° °
Ф Э
,Ч
а
ll
Ф
н
ll)
1
1
),Ч
Д
' Ъ
';Ч
' ')~~
Э
° Э
З А
Ю ° Ю Ф
° й

Д. А. Перепелкин
Ск6мЭТ6кники
усилитбльнык
устиейств
2-е издание,
переработанное и исправленное
Допущено Учебно-методическим обьединением вузов по
университетскому политехническому образованию в качестве
учебного пособия для студентов выса~их учебных заведении,
обучаю(цихся l10 направлению подготовки
09030! «Информатика и вычислительная п)ехника»
Москва
Горячая линия — Телеком
2014

УДК 621.375
ББК 32.846
П27
Перепелкин Д. А.
Схемотехника усилительных устройств. Учебное пособие для
вузов. — 2-е изд., испр. и перераб. — М.: Горячая линия — Телеком,
2014. — 238 с: ил.
П27
ISBN 978-5-9912-0456-9.
Рассмотрены теоретические и практические аспекты разработки
и проектирования современных усилительных устройств. Приведены
способы математического описания их работы, а также основы анали-
за и синтеза устройств с заданными техническими характеристиками
и параметрами.
Для студентов, обучающихся по направлению 090301 — «Информа-
тика и вычислительная техника», а также специалистов в области раз-
работки и проектирования радиоэлектронных устройств.
ББК 32.846
Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOlC.RU
Учебное издание
Перепелкин Дмитрий Александрович
Схемотехника усилительных устройств
Учебное пособие для вузов
2-е издание,
исиравленное и иереработанное
Редактор А. Е. Пескин
Обложка художника О. В. Карповой
Подписано в печать 07.08.2014. Формат 60х90/16. Усл. печ. л. 14,87. Изд. № 140456. Тираж 500 экз.
ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия — Телеком»
ISBN 978-5-9912-0456-9 © Д. А. Перепелкин, 2014
© Издательство «Горячая линия — Телеком», 2014
P е ц е н з е н т ы: канд. техн. наук, доцент кафедры «Систем автоматизированного
проектирования» Московского государственного технического университета
им. Н. Э. Баумана В. А. Мартынюк; доктор техн. наук, профессор кафедры
«Информатика и вычислительная техника» Рязанского государственного уни-
верситета им. С. А. Есенина В. Н. Ручкин

Введение
Важнейшим условием повышения конкурентоспособности российских
предприятий является внедрение современных информационных технологий и
электронных устройств. Для повышения качества продукции и услуг на пред-
приятиях активно внедряются электронные средства специального назначения.
Промышленное развитие электроники и схемотехники можно подразделить на
два направления: энергетическое, связанное с преобразованием переменного и
постоянного тока для нужд электроэнергетики и информационное, к которому
относятся электронные средства, обеспечивающие измерения, контроль и
управление различными процессами и сисгемами во многих отраслях науки и
техники.
Настоящее учебное пособие написано в соответствии с ФГОС-3 и
программой курса «Электротехника, )лектроника и схемотехника» для студен-
тов, обучающихся по направлению 090301 «Информатика и вычислительная
техника».
В учебном пособии в с>ка о идоступ ойфо мепоследовател ноизло
ны теоретические и практические аспекты разработки и проектирования совре-
менных усилительных устройств. Материал учебного пособия сопровождается
большим числом иллюстративного материала и практических примеров, что
поможет студентам правильно проектировать усилительные устройства, выби-
рать необходимые схемотехнические варианты их исполнения, модернизиро-
вать и улучшать их функционирование.
Учебное пособие состоит из девяти глав. Первая и вторая главы посвящены
принципам и режимам работы, схемам включения, усилительным свойствам и
вольт-амперным характеристикам бшюлярных и полевых транзисторов.
В третьей главе приводятся классификация усилителей, их основные параметры
и характеристики, способы расчета в различных режимах работы, а также прак-
тические схемы термостабилизации усилительных каскадов. В четвертой главе
рассматривается применение обратной связи в усилительных устройствах и ее
влияние на полосу пропускания сигналов. Пятая глава посвящена частотным
характеристикам и параметрам усилительных устройств на транзисторах во
всем диапазоне частот. В шестой и седьмой главах рассмотрены практические
схемы усилительных устройств на дифференциальных каскадах и операцион-
ных усилителях. Восьмая глава посвящена практическим схемам пассивных и
активных фильтров. В девятой главе рассматриваются вопросы расчета, проек-
тирования и разработки многокаскадных усилительных устройств в соответст-
вии с заданными техническими характеристиками и параметрами.

В результате изучения данного учебного пособия студенты должны знать:
элементную базу современных усилительных устройств;
принципы построения и функционирования усилительных устройств;
режимы работы усилительных устройств;
способы расчета статических и динамических параметров усилительных
устройств;
методы анализа и синтеза усилительных устройств с заданными техниче-
скими характеристиками и параметрами;
уметь:
составлять электрические и электронные схемы усилительных устройств;
рассчитывать электронные цепи постоянного и переменного токов;
выполнять расчеты разли гных усилительных устройств с заданными тех-
ническими характеристиками и параметрами;
владеть:
современными средствами автоматизированного проектирования и моде-
лирования усилительных устройств.
Данная книга может быть использована в качестве учебного пособия
не только для указанного направления, но и в качестве справочного пособия
для других направлений и специальностей, а также специалистов в области
разработки и проектирования радиоэлектронных устройств.
Автор благодарен за оказанную помощь в улучшении содержания учебного
пособия зав~дующему кафедрой «Систем автоматизированного проектирова-
ния вычислительных средств» Рязанского государсгвенного радиотехнического
университета д.т.н., профессору В.П. Корячко.
Автор выражает глубокую признательность рецензентам — к.т.н., доценту
кафедры «Системы автоматизированного проектирования» Московского госу-
дарственного технического универси гета им. 1f.Ý. Баумана В.А. Мартынюку и
д,т.н., профессору кафедры «Информатика и вычислительная техника» Рязан-
ского государственного университета им. С.А. Есенина В.Н. Ручкину.

ГЛАВА 1. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Биполярный транзистор (БТ) — это полупроводниковый прибор, состоящий
из двух электронно-дырочных (р-n)-переходов, выполненных в одном кри-
сталле.
В транзисторе имеется три об-
П1 П2
ласти:
° эмиттерная;
° базовая;
° коллекторная и соответственно три
вывода (электрода): эмиттер, база,
Б
коллектор.
Переход, который образуется на
границе эмиттер-база, называется
эмиттерным (П~), а на границе база-
коллектор — коллекторным (П2).
Проводимость базы может быть
как дырочной, так и электронной,
П~ П2
Б
соответственно различают транзи-
пi, pi
сторы со структурами и-р-и и р-п-р.
На рис. 1.1 приведены структуры
биполярных транзисторов. Принцип
работы транзисторов обоих типов
одинаков.
Рис. 1.1. Структуры биполярных транзисторов
1
Б
Рис. 1.2. Обозначение биполярных транзисторов на схемах:
а — и-р-п-; б — р-и-р-типа
Различие состоит в том, что в транзисторах со структурой и-р-и ток, теку-
щий через базу, создают электроны, инжектированные эмиттером в базу, а в
транзисторах р-и-р этот ток создают дырки.
Обозначение биполярных транзисторов на принципиальных электрических
схемах приведено на рис. 1.2.
К К

Д.А. Переиелкин
В усилительном режиме работы транзистора эмиттерный переход смещен
в прямом направлении, а коллекторный переход — в обратном.
В транзисторе осуществляется взаимное влияние переходов друг на друга.
Для эффективного воздействия эмиттерного перехода на коллекторный переход
необходимо выполнение следующих основных требований:
1. Толщина базы транзистора должна быть много меньше диффузионной
длины пробега инжектируемых в нее носителей:
Lp &g ;& t dq =1 5 ..2
2. База должна иметь концентрацию основных носителей много меньше
концентрации основных носителей в области эмиттера.
3. Площадь коллекторного перехода должна быть в несколько раз больше
площади эмиттерного перехода.
По технологии изготовления различают:
° сплавные транзисторы;
° диффузионные (планарные) транзисторы;
° комбинированные транзисторы (диффузионно-сплавные или планарно-
сплавные).
1.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА
Образование эмиттерного и коллекторного переходов приводит к некото-
I
рому уменьшению реальной толщины базы d6 & t; d
При подключении Ек происходит увеличение потенциального барьера кол-
лекторного перехода. Толщина коллекторного перехода несколько увеличива-
ется. В коллекторной цепи появляется слабый ток (в полупроводниковом диоде
при обратном напряжении). Этот ток называют собственным обратным током
коллектора и обозначают I«.
При подключении Е3 происходит снижение потенциального барьера эмит-
терного перехода, соответственно его толщина уменьшается и в эмиттерной
цепи появляется ток эмиттера. Ток эмиттера в основном определяется током
диффузии, который состоит из электронной и дырочной составляющих:
~3 13ï + ~3р.
Если бы концентрация основных носителей в эмиттерной и базовой облас-
тях была одинаковой, то это привело бы к выравниванию концентрации основ-
ных носителей:
Ьп ~3р.
Однако, у транзистора база бедна основными носителями (электронами
проводимости), а область эмиттера, наоборот, имеет высокую концентрацию
основных носителей (дырок), поэтому: 1э» 1э„, т. е. дырочная составляющая

Схемотехника усилительных устройств
тока эмиттера много больше бесполезной электронной составляющей тока
эмиттера. Электронная составляющая тока эмиттера Уэ„оказывается бесполез-
ной потому, что она замыкается через цепь базы и не участвует в создании тока
коллектора. Диффузия электронов из базы в эмиттер восполняется притоком в
базу новых электронов из внешней цепи, что и определяет величину и направ-
ление электронной составляющей тока эмиттера.
Принцип работы биполярного транзистора показан на рис. 1.3.
ение
туры
твии
их
ний
иком
Рекомбинаиия
питания
Рис. 1.3. Принцип работы биполярного транзистора
Для цепи базы 1э„является одной из составляющих тока базы.
Отношение 1э„ / 1э = 1э, / (1э„+ 13„) = y 0,99 ... 0,995 называется эффек-
тивностью эмиттера.
Дырочная составляющая тока эмиттера определяется переходом дырок из
эмиттера в базу. Так как напряжения источника питания выделяются в основ-
ном на переходах, обладающих в сравнении с тонкой базой относительно
большими сопротивлениями, то можно считать, что электрическое поле в базе у

Д.А. Перепелкин
10
Транзистор характеризуется также интегральным коэффициентом передачи
тока базы,0„:
~к « ~ ~ко
I
(1 „+1 „„) (1 +1 ) (1 — 1„) (1 — а„) 1,
Максимальному значению а„соответствует максимум P„. Согласно при-
веденной формуле незначительное уменьшение а„вызывает существенное
уменьшение P„
В транзисторной технике широко используют дифференциальный коэффи-
циент передачи тока базы P:
dIK dIK а А1к
,0 = = = = при Uz = const.
Н„(Н вЂ” Нк) (! — а) Л 1,
При средних значениях тока эмиттера I~, когда и„= а = 1
»1
(1 — а)
На практике иногда используют более простые, но менее точные соотно-
шения:
~к
а =а„= — к
I~
и,0= P„= — к,
~к
~Б
нала.
Изложенное показывает, что усиление мощности сигнала происходит с по-
мощью транзистора за счет энергии источника питания Ек.
которые справедливы при условии: IK» IF & t;I
Транзисторы представляют собой управляемый электронный прибор. Ве-
личина его тока 1к зависит от величины токов I& t; ли >.О ратносме
коллекторный переход допускает включение источника э.д.с. Ек &g ;&g ;Еэ
в цепь эмиттера включить дополнительный источник э.д.с. I АЕэ I & t; Еэ« »,
он будет расходовать мощность dP& t = E&g ;Ж .Пр эт мтокколл ктора
нится на величину Жк = а Жэ = Жэ и в коллекторной цепи выделится дополни-
тельная мощность АРк = ЕкМк = ЕкЖэ» АРэ. В этом и проявляется усили-
тельный эффект транзистора, который при надлежащем подборе параметров
схемы может быть использован для усиления мощности, так и напряжения сиг-

Схемотехника усилительных устройств
1.3. РЕЖИМЫ РАБОТЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
В зависимости от полярностей напряжений, приложенных к переходам
эмиттер-база и коллектор-база, различают четыре режима работы биполярного
транзистора.
° Активный режим.
В этом режиме эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а кол-
лекторный переход — в обратном. Данный режим является основным режимом
работы транзистора и применяется для усиления сигнала по мощности. Схема
биполярного транзистора в активном режиме приведена на рис. 1.5.
р-и-р
Ег
Рис. 1.5. Схема биполярного транзистора в активном режиме
° Режим отсечки.
В этом режиме эмиттерный и коллекторный переходы смещены в обратном
направлении. Через р-п-переходы протекают небольшие обратные токи. Бипо-
лярный транзистор в данном режиме закрыт. Схема биполярного транзистора в
режиме отсечки приведена на рис. 1.б.
Е1 Ег
Рис. 1.6. Схема биполярного транзистора в режиме отсечки
° Режим насыщения.
В этом режиме р-п-переходы смещены в прямом направлении. Ток в цепи
коллектора максимален и практически не регулируется током входной цепи.
Биполярный транзистор в данном режиме полностью открыт. Схема биполяр-
ного транзистора в режиме насыщения приведена на рис. 1.7.

Д.А. Переиелкин
12
Ег
Рис. 1.7. Схема биполярного транзистора в режиме насыщения
° Инверсный режим.
В этом режиме эмиттерный переход смещен в обратном направлении, а
коллекторный переход — в прямом. Данный режим не соответствует нормаль-
ным условиям эксплуатации транзистора. Схема биполярного транзистора в
инверсном режиме приведена на рис. 1.8.
Ег
Е1
Рис. 1.8. Схема биполярного транзистора в инверсном режиме
1.4. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Различают три возможные схемы включения бииолярных транзисторов:
° с общей базой (ОБ);
° с общим эмиттером (ОЭ);
° с общим коллектором (OK).
Общим называют электрод транзистора, от которого отсчитывают входные
Выход
Вход
Рис. 1.9. Схема транзистора с ОБ со структурой р-и-р:
входное напряжение U&gt <,вы одноенапр жен
входнои To K Ig,' BblxopHoH To K Iy
и выходные напряжения на транзисторе.
Схемы транзисторов, включенных по схеме с общей базой приведены на
рис. 1.9, 1.10.

Схемотехника усилительных устройств
Выход
Вкод
Рис. 1.10. Схема транзистора с ОБ со структурой и-р-и
На рис. 1.11 приведена схема транзистора с ОЭ.
~к
Выход
Вкод
Рис. 1.11. Схема транзистора с ОЭ:
входное напряжение U&lt >,вы одноенапр жение
входной ток l~, выходной ток lq
На рис. 1.12 приведена схема транзистора с ОК.
Ig
Выкод
Вкод
Рис. 1.12. Схема транзистора с ОК
1.5. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ
БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
1.5.1. СХЕМА ТРАНЗИСТОРА С ОБ
Рис. 1.13. Схема транзистора с ОБ
Схема транзистора с ОБ при подключении источника питания 3U& t и
грузки Ян приведена на рис. 1.13.

Д.А. Переиелкин
14
Транзистор, независимо от схемы включения, характеризуется коэффици-
ентом прямой передачи тока, который равен отношению приращения выходно-
го тока.
Рассмотрим основные параметры транзистора в схеме с ОБ.
Для транзистора, включенного по схеме с ОБ: ~вх = ~э ~вых = ~к.
1) дифференциальный коэффициент усиления по току в схеме с ОБ К,о .
~~к ~к
К, = " = " =а, где а — дифференциальный коэффициент передачи
~ОБ у у
тока эмиттера I3', а & t; 1,К О &
2) Входное сопротивление транзистора в схеме с ОБ Лвх
р ВХ ЭБ ~
вхОБ 1~ 1у у
где r~ — дифференциальное сопротивление эммитерного перехода в прямом
dUK ЛUK Л1„Яц Л1„
R„a R„a R„
U ОБ
~Ф Ф%Ь/
ВхОБ Вхоь r~
~н
если R~~ » r~ то К = — » 1.
~ОБ
"э
4) Коэффициент усиления по мощности в схеме с ОБ К
Рк HI~HU~ a R„a R„
5) Выходное сопротивление транзистора в схеме с ОБ Явь,х
R»,„примерно равно выходному сопротивлению этого транзистора при ра-
зомкнутой по переменному току входной цепи:
dUK ÀУ„
R»,x = " = " при 1э = const и относительно велико.
ВЫХОБ
включении; r & t;приме нора ноедини ам
Так как у транзистора ток коллектора 1к в основном определяется током
эмиттера I& t ипо ти незави ит от к, товозникаю ее риусиле ииприра
ние Ук, равное: АУк=ЖкЯ~~, почти не оказывает влияние на величину Жк=аЖэ,
1к = &l ;  +Iy( ,'I () Ђ”обрат ый окколлект ратранзисто
3) Коэффициент усиления по напряжению в схеме с ОБ К„,

Схемотехника усилительных устройств
Усилительные свойства транзистора в схеме с ОБ можно объяснить сле-
дующим образом. Приращения (амплитуды переменных составляющих) токов
в цепи коллектора и эмиттера примерно одинаковы К, = а =1, но они связа-
10Б
ны с различными источниками э.д.с. Ток коллектора 1к под действием Ек выде-
ляет большую энергию, протекая по большому сопротивлению нагрузки Ян.
Поэтому примерно одинаковые приращения токов Жк = Жэ вызывают или
могут вызвать существенно различные приращения напряжения:
А1 Я вЂ” АУк &g ;) Уэ Ђ”А1э Вх риусло ии н»
1.5.2. СХЕМА ТРАНЗИСТОРА С ОЭ
Схема транзистора с 03 при подключении источника питания ЛУБ и на-
грузки R~~ приведена на рис. 1.14.
Рис. 1.14. Схема транзистора с ОЭ
В этой схеме переменные напряжения на базе и коллекторе отсчитываются
относительно общего электрода эмиттера.
Рассмотрим основные параметры транзистора в схеме с 03.
Для транзистора, включенного по схеме с 03: Жвх = Жв, Alzb» А1к.
!) Коэффициент усиления по току в схеме с 03 К,„
Н1к А1к А1к 1 а
— '~ 1э ! ! — а
~~к
где P — дифференциальный коэффициент прямой передачи тока базы для схемы
с ОЭ.
2) Коэффициент усиления по напряжению в схеме с 03 К„
dUK~ ~11кэ 3I~R„PR„P R~
~ОЭ
Ф%Ь/ Ф%Ь/ ~Ф
БЭ БЭ Б ВХОБ ВХОБ Э
и примерно равен

Д.А. Переиелкин
16
(~ОЭ ~ОБ '
так как зГБ =~Щ, зэк = зУкэ — ~u~ =~u„,, приKU >
3) Коэффициент усиления по мощности в схеме с ОЭ К,
R
К =К, К =,Ва
ВХОБ
и примерно в,Враз больше, чем в схеме с ОБ.
4) Входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ R„„
ВХ Б Б
~ВХ ~Б Б
Так как ЛУБ =АУэ тогда
~~э ~~э
ВХОЭ ~~ ~~ ~~ gI ВХОБ
э к э
~~э
или можно представить как
1
ВХОБ ВХОБ + ВХОБ
ОБ
1 — 1 — а
+1
1 — а
= ~вх„(Р+ &g
и в,0 раз больше Лвх,.
5) Выходное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ Л
~~кэ
R
ВБ~ХОБ
,11 Р
1Б =с'() ° '1
Тепловой ток транзистора в схеме с 03 можно определить из соотношения:
Iê a„ Iý + IêÎ
1к Qð (Ilc 1Б) + 1КО
К Б ~КО
Ф @+1
В итоге получим, что
1к =И+(Р. +))1ко
или Iк (1 — ((„) = ((„1ь+ Iко.
Определим зависимость ток коллектора от обратного тока коллекторного
перехода I«из полученного соотношения.

Схемотехника усилительных устройств
17
Выражение 1ко(ф„+1) обозначают как l„и называют тепловым или об-
ратным током коллектора в схеме с ОЭ. Так как (P„+1) » 1, поэтому
1 „»1„,.
Таким образом, температурная стабильность транзистора в схеме с 03 на-
много хуже, чем в схеме с ОБ. Схема с ОЭ усиливает сигнал по напряжению,
току, мощности и обладает достаточно малым выходным и достаточно боль-
шим входным сопротивлениями.
1.5.3. СХЕМА ТРАНЗИСТОРА С ОК
{ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ}
Схема транзистора с ОК при подключении источника питания АУ~к и на-
грузки R~t приведена на рис. 1.15.
Рис. 1.15. Схема транзистора с ОК
Рассмотрим основные параметры транзистора в схеме с ОК.
Для транзистора, включенного по схеме с ОК: Жвх = Жв, Жвых = А1э.
1) Коэффициент усиления по току в схеме с ОК К,
'э1вых 'э1э ~1к+ э1в
ВХ Б Б
2) Коэффициент усиления по напряжению в схеме с ОК К„
~живых ~~э~~» ~~э~н ~~э~н
~~ок
ВХ БЭ Э и ( Э Вхов Э Н) Э( ВхоБ + и)
Так как R„„~ «R„, тогда
ВХОБ
~ок
R
н
(1~вхов + 1~н)
3) Входное сопротивление транзистора в схеме с ОК Лвх~„.

