непрерьгоного и импульсного действия

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. В. Т. Д о л б н я (Харьковский' политехнический институт) д-р техн. наук, проф. А. А. А б д у л а е в (Азербайджанский политехнический институт)

Редакция при Одесском государственном университете Редактор Р, Д. Довгополова

гральных операционных усилителей; электронные цепи импульс­ ного действия, выполняемые на базе полупроводниковых при­ боров, интегральных операционных усилителей, интегральных логических микросхем. Даны рекомендации по расчету различных электронных устройств.

Успешное решение важнейшей задачи подъема матери­ ального и культурного уровня советских людей на основе дальнейшего повышения эффективности всего обществен­ ного производства во многом определяется уровнем автома­ тизации различных отраслей народного хозяйства, что пред­ полагает дальнейшее широкое внедрение средств электрон­ ной техники в промышленность. Разработка новых электронных устройств, дальнейшее осуществление микро­ миниатюризации электронной аппаратуры, эксплуатация существующих электронных устройств и систем требует вы­ сокой квалификации инженеров электронной техники, спо­ собных решать сложные технические задачи.

Настоящее учебное пособие соответствует программе курса «Электронные цепи непрерывного и импульсного дей­ ствия» (специальность 20.05 — «Промышленная электро­ ника»), в нем нашли отражение последние достижения электроники.

Учебное пособие состоит из двух частей. В первой части рассмотрены электронные цепи непрерывного действия, вы­ полненные на основе полупроводниковых приборов и инте­ гральных операционных усилителей. Вторая часть посвя­ щена электронным цепям импульсного действия, выполнен­ ным на базе полупроводниковых приборов, интегральных операционных усилителей и логических микросхем. При написании пособия учитывалось, что студенты уже изучи­ ли курсы «Теоретические основы электротехники», «Физи­ ческие основы электронной техники», «Электронные и ион­ ные приборы», «Полупроводниковые приборы», предусмот­ ренные учебными планами.

Ч а с т ь I ЭЛЕКТРОННЫЕ ЦЕПИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Г л а в а 1

УСИЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

1.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Электронным усилителем называется устройство, по­ зволяющее преобразовать входные электрические сигналы в сигналы большей мощности на выходе без существенного искажения их формы. Эффект увеличения мощности возмо­ жен только при наличии в устройстве некоторого источни­ ка, энергия которого используется для создания повышенной мощности на выходе. Этот источник управляемой энергии, преобразуемой усилителем в энергию усиленных сигналов, называется источником питания.

Энергия источника питания преобразуется в энергию полезного сигнала при помощи усилительных, или актив­ ных элементов. Устройство, являющееся потребителем уси­ ленных сигналов, называют нагрузкой усилителя, а цепь усилителя, к которой нагрузка подключена,— выходной цепью, или выходом усилителя. Потоком энергии, направ­ ленной от источника питания в нагрузку, управляет вход­ ной сигнал. Источник энергии, сигналы которого нуж­ но усилить, называется источником сигнала или входным источником, а цепь усилителя, в которую вродят входной сигнал, называется входной цепью, или входом усилителя.

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ

Деление усилителей на типы осуществляют по назначе­ нию усилителя, характеру входного сигнала, полосе и аб­ солютному значению усиливаемых частот, виду использу­ емых активных элементов.

1. По своему назначению усилители условно делятся на

усилители напряжения, усилители тока и усилители мощ­ ности.

Если основное требование — усиление входного напря­ жения до необходимого значения, то такой усилитель от­ носят к усилителям напряжения. Если основное требова­

ние — усиление входного тока до нужного уровня, то такой усилитель относят к усилителям тока. Следует отметить, что в усилителях напряжения и усилителях тока одновремен­ но происходит усиление мощности сигнала (иначе вместо усилителя достаточно было бы применить трансформатор). В усилителях мощности в отличие от усилителей напряже­ ния и тока требуется обеспечить в нагрузке заданный или максимально возможный уровень мощности сигнала.

2.В зависимости от характера входного сигнала раз­ личают усилители гармонических (непрерывных) сигналов и усилители импульсных сигналов. К первой группе относят­ ся устройства для усиления непрерывных гармонических или квазигармонических электрических сигналов, гармони­ ческие составляющие которых изменяются много медлен­ нее всех нестационарных процессов в цепях усилителя. Ко второй группе усилителей относятся устройства для уси­ ления электрических импульсов различной формы и ам­ плитуды с допустимыми искажениями их формы. В этих уси­ лителях входной сигнал изменяется настолько быстро, что процесс установления колебаний является определяющим при нахождении формы выходного сигнала.

3.Полоса и абсолютные значения усиливаемых частот позволяют разделить усилители на следующие типы.

Усилители постоянного тока предназначены для уси­ ления электрических колебаний в пределах от низшей ча­ стоты /„ = 0 до верхней рабочей частоты/в усилителя. Глав­ ным является то, что они усиливают постоянные и перемен­ ные составляющие входного сигнала.

Усилители переменного тока предназначены для уси­ ления лишь переменных составляющих входного сигнала.

Взависимости от граничных значений рабочего диапазона частот усилители переменного тока могут быть низкой и вы­ сокой частоты. Для усилителей низкой частоты справедли­

во неравенство /в — /„ В усилителях высокой частоты усиление сигнала осуществляется в диапазоне частот, опре­ деляемых неравенством /в — /н <£ fH. По ширине полосы усиливаемых частот выделяют: избирательные усилители,

падает; и широкополосные усилители, усиливающие элек­ трические сигналы в очень широком диапазоне частот

4. По роду применяемых активных элементов усилите­ ли делятся на транзисторные, магнитные, диодные, лам­ повые, параметрические и др.

В качестве активных элементов в настоящее время в усилителях чаще используются полевые или биполярные транзисторы, либо интегральные схемы. Широко применяв­ шиеся ранее усилительные лампы в разработке новой усили­ тельной аппаратуры практически не используются. Значи­ тельно реже чем транзисторы и интегральные схемы при­ меняются активные элементы в виде нелинейных емкостей или индуктивностей и специальные типы полупроводнико­ вых диодов.

Приведенная классификация рассматривает усилитель­ ные, устройства с разных позиций. Поэтому для полной ха­ рактеристики конкретного усилителя необходимо исполь­ зование всех, его основных признаков.

1.3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА УСИЛИТЕЛЯ

Структурная схема типичного усилителя приведена на рис. 1.1. Часть схемы, представляющая одну ступень уси­ ления, называется усилительным каскадом.

Рассмотрим назначение основных узлов усилительного устройства.

Выходное

устройство

Рис. 1.1. Структурная схема усилителя

Входное устройство осуществляет передачу входного сигнала от источника во входную цепь первого усилитель­ ного каскада. Применяется входное устройство в том слу­ чае, когда непосредственное подключение источника сиг­ нала ко входу усилителя невозможно или нецелесообразно. Входное устройство может применяться, например, толь­ ко для разделения постоянных составляющих источника си­ гнала и входной цепи усилителя.

Каскад предварительного усиления предназначен для усиления напряжения, тока и мощности сигнала до значе­ ния, необходимого для подачи на вход усилителя мощности. Количество каскадов предварительного усиления опреде­ ляется необходимым усилением.