы, наилучшим образом удовлетворяющей поставленным требованиям технического задания (ТЗ), с расчетом этой схемы на основании выбранных параметров и режимов работы ее элементов. В ТЗ на проектирование широкополосных усилителей (ШУ) обычно задают коэффициент усиления по напряжению K, верхнюю и нижнюю граничные частоты fв и fн при заданных коэффициентах частотных искажений Мв и Мн, нагрузку Rн, амплитуду выходного сигнала U

вых

, уровень

нелинейных искажений; требования к стабильности характеристик в диапазоне температур и т.д.

В настоящее время широкое развитие получают методы проектирования электронных схем с помощью программ сквозного автоматизированного проектирования. Однако первый этап проектирования включает в себя анализ работы усилительных схем на основе приближенных эквивалентных схем, позволяющий получить простые и наглядные соотношения для параметрического синтеза устройств. Уточненный анализ и подгонку значений элементов спроектированных таким образом устройств можно выполнить затем при помощи компьютерного моделирования работы проектируемого устройства программами MicroCap, Orcad, Microwave Office и др.

Эскизный расчет ШУ состоит в выборе типа усилительных элементов, определения числа каскадов, распределения по каскадам частотных искажений так, чтобы суммарная величина их не превосходила заданную. Обычно частотные искажения по каскадам распределяют равномерно. Иногда целесообразно распределить искажения неравномерно по каскадам, что позволяет ослабить требования к одному из них, чаще всего к оконечному.

1.2. Определение числа каскадов

На рис. 1.1 изображена структурная схема многокаскадного усилителя.

Рис. 1.1. Структурная схема усилителя

вых

вх







(1.1)

где K — общий коэффициент усиления по напряжению, дБ;

Ki — коэффициент усиления i-го каскада, дБ, i = 1, ..., n; n — число каскадов усилителя.

С учетом влияния входной цепи на передачу усиливаемого

сигнала сквозной коэффициент усиления определяется как:

cкв

вх г вых

вх г

R R U





(1.2)

где

— э.д.с. источника сигнала;

Rг — внутреннее сопротивление источника сигнала; Rвх — входное сопротивление усилителя.

Для высокочастотных ШУ, работающих в стандартных 50-

или 75-омных трактах, ориентировочно число усилительных каскадов можно определить, полагая в (1.1) все каскады одинаковыми с Ki = 15–25 дБ, т.е.:

,дБ

Int 1.

15 25

n 



 



(1.3)

1.3. Распределение искажений по каскадам

Для n-каскадного ШУ результирующий коэффициент ча-

стотных искажений в области верхних частот (ВЧ) определяется следующим образом:

,дБ ,дБ,

в вi

M М







(1.4)

где Мв — результирующий коэффициент частотных искажений усилителя в области ВЧ;

Мвi — коэффициент частотных искажений i-го каскада.

Суммирование в формуле (1.6) производится n + 1 раз

из-за необходимости учета влияния входной цепи, образованной Rг, Rвх и Cвх (см. рис. 1.1). Распределять искажения можно равномерно, при этом:

,дБ

дБ

вi

n

(1.5)

Иногда на входную цепь распределяют на 50 % меньше искажений, а на выходной каскад на 50 % больше, чем на промежуточные каскады.

Коэффициент частотных искажений в области нижних частот (НЧ) определяется следующим соотношением:

,дБ ,дБ,

н нi

M М





(1.6)

где Мн — результирующий коэффициент частотных искажений в области НЧ;

Мнi — искажения, приходящиеся на i-й каскад; n — количество элементов, вносящих искажения на НЧ.

Количество элементов (разделительных и блокировочных конденсаторов) становится известным после окончательного выбора топологии электрической схемы усилителя, поэтому распределение искажений в области НЧ проводят на этапе расчета номиналов этих элементов. Из (1.6) следует, что при равномерном распределении низкочастотных искажений их доля на каждый из элементов определяется из соотношения:

, дБ

,дБ .

нi



(1.7)

На практике с целью выравнивания номиналов конденсаторов на разделительные конденсаторы распределяют больше искажений, чем на блокировочные. В связи с возможным разбросом номиналов элементов и параметров транзисторов необходимо обеспечить запас по основным характеристикам в 1,2–1,5 раза.

1 / 71 2 3 4 5 6 7 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]