Д.А. Переиелкин
18
~1(/щ Нэ(Лаху + R„) (dl„+ dl~)(R„„„+ R„)
~вхок д д
~~~Б
или можно представить как
R„„=(P+ 1)R~„+ ~ ~=/~~~„„„+ R„).
4) Выходное сопротивление транзистора в схеме с ОК Явь,х
л -г ~~ "'""]
R
1.6. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ (ВАХ ТРАНЗИСТОРОВ)
В транзисторной технике наиболее широко применяются основные семей-
ства электродных характеристик, приспособленных к использованию транзи-
сторов в практических схемах усиления. С помощью данных семейств входных
и выходных вольт-амперных характеристик (ВАХ) можно охарактеризовать ра-
боту биполярных транзисторов. Данные характеристики приводятся в справоч-
никах по транзисторам. Выделяют следующие основныс характеристики бипо-
лярных транзисторов:
° эмиттерные характеристики 1 = /'((/ .), при (/ - =const для транзи-
сторов, включенных по схеме с ОБ;
° коллекторные характеристики 1 = /((/ ),
сторов, включенных по схеме с ОБ;
° базовые характеристики 1 = /((/ ), при
ров, включенных по схеме с ОЭ;
° коллекторные характеристики 1к = /((/кэ),
сторов, включенных по схеме с ОЭ.
Статические характеристики транзисторов в
при I~ =const для транзи-
UK~ =const для транзисто-
при I~ = const pxrs транзи-
схеме с ОК на практике не
применяются.
1.6.1. ВАХ ТРАНЗИСТОРА С ОБ
а) Входная характеристика транзистора 1, = 1(1/ ), при (/кв = const.
При U« = const эмиттерная характеристика соответствует обычной харак-
теристике полупроводникового диода. Напряжение U« = 0 означает короткое
замыкание коллектора с базой. Условное обозначение биполярного транзисто-
ра, включенного по схеме с ОБ, приведено на рис. 1.16.

Схемотехника усилительных устройств
19
ыход
Рис. 1.16. Схема транзистора с ОБ
Входная характеристика транзистора в схеме с ОБ приведена на рис. 1. 17.
ОВ
3мА
2мА
1 мА
100
200
~ЭБ
~ ~ЭБ
Рис. 1.17. Входная характеристика транзистора с ОБ
При подаче отрицательного напряжения U«, амплитудная характеристика
веерообразно смещается влево, что свидетельствует о наличии в транзисторе
внутренней связи.
По данной характеристике можно найти R
ВХОБ
ЭБ т Т
ВХОБ "эр
~~э ~э~
сопротивление мало и составляет величину единиц или десятков ом.
° Область отсечки (при 1з = 0).
б) Выходная характеристика транзистора 1к =f(U„~) Ii
Данная характеристика имеет вид, показанный на рис. 1.18. На коллектор-
ной характеристике транзистора для схемы с ОБ можно выделить четыре
области.

Д.А. Переиелкин
20
Ток коллектора определяется из соотношения IK = а„1э + IKp. При значении
I& t  Окри аявыхо ит изнач лакоорди а исоответств етхарактерист кед
да при обратном включении.
О
нас
КБ
~КБ
Область
отсечки
Рис. 1.18. Выходная характеристика транзистора с ОБ
° Область насыщения.
Переход коллектор-база смещен в прямом направлении. При увеличении
прямого напряжения УкБ ток IK резко возрастает и протекает в направлении об-
ратном нормальному току. Этот режим не применяется на практике.
° Активная область.
Для транзистора в схеме с ОБ по соотношению 1» = а„1э + 1» зависимости
должны идти параллельно оси напряжения УкБ, так как ток коллектора IK no
данной формуле не зависит от напряжения У»в.
Однако реальные характеристики имеют небольшой наклон и поэтому их
можно аппроксимировать выражением:
~1»Б
1» = a„l~ + I»0 +
'к
Определим, что такое г». Для этого в последнем выражении выразим на-
пряжение УкБ. Тогда получим:
~ Kli — ~ к'к ~~ ~э'к ~ко'к .
Найдем производную:

Схемотехника усилительных устройств
21
чина сопротивления составляет единицы и десятки мегаом.
Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в схеме с ОБ
rK M0æH0 определить по выходным характеристикам транзистора.
Также в активной области по выходным характеристикам можно найти ин-
тегральный и дифференциальный коэффициенты прямой передачи тока эмит-
тера а„:
а = — к
1 I p
к~
И Э
13 УкБ — сот1 134 УкБ — соим
а=
~1к ~1к~
Л 13 УкБ const l34 13З UK~ const Л I~
° Область теплового пробоя.
Это недопустимый режим работы, при котором транзистор выходит из
строя.
1.6.2. ВАХ ТРАНЗИСТОРА С ОЭ
а) Входная характеристика транзистора 1 = /(У„э)
UK3
Ее также называют базовой характеристикой транзистора в схеме с 03.
Данная характеристика приведена на рис. 1.19.
С ростом напряжения UK3 ток базы 1Б при заданном напряжении УБ3 умень-
шается. Это объясняется тем, что при увеличении напряжения UK& t;возраст
величина внутреннего поля Ев~~ коллекторного перехода, которое втягивает но-
сители из области базы в область коллектора и вероятность рекомбинации но-
сителей заряда в базе уменьшается, следовательно, уменьшается ток базы 1Б.
По входной характеристике можно определить входное дифференциальное
сопротивление транзистора в схеме с ОЭ:
р ~ Б3
Л 1Б Ук3 — со~м
КБ
='к
dl„3 const
т. е. г„— это дифференциальное сопротивление коллекторного перехода или
выходное сопротивление транзистора в схеме с ОБ в активной области. Вели-

Д.А. Переиелкин
22
ОВ
~у ~БР
Б
~ ~БЭ
Рис. 1.19. Входная характеристика транзистора с ОЭ
б) Выходная характеристика транзистора 4 = /'(Гкз)
1Б = сот~
Ее также называют коллекторной характеристикой транзистора в схеме с
03. Данная характеристика приведена на рис. 1.20.
асть
обоя
~tci ~к
~кэ
~ ~кэ
Область
отсечки
Рис. 1.20. Выходная характеристика транзистора с ОЭ
Тепловой ток транзистора в схеме с ОЭ можно определить из соотношения:
~к = ~„~э+ Iêo.
~К ~р (~К ~Б) ~КО

Схемотехника усилительных устройств
23
или 1» (1 — а„) = а„1Б+ Iко.
Определим зависимость тока коллектора от обратного тока коллекторного
перехода 1кО из полученного соотношения.
К Б КО
Р P+1
В итоге получим, что
1к = 0„1Б+ (О. + 1)1ко
или можно записать
1„= 13„1, + (p„+ 1)1, = 13„1 + 1„,, где 1, = (p„+ 1)1, .
° Область отсечки (при 1ь = — 1ко).
Для соотношения 1 =P„I„+(P„+1)I„„=P„I, +1 „, положим 1ь = — 1ко, то-
гда получим, что
IK — P„IKo+P„IKo+ „о ы" 1„=1ко.
° Область насыщения.
В данной области при ~Ук3~ & t ~U 3 кколлекторн муперех дубу етп
ложено прямое напряжение, транзистор будет находиться в режиме насыщения.
К
0,3 В
Рис. 1.21. Пример работы транзистора с ОЭ в режиме насыщения
На рис. 1.21 приведен пример работы транзистора в схеме с ОЭ в режиме
насыщения. На данном рисунке напряжение Ук — это падение напряжения на
переходе коллектор-база или на коллекторном переходе. Из схемы видно:
(/к (/К3 UQ3 — 0,3 — ( — 0,5) = + 0,2 В.
На выходной характеристике транзистора для схемы с ОЭ можно выде-
лить четыре области.

Д А. Переиелкин
24
Поэтому при напряжении ~Укэ~([U ~ транзистор будет находиться в ре-
жиме насыщения.
° Активная область.
При напряжении ~Укэ~ & t;У э~коллектор ыйпере одсме е вобрат
направлении.
Для транзистора в схеме с ОБ мы записали:
~к.
IK = <. э+~
'к
6=~к+ ~ь
тогда можно записать:
1 =a„(l„ t 1~) t I»Ä t — или
~к
'к
у
к
+ +
1 — а„ I — а„гк(1 — а„)
Учитывая, что
а„ 1
=ф„и
1 — а 1 — а
и и
= P„ t! можно записать:
1к =P,l„ tl„„(P, +1)+ "(P„ t!).
'к
dUK Гк е
'к.
а~1, I~ = const 1+ P„
е
Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода гк составляет
величину десятков или сотен килоом.
В'активной области по выходной характеристике сопротивление rK ìîæíî
найти из следующего соотношения:
~~кэ
'к
А 1к Iö — СОПЯ/
Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода транзистора в
е
схеме с ОЭ гк можно определить, предварительно выразив в последнем выра-
жении напряжение Ук. Тогда получим:
lyric P„li'ri& t;~ о t1
(P.+1) (P.+1) (P.+1)

Схемотехника усилительных устройств
25
стора:
~~к ~К3 ~К1
Л1г, U„~ — const IQ3 — I~, UK~ — сот1
° Область теплового пробоя.
В рабочем режиме работы транзистора не применяется.
1.7. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ СВОИСТВА И ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СХЕМЫ
БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Основными параметрами при любой схеме включения биполярного тран-
зистора являются:
° Коэффициент усиления по току:
~живых
!
~~вх
° Коэффициент усиления по напряжению:
~~вых
U
~~вх
° Коэффициент усиления по мощности:
к, =к,к„.
° Входное сопротивление:
~~вх
вх—
~~вх
1.7.1. СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА С ОБ
Схема включения транзистора с ОБ приведена на рис. 1.22.
~вых
UI3X
Ек
Рис. 1.22. Схема включения транзистора с ОБ
По выходным характеристикам транзистора можно также найти интеграль-
ный и дифференциальный коэффициенты прямой передачи тока базы транзи-

Д.А. Переиелкин
26
Для данной схемы включения основные усилительные параметры транзи-
~живых B I~R~ a 3I~R~ a RK
~ОБ
»1,
Лувх А1ЭЛВХОБ А1элвхоБ ЛВХОБ
2~
ВХОБ ВХОБ
Найдем сопротивление R~„èç эквивалентной Т-образной схемы транзи-
стора, приведенной на рис. 1.23.
~вх
живых
Б
Рис. 1.23. Эквивалентная схема транзистора с ОБ
На рис. 1.23 сопротивления гк u rq — дифференциальные сопротивления
коллекторного и эмиттерного переходов, а гБ объемное сопротивление базы—
это сопротивление полупроводниковой базовой области с учетом размеров ба-
зы.
Дифференциальное сопротивление гк составляет величину порядка единиц
и десятков мегаом и определяется из следующего соотношения:
"~кБ ~~кБ
~~к ~ ~к
Дифференциальное сопротивление r3 составляет величину порядка единиц
Ом и определяется из следующего соотношения:
~ ЭБ ЭБ 'т'Т
~~~э ~ ~э ~э
Сопротивление гБ составляет величину порядка сотен ом.
— источник (генератор) теплового или обратного тока
коллекторного перехода.
стора определяются по следующим соотношениям:
вых к ~ -1.
Л1 А1к
~ОБ
~~вх ~~э
1
1
1
0"
I
1
1
1

Схемотехника усилительных устройств
27
— источник или генератор коллек-
торного тока.
аА~э
или
Сэ и Ск соответственно емкости эмиттерного и коллекторного переходов.
По эквивалентной схеме можно записать:
ВХ ЭЭ ББ~
~Б ~3 ~К ~3 и Э 3(~ ««и) '
UBX =1303+I3(1 — «.) =13[#3+(I — «„) ].
Соответственно для приращений используют вместо а„= а. Тогда можно
записать:
АУ٠— — А!ф +(! — а)ГБ].
Входное сопротивление транзистора для схемы с ОБ находят из следующе-
го соотношения:
Л(/н,, Ь 1ф:, + (1 — ««)r,]
~~вх ~~э
Так как а = 1, то получим
ные параметры транзистора определяются по следующим выражениям:
К, =а&lt
аЯ~ аЯк
~~ОБ
>
ВХОБ Э
2 2
а Я~ а Я~
К,, =К, К„= = »1, так как Я~»гэ.
~ ОЬ ~ОБ ~~ОБ д
BXog Э
1.7.2. СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА С ОЭ
Схема включения транзистора с ОЭ приведена на рис. 1.24.
А]~ живых
~их
Рис. 1.24. Схема включения транзистора с ОЭ
~ВХОБ
Определив входное сопротивление транзистора с ОБ, основные усилитель-

Д.А. Переиелкин
28
Для данной схемы включения основные усилительные параметры транзи-
~живых
~оэ ~у
вх
р К
R
вхоэ
~~кRê
вхоэ
к„, =к„,к„, =,вр
R»,0'Л»
вхоэ
Найдем сопротивление R~x,, из эквивалентной T-образной схемы транзи-
стора, приведенной на рис. 1.25.
~f3X
живых
Рис. 1.25. Эквивалентная схема транзистора с ОЭ
Ф
На рис. 1.25 сопротивления r» H r& t; Ђ”дифференциаль ыесопротивле
коллекторного и эмиттерного переходов в схеме с ОЭ, а r& t;объем оесопрот
ление базы — это сопротивление полупроводниковой базовой области с учетом
размеров базы.
Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода rq определяется
из следующего соотношения:
~~ьэ 'Р т
~э
Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода г» определяется
из соотношения:
'к
к—
1+
Сэ — емкость эмиттерного перехода, à CK — емкость коллекторного перехо-
да в схеме с ОЭ определяется следующим выражением:
стора определяются по следующим соотношениям:
~~вы» ~~» О.
~оэ
l
I
1
Q"
I
1

Схемотехника усилительных устройств
29
С» (1+,0)С» .
— источник (генератор) теплового или обратного тока
коллекторного перехода в схеме с ОЭ.
— источник или генератор коллек-
торного тока в схеме с ОЭ.
Ф~1Б
или
По эквивалентной схеме можно записать:
ВХ ББ ЭЭ~
ВХ ~Б Б ~Э Э~
А1э =А1»+А1, =PBI, + А1„=(,0+1)А1а,
~~вх ~~Б~Б + ~~э"э .
~вхо
1.7.3. СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА С ОК
Схема включения транзистора с ОК показана на рис. 1.26.
Ек
+
~вх
Рис. 1.26. Схема включения транзистора с ОК
Al,r, +(,О+1)Л1 г,
Вх Б э
ОЭ ~у
Так как Явх„., &g ;&gt Явх,п
вхоБ
1'вхоэ — "эх+1) = Р "э
Определив входное сопротивление для схемы с ОЭ, основные усилитель-
ные параметры транзистора определяются по следующим выражениям:
Къ, =,0»1;
,ОЛ R
~оэ
'»1;
г„- + г. (1+,О) гэ
PR»
r03 ~оэ ~'оэ,. +,. (1+ P)

Д.А. Переиелкин
30
Для данной схемы включения основные усилительные параметры транзи-
+1;
~~вых ~~э~э ~~к+ ~~Б ~э р ) ~э
AUBx A IERBxoK Б ВхоК Вхок
к „=к,„К =(Р+1)(р+1) % =(Р+1)' %
BXOK BXOK
Найдем сопротивление RBx из эквивалентной Т-образной схемы транзи-
стора, приведенной на рис. 1.27.
~'Б Э
I
1
1
0
1
1
J
'43X
живых
К
Рис. 1.27. Эквивалентная схема транзистора с ОК
Все параметры эквивалентной схемы известны. Преобразуем представлен-
ную схему. Так как сопротивления r& t и ->сое иненыпоследоват л но,
@
противление гк и (~э + Лэ) соединены параллельно, то можно записать:
R = г;, II (гэ + R, ) .
Следовательно, эквивалентную схему, приведенную на рис. 1.27 можно
представить в виде схемы, показанной на рис. 1.28.
~вых
~вх
Рис. 1.28. Эквивалентная схема транзистора с ОК после преобразования
стора определяются по следующим соотношениям:
Л1вы Ь1э ЛIK + ЫБ
Вх Б Б
1
1
1
1
0"
1
1
1
J

Схемотехника усилительных устройств
Приведенная на рис. 1.28 эквивалентная схема транзистора совпадает со
схемой с ОЭ. Для схемы с ОЭ входное сопротивление определяется из выраже-
ния;
~вхоэ = »ь + (1+»0)~э.
Тогда по аналогии со схемой с ОЭ можно записать:
R~ÄÄ = r, + (1+ P) R;
R~ÄÄÄ = r, + (1+,0)[гЦ(» + Я )].
ТаК как сопротивление г «R~, то получим:
Rвх„ж — — r„+ (1+,О) Ц(Ю, ].
Дспее при определении RB„, êîçë»îæíî несколько вариантов.
Ф
° Сопротивление R» велико, т. е. гк «R. Данный вариант на практике слу-
чается крайне редко. Тогда получим:
Ф 'к
RBx„— rr +(I+ P)ri& t = r +(I+
Б К~
(1+ 0)
т. к. г «г„, то R„x = г„и составляет величину единиц или десятков Мом.
~X()K max
Ф Ф
° Сопротивление r~ велико, т. е. R~((r~. На практике данный вариант яв-
ляется наиболее вероятным. Тогда получим:
Лвхок — — r„+ (1+ P)R.» = (I+ 0)Л,»
Пример.
R.» = 1О кОм; P = 50;
R = 51 ° 10 = 510 кОм — величина сопротивления большая.
вхок
Так как второй вариант входного сопротивления транзистора для схемы
с ОК наиболее часто встречается на практике, то основные усилительные пара-
метры транзистора определяются следующими выражениями:
вых О+ 1.
А1
iOK
вх
K«„— — '"'" — — (,О+1) = (,0+1) = 0,98... 1;
Rý
(,О+1)R,

Д.А. Переиелкин
32
1.8. h-ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Транзистор можно рассматривать как активный четырехполюсник. Устрой-
ства, имеющие два входных и два выходных зажима и обладающие способно-
стью усиливать входные сигналы по мощности, называются активными четы-
aIã
Рис. 1.29. Схема биполярного транзистора в виде активного четырехполюсника
Четырехполюсник можно характеризовать статическими характеристика-
ми, которые связывают ero параметры АУ1, Ж~, АУ2 и Ж~.
Возьмем в качестве независимых параметров ток Ж~ и напряжение 3U&g ;,
гда получим:
ZIUi =аж1, А(/2) и
(1.1)
~2 f2(~l » ~~2) (1.2)
Схема биполярного транзистора в виде четырехполюсника, как «черный
ящик», приведена на рис. 1.30.
а 12
Рис. 1.30. Схема транзистора в виде четырехполюсника, как «черный ящик»
Запишем выражения (1.1) и (1.2) в следующем виде:
~1 I1 ,11 ~ 2h„
(1.3)
А1, = АЩ, +ЛГ,h„ (1.4)
Коэффициенты hii, hi&l ;, » и h»называю сяh-параметр мибиполярн
транзистора. Каждый из этих параметров имеет физический смысл.
° Если известны напряжения АУ1 и 3U&g ;, товыраже иямо нопредстав
в виде:
рехиолюсниками.
Схема биполярного транзистора в виде активного четырехполюсника при-
ведена на рис. 1.29.

Схемотехника усилительных устройств
1 11 ~1 12
2 21 1 22 ~ 2 ~
где Y-параметры — это параметры проводимости.
° Если известны токи Ж1 и Ж», то выражения можно представить в виде:
~ ~1 = ~„~ ~1 + ~12~ ~2
2 = ~„1~11 + ~-'22~12
где Z-параметры — это параметры сопротивления.
Рассмотрим h-параметры биполярного транзистора и их физический смысл.
° Положим напряжение АУ2 = О, т. е. короткое замыкание на выходе. Тогда
из выражения (1.3) получим:
А 01
А1, АУ„= О
где h11 — входное сопротивление биполярного транзистора при коротком замы-
кании на выходе.
Из выражения (1.4) получим:
А1,
А1, АУ, =О
где 621 — коэффициент усиления биполярного транзистора по току.
° Положим ток А11 = О, т. е. входная цепь транзистора разомкнута. Тогда из
выражения (1.3) получим:
А 01
АУ А1, =О
где h,g — коэффициент обратной связи биполярного транзистора. Он характери-
зует степень влияния выходного напряжения на режим входной цепи.
Из выражения (1.4) получим:
~~2
~~т
где Ь22 — выходная проводимость биполярного транзистора.
Между h-параметрами и параметрами биполярных транзисторов, соответ-
ствующим эквивалентным Т-образным схемам, существует определенная зави-
симость.
1.8.1. h — ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА С ОБ
Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с ОБ приведена на
рис. 1.31.

Д.А. Переиелкин
34
~кБ
Рис. 1.31. Эквивалентная схема биполярного транзистора с ОБ
По эквивалентной схеме транзистора с ОБ определим его h-параметры.
АУ,
ЭБ
1~ОБ ДУ ДУ 0 ~У
~~кБ — 0
Э Б( ) ВХ
ОБ'
А1 ~~к
2
=а;
А1, АУ2 -0 А1э ~~кБ -0
АУ, ~~ЭБ
12ОБ Аи А1, =0 Аи
Схема биполярного транзистора с ОБ
ведена на рис. 1.34. '
Б Б
А1э — — 0 гк+гБ гк
при разомкнутой входной цепи при-
гк
~ЭБ ~КБ ~ЭБ
АЦэБ гк — АЦ&l ;Б гБ Ђ”А эБ~
АУЭБ ( УК + УБ) — А(1КБ ГБ',
ЭБ Б
АЦкБ ~K + ~g
1 1
А1Э вЂ” 0 (УК+УБ) У„
2
ли
2
~~к ~~к
А1, =0 АУкБ А1э =0 А1к(Ук+У )
Рис. 1.32. Схема биполярного транзистора с ОБ при разомкнутой входной цепи
По данной схеме можно записать:

Схемотехника усилительньи устройств
35
1.8.2. h-ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА С ОЭ
Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с ОЭ приведена на
рис. 1.33.
~ьэ
Рис. 1.33. Эквивалентная схема биполярного транзистора с ОЭ
По эквивалентной схеме транзистора с ОЭ определим его h-параметры.
АI„
21о э l I
1
~ ~ь"э r-э r-э
А1, =0 АУк, А1~ =0 r +r. r
Схема биполярного транзистора с ОЭ при разомкнутой входной цепи при-
ведена на рис. 1.34.
гк
К
~~к э
Рис. 1.34. Схема биполярного транзистора с ОЭ при разомкнутой входной цепи
По данной схеме можно записать:
~~вэ ~~кэ ~~ьэ.
Ф Ъ
"э гк
ф
АУБэ Гк — Лакэ Гэ Л~ьэ r3 ~
АУ,
1'-оэ
Л!„
АУ =0 А1, АУ =0

ДА. Переиелкин
36
Ф
~~БЭ( К Э) ~~КЭ Э ~
БЭ Э
Ф
~~кэ "ic + "э
2
~~к ~~к
ЛУ, А1, =0 Лакэ А1 =0 Л1 (г„+г. ) г„+г r„
Замечание.
Если в справочнике даны h-параметры биполярного транзистора, то можно опре-
делить его физические параметры.

ГЛАВА 2. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Полевылш гггрпнзгн гггоричи (11Т) называются полупроводниковые приборы,
в которых ток создается основными носителями заряда полупроводника под
действием продольного электрического поля, а управление вели игной тока
осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением,
прилом<ен ы купра ляющ мур-п-перехо
Все волевые трстзисторы гго своим гои ку~укиорскги ослик.шгостя.ч мож-
но ршде.шть на c)6e p>vгn
° ПТ с управляющим р-гг-переходом — 1и'Yfl (каггалыгыс транзисторы);
° I1T с изолированным затвором, или MOI1- гранзисторы (структура:
металл-окисел-полупроводн и к) или МД! I-a ранзисторы (структура: металл-
диэлектрик-полупроводник).
2.1. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
С УПРАВЛЯЮЩИМ р-л-ПЕРЕХОДОМ (ПТУП)
Унрощенная конструкция I ITYI I нриведен» на рис. 2. I.
И
Рис. 2.1. Упрощенная конструкция ПТУП:
а — толщина канала; Z —; L — длина канала
Область между р-и-переходами называется каналом.
ПТУП гг.иеет тргг элекагрос)ск С вЂ” сток; Й вЂ” исток; 3 — затвор.
По тилу канало» ПТУП деляпгаг ги:

Д.А. 17ерепелкин
38
2) и-канальные
1) р-канальные
- С
Р - '4а! Р
72 - +H78
2.1.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ ПТУП
Г1ринции работы ПТУП рассмотрим на примере п-канального транзистора
в схеме с общим ис1 оком (Ои). Схема I ITYI I с ОИ приведена на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Схема ПТУП с ОИ
Конструкция I ITÓI I с общим истоком приведена на рис. 2.3.
U. ОЪскть обьслиых заря~)ов
Зи
Рис. 2.3. Конструкция ПТУП с ОИ
При работе ИТУП с ОИ выдаяк~т пять режи.нов.
° Ущ=О;Е~ =О.
Данная структура подобна структуре бранная структура подобна структуре
и-р-и биполярного транзистора: р-и-р биполярного транзистора:

, Cxelso]ner]tulsa уситтсльиых )~cinpoAein«
39
Между п-каналом и р-затвором образуется р-и-переход с некоторой обла-
стью объемных зарядов. Так как область объемных зарядов мала, то и-канал
обладает некоторой проводимостью или сопротивлением:
j&g
Z cl
(2.1)
где а — толщина канала; L — длина канала; Z — ширина канала; р — удельное со-
противление.
° Ц~и = (); Е( & t;
Под действием приложенного напряжения стока Е~ через канал будет llpo-
текать ток стока I&l ;.Велич н»т ка I,бу етопределят сясле11укнц мииарам
рами: R< gt; . RII
° UgI,I (0; Eq. & t
уменьшается.
® <~ lt II=-
При некотором иаиря>ке ииU lt; Iв ”U< gt;областьирос раистве
перекрывает весь канал, ирснкщимос~ь канал» надает до нуля, сопротивление
стремиться к бесконечности. !!;1иряжение U(), ири котором ироводимос~ь кана-
ла падает до нуля, называется ггггпряжсггкл| г> ссгг и.Дан оенапряже ие
ределяется гсомезрическими размерами канала и свойствами иолуироводиико-
вого материала:
c(
UO ——
2~:~; рр„
(2.")
° ~зи~о,'~с~о
Данный режим недопустим, так как р-и-переход смещен в прямом направ-
лени и.
К р-и-иереходу затвор-исток будет ириложено обратное
приводит к увеличениго облас I и ирос~ рл)ствеииых зарядов.
шается сечение канала. Соиротивление канала возрасl'àål,
где а толщина канала;
p„— подвижность носителей заряда в канале;
6 — диэлектрическая ироницаемость;
ep — электрическая иостоянная;
p — удельное сопротивление иолуироводник».
наиряжение.,'Это
I Ipll этом умень-
а ток стока l~

Д.А. Оерепелк~т
40
2 1.2. BAX ПТУП
Статические характеристики Г1ТУП рассматривают при построении ВАХ.
При этом выделяют следующие характеристики.
а) Выходная или стоковая ВАХ /,. = AUL )
У» = сои.~'~
Яанная характеристика описывается аналитическим выражением:
(л З)
где Л&l ;&g ;—сопроти лениепол остьюотк ытогок нала.Сопроти лен еR~)
деляе гся по выражению (2.1) и зависит от размеров канала и свойств полупро-
водникового материала канала.
Выходная или стоковая BAX 11TYI I приведена на рис. 2.4.
'ЦМ д/,1А
( - .'!Ш!СИ!ЫИ Я ЧИ 'xiii)ii"
I/ - ~тласть иасыщеиия
~'осоотая раоочая област~,.'
i'Ä - ойлас)иь о)псгчки.
Рис. 2.4. Выходная или стоковая ВАХ ПТУП
t I 111( ° l1 а ~111 °
~ирли'v6
Г
+
О
Рис. 2.5. Распределение потенциала вдоль канала ПТУП
В рабочем режиме по каналу про гекает ток стока I& t A О,поэт мупотенц
лы поперечных сечений канала оказываются неодинаковыми. Распределение
потенциала поперечного сечения вдоль канала показано на рис. 2.5.

