Усилительные устройства: Учебник для вузов. — 2-е изд., перера'б. и доп. — М.: Радио и связь. 1983. — 264 с., ил.
В пер.: 95 к.
Даются основные^, характеристики,, принципы работы и расчет усилителей. Рассматриваются "вопросы применения усилительных устройств в радиоэлектронике и технике связи. По сравнению с первым изданием, вышедшим в 1975 г., расширен материал ,об устройствах с обратной связью и усилителях на" микросхемах.
Для студентов институтов связи, обучающихся по специальностям: «Радиосвязь и радиовещание», «Автоматическая электросвязь», «Многока-
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящий учебник является вторым изданием (первое вышло в свет в 1975 г.) и предназначен для специальностей 0702, 0703 и 0708. За это время заметно обновилась элементная база и расширилась область применения усилительных устройств. Так, появились усилители для магистральной связи с весьма большим числом каналов, усилители, работающие на стекловолоконные линии и с оптоэлектронной связью. Кроме того, схемотехнические решения, особенно усилителей на интегральных микросхемах, претерпели значительные изменения. С другой стороны, за прошедшие годы существенно изменились учебные планы и программы курса «Усилительные устройства» для связных специальностей. '
Все это, а также накопившийся опыт преподавания упомянутого курса в Ленинградском электротехническом институте связи им. проф. М. А. Бонч-Бруевича потребовали нового издания учебника, в котором значительно сокращен материал, посвященный ламповым каскадам и усилителям, и большее внимание уделено современным схемотехническим решениям. В отличие от ранее-: выпущенных учебников здесь теория усилителей с обратной" связью изложена по-новому — на основании использования понятия о возвратном отношении, представления усилителя в виде активного четырехполюсника, содержащего зависимый источник, использования метода нулей и полюсов передаточной функции а также аппроксимации АЧХ и ФЧХ, что позволяет в наиболее наглядной форме определять параметры усилителей с обратной связью. Кроме того, на этой основе рассмотрена устойчивость и ее обеспечение в усилителях с глубокой обратной связью, особенно в операционных усилителях, для которых предложен новый метод расчета корректирующих цепей. Таким образом, в курсе усилительных устройств находит дальнейшее развитие и продолжение уже известная студентам теория линейных электрических цепей. •
Книга является учебником многоцелевого назначения, поэтому в ней не уделяется непосредственного внимания вопросам проектирования, тем не менее приводятся примеры расчета, относящиеся в основном к новым и сложным вопросам. Используемая терминология, система буквенных обозначений и графических изображений элементов усилительных устройств базируется на Государственных стандартах и стандартах СЭВ, выпущенных за последние годы.
Автор глубоко признателен коллективу кафедры радиоприемных устройств МЭИС, возглавляемый проф., д-ром техн. наук п. И. Чистяковым за высказанные при рецензировании рукописи критические замечания, способствовавшие улучшению книги, а также проф. д-ру техн. наук И. А. Трискало и дощентам канд. техн. наук А. Г. Алексееву и Н. В. Терпугову за просмотр рукописи и полезные советы.
, ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие...........,-...!.•
Глава I. Общие сведения об усилительных устройствах...... *
1.1. Основные определения.............. *
1.2. Классификация усилительных устройств.......... °
1.3. Усилительные каскады...........• '
1.4. История развития отечественной теории и техники усилительных устройств . . в
Глава 2. Основные параметры и характеристики усилительных устройств . . 10
2.1. Коэффициенты усиления.............. Jjj
2.2. Полоса пропускания частот............. Jj
2.3. Характеристики усилителя при работе в установившемся режиме .... 12
2.3.1. Динамические характеристики........... '2
2.3.2. Аыплитудно- и фазочастотные характеристики....... 13
2.3.3. Годограф вектора К(1 /).........•••'• 20
2.3.4. Амплитудные характеристики........... 21
2.4. Характеристики усилителя при работе в переходном режиме..... 21
2.5. Связь между АЧХ, ФЧХ и ПХ............ 22
2.6. Линейные искажения............... 23
2.6.1. Частотные искажения............. 23
2.6.2. Фазовые искажения.............. 25
2.6.3. Переходные искажения............. 26
2.7. Нелинейные искажения.............. 30
2.8. Выходные и входные параметры............ 33
2.9. Внутренние помехи . ............. 34
2.9.1. Фон................. 34
2.9.2. Тепловой шум................ 35
2.9.3. Шумы усилительных элементов........... 36
2.9.4. Дрейф "................. 39
2.10. Динамический диапазон.............. 40
Глава 3. Обратная связь и ее влияние на параметры усилительного устройства 41
3.1. Виды обратной связи . ............. 41
3.1.1. Параллельная по входу и выходу ОС......... 42
3.1.2. Последовательная яо входу и выходу ОС........ 43
3.1.3. Последовательная по входу и параллельная по выходу ОС .... 44
3.1.4. Параллельная по входу и последовательная по выходу ОС .... 45
3.2. Влияние обратной связи на коэффициент усиления ....... 46
3.3. Влияние обратной связи на входные и выходные проводимости (сопротивления) 51
3.3.1. Параллельная ОС по напряжению.......... 51
3.3.2. Последовательная СС по току........... 53
3.3.3. Последовательная ОС по напряжению .......-,. 54
3.3.4. Параллельная ОС по току........... . 54
3.3.5. Общий метод определения сопротивления.........54
3.4. Влияние обратной связи на характеристики усилителя, помехи и искажения 55
3.4.1. Амплитудно-, фазочастотная и переходная характеристики .... 55
3.4.2. Внутренние помехи . . . ........... 57
3.4.3. Нелинейные искажения и динамический диапазон ...... 57
3.5. Усилительные устройства с комбинированной обратной связью ..... 59
Глава 4. Работа усилительных элементов в каскаде. Цепи питания и связи 64
4.1. Схемы включения биполярного транзистора и их свойства..... 64
4.1.1. Каскад с общим эмиттером....... . 65
4.1.2. Каскад с общей базой............. 72
4.1.3. Каскад с общим коллектором.......'.'"'' 76
4.1.4. Примеры расчета параметров каскадов с ОЭ, ОБ и ОК . 80
4.2. Составные транзисторы.............' gg
4.3. Схемы включения полевого транзистора и их свойства . .' . . 87
4.3.1. Каскад с общим истоком............ ^
4.3.2. Каскад с общим затвором............ 90
4.3.3. Каскад с общим стоком........ . . 92
4.3.4. Примеры расчета параметров каскадов с ОИ, ОЗ и ОС . 93
4.4. Схемы включения электронной лампы и их свойства ....''' 94
4.4.1. Каскад с общим катодом......... 95
4.4.2. Каскад с общим анодом...........'.' 96
4.5. Шумовые параметры усилительных элементов........' 97
4.5.1. Шумовые параметры биполярного транзистора ...'.' .' .' .' 97
4.5.2. Шумовые параметры полевых транзисторов.......' Ю2
4.6. Режимы работы усилительных элементов........' .' ' 104
4.6.1. Режим А
4.6.2. Режим В
4.6.3. Режим С
104 105 107 107
4.6.4. Режим D 4.7. Цепи питания биполярных транзисторов......
4.7.1. Цепи смещения с фиксацией тока базы и напряжения" на 'базе .' .' ' 109
4.7.2. Цепи смещения с диодной стабилизацией........ЦЗ
263
Стр.
4.7.3. Цепь смещения с эмиттерной стабилизацией ....... 114
4.7.4. Цепь смещения с коллекторной стабилизацией....... 116
4.7.5. Примеры расчета элементов цепей смещения и нестабильности коллекторного тока................ ц?