Схелк>техн киуси.'гнтель ьтустро4
41
Потенциал д)(. = U&lt -,распределен ыйвд лькана а,возраст ет поопре
ленному закону от нуля в сечении истока до напряжения Uc«s в сечении стока.
Обратное (отрицательное) напря>ке иеp-n-перех да ляразлич ыхсе
ний.1, равное U„„= -U., — U также возрастает в направлении стока, что вы-
Р "л
зывает увеличение толщины обедненного слоя, а также сужение сечения ка««а-
ла. Наибольшее сечение канала и истока, где U~Ä = — U-„а наименьшее стока,
где U,,„= — U — U.
Если увеличивать напряженис Uq, то напряжснис U, „может достичь зна-
чения U(), а это означаст, что в ссчснии возле стока должно нроизойти псрскры-
тие канала. В действительности полного (абсол«отного) ««ерекрьг««и«канала не
происходит, так как э «о нривсло бы к отссчкс тока стока 1(, создаваемым стоко-
вым напряжснием. Поэтому остастся малос ссчснис канала, так как «апряжсн-
ность элсктричсского ноля «3 сужснном мсстс достигаст значсния, при котором
наступает насьпценис скорости дрей< >апод ижныхнос телейз ряд ,что
ет невозможным увеличение тока стока (( ««ри дальнсй«нсм увсличе««ии стоко-
вого напряжения U(, т. е. происходит ««с о«сечка ток» ка««ала, а его огра««иче-
ние. Такой процссс н»зывастся насыще««исм, а напряжснис, при котором ol) на-
ступает — нстрюк ение.1г гшсьггцс пия U( „,„..
Из условия U, „=- — U., — U(,„.„. — — — U, находим
U( „„, — — U() — U,.
11одстави м выражс«шс (".4) в (2.3), го«д» «юл уч и м
2и""--U' '
U() — U, +-
3 U()
1
R()
g U 3/'2~
~Ы
-U +
3У) 2
3U,', — 2U,",
!
или I
()
(2.5)
OUI
В итоге после всех преобразований, получим:
1 1
()
(2.6)
Очевидно, «то (( „„, будст максимален при U& t = О.То дамо нозаписа
( ()
ЗЛ
()
(2.7)

Д.А. 17ерепе.'гкгт
42
Тогда выражение (2.3) можно записать в виде:
ЗУ. U;, — (U, + U,.)'"
& t; ч ц~3
() о
(2.8)
Uo 3U,, U(.
3R„U„R„'
U, 2(U, + U,.)' ' 2(U, + U,.)'
Ъ
Ъ 7
з Л„У;) ЗА()Uo
Uo 2U.,"- 2U
3 2 1
3R() U() 3RoU()'
Как видно, одним из основных параметров ПТУРЫ! является ток стока на-
сыщения I<„, „,кото ыйопределяе ся повыраже ию(2. ) Вобла тинасы
ния ток стока I( не зависит от напряжения U(.
б) Проходная или стоко-затворная ВАХ I,. = /(U,)
U,, =co»st
Данная характеристика может быть построена по выра>кен ям(2 3)
(2.8). Проходная ВАХ !1ТУ(1 приведена на рис..б.
У' Р~
Рис. 2.6. Проходная или стоко-затворная ВАХ ПТУП
Основным параметром, определяющим усилительные свойства ПТУП, яв-
ляется крутизна проходной характеристики:
dl А!,
(И3, U( = co0$I ЛУ, U( — — ~'Ой~']
(2.9)
Крутизна S определяет наклон проходной характеристики ПТУП.

Схемотетики уситтсльньт устро~(с~п»
43
Так как участок насыщения является основным или рабочим участком, по-
этому найдем крутизну 5 на участке насыщения из выражения (2.6). Для этого
перепишем выражение (2.6) в следующем виде:
2U-;
1 1
О
(2. 10)
!и, Ro ÇRÄ 2
(".1 1)
В итоге после всех преобразований получим:
1
5= — — - 1—
Л(&
(2.12)
Из выражения (2.12) слслуст, гго Я =- Яц ~~ прн Uq =- 0
1
'~«(.~ =
R(!
(2.13)
С учетом выражения (2.13) выражение (2.12) можно записать в виде:
~l,
iS' — Я(у () 1
(!()
(2.14)
~()
Учитывая, lo I( „,„= — — — выражение (2.13) можно представить в
О
виде:
I(
~~(&
(2. 15)
3 I
~() ~~()
~()
ЗЛ„
Выражение (2.15) связывает три основных параметра !1ТУП: 5'«(&g ;, ;
I
СЫ1Х '
в) Входная ВАХ ПТУГ1 I., = f (U,) ..
Входная цепь ПТУП:это р-п-переход, который смещен в обратном направ-
лении. Входная ВАХ полевого транзилора подобна обратной ветви диода. При
этом ток затвора !з очень мал и определяется тепловым током. Для ПТУГ! ток
затвора 1( составляет сотни наноампер.
Входное сопротивление ПТУП велико, сосгавляет сотни мегаом и опреде-
ляется по следующему соотношению:
вх3
~13Х 1П У| I д ОЫ' 3 '
х
(2.1 6)

Д.А. Переиелк~т
44
Условный вид входной ВАХ Г1ТУИ представлен на рис. 2.7.
Рис. 2.7. Входная BAX ПТУП
2.1.3. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ПТУП
Эквивалентная схема 1IТУ11 приведена на рис. 2.8.
Рис. 2.8. Эквивалентная схема ПТУП:
r~~ и r~- — сопротивления контактов истока и стока (очень малые сопротивления];
R&g ; lt; иR :—дифференци льныесопроти ленияз твораотноси ельно с окаи
(большие величины — сотни мегаом); С< и, ~ иС .. Ђ”межэлектрод ыепаразит
dU(.
емкости ПТУП; R<~ ~~ Ђ” Ђ” Ђ”дифференциаль оесопротивле иекан
dI,
На линейном участке выходной характеристики Л~ и — это обычный линей-
ный резистор. В области насыщения, т. е. на рабочем участке, сопротивление
R& t; &g ;  +~ иГ1Тра ота ткакис очник

Схелклт.тики усил итсльпык устройств
— источник тока стока.
или
~() ( /q'1л
В общем случае можно считать, что входное сопротивление ПТУП ком-
плексное, тогда по эквивалентной схеме можно записать:
1 1
~и
зи '
Р~;и Z ( . .(~и)С„,
1
или jj&g ;(/ ~&g
1
3и
Rjjj +
PC~~q (~ю)С"„,
ljj& t;(p j
На высоких частотах работы llTYI I:
1
1
'3И, 3('
в(.',~„о C„
т. е. межэлектродные емкости шунтируют сопротивления Лщ и R&gt
Тогда эквивалентную схему!1ТУ11 в области высоких частот можно пред-
ставить в виде схемы, приведенной иа рис. 2.(~.
Рис. 2.9. Эквивалентная схема ИТУИ в области высоких частот
2.2. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ (МОП, МДП}
МОП- гглгг Лф(П-»грп>гзис> гог gt; †этоПТ принцип действи кото
ван на эффекте изменения концентрации >годви&g ;кныхнос телей а яда
верхностном слое полупроводника под действием внешнего элек1рического
поля, созданным напряжением, приложенным к металлическому электроду,
который отделен от поверхности полупроводника слоем изолятора.
Сущее»гвук&g ;т вераз>готг)&gt > с>гг гМОП-(М/7П-)>&
° с встроенным каналом;
° с индуцированным каналом.

Д.А. Перепелкин
46
2.2 1. КОНСТРУКЦИЯ МОП-ТРАНЗИСТОРА С ВСТРОЕННЫМ и-КАНАЛОМ
Между стоком и истоком создан тонкий поверхностный канал. Подложка
является конструктивной основой МОП-транзистора. В п-канальном транзисто-
ре подложка подключается к самому высокому потенциалу. В этом случае р-и-
переходы подложка-исток и подложка-сток смещены в обратном направлении.
Структура МО! 1-транзисч ор» с встроенным и-каналом показана на
рис. 2.10.
зю — ~
II
р-тн)ложка
и-капап
Рис. 2.10. Структура MOIL-транзистора с встроенным и-каналом
Конструкция M()11-транзистора с вс гроенным и-ка~ ~алом приведена на
рис. 2.11.
Рис. 2.11. Конструкция МОП-транзистора с встроенным и-каналом
2.2.2. КОНСТРУКЦИЯ МОП-ТРАНЗИСТОРА С ВСТРОЕННЫМ р-КАНАЛОМ
К подложке подключен самый низкий потенциал. В этом случае переходы
подложка-исток и подложка-сток смещены в обратном направлении.
Структура MO[1-транзистора с встроенным р-каналом показана на
рис. 2.12.
зю — ~
п-тн)ло,жкс~
р-кана.
Рис. 2.12. Структура МОП-транзистора с встроенным р-каналом

Схелкнтнл ники усилиис.чьпы.с устройст»
47
Конструкция MOI1-транзистора с встроенным р-каналом приведена на
рис. 2.13.
iO
Рис. 2 13. Конструкция МОИ-транзистора с встроенным р-каналом
2.2.3. ПРИНЦИП РАБОТЫ МОП-ТРАНЗИСТОРА С ВСТРОЕННЫМ КАНАЛОМ
Схема МО11-транзистора с встроенным р-каналом нриведена на рис. 2.14.
Рис. 2.14. Схема MOI I-транзистор» с встроенным р-каналом
ГУу~г~ работе МОИ-трапзгктора с «строевы каиалач «ьн)е. гякпи тргг рс-
жи.на.
° и,„=О,Е, &gt
Так как в МОП-транзисторе с встроенным каналом канал сущееrnyer гех-
нологически, то под действием напряжения стока Е& t вц пипротек ет окст
Iq, величина которого определяется сопротивлениями стока R& t икана а ат
же источником напряжения стока Е~.
° Ци<О Е~
В канале у границы полупроводника с диэлектриком концентрация элек-
тронов снижается, н ироводимость канала уменыпается. Данный режим работы
называют режимом обеднения канала. При некотором напряжении Ьзи = U~~~,
канал полностью теряет электропроводность. Напряжение U~~, при котором ка-
нал полностью теряет свою электропроводность, называется поро,гоыы.и иа-
иряжением.

Д.А. Переиелк~т
48
° Узи ) О, Е( ) О.
Концентрация электронов (основных носителей заряда) в канале увеличи-
вается. 11оэтому электропроводность канала будет возрастать. Данный режим
работы называют режимом обогащения канала.
2.2.4. ВАХ п-КАНАЛЬНОГО МОП-ТРАНЗИСТОРА
С ВСТРОЕННЫМ КАНАЛОМ
Выделяют две основные характеристики МОП-транзистора с встроенным
каналом.
а) 11роходная или стока-затворная ВАХ 1,. = f(U,)
U = const
Проходная BAX МОП-транзистора с встроенным и-каналом приведена на
рис. 2.15.
r т т у
г. '(", 1. '('2 I.'(' °
— U, U„
т
г.
.I
Рис. 2.15. Проходная или стоко-затворная BAX
б) Выходная или стоковая ВАХ I, = у'(U& t
У~ = сов.~'~
Выходная или стоковая ВАХ М011-транзистора с встроенным и-каналом
приведена на рис. 2.16.

Схемотел ники уситтельньт ус~ироис~и»
49
'3)0
=.О
т
! г
3 н
Г !
!
Рис. 2 16. Выходная или стоковая ВАХ
2.2.5. ВАХ р-КАНАЛЬНОГО МОП-ТРАНЗИСТОРА
С ВСТРОЕННЫМ КАНАЛОМ
При Гд~ & t 0 Ђ”ре имобедне иякана
I!ри У~и =- Π— режим обоглцения канала.
Схема MOI1-транзистора с встроенным р-каналом приведена на рис. 2.17.
° /
'- '3и
Рис. 2.17. Схема МОП-транзистора с встроенным р-каналом
Выделяют также две основные характеристики МОП-транзистора с встро-
енным р-каналом.
а) Проходная или стока-затворная ВАХ I,. = /'((l,)
U, =const
Проходная ВАХ МОП-транзистора с встроенным р-каналом представлена
на рис. 2.18.

ДА. Перетлкин
50
Рис. 2.18. Проходная или стоко-затворная ВАХ
б) Выходная нли стоковая БАХ 1, =- f ((/& t
U, =-сом/
Выходная или стоковая BAX МОГ1-транзистора с встроенным р-каналом
представлена на рис. 2.19.
-U(
U,, &g
U., =.0
Рис. 2 19. Выходная или стоковая ВАХ
2.2.6. КОНСТРУКЦИЯ МОП-ТРАНЗИСТОРА
С ИНДУЦИРОВАННЫМ и-КАНАЛОМ
Структура МОП-транзистора с индуцированным и-каналом показана на
рис. 2.20.

Сжл~от~тика усылптсльиык ус~ир(тст»
51
Рис. 2.20. Структура MOll-транзистора с индуцированным и-каналом
Консгрукция MOI I-rpa><a~ l ;caopaсиндуц ровапным -каналом ри
рис. 2.21.
1j,...
Jáа
Ъ
-'2
Рис. 2.21. Конструкция МОП-транзистора с индуцированным и-каналом
Структура M()ll-транзистора с индуцированным р-каналом показан» на
рис. 2.22.
Рис. 2.22. Структура МОП-транзистора с индуцированным р-каналом
Конструкция МОП транзистора с индуцированным о-каналом приведена на
рис. 2.23.
2.2.7. КОНСТРУКЦИЯ МОП-ТРАНЗИСТОРА
С ИНДУЦИРОВАННЫМ р-КАНАЛОМ
1
1
Л
1
1
J

к;
с
6
Рб б
Рис. 2.23. Конструкция МОП-транзистора с индуцированным р-каналом
2.2.8. ПРИНЦИП РАБОТЫ МОП-ТРАНЗИСТОРА
С ИНДУЦИРОВАННЫМ КАНАЛОМ
1!риищии работы MOI I-транзис1ор» с шщуцироваш~ым каналом рассмот-
рим иа примере и-каиального MOI l-транзистора.
13~~«работе МОО-гггузатгк тора с «на)~'г~ировсанг гм кага.го.1г выделяют два
/7ежииа.
° U3[i — О, ~'-( - ()
Переход с l oK-иодлом&lt касме е во рл омнаиравлен и.Сопротивле
перехода велико. К переходу подложка-исток ириложсно нулевое напряжение,
иереход закрьгг, соиротивление с~о велико. Таким образом, сопротивление ме-
жду стоком Ii истоком велико, проводимость канала равна нулю, ток сток 1~ = О,
поэтому трлгшстор закрыт.
° Уц~&g ;0 :~
К поверхностному слою полупроводника будут притягиваться электроны, а
дырки наоборот опалкиваться. Конце~прация электронов в поверхностном
слое полупроводника возрастает. При некотором напряжении Ущ = U» между
стоком и истоком образуется канал с очень низким сопротивлением. Транзи-
стор открываегся.
2.2.9. ВАХ и-КАНАЛЬНОГО МОП-ТРАНЗИСТОРА
С ИНДУЦИРОВАННЫМ КАНАЛОМ
Выделяют две основные характеристики МОП-транзистора с индуциро-
ванным л-каналом.

Схелинттики уси. штельиы.ъ ус~ирой ст»
а) Проходная или стока-затворная ВАХ 1,. = /'(Г,)
U, =co»st
Проходная ВАХ МОП-транзистора с индуцированным и-каналом приведе-
на на рис. 2.24.
Рис. 2.24. Проходная или стоко-затворная ВАХ
б) Выходная или стоковая ВАХ I, = /'(Ь, )
U. =со~и(
Вь ходная или стоковая ВЛХ MOI!-1ранзистор» с инщуцирован н ы м
и-каналом приведена иа рис. 2.25.
Рис. 2.25. Выходная или стоковая ВАХ
2.2.10. ВАХ р-КАНАЛЬНОГО МОП-ТРАНЗИСТОРА
С ИНДУЦИ РОВАН Н ЫМ КАНАЛОМ
Выделяют две основные характеристики МОП-транзистора с индуциро-
ванным р-каналом.

Д.А. Переиелкин
54
a) ()роходная нли стока-затворная ВАХ 1,. = /'((1,)
U. =ronst
Проходная ВАХ МОП-транзистора с индуцировзнным р-каналом приведе-
на на рис. 2.26.
l(1( iI ~ 1
Рис. 2.26. Проходная или стоко-затворная ВАХ
6) Выходная или стоковая HAX 1,. = f(U, )
U.3 = со/и/
Выходная или стоковая HAX М(Н1-транзистора с индуцированным
р-каналом приведена на рис. 2.27.
Рис. 2.27. Выходная или стоковая ВАХ

ГЛАВА 3. УСИЛИТЕЛИ
Усилителями называют устройства, предназначенные для усиления вход-
ного электрического сигнала по напряжению, току или мощности. Структурная
схема усилителя приведена на рис. 3.1.
~ВЫ Х ~ Pl I
Рис. 3.1. Структурная схема усилителя:
Ег — управляющий источник или генератор сигналов; Иг — внутреннее сопротивление
генератора сигналов; P»& t; Ђ”мощно тьусиливаем госигна а; Rz Ђ”нагру каусилите
может также быть R»& t;друг гоусилит ля лиисполнитель оеустройст
Rsbix — выходное сопротивление усилителя
3.1. КЛАССИФИ1~ЩИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ
I. По диаиазону частот усиливаемых сигпалов:
° Усилители звуковой частоты, предназначенные для усиления сигналов в
полосе частот / = 20 ... 20 000 Гц.
° Усилители постоянного тока, предназначенные для усиления сигналов в
полосе частот / = 0 ... 10 МГц.
° Усилители высокой частоты, предназначенные для усиления сигналов в
полосе частот/ = 100 кГц ... 100 МГц.
II. По соотношению ме,жду выходным соиротивлением усилителя Явых и
нагрузкой RH.
° Усилители напРЯжениЯ: Явых &l ;&l
~ВЫХ
вых
Ан
Рис. 3.2. Схема усилителя напряжения

Д.А. Переиелкин
56
Выходная цепь эквивалентна источнику напряжения или э. д. с (рис. 3.2).
° Усилители тока: живых» R„.
Выходная цепь эквивалентна источнику тока (рис. 3.3).
живых
Рис. 3.3. Схема усилителя тока
° Усилители мощности: выходное сопротивление Рных согласовано с со-
противлением нагрузки R~~, т. е. RB„, =R„. При этом мощность, отдаваемая
усилителем в нагрузку будет максимальна.
В общем случае усилитель может содержать несколько каскадов, соеди-
ненных друг с другом последовательно через цепи связи (ЦС). Такая многокас-
кадная структура усилителя приведена на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Каскадная структура усилителя с цепями связи
III. По muny цеией связи:
° С гальванической связью или связью по постоянному току (усилители
постоянного тока, балансные усилители, дифференциальные усилители, опера-
ционные усилители).
° С емкостной связью, т. е. связью с помощью RC-цепей.
° С трансформаторной связью.
1Г По виду усиливаемых сигналов:
° Усилители непрерывных сигналов.
° Усилители видеосигналов или импульсных сигналов.
V. По назначению и месту в многокаскадных структурах:
° Предварительные.
° Промежуточные или буферные.
° Оконечные или выходные.

Схемотехника усилительных устройств
57
3.2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕИ
3.2.1. КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ
° Коэффициент усиления по напряжению:
живых .
U
~вх
(3.1)
(~вых Р
в операторной форме K„(p) = вь'", где р = cr+ jco — оператор Лапласа;
(~вх (Р)
° Коэффициент усиления по току:
~вых .
1
~вх
(3.2)
~вых р
в операторной форме К,(р) = вь'", где р = cr+j m — оператор Лапласа;
~вх(Р)
при о О можно записать:
~ (,~) 'вых0~)
~вх 0~)
° Коэффициснт усиления по мощности:
К = PBû~
/!
вх
(3.3)
При проектировании усилительных устройств модуль коэффициента уси-
ления измеряют в децибелах:
К„[дБ] = 20lg .""'" = 20lg К„;
~-~вх
(3.4)
К,[дБ]=201д в"'" =20lg К,;
~вх
(3.5)
К,,[дБ] =10lg "."'" =10lg K„.
Рвх
(3.6)
(3.8)
Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению
коэффициентов усиления отдельных каскадов:
~= ~] &lt 2  ° lt;~,
где n — число каскадов усилителя.
В децибелах коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен
сумме коэффициентов усиления отдельных каскадов:
К[дБ] = К,[дБ]+ К,[дБ]+ ... + К„[дБ].

Д.А. Переиелкин
58
3.2.2. ВХОДНОЕ И ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ УСИЛИТЕЛЯ
Структура усилителя в виде четырехполюсника представлена на рис. 3.5.
~вых
~вх
~вых
Рис. 3.5. Структура усилителя в виде четырехполюсника
На рис. 3.5 Z~x и ZB~Ix — комплексные входные и выходные сопротивления
усилителя, определяемые по следующим соотношениям:
Z
вх — ~
ПРИ К.З. IIA ВЫХОДЕ
ВЫХ
ВЫХ—
ВЫХ ПРИ Х Х IIA ВХОДЕ
3.2.3. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЯ
где р = o+ jar — оператор Лапласа.
Положим o.= О, тогда р = jr'
Комплексный коэффициент передачи усилителя определяется выражением:
к(/н) = к(н)е'~' '.
Модуль комплексного коэффициента передачи равен:
~К(~и)~ = К(и).
Тогда можно записать:
Выделяют следующие частотные характеристики усилителя:
° АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) — это зависимость модуля
коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала;
° ФЧХ (фазочастотная характеристика) — это зависимость фазы комплекс-
ного коэффициента передачи от частоты или зависимость разности фаз выход-
ного и входного сигналов от частоты.
Для коэффициента усиления по напряжению можно записать:
К() — "ы"
Uax(P)

Схемотехника усилительных устройств
59
Е-/живых( )
+Bblx i J~i ~вых ~ ° )[чъы~()-в~()) ° i ~()
У ( г,,) g 2&
теризует сдвиг фазы выходного сигнала по отношению к фазе входного сигна-
ла.
Построение АЧХ усилителя выполняют из следующих расчетов:
К(/и) = А(и)+ /В(и),
где А(и) — действительная часть комплексного коэффициента передачи усили-
теля, а В(и) — мнимая часть комплексного коэффициента передачи.
Последнее выражение на комплсксной плоскости можно представить в ви-
де рис. 3.6.
К(/и)
В(и)
А(и)
Рис. 3.6. Определение АЧХ и ФЧХ усилителя на комплексной плоскости
Тогда АЧХ и ФЧХ усилитсля можно определить по следующим выражени-
ям:
К(и) =(К(/и) =
— АЧХ усилителя;
р(и) = arctg — ФЧХ усилителя.
В(и)
А(и)
Графическое изображение частотных характеристик усилителя показано на
рис. 3.7.
На рис. 3.7 ж н и ж в — нижняя и верхняя частоты полосы пропускания уси-
лителя. ж н и ж в — это такие частоты, на которых
К(и„) = К(ив) =0,707 K„— = Кд,
1
2
где Kp — коэффициент передачи в полосе пропускания усилителя.
Зависимость К(и) называют АЧХ усилителя или модулем коэффициента
передачи усилителя, а p(N) = p вь,х(и) — рвх(и) — ФЧХ усилителя. ФЧХ харак-

Д.А. Переиелкин
60
20LgK(cu)
60
40
20
1 10 100 10' 10 10
Рис. 3.7. Графическое изображение частотных характеристик усилителя:
а — АЧХ усилителя; б — ФЧХ усилителя
3.2.4. НЕЛИНЕИНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ УСИЛИТЕЛЯ
Нелинейные искажения усилителя — это отклонение формы выходного сиг-
нала от формы входного сигнала. Рассмотрим нелинейные искажения усилите-
ля по схеме с 03 (рис. 3.8).

Схемотехника усилительных устройств
61
ых(~)
(1вх(~)
Рис. 3.8. Усилительный каскад по схеме с 03
Нелинейные искажения входного сигнала усилителя показаны на рис. 3.9.
ьэ
Рис. 3.9. Нелинейные искажения усилителя в схеме с 03
Из графика видно, что при подаче на базу напряжения синусоидальной
формы UB„(t) = U„, sincot, ток 1„(1) отличается от синусоиды, т.к. 1„', ~ 1 из-за
нелинейности входной характеристики транзистора.
Нелинейные искажения приводят к тому, что в выходном сигнале появля-
ются дополнительные составляющие с частотой кратной основной частоте уси-
ливаемого сигнала. Например, если основная частота со, то появляются частоты
2в, 3 ж, 4ж, 5 со, и т. д.
Уровень нелинейных искажений оценивается коэффициентом нелинейных
искажений ~ и определяется по выражению:

Д.А. Переиелкин
62
(3.9)
ного синусоидального сигнала.
Для высококачественных усилителей у= 0,01 ... 0,2 %, а для усилителей
среднего класса ~ =5 ... 8%.
3.2.5. ДИНАМИЧЕСКИИ ДИАПАЗОН СИГНАЛА
Динамический диапазон сигнала (рис. 3.10) — это отношение вида:
вхмлх вхми млх
или D,„=
~111 УВХМ1В
(3.10)
в децибелах:
Д [ Б] 20~ млх
UBX
BXMIN
(3.1 l)
где U~ — уровень шума в усилителе.
Качественные усилители имеют динамический диапазон сигнала
О,[дБ] & t; 60[д
Usx(t)
вхм1х
Рис. 3.10. Динамический диапазон сигнала
3.2.6. ИСКА)КЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ
Если на вход усилителя подать сигнал прямоугольной формы, то в усили-
теле возникают переходные процессы, которые приводят к искажению выход-
ного сигнала. На рис. 3.11 показаны возможные искажения выходного сигнала.
где P], U] и I] — мощность, напряжение и ток выходного сигнала основной час-
тоты; Р;, U; и I; — мощность, напряжение и ток ~-ой гармоники выходного сигна-
ла; 1 — номер гармоники выходного сигнала, кратной основной гармонике вход-

Схемотехника усилительных устройств
63
~вх
~вых
А
0,9А
0,5А
0,1А
ЗФ
Рис. 3.11. Искажение импульсных сигналов:
6- величина перерегулирования; ~зАи — время запаздывания;
йдф и ~зф — длительность переднего и заднего фронтов; Л вЂ” отрицательный выброс;
tq — реальная длительность импульса
З.З. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ТРАНЗИСТОРАХ
В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим по от-
ВЫХ
Рис. 3.12. Усилительный каскад с ОЭ
ношению к входному и выходному сигналам, различают следующие схемы уси-
лительных каскадов: с общим эмиттсром (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим кол-
лектором (ОК). Схемы усилительных каскадов приведены на рис. 3. l2 — З.I 5.

ДА. Переиелкин
64
UHbIX
ивх
Рис. 3.13. Усилительный каскад с ОЭ и резистивным делителем Rb
На рис. 3.12 и 3.13 С~ и C2 — разделительные конденсаторы или цепи связи,
аналогично задают начальное смещение У„,», т. е. ток I»
Сопротивления R~, R2, RK и Я~~ — задают режим по постоянному току.
Ек
R)
3bl X
Рис. 3.14. Усилительный каскад с ОБ
На рис. 3.14 С1 и C2 — разделительные конденсаторы или цепи связи; сопро-
тивление R& t иисточ ик Е> адаютр боч йт
~вх
вых
Рис. 3.15. Усилительный каскад с ОК
которые предназначены для разделения по постоянному току источника сигна-
ла от входа усилителя; R, и Rq — резистивные делители (задают необходимое
смещение рабочей точки УБ~, т. е. задают ток базы 1„,,; ЯБ — цепь смещения,

Схемотехника усилительных устройств
65
На рис. 3.15 емкости С~ и C2 — разделительные конденсаторы или цепи свя-
зи; сопротивления R) и Rg — задают рабочий ток I~p. Усилительный каскад с ОК
(эмиггерный повторитель) применяется для усиления сигнала по току.
3.3.1. РЕЖИМЫ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ
При работе усилительных каскадов выделяют два режима: режим покоя (по
постоянному току) и режим по переменному току. Режимы работы усилитель-
ных каскадов рассмотрим на примере усилительного каскада с ОЭ.
Стоит задача, как правильно задать режим рабочей точки.
1. (/вх = О (режим покоя или по постоянному току). С помощью сопротив-
лений R~ и R» ~задаем напряжение U„», определяющее входной ток базы I~, и
ток коллектора в рабочей точке 1 „= P„l„-„; напряжение на коллекторном пере-
ходе определяем по выражению Ук-~А: Е ly~Ry.
На нагрузке R~i снимаем нулевой сигнал, т. к. конденсатор С~ не пропускает
сигнал постоянного тока х,, =
— ~ op
жС, к=О
Положение рабочей точки на входной характеристике усилительного кас-
када с ОЭ показано на рис. 3.16.
If>
dmin
Рис. 3.16. Положение рабочей точки на входной характеристике
2. U~z(t) = U singlet (режим по переменному току).

Д.А. Переиелкин
66
Напряжение с/вз изменяется (увеличивается) при положительной полувол-
не входного сигнала на величину АУ~э, что приводит к изменению входного
тока Л1в и выходного тока усилителя Л1» = фЛ1в. Выходное напряжение усили-
теля изменяется (увеличивается) на величину Л(/»з = Л1»Л».
Таким образом, можно записать:
т. е. происходит усиление входного сигнала.
Положение рабочей точки на выходной характеристике усилительного кас-
када с ОЭ показано на рис. 3.17.
Особенности. Положительное приращение АУвх приводит к отрицательному
приращени~о ~~кэ = ~~ 'вых.
Вывод. Усилитель в схеме с ОЭ инвертирует входной сигнал или фазовый сдвиг
равен кили 180'.
Рис. 3.17. Положение рабочей точки на выходной характеристике
3.3.2. КЛАССЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ
В зависимости от параметров рабочей точки и значения Увх, ток коллекто-
ра 1к может протекать либо в течение всего периода изменения входного сигна-
ла Увх, либо в течении только части периода.
Соответственно этому различают 5 разновидностей режима работы усили-
телей или 5 классов: А, АВ, В, С и D. Положение рабочей точки для различных
классов усилительного каскада с ОЭ показано на рис. 3.18.

Схемотехника усилительных устройств
67
IK НАС
област
нас ьицс
РТ кл. С
~кэ
Рис. 3.18. Положение рабочей точки для различных классов
~Б ~Ь1
къ» UK э1 UK')tr
т~'
~-~ ьъ»
Рис. 3.19. Положение рабочей точки в классе А
Классу А отвечает отрезок нагрузочной прямой ab, при этом транзистор
всегда открыт (находится в активной области).
m&l
Допустимые изменения амплитуды тока коллектора 1' (1 ). Амплитуда
выходного напряжения равна (/кз ((/ з ).
3.3.2.1. Класс А
В классс А начальное положение рабочей точки на нагрузочной прямой и
амплитуда входного сигнала (или управляющего тока I~) выбираются так, что-
бы текущее положенис рабочей точки не выходило за пределы нагрузочной
прямой, в которых изменения 1~ прямо пропорциональны изменениям I& t;
чтобы текущее положснис рабочсй точки не выходило за пределы активной об-
ласти при изменении тока 1~. Положснис рабочей точки класса А на ВАХ уси-
лительного каскада с ОЭ показано на рис. 3.19.

Д.А. Перепелкин
68
Ч=
Р Вых
Рср
(3.12)
где Р, — мощность, отдаваемая усилителями в нагрузку, Р— средняя мощ-
ность, выделяемая на коллекторе транзистора.
1 1
Bb»x = — 1к УK~ = — 1KUK~ = площади А аоР = площади А веР.
2 2
В общем случае можно записать:
р Кщ ~к)т
вых—
Pcp — IKI ~ки .
Тогда выражение (3.12) можно записать в виде:
1 IKm ~к-~m
77 =
2 ~к, ~кэ
(3.13)
"де ~к ~ ~кг ~кэ ~ ~кэг'
Поэтому, коэффициент полезного действия tI усилительного каскада
д & t; 0N л  &lt
При подключении нагрузки нагрузочная прямая пойдет под углом:
~к ~»»
p = arcctg Л„» R„— = arcctg
RK+ R„
Тогда рабочим участком станет участок а b и, соответственно, уменьшится
амплитуда выходного сигнала (U„,(/ ) и к.п.д. rI ( rI.
3.3.2.2. Класс В
Классу В соответствует начальное положение рабочей точки в области то-
ков IK, близких к I«. Рассмотрим положение рабочей точки класса В на приме-
ре транзистора в схеме с ОБ (рис. 3.20).
Ток базы в соответствии с участком ab может изменяться от 1Б = 0 до
1Б = I»;». По входной характеристике транзистора можно определить координаты
рабочей точки (1в„, (I ) и максимальную амплитуду входного сигнала:
I
ВХ~~ ~' БЭ БЭ
К достоинству усилительного каскада в классе А относят его минимальные
нелинейные искажения.
Недостатком усилительного каскада в классе А является низкий коэффи-
циент полезного действия д.

Схемотехника усилительных ycmpoucme
69
ЫХ
R)
Йзх
Рис. 3.20. Усилительный каскад по схеме с ОБ
Усилительный каскад в схеме с ОБ не инвертирует входной сигнал. В клас-
се В транзистор открыт лишь в течение половины периода входного сигнала,
т. е., работает с Ш2 отсечкой тока (угол отсечки g = 90'). Угол отсечки — это
половина той части периода, в течение которого через транзистор протекает
ток.
Положение рабочей точки усилителя класса В на входной характеристике
показано на рис. 3.21. Положение рабочей точки усилителя класса В на выход-
ной характеристике показано на рис. 3.22.
Рис. 3.21. Положение рабочей точки усилителя класса В
на входной характеристике

Д.А. Перепелкин
70
1к
1к
1кт
Kh
Рис. 3.22. Положение рабочей точки усилителя класса В
на выходной характеристике
К2
Рис. 3.23. Схема двухтактного выходного каскада
На рис. 3.22 участок рт является рабочим участком нагрузочной прямой
для усилителя в классе В. Максимальная амплитуда тока 1к и напряжения U«
определяются по выходной характеристике транзистора. По входной характе-
ристике определяется максимальная амплитуда тока 1~„, и амплитуда входного
сигнала U.~~„.
Недостатком усилительного каскада в классе В является большой уровень
нелинейных искажений, поэтому усилитель в классе В применяется лишь в
двухтактных схемах, например в двухтактных выходных каскадах (рис. 3.23).

Схемотехника усилительных устройств
71
Временные диаграммы работы двухтактного выходного каскада приведены
на рис. 3.24.
42
Рис. 3.24. Временные диаграммы двухтактного выходного каскада
Достоинством двухтактных выходных каскадов является и = 70%.
3.3.2.3. Класс AB
Класс АВ занимает промежуточное значение между классами А и В. Класс
АВ более экономичен, чем класс А и характеризуется меньшими нелинейными
искажениями, чем класс В.
Положение рабочей точки класса АВ усилительного каскада с ОЭ показано
на рис. 3.25.
Возможны различные зависимости выходного тока 1к(1) в зависимости от
выбора (положения) рабочей точки (рис. 3.26, 3.27).

Д.А. Перепелкин
72
Е„
RK
~к НАс тах
~кл
IK P2
Рис. 3.25. Положение рабочей точки класса АВ
g=izo'...~зо'
Рис. 3.26. Временная диаграмма рабочей точки р~ класса АВ
Для точки р2 временная диаграмма выходного тока имеет вид:
~ктих
g =1го'... iso'
Рис. 3.27. Временная диаграмма рабочей точки р2 класса АВ
Для точки р~ временная диаграмма выходного тока имеет вид:

Схемотехники усилительных устройств
73
3.3.2.5. Класс D
Транзистор в классе D работает в ключевом режиме. Это означает, что
транзистор в процессе работы периодически переходит из открытого состояния
(режима насыщения) в закрытое состояние (режим отсечки) и наоборот.
Схема транзисторного усилителя в ключевом режиме приведена на рис.
3.28.
Ек
Ri
Еъ.
Рис. 3.28. Схема транзисторного усилителя в ключевом режиме
В исходном состоянии (при отсутствии входного сигнала) транзистор за-
крыт, так как переход эмиттер-база смещен в обратном направлении с помо-
щью источника Е„(Е„= 0,05 О,1 В). Напряжение на выходе
ф
Укэ: EK IKORK = EK соответствует режиму отсечки.
При подаче на вход усилителя положительного импульса, транзистор от-
крывается и наступает режим насыщения (UB & t; ~Е + 7
Положение рабочих точек усилителя класса D показаны на выходной ха-
рактеристике на рис. 3.29.
В режиме отсечки рабочей точкой является точка pi, а в режиме насыщения
точка р2. Для режима насыщения можно записать:
3.3.2.4. Класс С
В классе С начальное смещение соответствует режиму отсечки. В отсутст-
вие сигнала усилитель класса С закрыт и почти не потребляет тока и начинает
открываться лишь после того, как входной сигнал превысит пороговое значе-
ние. Этот режим применяется в нелинейных усилителях-формирователях сиг-
налов.

Д.А. Переиелкин
74
у Кнас К
I Е
Бнас
Если I~ & t;I~ „, тотранзис орбу етоткр
IK I 1ëñ оп
К)
~' К Э max
Временные диаграмы усилителя класса D показаны на рис. 3.30.
0,7В
~Б
IEHAC
Ек
Iê
IKHAC
0,9А
0,1А
~кэ
~кнас —, при Укэнас Оь1 В.
Ек ~кэ Ек
RK RK
~к
Ек
RK
Рис. 3.29. Положение рабочих точек класса D
Рис. 3.30. Временные диаграммы усилителя класса D

Схемотехника усилительных устройств
75
3.4. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА КЛАССА А
ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ
Расчет усилительного каскада класса А по постоянному току рассмотрим на
примере усилительного каскада по схеме с ОЭ (рис. 3.31).
вых
Рис. 3.31. Усилительный каскад по схеме с ОЭ
° P~~ — мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку.
° I~t и U~~ — действующие ток и напряжение на нагрузке.
Необходимо оаределоть: сопротивления Як, Лц, R2, выбрать транзистор, Ек.
Для расчета усилительного каскада класса А по постоянному току выпол-
няются следующие действия.
1. Первоначально выбираем транзистор по мощности Рп= I~~ U~~.
Для этого находим амплитуду мгновенных значений тока и напряжения в
нагрузке:
u„. /2 u„; (3.14)
lц„, — — ~/2 Iп. (3.15)
Определяем параметры положения рабочей точки транзистора в классе А:
~К, — U~i +~к (3.16)
Кр Ппю К пи'и ~ (3.17)
где IK,„=0,1 I; U~K~~,„=1...2,5 В для маломощных транзисторов и в диапа-
зоне UK~,„= 2,5...4 В для мощных транзисторов.
Определяем допустимые значения тока, напряжения, мощности, которые
должен иметь транзистор:
К ДОП Кр i КЭ ДОП ~КО К ДОП Кр ~КЭр
Рассматриваемые расчетные величины приведены на выходных характери-
стиках рис. 3.32.
(3.18)

Д.А. Переиелкин
76
По справочным данным определяем тип транзистора согласно следующим
условиям:
К тах К ДОП & t К а К ОПK3 ихКЭ О
Выходная ВАХ транзистора должна перекрывать этот прямоугольник.
(3.19)
~К т
~Кдоп
К )р,
К ~К')дон
К)
К) max
~К-) ти Ul lm
Рис. 3.32. Выбор транзистора усилительного каскада
2. Выбираем напряжение питания усилительного каскада Ек.
Напряжение питания усилительного каскада должно удовлетворять сле-
дующему условию:
K")max К ) ДОИ К '
))1 )Е
(3.20)
Стандартный ряд напряжений питания имеет вид:
Ек = {5; 6,3; 10; l2,6; 24; 27; 36; 40; 50; 60; 70; 80; 90) В.
3. Определяем сопротивление резистора на коллекторе усилительного кас-
када Як.
Для этого проводим нагрузочную прямую и находим сопротивление Лк по
следующему выражению:
ЕК ~КЭ
RK =
~КР
4. Рассчитываем сопротивления Rl, R2 и фиксируем положение рабочей
(3.21)
(3.22)
точки усилительного каскада.
Для этого по выходным характеристикам определяем ток базы 1в,. По вход-
ной характеристике (см. рис. 3.33) определяем напряжение Уьэ,.
Для данной схемы можно записать:
~1 ~Бр ~Д~
где ток делителя 1д выбирают из выражения: 1д = (2...5) 1в„.
Из этих соотношений можно найти сопротивления Rl и R2..

Схемотехника усилительных устройств
77
БЭр
2
~д
(3.23)
Ек ~БЭр ЕК ~БЭр
R1
1 Бр Д
Очевидно, что сопротивления R1 и R2 включены параллельно сопротивле-
нию Лвх транзистора Лв„= г +(1+,0)г,
Поэтому, чтобы сопротивления R1 и R2 не шунтировали Явх Тр, необходимо,
(3.24)
выполнить условие:
& t; ах Ђ” Ђ г+(1+р' г
— вх„.,— Б
1 2
(3.25)
Рис. 3.33. Входная характеристика усилительного каскада
Существует и другой вариант схемы усилительного каскада (рис. 3.34), ко-
гда сопротивления фиксации рабочей точки представлены в виде сопротивле-
ния ЯБ.
Л,=R,(( Л =
R1 R2
(3.26)
Выбор транзистора и расчет сопротивления Як осуществляется аналогично.
Отличие заключается в расчете сопротивления Ля. Для данной схемы можно за-
писать: Ек = 1Бр ЯБ+ УБэ . Тогда сопРотивление ЯБ опРеделЯетсЯ выРажением:
К Бэр
Б
БЭр
Обычно напРЯжение на эмиттеРном пеРеходе сэр & t; ,8 В анапРЯже
Ек = 20...30 В, тогда сопротивление Яli = Ек / 1Бр.
На рис. 3.33 (входной характеристике усилительного каскада) показано по-
ложение рабочей точки.

Д.А. Переиелкин
78
ЫХ
UI3X
Рис. 3.34. Усилительный каскад по схеме с ОЭ с Rg
Расчет усилительных каскадов с ОБ и ОК осуществляется аналогично.
U
Ек
Рис. 3.35. Усилительный каскад по схеме с ОЭ
Когда переменное напряжение U = О, то режим в схеме называют режимом
покоя. Для него можно написать:
Ек = I&lt R +
(3.28)
(3.29)
~кэ = Ек - IKRK.
Тогда уравнение статической линии нагрузки будет иметь вид:
3.5. ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА
В практических схемах транзисторных усилителей в выходную цепь тран-
зистора включают нагрузку Л~~ = Лк, а во входную цепь источник сигнала, кото-
рый необходимо усилить. Схема усилительного каскада с ОЭ приведена на
рис. 3.35.
В данной схеме источник Е~ задает начальный ток базы I&l ;. риэ ом
коллектора 1к = Ie 0 и. Входное напряжение равно Uex = Ue~ = Ея +(/ . Выход-
ное напряжение усилительного каскада равно U»~z = Укэ.

Схемотехника усилительных устройств
79
Ек ~кэ Ек ~кэ
к
RK RK RK
Это уравнение прямой линии, если считать напряжение U&l ;>пере
величиной, а 1к — функцией. То естьу = В+ Ак; где В = Ек I Лк, а А = — 1/ Лк.
Выражение (3.30) называется нагрузочной прямой или линией нагрузки.
Построим линию нагрузки на семействе выходных характеристик (рис. 3.36).
(З.ЗО)
Е„
~к
л,("
~к.)~
~-/ к~) Д Ug)
Ек
Рис. 3.36. Построение статической линии нагрузки
Пусть заданы: Ек, Як и ВАХ. Необходимо построить нагрузочную прямую
(3.30).
Если 1к = О, то из выражения (3.30) следует, что Ug.& t = Е итранзис ор
ходится в рсжиме отсечки. Если U&l ; = О, то извыраже ия(3. 0)следу т,
1к = Ек / Лк и транзистор находится в режиме насыщения.
Вывод. Положение нагрузочной прямой однозначно определяется на выходной
характеристике величинами Ек и RK
Л„M (~1) В/дел
а =агсс®,где К,„=
К „M(1) А/дел
(3.31)
Построенная линия нагрузки показывает, что все промежуточные значения
на линии нагрузки между точками Ми N соответствуют возможным значениям
тока и напряжения в выходной цепи усилительного каскада.
Точка пересечения линии нагрузки с выходной характеристикой для задан-
ного тока I&l ;~называе сярабо ейточк й.Координ тырабо ейто к Рсоотв
ственно будут равны: 1к„= 1ь„,В и, (/кз = Ек — 1к„Лк.
Предположим, что напряжение U&l ; gt  ЕБ+ АУвх,
Зная значения Ек и Як, нагрузочную прямую можно построить из точки M
(О, Ек) под углом а:

ДА. Перепелкин
80
1 = 1 „+ Мв;1 = 1„+ М», где М» =,ВЛ1в;
~1кэ = Е» „R» = E» (I» + Al»)R» = E» 1»R» Al»R» = U»~~ AU»
(3.33)
~'КЭр
(3.34)
Е„
R~
IE& t
Ек
Рис. 3.37. Построение линии нагрузки усилительного каскада
Рассмотрим влияние подключения нагрузки R~~ к усилительному каскаду на
положение нагрузочной прямой. В этом случае возможны два варианта.
1) Сопротивление Лц подключено непосредственно к коллектору транзи-
стора. Схема усилительного каскада для этого случая показана на рис. 3.38.
Часто возникает другая задача, когда требуется задать необходимый режим
работы усилительного каскада путем расчета сопротивления Як.
Пусть заданы: Е~, входная и выходная ВАХ транзистора. Необходимо най-
ти сопротивление Як и построить линию нагрузки, чтобы обеспечить рабочую
точку P с координатами 1к = Iyp и Uy3 = Укэ . То есть необходимо определить
значения IK„и Укэр для заданного режима работы.
По исходным данным построим линию нагрузки на выходных характери-
стиках усилительного каскада (рис. 3.37) и определим сопротивление R».
Значение сопротивления Як можно определить из выражения:
Ек — ~кэ„
Л, =К,„с~~а =
~к,

Схемотехника усилительных устройств
81
U
Ек
ЕБ
Рис. 3.38. Усилительный каскад с ОЭ с Rl-l
(3.34)
(3.35)
Е„
Если Uy ) = О, то из выражения (3.35) следует, что 1„=; (Лп = сю).
К
Е„
RK
Ir,) 0
Ек1
~кэ
~кэ~
Ек
Рис. 3.39. Построение линии нагрузки усилительного каскада с учетом RH
Для данной схемы можно записать:
Ек = (, RK + Ук.),
~д® ~кэ =~к„~1 =~к+~~~„=~к+~к.) ~R„°
Тогда выражение (3.34) можно записать в виде:
~к RK RK
Ек ~кэ + IK + RK — UK) + IKRK + UK) — IKRK + ~к) 1+
R„ R„ R),
По выражению (3.35) на семействе выходных характеристик усилительного
каскада можно построить линию нагрузки с учетом сопротивления Лц (рис.
3.39). Если 1к = О, то из выражения (3.35) следует, что
Ек EK R„=Е
К') р
Kl
RK+ R„
'R„„

Д.А. Переиелкин
82
Вывод. Подключение сопротивления Rz непосредственно к коллектору приводит
к изменению положения линии нагрузки и положению рабочей точки.
2) Сопротивление R„ ~o~K~~~eHo K Ko~~eKTo~~ ~e~e3 KoH~eH~aTo~ C, T. e.
нагрузка подключена по переменному току. Схема усилительного каскада для
этого случая показана на рис. 3.40.
U
Ек
Ец
Рис. 3.40. Усилительный каскад с ОЭ с RH по переменному току
Iê
Е~
R~
~кэ
~кэр
Ек
Рис. 3.41. Построение динамической линии нагрузки усилительного каскада
При подключении нагрузки R~~ через конденсатор С возможны два случая:
° U = О, т. е. режим покоя. Переменный сигнал отсутствует.
1
(Х,, ( = — э с~, т. к. и = О .
жС
С помощью источника Е~ задана рабочая точка с координатами IK и Укэ .
Когда сопротивление R„= ~, то линия нагрузки проходит через точки N, P u
М. Построение динамической линий нагрузки по переменному току показано на
рис. 3.41.