4.S. Цели питания полевых транзисторов.......... . 119
4.8.1. Цепи смещения с фиксацией напряжения на затворе..... 119
4.8.2. Цепи смещения с истоковой стабилизацией........ 120
4.9. Цепи питания интегральных микросхем.......... 121
4.19. Цепи питания электронных ламп............ 124
4.10.1. Цепи питания накала ............. 124
4.10.2. Цепи смещения с катодной стабилизацией........ 124
4.10.3. Цепь смещения с фиксацией напряжения на сетке...... 125
4.10.4. Цепи питания экранирующей сетки . . . 125
4.11. Фильтрующие цепи..............' (27
4.12. Передаточные функции цепей межкаскадной связи ....... 128
Глава 5. Каскады предварительного усиления........134
5.1. Каскады усиления постоянного тока...........135
5.1.1. Резисторные каскады . . ".........' 136
5.1.2. Дифференциальные каскады . .......... 136
5.1.3. Каскады с элементами сдвига уровня постоянного напряжения . . . 145
5.2. Каскады усиления переменного тока........... 148
5.2.1. Резисторные каскады на биполярном транзисторе......148
5.2.2. Резисторные каскады на полевом транзисторе и электронной лампе . . 154
5.3. Каскады усиления с коррекцией.............156
5.3.1. Каскады с высокочастотной коррекцией......... 156
5.3.2. Каскады с распределенным усилением......... 167 '
5.3.3. Каскады с низкочастотной коррекцией......... 169
5.4. Входные цепи и каскады.............. 173
5.4.1. Усилители звуковой частоты............ 173
5.4.2. Усилители многоканальной связи........... 173
5.4.3. Телевизионные усилители ............ 174
5.4.4. Элементы противошумовой коррекции......... 177
5.5. Регулирование усиления, стереобаланса и АЧХ........ 181
Глава в. Выходные каскады............183
6.1. Виды каскадов................jg3
6.2. Однотактные выходные каскады...........184
6.2.1. Трансформаторные и дроссельные каскады........184
6.2.2. Резисторные каскады.............188
6.3. Двухтактные выходные каскады............194
6.3.1. Работа двухтактного каскада в режиме В ..... . igfi
6.3.2. Трансформаторные каскады............ 199
6.3.3. Дроссельные каскады............. '01
6.3.4. Бестрансформаторные двухтактные группы каскадов...... 203
Глава 7. Устойчивость усилительных устройств с обратной связью . . . 211
7.1. Критерий Найквиста...............212
7.2. Запасы устойчивости...............213
7.3. Обеспечение устойчивости..............214
7.3.1. Устойчивость при равных и неравных частотах полюсов передаточной функции................. 214
7.3.2. Применение высокочастотных корректирующих ЯС-цепей..... 217 -
7.3.3. Устойчивость операционных усилителей . ....... 221
7.3.4. Применение высокочастотных корректирующих LCR-цепей .... 228
7.3.5. Устойчивость в области нижних частот......... 231
Глава S. Примеры реализации конкретных усилителей......23/2
8.1. Операционные усилители . .............232
8.1.1. Параметры операционных усилителей......... 233
8.1.2. Схемы операционных усилителей.......... 234
8.2. Усилители звуковой частоты............. 237
8.3. Телевизионные усилители.............. 242
8.4. Усилители систем многоканальной связи.......... 243
8.5. Усилители для стекловолоконной оптической связи........ 245
Глава 9. Специальные виды усилителг-лых устройств.......246
9.1. Изолирующие усилители.............. 246
9.2. Усилители постоянного тока с преобразованием спектра частот сигнала . . 248
9.3. Параметрические усилители............. 251
9.4. Преобразование сигнала и полного сопротивления с помощью операционных усилителей................. 253
9.4.1. Преобразование сигнала .............253
9.4.2. Преобразование полного сопротивления.........257
Список литературы................260
Цена: 150руб.