Схемотехника усилительных устройств
83
Сопротивление Ян отключено и не влияет на работу усилительного каскада.
Это означает, что рабочая точка не меняет своего положения, а линия нагрузки
проходит через рабочую точку.
1
° Увх — — Б singlet; Х,~=
си С
«R„, т. е. сопротивление Rg подключено к
Тогда можно записать:
~4кв = ~к )~ "и =
RK+ R„
(3.36)
Это приводит к тому, что линия нагрузки изменяет свое положение. Такая
линия нагрузки называется динамической нагрузочной прямой и проходит под
углом p:
~к ~~~
~~кв RK+ R„
p = агсс® " = агсс®
~м ~м
(3.37)
3.6. СТАБИЛЬНОСТЬ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА
Всякое смещение рабочей точки характеризуется приращениями Мкр и
АУкз = Л1к„Лк и вызывает изменение дифференциальных параметров транзи-
стора, поскольку они зависят от режима его работы.
Причинами нестабильности рабочей точки усилительного каскада явля-
ются:
° технологические разбросы параметров транзисторов при изготовлении;
° временные изменения параметров (старение);
° температурная зависимость параметров транзистора.
Рассмотрим температурную нестабильность усилительных каскадов с
ОБ и ОЭ.
Для усилительного каскада с ОБ можно записать:
~к = ~и~~+ ~ко
где I« — тепловой ток перехода коллектор-база.
Для усилительного каскада с ОЭ можно записать:
Фи~я + ~ко — Рн4 + IKo(~ + Рн ) .
коллектору усилительного каскада на переменном токе. Это означает, что на
переменном токе сопротивление R&g ;<подк юченопарал е ьноксопроти
Як.

Д.А. Переиелкин
84
Ток коллектора в рабочей точке IK„при изменении температуры может из-
меняться по следующим причинам:
° вследствие изменения токов ГАЛО или 1кО;
° вследствие изменения коэффициентов аи или 11и',
° вследствие изменения токов I~ или IF,.
Наибольшее влияние оказывают изменения токов IKo или IKo.
Для обратного тока коллекторного перехода можно записать:
1к()(t) — 1ко(1п ) e"'.
Так как 1 „=1 (1+ P„), то температурные изменения опасны больше для
усилительного каскада с ОЭ, чем для схемы с ОБ. Влияние изменения тока 1кО
на изменения 1к характеризуется коэффициентом температурной нестабильно-
сти N,~..
~~к
Х
д1 1 =const
(3.38)
где 1„= P„I~ + 1„„= P„l~ + 1к„(1+ Д, ) для усилительного каскада с ОЭ.
Коэффициент температурной нестабильности также можно представить в
следующем виде:
dI 1(1к()О+ Фи)+Ри1Б)
~~КО ~Б = СОИМ
КО
1 — а„
(3.39)
При а„= 0,98...0,99 коэффициент температурной нестабильности находит-
ся в диапазоне Ns О~ = 50...100.
3.7. ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ РАБОЧЕЙ
ТОЧКИ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА
3.7.1. ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОРЕЗИСТОРА
Терморезистор — это резистор, сопротивление которого значительно изме-
няется при изменении температуры: R, = Rp (1 + g t'), где g — температурный
коэффициент сопротивления (ТКС). Схема усилительного каскада с терморези-
стором приведена на рис. 3.42.
Если g & t; О, то КС Ђ”положительн й.Е л  & t; О, оТ С—отриц
ный. В данной схеме в базовую цепь транзистора включен терморезистор с
ТКС g& t;
Процесс термостабилизации усилительного каскада происходит следую-
щим образом:

Схемотехника усилительных устройств
85
к» Рн Б кО(»'и) ~
(3.40)
где I„o(t) =1к,(i,',) e; a(Si) = 0,07...0,13 1/C'.
Таким образом, выражение (3.40) можно представить в следующем виде:
о
к»'и Б Ic0(4) e (i+ PH) .
(3.41)
ных
Рис. 3.42. Схема усилительного каскада с терморезистором
В выражении (3.41) при увеличении температуры t с одной стороны уве-
личиваются обратный ток коллекторного перехода 1к() и, следовательно, ток
1
коллектора в рабочей точке 1&lt ,,1 „+Л1 „ Сдру ойсторо ы,увеличе иет
пературы t' приводит к уменьшснию сопротивления R2 и, следовательно,
уменьшению напряжения на переходе база-эмиттер Uq~„, что в свою очередь
приводит к уменьшению тока базы /~; и тока коллектора 1к» = Д/в».
Таким образом, происходит термостабилизация рабочей точки усилитель-
зона температур.
3.7.2. ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ С ПОМОЩЬЮ ДИОДА
Схема усилительного каскада при термостабилизации с помощью диода
приведена на рис. 3.43.
На данной схеме диод VD включен в обратном направлении.
Процесс термостабилизации усилительного каскада происходит следую-
щим образом:
iê, =(4,— /о)Рн+/ко(1+он)
(3.42)
ного каскада.
К недостаткам термостабилизации с помощью терморезистора относят не-
линейности функций R, = f(t ) и 1к = /~(/'). Поэтому достаточно трудно подоб-
рать одинаковую зависимость изменений значений R, и /ко для широкого диапа-

Д.А. Переиелкин
86
UBblX
Рис. 3.43. Схема усилительного каскада при термостабилизации
с помощью диода
Предположим, что изменилась (повысилась) температура t'. Тогда выраже-
ние (3.42) будет иметь вид:
I кп = P»[tI„p — (I„+ cV„)]+(I„+ aI„„)()+ P„)
Определим разницу между выражениями (3.43) и (3.42):
Мк„— — 1„— 1„„= — Д„А1„+ Мк~(Д, + 1) = — Д,М„+ МкД, + Л1д = Л1к~. (3.44)
Тогда, если в схеме усилительного каскада нет диода, можно записать:
IKр Ри1Б + IKO(l è + ~) ~
I кр = P„IK + (1ко+ ~„o)(P„+ I)
В итоге получили, что без диода
"1кр ~xo0» + ~)
(3.45)
а с диодом:
~кр — ~ко. (3.4б)
К недостаткам термостабилизации с помощью диода относят нелинейности
функций R = f(t ) и 1к, = fj(t'), а также наличие в схеме дополнительного полу-
проводникового элемента — диода.

Схемотехника усилительных устройств
87
3.7.3. ЭМИТТЕРНАЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ
Схема усилительного каскада с эмиттерной термостабилизацией рабочей
точки приведена на рис. 3.44.
3hl X
~ИХ
Рис. 3.44. Схема усилительного каскада с эмиттерной термостабилизацией
N,. =
~+p э
Б 3
(3.48)
где ЛБ = Л,~~ Л, =
R,+R,
Из выражения (3.48) следует, что если R& t = 0,
N, = =1+ Р.
I+P
1+0
(3.49)
В данной схеме напряжсние смсщения на псрсходс база-эмиттср равно:
~4.) = ~г2 — ~ЯК» (3.47)
где U~., = 1.&g ; &g ;в ”в ” (1к +1 )R.,
Процесс термостабилизации усилитсльного каскада происходит следую-
щим образом.
При увеличении температуры t' происходит увсличенис токов коллектора
1к и эмиттера 1& t = 1 + &lt , что своюо ередьпр в диткувел чениюна
ния на эмиттере усилительного каскада Ug ) = (1к + 1в) Лэ. Увеличение напря-
жения на эмиттере У~ ~ приводит к умсньшению напряжения УБ ~ = У~ 2 — У~ ~,
а, следовательно, и к уменьшению токов базы 1Б и коллектора ~к.
Таким образом, происходит компенсация увеличения тока коллектора 1к
при увеличении температуры. Аналогично рассматривается случай при умень-
шении температуры t'.
В данной схеме можно показать, что коэффициент температурной неста-
бильности N& t;определяе ся повыражен
1+

Д.А. Перепелкин
88
При R& t; -+ ~с извыраже ия(3. 8)получ
1+P
' 1+
=1™.~м!м.
(3.50)
При Р» 1 из выражения (3.48) следует:
P R~+R~ 1 Б
,\'
=1+ —.
р э ~э ~э
~1~~Б + э
Таким образом, можно сделать вывод: чем больше сопротивление R& t
меньше сопротивление R&l ;, емтемператур аястабильно тьусилительн гок
када выше (N& t; -+
Поэтому необходимо стремиться к условию:
Яэ>Я~ ли R
1 2
1 2
(3.5 1)
(3.52)
Так как обычно Rq & t; ~, то г = q ито давыраже ие(3. 2)при етс
дующий вид:
У 1+ 2
R~
(3.53)
Вывод. Включение в схему сопротивления R& t;повыш еттемператур уюс
бильность усилительного каскада с ОЭ. Сопротивление R& t;являе сясопротивлен
последовательной отрицательной обратной связи по току (ООС). Для качественных
усилительных каскадов N& t =3..
рованию входного сопротивления транзистора.
° Включение сопротивления R& t вц пьэмитт раприво и куменьше
коэффициента усиления по напряжению схемы с 03:
Р 1~к
~~оэ
Лвх оэ гв + (1+ ф)гэ
Найдем Явх с учетом сопротивления Яэ по эквивалентной схеме усили-
тельного каскада (рис. 3.45).
Замечания по выбору сопротивления R~, т. е. по выбору коэффициента М~.
° Для хорошей термостабилизации усилительного каскада сопротивление
R& t;ну новыбр ть акмо ноболь е асопротивле ие R2 Ђ”мень е.Одн ко
обходимо, чтобы Rz & t;Я„хт~ э, т. к впротив омслу ае топриво и кшун

Схемотехника усилительных устройств
89
~ ЖИВЫХ
~ ~вх
Рис. 3.45. Эквивалентная схема усилительного каскада с R&
Для данной схемы можно записать:
АУв А1,г,, +А1 (г., + R.,) А1„.г, +(11 1, + А1„)(г., +R.,)
(3.55)
(3.5б)
(3.57)
Пример. Сопротивление r., = 1...20 Ом; Л, » r)', Л) & t;(0,1...0 3) к.То
коэффициент усиления каскада равен К„&l ; >3
Таким образом, приходим к противоречию: с одной стороны сопротивле-
ние R3 необходимо увеличивать для лучшей термостабилизации усилительного
каскада, а с другой стороны это увеличение приводит к уменьшению К„„..
~~О3 '
Есть один способ, позволяющий избежать снижения коэффициента при вклю-
чении сопротивления R. в схему. Для этого сопротивление R необходимо шун-
тировать емкостью С-~.
При этом емкость С3 необходимо выбрать таким образом, чтобы
1
R„»
~ II C3
(3.58)
В этом случае, коэффициент усиления каскада будет равен:
~~оэ
"3
(3.59)
или Лвх„~ — — гв+(1+ P)(r) + R.,).
Тогда выражсние (3.54) будет иметь вид:
Р )~к
г„. +(1+,0)(г.) + R. ) г) + R. R.
1
1
1
рл
1
I
I
3

Д.А. Переиелкин
90
Рис. 3.46. Искажение частотной характеристики усилительного каскада
Вывод. На постоянном токе и низких частотах сопротивление R& t;термостаби
зирует усилительный каскад, а на средних и высоких частотах емкость Сэ шунтирует
сопротивление R~, и оно не влияет на коэффициент усиления. Однако это приводит к
искажению частотной характеристики в области низких частот. Данная особенность
показана на рис. 3.46.

ГЛАВА 4. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В УСИЛИТЕЛЯХ
Обратной связью (ОС) называется такая электрическая связь между каска-
дами усилителя, при которой часть энергии усиленного сигнала с выхода уси-
лителя подается обратно на его вход.
4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ОС
По огосоГэ~ пос)к7кэчсния ггепи OC к вьто~~ ъ' усилггтеля:
° по напряжению;
° по току.
° после)1овлельная;
° параллел ьная.
Рассмотрим на примерах виды обратных связей.
I/a рис. 4.1 показана схема последовательной OC' но напряжению, где
U» = ) (Г,ц, „) — напряжение ОС', и )) = (/» /Г,ы . — коэффициент передачи I~å-
пи ОС.
Рис. 4.1. Последовательная ОС по напряжению
вх
Рис. 4.2. Последовательная ОС по току
На рис. 4.2 показана схема последовательной OC цо току, где U» = )'(1, )—
напряжение ОС по току, à P = U» /с/вщх — коэффициент передачи цепи OC.

Д А. Переиакiai
92
OC.
Рис. 4.3. Параллельная ОС по напряжению
lip рис. 4.4 показана схема параллельной ОС по току, где Up —— f''(1„)—
напрям<е ие ОС пото у а / = U&l ;/(l„ ,„—коэфф циентпе едач це
Рис. 4.4. Параллельная ОС по току
Особенности Ос:
° OC по напряжению характеризуегся тем, что сип~ал ОС пропорционален вы-
ходному на~ ~ря>кен
° ОС по току отличается ~ем, по сипил ОС пропорционален выходному току;
° для последовагельной ОС характерно сложение напря>ке ий навхо
° для параллельной OC характерно сложение гоков на входе.
Обратную связь также классифицируют по виду знака. Полому различают:
° положительную OC (I IOC);
° отрицательную ОС (OOC).
Временные диаграммы напряжений для Г10С и OOC приведены на рис. 4.5.
На рис. 43 показана схема параллельной ОС по напряжению, где
U( = /(()вь,х) — напряжение ОС, à P = U(, /Увцх — коэффициент передачи цепи

Скели)тетики уситтельиых устройст»
93
вх
U(,
Рис. 4.5. Виды ОС по знаку
4.2. СВОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ, ОХВАЧЕННЫХ ЦЕПЬЮ ОС
4.2.1. КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ УСИЛИТЕЛЯ,
ОХВАЧЕННОГО ЦЕПЬЮ ОС
Г у1 'kу/1
Рис. 4.6. Структурная схема усилителя с цепью ОС
Для данной схемы усилителя можно записать:
) ~~вы х (Р)
Ос'(Р у
(4.1)
Схемати шая структурная схема усилителя с цепью обратной связи пред-
ставлена на рис. 4.6.

ДА. Перетлкин
94
где К„,. (p) — коэффициент усиления усилителя, охваченного OC.
Г/((ых(Р) = ~(Р)А (Р) '
U(((/&g ; =P(/>)Г/( (
~(/&g ; =Г/(( »+U/((
Г!одставим выражение (4.4) в выражение (4.2):
(/вых(/&g ;) Ђ”[Г/в (/ )+(/(((/~ )А ( )Г/((х( > (P)+(//((
Г/вь(х (Р) — '/вх (/&g ; К Р +~ вых / g ; ЯР
(-'вых(/') (/ных(/>)/3(/> К />)=(-' х
(/(,ь(х(/> [1 Ђ”/3( >) К р)]= „х(р)
К Ы((, х(/&g ;)К(
~&lt &g
Г/„х(р) 1 — /3(/&gt )К
(4.2)
(4.3)
(4.4)
(4.5)
Произведение p(/>)K( >)наз ва(о(фа тор мOC.По о gt;к мр=
К(/и) = А (/го)с'"' "';
,(3( /в) =,В(в)е
где К(о) и /3(м) — модули коэффициентов передачи усилителя и цепи ОС; г/>к(
и (»/((о&g ;) Ђ”фазочастот ыехарактерист киусилит л иц пи
В комплексной форме выражение (4.5) можно записать в виде:
К(о)с'~""'
()С'(./ ) . (ц ( ц( Г (4.6)
1 — P(î) К(о)е
cr)k (ct) )+(Р/У (О)
Выражение Е по формуле )йлсра разло> и нви
(( " ' = соя[(Рк(го)+ гР/((го) + /' sin[(/>Ä(го)+сР/,(го
Рассмотрим два случая:
a) если (рк(о)+ср/,(со) = &gt т,то даe " =ст&gt . 'г+  inu = — 1в ”эт
К(о)е'('"'"'
К„,, (/&lt о  = & t;,.(о)о'
1+,0(о) А (и)
К(о)
К„,(/и) = К„,(и) =— (4.7)
1+ /3(и) К(и)
Вывод. Модуль комплексного коэффициента усиления усилителя, охваченного
ООС, уменьшается в [1+ /3(и)К(и)] раз. Коэффициент усиления усилителя, охва-
где /3(в) и К(о) — действительные числа.
Соответственно модуль комплексного коэффициента усиления усилителя с
ООС будет равен:

Скелк>тел-н ки сит сль ьтустр&
95
Прн РК» 1 наступает глубокая OOC. Тогда коэффициент усиления уси-
лителя, охваченного глубокой ООС, равен:
К . К IP/ К~/3К
()('
1+pК ! 1 /3
или К„, =
К
б) если ярк(«э)+гд,(о) = О, тогда e" = си()+j sinО = I — это ПОС.
Из выражения (4.6) получим.'
/~ (pg)e~+
K()( (/«э) =
1+ 3(ro)K(ro)
К(i() )
А», (~A)) =К„& t;(г ) =(4
1 — /3(и) К(о)
Вывод. Модуль комплеKcllo[о коэффициспга усиления усилиэеля, охваченного
ПОС, умспыпиется в [1 — P((o)K(a))] раэ. Если /3(«))К(т) & t; I, тополу имувели
ние коэффициенэи усиления К&lt „ Вусилигс яхч щевс гопримсня т1OO
4.2.2. СТАБИЛЬНОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ УСИЛИТЕЛЯ С ООС
AK
Введем понятие g = — — коэффициснэ относительной ньстабильности
K
коэффициента усиления.
Для O()C ко)ффициент усиления с ()С равен:
К
1+ /3К
И/' — Ut'"
Учитывая, что — = —, —, найдем отношение
V dK
ЛК х, (1+ 3K) I — Ц3 1
dK (1+/3К)- (1+/3К)
(le „,.
Учитывая, что ЛА( . = — ЛЕ, имеем:
)С ~Рь
1 .К K АК
(1+ 3K) К (I+PK) (1+PK)K
д~~ ~ ()('
(1+ PK) К
ченного глубокой ООС, не зависит от собственного коэффициента усиления усилите-
ля, а определяется только коэффициентом передачи цепи обратной связи.

Д А. Переиелкт~
ЛКОС ЛК 1
Кос К (1 + PK)
7)
9()('
(4.9)
77
(I + PK)
(4.l 0)
где и ог — ко:эффициент относительной нестабильности усилителя, охваченного
ООС, и — коэффициент относительной нестабильности усилителя без OOC.
4.2.3. ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ УСИЛИТЕЛЯ С ООС
Для определения входного сопротивления усилителя с ООС рассмотрим
схему усилителя с последовательной OC по напряжению. Данная схема пред-
ставлена на рис. 4.7.
+I3V
ZI I
Рис. 4.7. Схема усилителя с последовательной ОС по напряжению
Для усилителя с OC мо)кно Записать:
~3~
I3X
вх
Для усилителя с OC входное сопротивление определяется выражением:
~ ~'~3Х
ИХ()( ду
f3X
Учитываем, что для последовательной ООС по напряжению:
~[3Х !3Х /3 '
С учетом последнего выражения, можно записать:
в Зф Зф Зф Зф
~('нх = 3U„) + dU~ = ~(~их+ PAU„„,х = 3U„) + PKHU„), = ~(~вх(1+ PK);
Вывод. Коэффициент относительной нестабильности коэффициента усиления
усилителя с ООС в (1+PK) раэ меньше, чем коэффициент относительной нестабиль-
ности коэффициента усиления усилителя бсэ 00(.'.

Схе.т)техники усилитсльньт ус~иройст»
97
Л Л(/'.(1 РК) Я (1,РК)
вхо(
вх
Вывод. Входное сопротивление усилителя, охваченного ООС, увеличивается в
(1+PK) раз по сравнению с входным сопротивлением усилителя без ОС.
4.2.4. ВЛИЯНИЕ ООС НА ПОЛОСУ ПРОПУСКАНИЯ УСИЛИТЕЛЯ
Коэффициент передачи усилителя с OOC определяется из выра>кен
K('p)
/~&l ;x(p)
I+ K(p)P
(4. 12)
где /) — действительнзя величина.
/(ля усилителя была получан1 обобщенная формула для каскадов с общим
эми ггером, общей базой и общим коллектором:
(4.13)
!1ерепишем выражение (4.12) в следующем виле:
к(р) 1
к (р)=
1+/K(р)
K(p)
(4.14)
Полставим выражение (4.13) в (4.14), и получим:
1 A()
К„,.(р) =
1
(1+ К„/))+ + pz.
рт),
1
1+ + рт„+ А„/3
/77& t
+p
1
+
р~д
Рт, (1+ Кр 3) 1+ КрР
1) (ХХ
11&lt
К()( (p)
1
1+
(4. 15)
+ ~~~t3
где т„=т„(1+ KpP); т„
l3
(Х
rx (1+у p)'
Нижняя частота полосы пропускания усилителя с OOC уменьшается в
(1+KpP) раз и определяется по выра>кен
1
+ РTI3
1
K()
K()
K(p) = — — — — ——
1
1+ + Рт13
рт

ДА. Перетлкин
1 ©н
г, (1+ KOP) (I+KOP)
©Н
7
iiIX
Верхняя частота полосы пропускания усилителя с ООС увеличивается в
(1+К< gt; ) разиопреде яе сяповыра
1 (1+ KoP) 1
= — (1+ K&g ;  =г&g ;»(1
7в
О ()
&l
И(Х
АЧХ усилителя с OOC показана на рис. 4.8.
".( co I
0,707,~.
'1.', (;~ )(
l),707.';,', & t;)
&l ; В
Ы! I ():
Рис. 4.8. АЧХ усилителя с ООС
4.2.5. УСТОЙЧИВОСТЬ УСИЛИТЕЛЕИ С ОС
Комплексный коэффициент передачи усилителя с ()C равен:
К(г&g ;))е»
1 Р( )У.( ),I f&lt P &g ;
Если (ярк+ p~&g ; = п  = О, l, 2, 3,. ., тополучае сяII C, т. к. с" "'
Если /3(о)А'(и) -+ 1, то ( А&l ; ( -+
Вывод. Г1ри положительной ОС создаются условия к самовозбуждению, т. е.
усил ител ь становится неустойчивым.
Условия генерации в усилителе:
° ]3(г»)К(о) = I — баланс амплитуд.
° (ярк+ Ior&g ; = лп Ђ”бал нсф з  = О, I, 2, 3,.
Анализ устойчивости усилителя с ОС производится с помощью построения
частотно-фазовой характеристики или годографа фактора обратной связи.
Построим АЧХ и ФЧХ ф(/о) =P(jro)K(jr') в полярной системе координат в
диапазоне частот от О до ~с.

Creëííïeõíèêa усилится'тылы.к устр<п
99
./(9&gt ii 0
ф(/о) = К(о)/3(и)е
Построение АЧХ и ФЧХ выполняется по выражениям:
ф(/о) = А(о) + )В(и)) = ф(о)е'""'"';
(ф(/в) = ф(о) =
— АЧХ усилителя с ОС;
В(о)
p(m) = загс(~ — — ФЧХ усилителя с ОС.
А(в)
Г!остроим голограф или частотно-фазовую характеристику фактора ОС.
Для этого выполним следу~ощис действия.
1) Зададим О = О ( = (); О & t; и gt; &gt  (,( ) &g ; ci q gt ю) ит д.до
значения находим ф;(и) и гр;(в).
2) В полярной систсмс координат нанесем точку с коорлина.~ами: (I, О);
/ЗК = 1; i/i = (). В соотве1ствни с критерием Найквнста система будет устойчива,
если точка с координатами (I, ()), а именно [PK = 1; i/i = 0], нс охвачена лна-
граммой или ~одографом /1К =ф(/гл). Система будет неустойчива, если точка
/3К = 1; &l ; = ()бу етнаходит ся накри ойф( и =К(/и)/3( о) лнохватыват
этой кривой.
Схематичный график голографа фактора ОС представлен на рис. 4.9.
Ичгя~г
'ш~ ~н
ой чггва
Рис. 4.9. Годограф фактора обратной связи
Г1римерами схем с обратными связями являются:
° Схема эмиттерного повторителя (рис. 4.10) — последовательная ОС по
напряжению.

Д.А. Перепелкин
100
Рис. 4.10. Схема последовательной ОС по напряжению
° Схема с общим эмиттером (рис. 4.11) — последовательная ОС по току.
В данной схеме R i — сопротивление ОС' по току, напряжение ОС
Ц)~, ю.. f y gy + )».
Рис. 4.11. Схема последовательной ОС по току

ГЛАВА 5. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ
5.1. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОЭ
Схема усилительного каскада с общим эмиттером (ОЭ) приведена на
рис. 5.1.
3h)Xm
+)3Xm
Рис. 5.1. Схема усилительного каскада с ОЭ
На частотные свойства усилительного каскада с 03 влияют емкости C) C2
и Сэ, а также паразитные емкости транзистора. На рис. 5.1 сопротивление базы
Rq определяется следующим выражением:
R) R,
Rr = = R& t; (( ~б(5
R,+R,
Обобщенная эквивалентная схсма усилительного каскада с 03 приведена
на рис. 5.2.
Ег
Рис. 5.2. Обобщенная эквивалентная схема усилительного каскада с ОЭ

Д.А. Переиелкин
i02
Данную схему будем анализировать в трех различных частотных областях
(рис. 5.3):
° в области средних частот жн & t  &lt
° в области низких частот О & t   lt;
° в области высоких частот ив& t; ж&l
О~в
Область
высоких
Область
низких
Область
средних
частот
частот
(О3
частот
О2
Рис. 5.3. Частотные области усилительного каскада
5.1.1. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОЭ В ОБЛАСТИ СРЕДНИХ ЧАСТОТ
Для данной области справедливы следующие соотношения:
1 1 1
-+О; — ~0 и — ~0;
жС, жС, си С~
(5.2)
~~вых — ~~н
Рис. 5.4. Эквивалентная схема усилительного каскада с ОЭ
в области средних частот
1 ° 1 1
г.к; »г~ и Я~ » (5.3)
MСК Mcgh Mcý
С учетом соотношений (5.2) и (5.3), эквивалентная схема усилительного
каскада с ОЭ в области средних частот будет иметь вид, представленный на
рис. 5.4.

Схемотехника усилительных устройств
103
Рассмотрим основные параметры усилительного каскада с ОЭ.
ЛУВХ
1. Входное сопротивление усилителя RBx =
ВХ
Входная цепь усилительного каскада с ОЭ показана на рис. 5.5.
R(TP)
ВХОЭ
Рис. 5.5. Входная цепь усилителя с ОЭ
По данной схеме определим входное сопротивление RBx усилительного
каскада с ОЭ:
Л „= Л„„о,, /( ЛБ = [г„, + (1+,0)г.,] II ЛБ = [; + (1+,0)г.,] (Л~ II Л ). (5.4)
Если сопротивления базы R, )) RB„"„,, и R, )) RÄÄ"„„, то R„x = RB„"„
2. Коэффициент усиления по напряжению К~~.
Коэффициент усиления по напряжению К~~ усилительноГо каскада с 03
равен:
лу,„,„лг,~л, II л„)
BI IX K K II
(5.5)
~Er ~4x(~ex + 1~Г)
Входную цепь усилителя с ОЭ (рис. 5.5) с учетом выражения (5.4) можно
представить в виде упрощенной схемы, показанной на рис. 5.6.
4Х
R I3X
Рис. 5.6. Упрощенная входная цепь усилителя с ОЭ
Так как входной ток в цепи — это ток базы Жвх - Л1Б (при Л )) R~„„, ),
тогда:
'ЕГ ~Б( ВХ Г)
(5.6)

Д.А. Переиелкии
104
Нап ~1Ег = ~1~ах (Rex + Rr) (5.7)
В этом случае коэффициент усиления по напряжению К«определяется вы-
ражением:
ж„(л„(( л„)
~Б( ВХ Г)
~к ~%
или К« =K«z =P
~вх + ~г
Лк ~ Лн
(5.8)
(5.9)
или K«g = P
(5.10)
Если (R, R,) &g ;> Re
определяется выражением:
+no =
(5.12)
~~)
3. Коэффициент усиления по току К, =
~r
Перейдем в исходной схеме от источника напряжения к источнику тока.
В этом случае входную цепь усилителя с ОЭ можно представить в виде схемы
источника тока, показанной на рис. 5.7.
К
Рис. 5.7. Входная цепь усилителя с ОЭ в виде источника тока
Для данной схемы можно записать уравнения:
1~к ~ 1~
к,=,о (5.1 1)
[r, +(1+,О)г ]+ Лг
где K«&l ;&g ;—коэфф циентус ле ияпонапря ению,к то ыйнез ви итот
ты входного сигнала.
Для идеального усилителя напряжения: сопротивление нагрузки RÄ w ao, а
сопротивление Лг — & t; О Вэ омслу аекоэффици нтусиле ия понапряже

Схемотехника усилительных устройств
105
у Г
r — R
Мг
или с учетом приращений Ж
r—
~~~г 1'Б[~г + ~вх]'
ж,[RÄ+ R,„]
r
Rr
Определим выходной ток Жн. Для этого будем использовать правило «свой
- чужой». Ток в «своем» сопротивлении равен общему току, деленному на сум-
му сопротивлений и умноженному на «нужное» сопротивление.
Тогда для токов А1~~ и dl«согласно рис. 5.7 можно записать:
RK
А1„= А1,
R,) +RK
R),
~як ~~к
R„+ R~
В этом случае коэффициент усиления по току К~ определяется выражением:
~~к ~к Rã ~к Rr
1 (5.13)
(R„+ R~) dl„-(Rã + ~вх) Фк + Вн) (R„+ R„)()
Для идеального усилителя тока, работающего при замыкании на выходе:
сопротивление R~. ~ ~ю, а сопротивленис нагрузки Лн ~ О. В этом случае коэф-
фициент усиления по току К, = P
4. Выходное сопротивление усилителя Явьtx.
Выходное сопротивление усилителя Явых определяется из выражения:
~живых
вых—
живых ~~вх — — О, при хх на входе
(5.14)
Выходную цепь усилительного каскада с ОЭ можно представить в виде
схемы, показанной на рис. 5.8.
~вых
R)I
Рис. 5.8. Выходная цепь усилителя с ОЭ

Д.А. Переиелкин
106
В этом случае выражение для выходного сопротивления усилителя Явь~х
примет вид:
С учетом того, что сопротивление г„»R~, то итоговое выражение для
выходного сопротивления можно записать в виде:
выхоэ
(5.1 6)
5.1.2. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОЭ В ОБЛАСТИ НИЗКИХ ЧАСТОТ
Для данной области справедливы следующие соотношения:
1 1 1
,-~0; ~0 и ~-0;
со С, со С2 со Сэ
(5.17)
1 1
° » гк (5.18)
с0 СБ-э N Ск
С учетом соотношений (5.17) и (5.18), эквивалентная схема усилительного
каскада с ОЭ в области низких частот будет иметь вид, представленный на
рис. 5.9.
Ег
Рис. 5.9. Эквивалентная схема усилительного каскада с ОЭ
в области низких частот
В данной области необходимо учитывать влияние емкостей С1, С2 и Сэ.
Учет влияния этих емкостей будем выполнять методом суперпозиции, то есть
вых-(к+ э)~~Як (5.15)
Так как сопротивление г„имеет номинал, как правило, мегаом, а сопротив-
ление гэ — единицы ом, то сопротивлением r ~ можно пренебречь
к ))~э

Схемотехника усилительных устройств
107
поочередно две емкости считаем -+ ~О и учитываем влияние только третьей ем-
кости на параметры усилителя.
(5.20)
(5.21)
Р (RK ~~ ~н ) р С)
или К„
II
1
(R +R ) рС+
г вх
г+ вх
(лк II лп) РС,
или К„, =р =к„,
(~г+ ~вх) 1 1
pC,+ pC,+
&lt vo ) + вх г+
р С,(R„+ RB„)
в итоге получим: К„= К(,О
1+ р Ci(Rr + пвх)
Введем обозначение C,(R» + R„) = z B„. Тогда выражение (5.22) можно за-
(5.22)
писать в следующем виде:
Р ~вх
к„„= к„„ (5.23)
1+ Р ~вх
Вывод. Выражение (5.23) — это выражение для коэффициента усиления по на-
пряжению в области низких частот, полученного с учетом влияния емкости С).
2. Учет влияния емкости С2. В этом случае:
С2 & t; о; С) -  и Сэ -+
1 1
,-~ О;
со С,
э
(5.24)
— +О и
-+ О.
(5.25)
1. Учет влияния емкости С). В этом случае:
С) ~~О; С2 — +~ои Сэ — +~О (5.19)
1 1 1
~0; -+О и ~0.
со С) со С,
э
Это означает, что емкость Сэ шунтирует сопротивление R&g ; аемко тьС2
закорочена. Сопротивления коллектора и нагрузки параллельны Лк ~~ Лн .
Во входной цепи усилительного каскада сопротивление R)- будет стоять по-
следовательно с емкостью С), что учитывается следующим выраженисм:
1 1+ р С)RÃ
РС, РС,
Подставим это значение в выражение (5.9) и получим:
P(R, II л„) P(R, (/ Ц„)рс,,о(л, (( ~„)рc,
1+ p C,R~ 1+ р C,Лг+ R»p С, р С,(R„+ R„„)+1
С
Р

Д.А. Переиелкин
i08
Это означает, что емкость Сэ шунтирует сопротивление R&g ; аемко тьC~
+ вых
(/н U0
Ъ
1+ Р гвых
(5.26)
где г ых — — C,(R„+R„).
Вывод. Выражение (5.26) — это выражение для коэффициента усиления по на-
пряжению в области низких частот, полученного с учетом влияния емкости С2.
3. Учет влияния емкости Сэ. В этом случае:
Сэ&g ;® С1- ®и С2 Ђ”
1 1 1
~0; — +О и — +О.
э
со С2
Это означает, что емкости С1 и С2 — закорочены.
Рассматривая аналогично можно получить:
(5.27)
(5.28)
Р~э
KUö KU0
1+Р гэ
(5.29)
где гэ = Сэ~э °
Вывод. Выражение (5.29) — это выражение для коэффициента усиления по на-
пряжению в области низких частот, полученного с учетом влияния емкости С&g
Выражения (5.23), (5.26) и (5.29) для коэффициента по напряжению в об-
ласти низких частот можно обобщить и записать в виде:
Р~н
~и (P) ~по
1+ ргп
(5.30)
где гп = C,(Лг + Лвх) или тн = С2(Лк + Лн), или ri& t =С
При учете влияния одновременно трех емкостей С1, С2 и Сэ за величину гп
принимается меньшая из трех величин. Чаще всего величина тн определяется
выражением:
ZH = С2(ЛК + ЛН).
Положим р =/и (р — оператор Лапласа), тогда выражение (5.30) можно за-
писать в виде:
JN г„
~ин (1 го) — &lt Uo(5.
1+) NZ
Вывод. Коэффициент передачи усилительного каскада с ОЭ в области низких
частот является функцией частоты, т. е. зависит от частоты усиливаемого сигнала.
закорочена.
Рассматривая аналогично, как и в случае с учетом влияния емкости С1 по-
лучим выражение для коэффициента усиления по напряжению в области низ-
ких частот с учетом влияния емкости C2.'

Схемотехника усилительных устройств
109
5.1.3. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОЭ В ОБЛАСТИ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ
Для данной области справедливы следующие соотношения:
1 1 1
w 0; w 0 и w 0 (из-за больших значений частоты и); (5 32)
со С, со С2 ~ Сэ
Рис. 5.10. Эквивалентная схема усилительного каскада с ОЭ
в области высоких частот
Емкостью C„..& t;пренебрега м.Емко ть С~ навысо ихчасто ахшунтир
ф
большое сопротивление г . Поэтому источник коллекторного тока Щ; теряет
свои свойства.
Коэффициент передачи каскада с ОЭ в области высоких частот можно
представить в виде:
1
к,,(р) = к„„
1+p ~в
(5.34)
где
1+
г = [г + CK(RKII RH);
Р 7Á
(5.35)
r
~Б
э
Юг+ г~+ гэ
— коэффициент обратной связи, который показывает, какая
часть коллекторного тока ответвляется через сопротивление r во входную
цепь;
1 ° 1 ° 1
, =rz' или, «г„'; (5.33)
СО С~ С,' ' С„
С учетом соотношений (5.32) и (5.33), эквивалентная схема усилительного
каскада с ОЭ в области высоких частот будет иметь вид, представленный на
рис. 5.10.

Д.А. Переиелкии
liO
1 1
г = — =, где / — граничная частота усиления транзистора.
и 2тf
В итоге приближенно можно записать:
гв = Ск(~к ~~ R„) где
с ск
(1+ P)
(5.36)
(5.37)
Положим p = уи (p — оператор Лапласа), тогда выражение (5.34) можно за-
писать в виде:
1
Ku (./пз) — Kuo (5.38)
1+ jeт„
Вывод. Коэффициент передачи усилительного каскада с 03 в области высоких
частот является функцией от частоты, т. е. зависит от частоты уснлнваемого сигнала.
к„„
Ku(p) =
1
1+ +Р ~в
(5.39)
Положим р = jco (p — оператор Лапласа) и запишем выражение (5.39) в ком-
плексном виде:
+( jo
к„(у'и) =
1+ . +.~~~в
/ж тн
Комплексный коэффициент передачи усилительного каскада с ОЭ в выра-
жении (5.40) можно рассмотреть по отдельности в каждом диапазоне частот.
1. В области нижних частот: со — + О; агв — + О.
KUo К jN тн
1 1+ j@~н (5.41)
j~ ~н
Ku„(i ~) =
1
— +О °
2. В области высоких частот: со — + (x);
Кго
Ku (jco) =
1+ jeт
(5.42)
5.1.4. ОБОБЩЕННАЯ АЧХ И ФЧХ КАСКАДА С ОЭ
Коэффициенты передачи усилительного каскада с ОЭ на любых частотах
можно представить в виде:

Схемотехника усилительных устройств
1
3. В области средних частот: апв — ~ О; — + О.
~~н
Кио(/и) = Ки, ~1. (5.43)
Вывод. Выражение (5.39) является уравнением коэффициента передачи усили-
тельного каскада с ОЭ на любых частотах. Выражение (5.40) представляет собой
уравнение для комплексного коэффициента передачи усилительного каскада с ОЭ в
любом диапазоне частот.
Определим АЧХ и ФЧХ или модуль коэффициента передачи каскада в об-
ласти низких и высоких частот.
Для области низких частот можно записать:
К„н(/и) = Ки, " — — К„о(А(и)+ /В(и)].
1+ Jco ~„
(5.44)
Необходимо определить:
(5.45)
Кин (и) = «o
— АЧХ усилителя
и p(ca) = arclg — ФЧХ усилителя.
В(и)
(5.46)
А(и)
На комплексной плоскости (рис. 5.11) можно показать действительную и
мнимую части выражения (5.44).
КЦи)
В(и)
А(и)
Рис. 5.11. Комплексная плоскость коэффициента К(/и)
Сделаем дополнительные преобразования, чтобы определить АЧХ усили-
тельного каскада с ОЭ в области низких частот:
./и гн (1 ./и гн) К- ./и гн(1 ./и r») .
ин ./и — ио
ио
1+ /и гн (1 — /и гн) 1+ (ит„)'

Д.А. Переиелкин
112
Ku„(i ca) = Kuo
(5.47)
— +uo
Ku„(co) = Kuo
— АЧХ усилителя.
KuÄ(co) = К „
— +uo
(5.48)
ФЧХ усилительного каскада с ОЭ в области низких частот по выражению
(5.47) будет иметь следующий вид:
(5.49)
(5.52)
К„~(co) = Kuo
— АЧХ усилителя.
Кц~(и) = Kuo
= +uo
(5.53)
ФЧХ усилительного каскада с ОЭ в области высоких частот по выражению
(5.52) будет иметь следующий вид:
(5.54)
По выражениям (5.48), (5.49), (5.50), (5.51), (5.53) и (5.54) построим АЧХ и
ФЧХ усилительного каскада с ОЭ во всем диапазоне частот.
Определим величины сод и сов.
2
(и тн) и тн
1+(ит„) 1+(итц)
2 2
А(ю) В(и)
co t'tt (и т„) 1
р „(и) = arctg ", -- "; = arctg
1+ (и тц) 1+ (и тц)
Для области средних частот можно записать:
Кщ,(j'и) = К„„— АЧХ усилителя
и р(и) = 0 — ФЧХ усилителя.
Для области высоких частот можно записать:
1 1 (1 — уит ) 1 — уит
Кив(./и) = Кио . = K«o .. = Kuo
1+ /и тв 1+ /и тв (1 — уи тв) 1+ (и тв)'
1 ° ~~в
Ки Ци) = Kuo 2 -)~ 2
1+(ит ) 1+(ит )
~~в 1
р в(и) = arctg = — arctg(cu тв) .
1+(ит ) 1+(ит )
(5.50)
(5.5 1)

Схемотехника усилительных устройств
1
Для этого подставим в выражение (5.48) частоту и = — = и „.
Н
Тогда выражение (5.48) будет иметь вид:
К„(и) = К„, — — 0 707 Кио.
~/H (10
/2
(5.55)
1
Частота и= = ил, на которой коэффициент усиления равен 0,707 К»»»»,
z„
называется нижней частотой полосы пропускания усилителя.
1
После подстановки частоты и = = и Ä (5.49):
z„
1
р(и) = arclg = arclg! = 45'. (5.56)
1
Определим величину ив. Для этого, подставим в выражение (5.53) частоту
1
и = — = и „. Тогда выражение (5.53) будет иметь вид:
TB
1
К„„= 0,707 К„„.
/2
К»»„(»»») = К»»»»
(5.57)
1
Частота и = — = и в, на которой коэффициент усиления равен 0,707 К„ о,
тв
называется верхней частотой полосы пропускания усилителя.
1
После подстановки частоты и = — = и в в выражение (5.54):
TB
(5.58)
гн= ~Фэ.
р(и) = — arctg1 = — 45'.
Обобщенная АЧХ и ФЧХ усилительного каскада с ОЭ в любом диапазоне
приведена на рис. 5.12.
Часто возникает и другая задача, когда заданы частоты сон и сов, а по ним
необходимо найти емкости С~, С2 и С&g ; ата жеподобр ть иптранзист р с
вестной емкостью Ск. В этом случае поступают следующим образом.
1
Из выражения и= — = и»» находят в» = C»(Rr + Rex); г»» = C~(R»» + Rf») и
z„

Д.А. Перепелкин
114
1
А из выражения и = — = и в находят гв = С»(Л» ~~ Лн) .
тв
После того как выполнен расчет по постоянному току и рассчитаны сопро-
тивления R» и Лвх = / (R), Rg, Лз), выбран тип транзистора, определяют емкости
С1, С2 и Сэ.
К(и)
KUO
0,707 К„р
',© в ®-+со
—,©н
Рис. 5.12. Обобщенная АЧХ и ФЧХ усилителя с ОЭ
Для того чтобы частотная характеристика удовлетворяла заданной частоте
сон, необходимо чтобы:
1
~н—
(5.59)
Н зад
1
С учетом подстановки: C,(R~ + RB„) )
~нзад
(5.60)

Схемотехника усилительных устройств
115
1
или С1 &
~н (~г+ ~вх)
(5.61)
1
С учетом подстановки: С,(Лк+ R») &
(5.62)
Н зад
1
или С2 ~
co „»,(R„+ R„)
(5.63)
1
С учетом подстановки: C~R~ &
Н зад
(5.64)
1
или C~ &
ГОII „дЯ-
(5.65)
тв
(
В зад
(5.66)
1
С учетом подстановки: Ск(Л» ~ Лк) &
833 i
(5.67)
1
или CK &
~в лЯ~ II ~к)
(5.68)
Если последние условие не выполняется, то необходимо подобрать транзи-
стор с меньшей емкостью Ск.
АЧХ можно представить в нормированном виде. Для этого вводят коэффи-
к„
циент M = ', который представляется в комплексной форме:
+uo
мО )= "jm)
(5.69)
где М(/и) — нормированный комплексный коэффициент передачи или коэффи-
циент частотных искажений.
АЧХ усилителя с ОЭ в нормированном виде показана на рис. 5.13.
Для того чтобы частотная характеристика удовлетворяла заданной частоте
вв, необходимо чтобы:

Д.А. Перепелкин
116
0~ — в вн
Обобщенное выражение для комплексного коэффициента частотных иска-
жений имеет вид:
М(у'и) =
(5.70)
1
— + jNтв
je z.»»
Коэффициент частотных искажений на нижней и верхней частотах полосы
пропусканию усилителя описывается следующими выражениями:
Мн(и) =
(5.71)
Мв(и) =
(5.72)
5.2. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОБ
Схема усилительного каскада с общей базой (ОБ) приведена на рис. 5.14.
с»
Е»
ых
~вх
М(и)
1
0,707 К„О
Рис. 5.13. АЧХ усилителя с ОЭ в нормированном виде
Рис. 5.14. Схема усилительного каскада с ОБ

Схемотехника усилительных устройств
117
На частотные свойства усилительного каскада с ОБ влияют емкости С1, С2
и Сэ, а также паразитные емкости транзистора.
Обобщенная эквивалентная схема усилительного каскада с ОБ приведена
на рис. 5.15.
Рис. 5.15. Обобщенная эквивалентная схема усилительного каскада с ОБ
Данную схему будем анализировать в трех различных частотных областях
(см. рис. 5.3):
° в области средних частот ж ~~ & t   lt
° в области низких частот О & t  &lt
° в области высоких частот ив& t; ж&l
5.2.1. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОБ В ОБЛАСТИ СРЕДНИХ ЧАСТОТ
Для данной области справедливы следующие соотношения:
1 1
-+О и — +О;
жС, со С,
(5.73)
1 1
)) ~э )) rK (5.74)
С.„ сО Ск
Это означает, что емкости С1 и C2 — закорочены.
С учетом соотношений (5.73) и (5.74), эквивалентная схема усилительного
каскада с ОБ в области средних частот будет иметь вид, представленный на
рис. 5.16.

Д.А. Переиелкин
118
I3
R))
~~' вых
Рис. 5.16. Эквивалентная схема усилительного каскада с ОБ
в области средних частот
Рассмотрим основные параметры усилительного каскада с ОБ.
~~вх
1. Входное сопротивление усилителя R
вх
вх
Входная цепь усилительного каскада с ОБ показана на рис. 5.17.
Рис. 5.17. Входная цепь усилителя с ОБ
ЛВХ вЂ” — Л (( Л"„'~~ =Л, (( [У +(! — а)У ]. (5.75)
Так как сопРотивление R3 & t;RBX ', тосопРотивле ие вхопРеделЯе сЯ
вхОБ '
ражением:
ЛВХ = R~)(„— УЭ + (1 — Я)УБ = ГЭ .
(тр)
(5.76)
2. Выходное сопротивление усилителя Явых.
Выходное сопротивление усилителя Явых определяется по выражению:
~~вых
вых—
~вых xx Ha выход ~э О
или ЛВцх — Лх II (Ух + ") Лх
(5.77)
По данной схеме определим входное сопротивление Лвх усилительного
каскада с ОБ:

Схемотехника усилительных устройств
119
3. Коэффициент усиления по напряжению К~~.
Коэффициент усиления по напряжению Кц усилительного каскада с ОБ в
общем случае определяется выражением:
'-~~вых
го
'"~вх
а (Лк ( Рп)
~iio—
Rr + Rt>x
(5.78)
Для идеального усилителя напряжения сопротивление нагрузки R„— э оо, а
сопротивление Рг -+ О. В этом случае коэффициент усиления по напряжению
определяется выражением:
а RK
(/О—
вхо~
(5.79)
~живых alii
4. Коэффициент усиления по току К, =
~~вх ~~г
Аналогично, как и для усилительного каскада с ОЭ, для определения К&
будем использовать правило «свой-чужой». Ток в «своем» сопротивлении ра-
вен общему току, деленному на сумму сопротивлений и умноженному на
<<н жное»сопротив
Тогда для токов А(~~ и А1г можно записать:
А(к Як
н
R„+ RK
(5.80)
1"'г А(~г + R~x)
г (5.81)
г г
В итоге получим, что коэффициент усиления по току К~ определяется сле-
дующим выражением:
~г ~к
К=~ г к (5.82)
(R~+ Rex) (R„+R„)
Для идеального усилителя тока, работающего при замыкании на выходе:
сопротивление Лг -+ oo, а сопротивление нагрузки Лн — э О. В этом случае коэф-
фициент усиления по току К~ = а.
или с учетом (5.77) К„„
а Як
вхо fj
Однако отличия состоят в том, что во входной цепи усилителя с ОБ
последовательно с сопротивлением Лвх стоит Rr, а в выходной цепи: Лк ~ Лп .
Тогда выражение для коэффициента усиления по напряжению для усили-
тельного каскада с ОБ имеет вид:

Д.А. Перепелкин
120
5.2.2. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОБ В ОБЛАСТИ НИЗКИХ ЧАСТОТ
Для данной области справедливы следующие соотношения:
1 1
~0 и ~0;
С, С,
(5.83)
(5.84)
Рис. 5.18. Эквивалентная схема усилительного каскада с ОБ
в области низких частот
По аналогии с усилительным каскадом с ОЭ для усилителя с ОБ получим:
1 jcu z„
Кц (у'и) =К ~(го
1+ jez.
(5.85)
1+
уоz„
где
г„= С, (R,- + R„„)
или гн = C,(пк + R„) .
(5.86)
(5.87)
5.2.3. ЧАСТОТНЫ Е ХАРАКТЕРИСТИ КИ
УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОБ В ОБЛАСТИ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ
Для данной области справедливы следующие соотношения:
1 1
-+О и -+О;
жС, ИС2
(5.88)
ж Сэь С,
С учетом соотношений (5.83) и (5.84), эквивалентная схема усилительного
каскада с ОБ в области низких частот будет иметь вид, представленный на
рис. 5.18.

Схемотехника усилительных устройств
121
1 1
э (5.89)
И СэБ Ск
Это означает, что емкость Ск шунтирует сопротивление гк и источник тока
crI&g ; Вэ омслу аетранзис о с ОБтер етс оиусилитель ыесвойст
Коэффициент усиления по напряжению усилительного каскада с ОБ в об-
гк.
ласти высоких частот определяется выражением:
KUО
К„Ои) =
1t~от
(5.90)
где
т = [т +Ск(Лк (( Лп)];
1
1 — а~э
(5.91)
ГБ
~э = — коэффициент обратной связи для усилителя с ОБ;
Г Б )
1 1
т = =; / — граничная частота усиления транзистора с ОБ.
и 2г /'
Вспомним, что для усилительного каскада с ОЭ выше было получено сле-
дующее соотношение:
1+
тв — — [z. +С, (Л, () R»)]
1 - P y
гэ
где коэффициент у„=
Rp. + гБ+ г.э
Определим, какой из усилительных каскадов (c ОБ или ОЭ) более высоко-
частотный. Для этого найдем отношение вида:
ze„~ rzz e„„(l+ p)[z' +Ск(~к II йп)](1 — а уэ) (1+,0)(1 — а у.,)
т „и „~ (1+,Оу )[r +C (R„ I Лп)] (1+,Оу )
& t !(5.
= 0,98;
+1
r 500
Б
= 0,8;
R„+ rü t гэ 100+ 500+ 25
гэ
7Б = 0,04.
Rt- + r~ + r~ 100+ 500+ 25
Пример. Определим более высокочастотный усилительный каскад при извест-
ных входных данных: r~ = 25 Ом; rz; = 500 Ом; Rt- = 100 Ом и,0= 50.
Для этого сначала найдем коэффициенты передачи тока эмиттера для схемы с ОБ
а и обратной связи для усилителей с ОБ и ОЭ:

ДА. Переиелкин
122
Подставим полученные значения в выражения для т и тв, а затем найдем
ОБ оэ
их отношение:
~в ®в
оэ оБ 3
Г И
ВОБ Воэ
Вывод. Усилительный каскад с ОБ имеет более высокую верхнюю частоту, чем
каскад с ОЭ при всех равных условиях. К недостаткам усилительного каскада с ОБ
относят малое входное сопротивление Рвх и большое выходное сопротивление R»~&l
АЧХ усилительных каскадов с ОЭ и ОБ приведены на рис. 5.19.
К(и)
+tio
0 707К(! о
O~N Nн
© ВОБ ~ +оо
~~~ воэ
Рис. 5.19. Обобщенные АЧХ усилительных каскадов с 03 и ОБ
5.3. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОК
Схема усилительного каскада с общим коллектором (ОК) приведена на
рис. 5.20.
ых
Рис. 5.20. Схема усилительного каскада с ОК
Обобщенная эквивалентная схема усилительного каскада с ОК приведена
на рис. 5.21.

Схемотехника усилительных устройств
123
1-э
1
1
1
1
1
All CH
I
1
I
1
1
А
Ег
К
Рис. 5.21. Обобщенная эквивалентная схема усилительного каскада с ОК
Данную схему будем анализировать в трех различных частотных областях
(см. рис. 5.3):
° в области средних частот ж н « ж « ж ~&l
° в области низких частот 0 & t  &l
° в области высоких частот ив& t; ж&lt
5.3.1. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОК В ОБЛАСТИ СРЕДНИХ ЧАСТОТ
Для данной области справедливы следующие соотношения:
1 1
-+0;
-+0 и
(5.92)
жС„
1 1
, =г, или, ) r~. (5.93)
сО Ск ИСК
Это означает, что емкости С1 и C2 — закорочены.
С учетом соотношений (5.92) и (5.93), эквивалентная схема усилительного
каскада с ОК в области средних частот будет иметь вид, представленный на
рис. 5.22.

Д.А. Переиелкин
124
ц
1
13
Э
I)
Б ~.
К
Рис. 5.22. Эквивалентная схема усилительного каскада с ОК
в области средних частот
Рассмотрим основные параметры усилительного каскада с ОК.
~~вх
1. Входное сопротивление усилителя RBx =
~вх
(TP)
ь BXOK
где R~~z~~ = ГБ + (1+,О) (Л [[ R«).
Тогда R»Ä~ — ЛБ [r, +(1+,О) (R., (( R«)].
Так как практически всегда R„. &g ;&g ;RBXп
(TP)
BXOK
Л„„„=((+О)(Л,, )( Л„).
(5.94)
(5.95)
(5.96)
2. Выходное сопротивление усилителя R»&gt
Выходное сопротивление усилителя R»~x определим при условии, что
АЕг = О, сопротивление нагрузки Ян +~, а сопротивление R& t;вели о,поэт
его можно не учитывать.
!
Зададим напряжение У . левее точек Б К .
Тогда можно записать следующие соотношения:
U ' (ЛГ+ГБ)1Б
U
у БК
Б
( Г Б)
1, =1 +,О1 =1 (,О+1).
Определим сопротивление R~1 относительно точек 1-1:
Согласно рис. 5.22, входное сопротивление RBx усилительного каскада с
ОБ можно записать в виде:

Схемотехника усилительных устройств
125
1,(Лг + гв) R„+ r~
1, I~(P+ I) P+ I
Далее, двигаясь вперед по цепи, определим сопротивление Rqq.'
Г Б
R 22 R )) гк
Р+1
гк.
Аналогично находим сопротивления R33 и R44 относительно точек 3-3 и 4-4:
Rr + ~Б
33 22 ) rK +)э
@+I
Г Б
..= ....= „~,=(
@+I
'к +~э ~э.
То есть выходное сопротивление каскада с ОК имеет вид:
Г Б
~вых— 'к +'~ (5.97)
,О +!
Г Б
R,-+ r„
Учитывая, что гк )) и R., )) + r., выражение (5.97)
p+ I Р+!
можно переписать в следующем виде:
RI +'г
~вых -r)+
+!
(5.98)
Если источник сигнала низкоомный, т. с. RI- & t;r ;, томо носчита
Явь,„„= r~ (единицы и десятки ом).
(5.99)
Вывод. Каскад с ОК имеет малое выходное сопротивление, большое входное со-
противление.
3. Коэффициент усиления по напряжению Кр,.
Коэффициент усиления по напряжению К«ОК в общем случае
определяется выражением:
к — ВЫХ вЂ” I I
(l
~~ВХ ~Г
Для выходного и входного напряжения усилителя справедливы выражения:
»1„=»,(R. II л„) =(». +»,)(R. I л,) =(I+a) (R, II л,)».
и АЕг (Лг + Лвх)»Б [R„+ ГБ + (1+ P) (Лэ [[ R„)]dl~ '
С учетом этого, выражение для коэффициента усиления по напряжению К«
каскада с ОК будет иметь следующий вид:

Д.А. Переиелкин
126
(1+P)(R, (( Л„)
(RÄ+rБ)+(1+P)(R // Л„)"
(5.100)
4. Коэффициент усиления по току К, =
~ВХ Г
Рассмотрим схему усилительного каскада с ОК в виде источника тока
(рис. 5.23).
Рис. 5.23. Входная цепь каскада с ОК в виде источника тока
Для данной схемы справедливы уравнения:
у г.
r—
г
~r = 1' я [Лг + Rex ]
Л,[Л„+ Л,„]
г—
Жн = А1 э =(,0+1) э А1,.
~э+ R„R~+ R„
С учетом этих уравнений выражение для коэффициента усиления по току
К& t;бу етим тьследую ийв
К, =(P+1)
(R~ + R„) (R~ + RBx)
Для идеального усилителя тока, работающего при замыкании на выходе:
сопротивление Лг w m, а сопротивление нагрузки Лн w 0. В этом случае коэф-
фициент усиления по току К =,О+ 1.
Очевидно, что коэффициент усиления по напряжению Кц каскада с ОК
Кц& t; 1. Напракт ке гозначе ияобы новарьирую с впреде ах О,9.. 0,

Схемотехника усилительных устройств
127
5.3.2. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОК В ОБЛАСТИ НИЗКИХ ЧАСТОТ
Для данной области справедливы следующие соотношения:
1 1
~0 и ~0;
жС, жС„
(5.102)
1
Ф
)) Г
~С к
(5.103)
p~н
и» (Р) = uo
1+pr„
Тогда комплексный коэффициент передачи каскада с ОК в области низких
(5.104)
частот имеет вид:
(5.105)
где гн — — C, (Rr + R~Ä) или г„= Сг(R„+ R„)
Как правило, из двух д~~ выбирается меньшая. Так как сопротивление
Лвх — & t; с, то завелич ну гнпринимае ся г =Сг Я +Я ,
5.3.3. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОК В ОБЛАСТИ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ
Для данной области справедливы следующие соотношения:
1 1
-+0 и -+0;
жС, жС,
(5.106)
1
-гк .
си С к
(5.107)
Выражение для коэффициента передачи каскада с ОК в области высоких
частот будет иметь вид:
1
К~у„(Р) = Кго
1+Р ~в
Тогда комплексный коэффициент передачи каскада с ОК в области высо-
ких частот имеет вид:
1
%!„Ом) = Кио
1+ ~® ~в
(5.109)
где ~B = C„(Rr + ro) .
С учетом емкостей С, и С выражение для коэффициента передачи каскада
с ОК в области низких частот будет иметь вид:

Д.А. Переиелкин
128
Если необходимо определить, какой из усилительных каскадов с ОБ, ОЭ
или ОК более высокочастотный, то используют следующее правило:
Обобщенные АЧХ усилительных каскадов с ОЭ, ОБ и ОК приведены на
рис. 5.24.
К(в)
K(gp
Ксеро
KUp
0 707K(ip&lt
О& t; Ђ ~® ок
Nвоь Nвок N — +m
~ «О)
Вывод. Усилитель по схеме с ОК или эмитерный повторитель обладает большим
сопротивлением Лв„, малым сопротивлением Лвыя, коэффициентом усиления по на-
пряжению К~~о & t; 1;коэффициен омусиле ия пот ку р  иширо ойполо ойп
пускания.
Поэтому эмиттерный повторитель применяется для согласования источников
сигнала, имеющих большое внутреннее сопротивление, с малым сопротивлением на-
грузки (рис. 5.25).
R 100 Ом
E)
В этом слУчае сопРотивление Яг» Ян, следовательно, UR r» UR н. Это означа-
ет, что основная часть входного напряжения падает на сопротивление Я~-.
На практике возможен вариант применения схемы, показанной на рис. 5.26.
~BOK В ОБ ~B03
ИЛИ И ВОК» Ж ВОБ & t ЖB
Рис. 5.24. Обобщенные АЧХ усилительных каскадов с ОЭ, ОБ и ОК
Рис. 5.25. Пример использования схемы с ОК
(5.110)
(5.111)

Схемотехника усилительных устройств
129
1
1
~ВЫХ
Ег
Ег
~вх
1
I
1
1
Эмиттерный повторитель
I
Рис. 5.26. Практический пример использования схемы с ОК
что основная часть выходного напряжения прикладывается к нагрузке.
В этом случае сопротивление R~- &l ;&lt Ящ<,следо ат л но U p lt; lt;U
чает, что основная часть входного напряжения падает на сопротивление Явх. В вы-
ходной цепи сопротивление Явых « Яц, следовательно, Ug вых «Уд н. Это означает,

ГЛАВА 6. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ КАСКАД
6.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО КАСКАДА
Дифференциальным каскадом (ДК) называется усилитель, предназначен-
ный для усиления разности входных сигналов. Схема дифференциального кас-
када приведена на рис. б.1.
UBhtXl
-~ВХ1
ВЫХ2
Рис. 6.1. Схема дифференциального каскада
ДК содержит источник (генератор) стабильного тока (ГСТ). На схемах
электрических принципиальных ГСТ изображается следующим образом:
или
Iî
ГСТ обеспечивает постоянный ток Ip при входных сигналах, при этом со-
противление R; -+ Оо. Ток Ip определяется из соотношения:
Ip = ~э v7 I + 6 гп = ~к I + IK) .
(б.!)
По определению:
IUBblx = IUH = (~вых1 — UBbIX2 = K (UBXI — UBX2). (б.2)
Поэтому дифференциальный каскад — это симметричный каскад.
Условия симметрии ДК состоят в следующем;
° транзисторы VT1 и VT2 имеют одинаковую геометрию, находятся в оди-
наковом температурном режиме и, следовательно, имеют одинаковые электри-
ческие параметры;
° резисторы Ry) и Rgg имеют одинаковые сопротивления: Ry, = Rgg = Як.
Для идеального симметричного каскада при UBxl = UBx2 ~ IKI = IK2= Io/2.

Схемотехника усилительных устройств
Тогда выходные напряжения ДК определяются по соотношению:
о к
1 ~к
живых» — ~вых2 — Ек — ~ьлллнсл .
2
Диаграмма напряжений в режиме баланса представлена на рис. 6.2.
(6.3)
ВЫХ2
Uüëë
ВЫХ~
ВХ1& t;UI
~живых — ~~~»
Рис. 6.2. Диаграмма напряжений в режиме баланса
Так как 1к,, = o' к2, =О,тогда
Поэтому максимальное изменение выходного напряжения ДК:
~~выхмлх = 1о~к.
(6.7)
В режимс баланса Левых = Левых~ — АУвых2 = О. При появлении в момснт
вРемени ti сигнала U»3xi положительной полЯРности, пРи Uexz = О ток I~~ воз-
растает, т. к. транзистор VTI открывается. Следовательно, напряжение U»~x~
будет уменьшаться.
Так как ток 1~,, = 1к,, а 1~„, =1к„и, кроме того, 1...,, =1,, = 1о=сот1,
то увеличение тока 1к1 приводит к уменьшению тока 1к2.
Напряжение U»~x~ уменьшастся, а напряжснис Увых~ — увеличивается.
~вых1 Ек 1к ~ ~к (6.4)
~выход — Ек 1к ~к . (6.5)
Следовательно, выход 1 — инвертирующий выход, а выход 2 — неинверти-
рующий по отношению к первому входу.
Полный дифференциальный выходной сигнал будет равен:
~(живых =(~выхг (живых~ = к ~кг~к к+ к|R~ =( к1 I~2)Rê =~к~к.
(6.6)
~к

Д.А. Переиелкии
132
Достоинства ДК:
° симметрия плеч ДК позволяет уменьшить величину температурного дрей-
фа выходного напряжения, т. к. температурные изменения токов 1к вычитаются
по сравнению с объемным каскадом, например, с ОЭ и ОБ;
° транзисторы VT1 и VT2 никогда не находятся в насыщении, так как
Io (IK-..
Реально симметрию получить трудно, поэтому на практике проводят до-
полнительное симметрирование. Схема ДК с дополнительной симметрией
представлена на рис. 6.3.
+Ек
UBblXl
~ВХ1
ВЫХ2
Рис. 6.3. Схема ДК с дополнительной симметрией
Подбирая небольшие сопротивления R() и R„" (номиналом сотни ом), можно
добиться симметрии ДК.
Наилучшую симметрию обеспечивает интегральная технология. Данная
технология позволяет получить транзисторы с одинаковой геометрией, нахо-
дящиеся в одинаковых температурных режимах. Схема ДК, выполненная по
интегральной технологии приведена на рис. 6.4.

Схемотехника усилительных устройств
133
+Ек
UBblxl
~ВХ1
~ВЫХ2
Рис. 6.4. Схема ДК, выполненная по интегральной технологии
Х2
Uo
Uî
ВХ1 0 т
~ВХ2 ~0 ~т "~®~
с'апф парагр с «пф параф
Рис. 6.5. Основные составляющие входного сигнала ДК
ПФС входного сигнала определяется по соотношению:
UBx1 UBX2 2Uт""®t
~вх =U Singlet
ПФ
и называется полезным входным сигналом ДК.
СФС входного сигнала определяется по соотношению:
У UBX1 + UBX2 U
ВХСФ 2 О
(6.8)
(6.9)
6.2. АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ДК
При анализе ДК входные и выходные сигналы разделяют на две состав-
ляющие:
° дифференциальную или парафазную составляющую (ПФС);
° синфазную составляющую (СФС).
Основные составляющие входного сигнала ДК представлены на рис. 6.5.

Д.А. Переиелкин
134
и называется паразитным входным сигналом ДК.
ДК должен усиливать дифференциальную составляющую входного сигнала
и ослаблять или не усиливать синфазную составляющую входного сигнала.
На выходе ДК сигнал также можно разделить на синфазную и парафазную
составляющие:
ВЫХ ВЫХСФ ВЫХПФ
ВЫХПФ ПФ ВХПФ &
ВЫХСФ СФ ВХС ф '
У идеального ДК Ксф = 0 и тогда U~b,„0 и выходное напряжение со-
(6.10)
держит только усиленную полезную составляющую входного сигнала.
Определим Кпщ ДК. При подаче на вход 1 сигнала положительной поляр-
ности ($) (см. рис. 6.1) транзистор Л 1 открывается, и его ток 1к увеличивается,
следовательно, ток I& t;бу етувеличиват ся навелич ну 1. ак ак ок I
const, то ток I& t;транзист ра T2бу етуменьшат ся навелич ну
Тогда в точке Э по I закону Кирхгофа можно записать:
I() /2+ Л1+I() /2 — Л1 = ~0,
U~ =R,I„— Е
Вывод. По переменному току потенциал в точке Э не изменяется, т. е. ее можно
соединить общим проводом по переменному току.
Е1
Рис. 6.6. «Плечо» ДК в виде схемы с ОЭ
Причем нагрузка равна 1/2 Ян, т. к. нулевая точка будет на середине Я11.
Тогда коэффициент Кпф определяется соотношением:
~(~вых~ ~(~выход
ПФ
~(~ВХ1 ~~ВХ2 ~Г + ~ВХ
(6.1 1)
ИЛИ
Тогда оба «плеча» ДК представляют собой транзисторы, включенные по
схеме с ОЭ. Одно «плечо» ДК в виде схемы с ОЭ показано на рис. 6.6.

Схемотехника усилительных устройств
135
R„~l/2RÄ
RÃ ,+ Б + э(1 + )О) Гэ
С учетом балансировочных резисторов Ро и R„', получим:
Л,((112Л„
КПФ
ПФ
(6.12)
(6.13)
+r~
где гэ — это дифференциальное сопротивление перехода ЭБ, который смещен в
прямом направлении, т. е.
~т
r~
~э
С учетом того, что I,, = I„/2, тогда сопротивлсние г., =
гр,
О
где p( — температурный потенциал, p( = kT/е = Т/11600 В.
Тогда коэффициент Кпф определяется соотношением:
(R,((112RÄ) 1„
~ПФ—
гр,
Вывод. Чем больше ток 1„ГСТ, тем вьпие коэффициент усиления полезного сиг-
нала в ДК.
(6.14)
При разбалансе усилителя или при других факторах К, w 0.
Определим Ксщ ДК при разбалаисе усилителя.
Пусть У~эх1 = ~~эх = ~вх . В этом случае:
У Вх! Вх2 0 .
ВХПФ
2
(6.1 э)
UBxl + ~вх2
BX(. ð—
(6.1 6)
~ВЫХ ВЫХПФ ВЫХ(ф '
ВЫХПФ ПФ ВХПФ
ВЫХ( ф СФ ВХ( ф ~
UBhlX UBhlX(.ô ~ '('Ф~ ВХС (6.17)
То есть при подаче на оба входа одинаковых сигналов на выходе получает-
ся сигнал, содержащий только постоянную составляющую UBb„,
Сдвиг постоянных уровней UBh, è UBb, в виде U»,x происходит
вследствие изменения токов 1, и 1, от значения Io/2 в «плечах» как реакция
источника на разбаланс «плеч» ДК из-за неидеальности источника тока (плохой
источник R; w со), поэтому коэффициент Ксф w 0.

Д.А. Переиелкин
136
Структура любого «плеча» ДК для синфазного сигнала (сигнала по посто-
янному току) представлена на рис. 6.7.
+Ек
2R;
Ег
-Ек
Рис. 6.7. «Плечо» ДК при разбалансе усилителя
R~ R~
2R,. +г 2R,
(6.18)
Поэтому при сопротивлении R; -+ ~о коэффициент К~~ — э О.
Вывод. Для того, чтобы К~ф был как можно меньше, необходимо, чтобы R, ГСТ
было как можно больше.
В качестве источиика ГСТмогут ирименяться:
1. Резистор R& t сболь имсопротивлен
или
Рис. 6.8. ГСТ в виде сопротивления Яэ
Из рис. 6.7 видно, что потенциал эмитгера (точка Э на рис. 6.1) не соедине-
на общим проводом по синфазному сигналу (по постоянному току). На рис. 6.7
/
R; — внутреннее сопротивление ГСТ. Так как имеем два «плеча» ДК, то на месте
сопротивления R.» стоит сопротивление 2R;. Поэтому, когда соединим оба «пле-
ча» ДК, то получим 2Л,. ~~ 2Л, =R, Сопротивление 2R; — это сопротивление
ООС. Поэтому можно записать:

Схемотехника усилительных устройств
137
Недостатки:
° резистор с большим сопротивлением плохо реализуется в интегральных
схемах (ИС), т.к. занимает большую площадь на подложке;
° ток Io будет очень мал, следовательно
(л, 1~гл„) г,
коэффициент Кп — — " также будет мал.
гр,
2. В качестве ГСТ можно применять транзистор в режиме источника тока.
Тогда ДК будет иметь вид, показанный на рис. 6.9.
-~вх i
Рис. 6.9. ГСТ в виде транзистора в режиме источника тока:
диод VD1 используется для температурной компенсации транзистора V73
На выходной характеристике (рис. 6.10) транзистора Л.3 в рабочей точке
~~к
сопротивление R =r = к' имеет большую величину (порядка единиц или
iI К (
К
десятков килоом).

Д.А. Переиелкин
138
1ь) 0
IKP =
Д1к
Дик-3
Рис. 6.10. Выходная характеристика транзистора в режиме источника тока
Нагрузка
Io
Л2
Io
-Ек
Рис. 6.11. Схема и принцип работы ГСТ
Для того чтобы найти ток 1д, составим уравнение:
БЭрт1 О 1 Б )рт2 1 3 ~
Из выражения (6.19) выразим ток 10.
БЗ~у 2 Б Э~у1 ! 3
Io—
R,
(6.19)
(6.20)
Если транзисторы одинаковые и находятся в одинаковых условиях, то
2, а самое главное АУ
Тогда получим соотношение для тока Io.
1 11ЯЗ
о — R
(6.21)
Рассмотрим принцип работы ГСТ.
Чаще всего используется следующая схема ГСТ (при 1, « 1 ), представ-
ленная на рис. 6.11.

Схемотехника усилительных устройств
139
Найдем ток I~. Если ток базы I~ очень мал: I~ ((I, то можно записать:
Е„= 1,(R, + R,)+ Г
0,7
Ек — ~ьэ~~2 Е~ — 0,7
~т2 К
2 R3 2 3
В итоге для определения тока I~ необходимо задать сопротивления R2 и R3.
Затем, задавая сопротивление R~, можно определить ток I0.
6.3. ДК С ГСТ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ
В качестве ГСТ может быть включен полевой транзистор (ПТ). Схема ДК с
ГСТ на полевом транзисторе приведена на рис. 6.12. На представленном рисун-
ке транзистор VT3 (р-канальный транзистор) выполняет роль ГСТ.
+Ек
~вх|
UÂÕ2
-Ек
Рис. 6.12. Схема ДК с ГСТ на полевом транзисторе
Задавая ток Ic = I0, можно найти величину сопротивления R, решая уравне-
ния:
CMAX ~ ~3~2
0 0
(6.22)
~з I0R
На практике поступают по-другому.
Вывод. Ток Ip полностью определяется током I~, или повторяет ток I~, или ток Ip
отражает ток I~ Поэтому такая схема ГСТ называется «токовым зеркалом».

Д А. Переиелкии
140
Резистор R делают переменным. Изменяя его номинал, задают необходи-
мые значения тока Iq ~д = Io.
Ток 1с 7З выбирают таким образом, чтобы он мало зависел от изменения
температуры. Как правило, ток I& t;выбир ю впреде ахдесят ов лисо ен
!' ~-+ 1„=1, ~-+ U3H = 10R ~-+ 1,. =1 „1—
~зи
о
Для данной схемы при напряжениях U~„, = U~„,
I "с loR
~ЬЛЛ ~ ВЫХ) ~ ВЫХ2 К К
2 2
(6.23)
6.4. ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ДК
Рассмотрим одно плечо дифференциального каскада в виде схемы на рис.
6.13.
Rr
2R,
Е-г
-Ек
Рис. 6ЛЗ. Схема одного «плеча» ДК
На рис. 6.13 представлен каскад с ОЭ, где 2R; — сопротивление последова-
тельной по току ООС.
Для данной схемы можно записать:
Л „= г + (1 +,0)(г + 2R,. );
Лвх = r~ + (1+ P) r~ + (1+ P) 2R,
(6.25)
кроам пер.
Недостатки: малое значение тока 1с = Ip приводит к малому коэффициенту
усиления Кпф.
Достоинства:
° большое сопротивление R;;
° хорошая температурная стабильность ГСТ, т. к.

Схемотехника усилительных устройств
141
Roxpi
гя,(1 +,О)
Ег
Рис. 6.14. Эквивалентная схема «плеча» ДК
На приведенной эквивалентной схеме сопротивление Явх д1 определяется
соотношением: Лвх д~ = re+ (1+0) Гэ.
Если рассмотреть два «плеча» ДК, то Ue„, = Е,-, а (/вх2 = О.
Тогда эквивалентная схема будет иметь вид, показанный на рис. 6.15.
R)
Rex д2
Рис. 6.15. Эквивалентная схема обоих «плеч» ДК
Так как сопротивление R, (l + 0) — э &l ;с ри R, -+ p, топеремен ый окче
сопротивление R,(l+ g) протекать не будет (т. к. -1 — э 0).
Входное сопротивление ДК будет определяться соотношением:
~вхд — ~вхд~ + Rex gg — (~e + (1+ P)r&gt ) =2r~ 1+
(6.26)
Так как r~ = = при 1~ =10/2,то
ðT 2ðT
~о
2(1+ Д2р 4(д., (1+,О) 4p,Д3
вхд (6.27)
~о lo ~o
Для увеличения сопротивления Рвх д необходимо:
° Уменьшить ток Ip. Однако при этом будет уменьшаться коэффициент
+ne.
° Увеличить коэффициент,0.
Тогда представленную на рис. 6.13 схему можно представить в виде экви-
валентной схемы, показанной на рис. 6.14.

Д.А. Переиелкин
142
6.5. СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРЫ ПОВЫШЕНИЯ
ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДК
Для повышения Лвх ДК используют схемы, состоящие из составных тран-
зисторов на входе ДК.
1. Применение схемы Дарлингтона (рис. 6.16) для повышения Лвх ДК.
~вх
~К2
Рис. 6.16. Схема Дарлингтона
Коэффициент О, как отдельных транзисторов, так и составного транзисто-
ра, можно определить из следующих соотношений:
~К1
Ф! ~ ~'Э1 ~К1 + ~Б1 (1 Ф1 ) Б! ~Б2 ~
Б1
02 = " IK2 = Ф2'Б2 = 02(1+ I)161&
Б2
(6.28)
Ф = ° ~к = Iк! + ~к2 = I iIБ! + Р2(1 + Р! )I!11 = ~Б1(Р! + Al I + A)
~Б1
В общем случае коэффициент,0составного транзистора равен:
К Б1 1 2 1 2
~Б1
Б1
Вывод. Коэффициент усиления составного транзистора равен произведению ко-
эффициентов усиления транзисторов.
(6.29)
Рассмотрим схему ДК, на входе которой стоит схема Дарлингтона
(рис. 6.17). В этом случае VTl и V73 -— э р, à V72 и VT4 mph.

Схемотехника усилительных устройств
143
+Ек
ивх!
~ВХ2
Рис. 6.17. ДК на основе схемы Дарлингтона
Входное сопротивление ДК определяется по формуле:
4р (1+Р,Р,) 4р, ÂÄ
вх
~() ~()
Применение схемы Дарлингтона или составных транзисторов на входе ДК
увеличивает сопротивление R „~ ~ P~ раз.
Р(Л,((1~2Л„) РР(К~~~1~2Л„) РР,(К~~~1~2Л„)
ПФ
Rr + RBx Rr + r,, + (1+ Р,Р,)г., г)Р,Р,
Л,((1/гг„(Л,((1/гг,)
ПФ О' (6.32)
г-, 2р„
Вывод. Коэффициент Кпф не изменяется при применении схемы Дарлингтона.
(6.31)
2. Применение полевых транзисторов для повышения Л „„ДК.
Схема ДК на полевых транзисторах приведена на рис. 6.18.

Д.А. Перепелкин
144
UBblXl
UBX1
; ГСТ
Рис. 6.18. ДК на основе полевых транзисторов
В качестве ГСТ используются биполярные транзисторы. ДК построен на
п-канальных полевых транзисторах. Графическое обозначение и структура
и-канального полевого транзистора приведены на рис. 6.19.
И
р-з
И
Рис. 6.19. и-канальный ПТ:
а — графическое обозначение; б — структура
р-и-переход в области исток-затвор (или канал-затвор) смещен в обратном
~~вх
направлении. Величина сопротивления RB„~ ——
велика и составляет
~вх
десятки мегаом. Работа выполняется на обратной ветви р-п-перехода, ток вход-
ной цепи очень мал.

Схемотехника усилительных устройств
145
~11Ф( о~)
Рис. 6.20. Изменение коэффициента Кнф ДК
Достоинства. ДК усиливает сигнал в широкой полосе частот, начиная с нулевой
постоянную составляющую.
частоты.
Недостатки. Нагрузка не всегда может быть включена дифференциально. Если
сигнал снимается с одного «плеча», то необходимо ставить разделительные цепи,
иначе сигнал на выходе будет иметь как дифференциальную составляющую, так и

ГЛАВА 7. ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
7.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБОЗНАЧЕНИЕ ОУ НА СХЕМАХ
Операционный усилитель (ОУ) представляет собой многокаскадный усили-
тель постоянного тока (УПТ) с дифференциальным входом, обладающий боль-
шим коэффициентом усиления, высоким входным и малым выходным сопро-
тивлениями.
ОУ выполняется в виде интегральной микросхемы и является одним из ос-
новных элементов аналоговой схемотехники, на основе которого можно созда-
вать самые разнообразные электронные устройства: усилители, генераторы,
сумматоры, интеграторы, дифференциаторы, активные фильтры и др. Реализа-
ция различных устройств на базе ОУ значительно проще, чем на отдельных
транзисторах.
ОУ имеют один выход и два входа: инвертирующий и неинвертирующий.
В большинстве случаев сигнал подается на один из входов, а второй вход
соединяется с нулевым проводом. При этом если сигнал подается на инверти-
рующий вход, то помимо усиления осуществляется его инвертирование (изме-
нение знака). Питание ОУ обычно осуществляется двухполярным (биполяр-
ным) напряжением, которое подводится к соответствующим выводам +Ек и
— Е~. Кроме того, ОУ может иметь выводы для подключения цепей частотной
коррекции и выводы для подключения элементов начальной балансировки
(установки нуля на выходе при нулевом входном сигнале).
Графические обозначения ОУ на принципиальных и функциональных схе-
мах показаны на рис. 7.1.
Bzoc) uursePcar*tu ~4х~
ВхО() ин(к~)сиьги УВх)
U
BZor) негтверсныгг (/Вх~
Ихт) иеиивеРсиый Ц~х~
Рис. 7.1. Стандартные графические обозначения ОУ на схемах
Простейшая схема ОУ имеет три каскада. На практике для корректировки
выходного сигнала дополнительно к данной схеме используют эмиттерный по-
вторитель (выходной каскад). Схема ОУ с эмиттерным повторителем приведена
на рис. 7.2.

Схемотехника усилительных устройств
147
~ВХ!
~ВХ2
Вьтодной каскад
1-й каскад 2-й каскад 3-й каскад
Рис. 7.2. Простейшая схема ОУ:
ДК вЂ” дифференциальный каскад; УН вЂ” усилитель напряжения;
ССУ вЂ” схема сдвига уровня или схема приведения сигнала ко входу УА;
УА — усилитель амплитуды (большого сигнала); ЭП вЂ” эмиттерный повторитель
7.2. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ОУ
Обобщенная принципиальная схема ОУ приведена на рис. 7.3.
+FK
И&gt
('('У и УА 317 (выходтт каскад)
ДК
УП
Рис. 7.3. Принципиальная схема ОУ
Коэффициент усиления ОУ определяеся по следующим соотношениям:
КОУ К1 К2 Кз К4 (7.1)
или Коу Кдк Кун Кссу и уА Кэп. (7.2)
Входной каскад ОУ вЂ” это ДК с величиной тока в микроамперы. Ток 1, ГСТ1
составляет величину номиналом микроамперы, входное сопротивление Лвх
велико, коэффициент усиления ДК К~ = Кдк имеет малое значение.

Д.А. Перепелкин
148
Для ДК можно записать:
IÎ
~БАЛ ЕК ~К .
2
(7.3)
Выходные напряжения ДК Увь,х, и Ув,„, привязаны к потенциалу Ек.
Диаграмма выходных напряжений ДК показана на рис. 7.4.
~вых
Рис. 7.4. Диаграмма выходных напряжений ДК
Коэффициент усиления полезного сигнала ДК определяется выражением:
R,~ iy2R„
~ПФ вЂ” +i— ~о
гр„
(7.4)
rye R„= ~вхдк2.
Коэффициент усиления полезного сигнала УН определяется по
соотношению:
~о ~кз
ПФ ДК2
гр,
Диаграмма выходного напряжения ДК2 приведена на рис. 7.5.
(7.6)
То есть, благодаря большому сопротивлению R~„, имеем малый коэффици-
ент К~.
Для усиления сигнала в структуру ОУ последовательно включен усилитель
напряжения на втором несимметричном дифференциальном каскаде. В качест-
ве ГСТ2 используется резистор R4, который задает ток I,',.
С выхода усилителя напряжения ДК2 снимается выходное напряжение:
~о
~вых1 — ~вых 2 — ~вых Блл дк — Ек ~кз.
2
(7.5)

Схемотехника усилительных устройств
149
~ВЫХ К3
I
БАЛ
Рис. 7.5. Диаграмма выходного напряжения ДК2
+Ек
Рис. 7.6. ССУ выходного сигнала ДК2
По данной схеме можно записать уравнения:
~о
Й вЂ” Ек ~кз
2
Pq — Й + ~Бэ, Й + 0,7 В.
Для того чтобы выходной (переменный) сигнал проходил по нулевому
уровню, необходимо, чтобы потенциал р з = О. Для этого задаем ток 1„" = 1„
у~ К 'зр2
о
5
С одной стороны:
а с другой:
Р, — (-Ea)
о
6
Для того чтобы переместить сигнал из положительного уровня U,' „на ну-
левой уровень, необходима схема сдвига уровня (ССУ). Данная схема показана
на рис. 7.6.

Д.А. Перепелкин
150
С учетом того, что необходимо, чтобы потенциал p q = 0:
к
о
(7.8)
+Ек
p)
-Ек
Рис. 7.7. ССУ в виде эмиттерного повторителя
По данной схеме можно записать соотношения:
~()
р =Ек- — о~кз,
2
pq — p~ — У~~, — p~ — 0,7 В.
Для того чтобы выходной (переменный) сигнал проходил по нулевому
уровню, необходимо, чтобы потенциал p q = О. Для этого задаем ток 1,' = 1„,,
p,— (-E ) р,+E
о
R1 ~2 1 2
С одной стороны:
а с другой:
уп К
о
Общее сопротивление в области эмиттера равно:
~ОБЩ Rl + 2'
Соответственно для данной схемы должно выполняться условие:
2Ек = 11 + 1,',(R, + Л ) . (7.7)
Коэффициент усиления ССУ К& t;определяе ся посоотношен
6
3 — R
5
В качестве ССУ может применяться эмиттерный повторитель (ЭП), где
сдвиг уровня осуществляется при помощи деления напряжения (рис. 7.7).

Схемотехника усилительных устройств
7.3. ВЫХОДНОЙ КАСКАД ОУ
Наиболее распространенными выходными каскадами ОУ являются эмит-
терные повторители (ЭП), а именно, двухтактные ЭП на основе комплементар-
ной пары р-и-р- и п-р-п-транзисторов, работающих в классе В и имеющих оди-
наковые характеристики.
Простейший выходной каскад ОУ показан на рис. 7.8.
вых
Рис. 7.8. Простейший выходной каскад ОУ
Входной сигнал U4 за счет ССУ поступает на нулевом уровне. Однако та-
кой каскад имеет большие нелинейныс искажения типа «ступенька» (рис. 7.9).
Они обусловлены нелинейностью перехода эмиттср-база.
~4-э ~-л
~4э vT
живых =N»
Рис. 7.9. Нелинейные искажения входного сигнала ОУ
На ВАХ можно выделить линейный и нелинейный участки входного сиг-
нала (рис. 7.10). Если Гвх & t;E p, топер одвходн госигн лаоткр т.Е
Увх & t;Е ~, топер одвходн госигн лазакр т. Тое т вмоме тыврем
(l2 — t3) и (14 — t5) закрыты оба транзистора.

Д.А. Переиелкин
152
U
~ь'2 Е!1Р
Рис. 7.10. ВАХ входного сигнала
-Ек
Рис. 7.11. Выходной каскад ОУ с диодами
При этом выделяют устойчивые и неустойчивые зоны (рис. 7.12).
Для устранения искажений типа «ступенька» в схему выходного каскада
ОУ включены диоды VDl и VD2 (рис. 7.11).

Схемотехника усилительных устройств
~вх
Зона неустойчивости
Рис. 7 12. Зона неустойчивости входного сигнала
Переходные (выходные) характеристики ОУ показаны на рис. 7.13.
~ВХ ~4
~Б'Э l '7'1
~БЭ V72
~вых
Рис. 7.13. Переходные характеристики ОУ

Д.А. Перепелкин
154
7.4. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОУ
Выделяют следующие основные параметры ОУ.
° К() — коэффициент усиления по напряжению; К„= 10'... 10'.
° UCM, м — напряжение смещения нуля на выходе усилителя;
UCM =1 ... 20 мВ.
° (/см, мкВ/С' — температурный дрейф напряжения смещения нуля ОУ;
см — — 1 ... 50, мкВ/С'.
° IBx, мА — входной ток ОУ.
° + Ек, — Ек — напряжение источника питания.
Кпэ(©)
20
10
1
Рис. 7.14. Полоса единичного усиления
° Лвх, Ом — входное сопротивление ОУ.
° I(.'()()(, дБ — коэффициент ослабления синфазного сигнала;
~ оос = 50 ... 70, дБ.
° fj, МГц — полоса единичного усиления; f( = 1...15, МГц. f( — частота, на
которой коэффициент усиления ОУ равен 1 (рис. 7.14).
° V«вых, В/мкс — скорость нарастания выходного напряжения;
~«вых = 1". 15, В/мкс.
° RBblx Ом — выходное сопротивление; Явых = 200 Ом.
° ~пот — ток потребления.

Схемотехника усилительных устройств
7.5. ПРИМЕНЕНИЕ ОУ В ЛИНЕИНОМ РЕЖИМЕ
С ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ (РЕШАЮЩИЕ УСИЛИТЕЛИ)
вых
Рис. 7.15. Простейшая схема ОУ с обратной связью
Коэффициент усиления ОУ с ООС определяется соотношением:
К(и) К(в) /,ВК(и) 1 1 1
1+,ВК(о) 1I ~ЗК(о) + ~ЗК(и) I ~ЗК(аэ),В ! В
,ВК(в)
(7.9)
при,В К(и) » 1 и К(в)» I
1
~оос—
(7.10)
Если усилитель охвачен глубокой ООС, то коэффициент передачи усили-
теля с ООС определяется только коэффициентом передачи цепи обратной связи
и не зависит от коэффициента передачи самого усилителя.
7.6. ИДЕАЛЬНЫЙ ОУ
Графическое обозначение идеального ОУ «а схемах электрических прин-
ципиальных показано на рис. 7.16.
Вкод инверсный Увх
Вкод неинверсный Увх
~вых
Рис. 7.16. Графическое обозначение идеального ОУ на схемах
Схема включения идеального ОУ приведена на рис. 7.17.
ОУ может применяться как ДУ без обратных связей. ОУ обладает большим
коэффициентом усиления по напряжению К«, поэтому его трудно контролиро-
вать. На практике ОУ, как правило, применяются с обратными связями (ОС).
Общая схема ОУ с ОС показана на рис. 7.15.

Д.А. Переиелкии
156
Рис. 7.17. Схема включения идеального ОУ
Для данной схемы К(и) = К„~ ~о; Z~„w ~ и IÄÄ w О. ОУ охвачен ООС
по напряжению, параллельной. Это равносильно схемс включения, показанной
на рис. 7.18.
Рис. 7 18. Идеальный ОУ с ООС
Разность потенциалов между инвертирующим и неинвертирующим входа-
ми обозначается е и определяется выражением:
(7.! 1)
pа pв.
Выходной сигнал U~b~x ОУ можно найти из соотношения:
~вых — +()~ .
(7.12)
Тогда из выражения (7.12) следует:
вых
U
~о
(7.13)
Для идеального усилителя напряжения коэффициент усиления K& t w с
(7.14)
это означает, что разность потенциалов между инвертирующим и неинверти-
рующим входами будет е-+ О.
Тогда выражение (7.11) примет следующий вид:

Д.А. Перепелкин
158
7.7. ИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
Схема инвертирующего усилителя напряжения приведена на рис. 7.19.
Ro
Рис. 7.19. Инвертирующий усилитель напряжения
Для данной схемы можно записать:
4 = % и ~о = ~о.
Zp R(,
~ос
Zi R1
(7.22)
С учетом выражения (7.22) определим UBbIx.
)
~вых — ~ос ~вх — ~вх
R,
(7.23)
Вывод. Представленная схема реализует функцию инвертирования входного
сигнала.
Пример. Если даны сопротивления R~ = 1 кОм и Rp = 5 кОм, а также известен
входной сигнал Увх = 1 В, то можно определить значение выходного напряжения:
~ос= 5~1 = 5 ~вых= (5~1) 1B =
7.8. СХЕМА ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ ВХОДНОГО СИГНАЛА
Схема дифференцирования входного сигнала приведена на рис. 7.20.
Йвх
Рис. 7.20. Дифференцирующий усилитель
Для данной схемы можно записать:
Zp = Rp и Z~ = 1 рС, т. е. Z~ — конденсатор, р — оператор Лапласа.
Коэффициент передачи усилителя с ОС определяется выражением:

Схемотехника усилительных устройств
159
(7.24)
в общем виде
dU(t) [dU(t) ]
й L й
или Гвых(~) + — UBhlx(p) в общем виде:
[и< )й -~~[[U(I J
U p
р
или L[Uaux(t)] = (~вых(р); в общем виде:
Соответственно для входного сигнала U>x p)мо нозаписа
Uax(p) ~ Uux(t) Hnw L[Uax(t)] = Uex(p) .
Из теории операционного исчисления известно, что изображениюЯР) соот-
ветствует оригиналЯ1): /'(р) — + f(t).
Также известно, что
Р f(p) -+ f'(0=
d (t)
Ck
Тогда для входного напряжения ОУ можно записать:
dUB„(t)
Р(~вх(Р) ~ Uax(t)
dt
С учетом выражения (7.26), выражение (7.25) для выходного напряжения
ОУ примет вид:
(7.26)
(~вых(Р) = RnC PUax(P)
4
rcottcmattma
(7.27)
Вывод. Данная схема реализует функцию дифференцирования входного сигнала.
Рассмотрим схему во временной области.
Ток во входной цепи определяется выражением:
dUc(t)
I. =С, т. к. потенциалы p, =p, =О, при я=О.
1
Тогда очевидно:
с~с (г) = с'вх (г).
ГРС
Представим выходное напряжение ОУ в операторной форме:
~вых(Р) = )~оСР(~вх(Р) . (7.25)
Сделаем обратное преобразование Лапласа, чтобы перейти к временной
форме сигналов.
~вых(Р) w ~вых(~) ' U(t) -+ [U(t)] =U(p)

Д.А. Перепелкин
160
Ток в цепи обратной связи Ip можно определить следующим образом:
у Р, ~вых(t) ~вых(t)
о—
С учетом того, что ток IBX = О, тогда I( = Ip'.
С dUBx(t) Usbtx(t)
dt
В итоге получим выражение для выходного напряжения ОУ во временной
области:
7.9. СХЕМА ИНТЕГРИРОВАНИЯ ВХОДНОГО СИГНАЛА
(ИНТЕГРИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ)
Схсма интегрирования входного сигнала приведена на рис. 7.21.
Рис. 7.21. Интегрирующий усилитель
Для данной схемы можно записать: Z&l ; g ;  р  Z = R, т. е. в—кон
тор, где р — оператор Лапласа.
Коэффициент передачи усилителя с ОС определяется выражением:
1~рС
К (Р) =- — о=—
~Ср
(7.28)
Из теории операционного исчисления известно:
Х(Р) -+ Х(~)
~('"' fg(t)dt
Р
В операторной форме представим выходное напряжение ОУ и перейдем во
временную область:

Схемотехника усилительных устройств
161
(~вх (Р)
(~вых(Р) =
RC
'-~-' ~
константа изображ
изображ
(7.29)
1
~вых(~) = f ~вх®~~~
RC
Вывод. Данная схема реализует операцию интегрирования входного сигнала.
Рассмотрим схему во временной области.
Ток в цепи обратной связи ОУ определяется выражением:
л/,. (t)
I, =С ',т. к. потенциалы p„=p„=О, при я=О.
t
Очевидно:
Uc(t) = p~ Uaux(t) = (~вых(~).
Тогда можно записать:
у ~ dUB~,х(')
dt
Ток во входной цепи ОУ I~ можно определить следующим образом:
~вх
R
С учетом того, что ток I~»& t = О,то да I =
(~вх ~ ~(~вых (~)
R
Представим выражение для выходного напряжения ОУ в следующем виде:
dUaux(t)
(~вх ~
dt RC '"
и возьмем интеграл от обеих частей уравнения:
1
~живых ~ — ~вх ~ ~~.
RC
В итоге получим выражение для выходного напряжения ОУ во временной
области:
Usa>x t
1
~вых(') = f U~x(t)dt.
RC
Для того, чтобы реализовать функцию интегрирования на практике необ-
ходимо перейти к определенному интегралу:
1
ЯС
~вх ~ 4~~.

ДА. Перепелкин
162
На практике используют следующую схему интегрирования входного сиг-
нала (рис. 7.22).
Кл.2
Кл.1
(~ах(~) ~
Рис. 7.22. Практическая схема интегрирующего усилителя
В данной схеме в исходном состоянии ключ 2 замкнут, а ключ 1 — разомк-
нут. Поэтому в исходном состоянии выходное напряжение ОУ Увых = О, а со-
противление Лкл = Z() = О.
~о
~вых — ~вх — O-
R
Временные диаграммы работы данной схемы показаны на рис. 7.23.
(~вх(~)
(.~в IX(t)
Рис. 7.23. Временные диаграммы работы схемы интегрирующего усилителя

Д.А. Переиелкин
164
7.10. СУММАТОР НАПРЯЖЕНИИ НА ОУ
Схема сумматора напряжений на ОУ приведена на рис. 7.26.
Для данной схемы можно записать:
p = p„=О,таккак c= p — p„
Тогда выражения для входных токов будут иметь
у 1. у 2. у ~. у
1 ~ ~ 2 ~ ~ '' / ~ ~ ''' и
1 2 I
=О.
вид:
U„
R„
Ток в цепи обратной связи I0 ОУ определяется выражением:
~'~вых ~вых
0
U)
U2
U;
U„
R„
Рис. 7.26. Сумматор напряжений на ОУ
По! закону Кирхгофа известно, что
I! = IÎ.
(=1
Учитывая это, свяжем выражения для входных токов с выражением для то-
ка в цепи обратной связи:
U =- U— - +U — +...+U — +...+U — .
~'о ~'о ~'о ~~о
ВЫХ 1 2 " i " n R
1 2
I и
(7.30)
Отношение сопротивлений — = К,. называют коэффициентом передачи по
R,
i-входу. Учитывая это соотношение, выражение (7.30) можно записать в сле-
дующем виде:
~'живых Ul + U2
0 1 2
Получим выражение для выходного
U, U„
+ ... + ' + ...
R, R„
напряжения сумматора на ОУ:

Схемотехника усилительных устройств
165
v„,„=-gv,к,.
i=1
Если входные сопротивления сумматора равны между собой
R~ = R~ = ... = R; =... R„= R, то будут равны и их коэффициенты передачи по ка-
ждому i-входу К, = К, = ... = К,. = ... = К„= К = —. Тогда выражение (7.3 )) бу-
~о
дет иметь следующий вид:
и д и
~вых КХ~ Х(~ .
R ,,
(7.32)
Вывод. Данная схема выполняет операцию суммирования входных сигналов.
Пример. Определить выходное напряжение ОУ по схеме на рис. 7.27.
+1В
+2В
-2В
10кОм
Рис. 7.27. Пример схемы сумматора напряжений на ОУ
При известных входных данных значение выходного напряжения на сум-
маторе имеет вид:
U„„, —— — 1 — +2 — — 2 — = — [5+2 — !]= — 6В.
5 5 5
1 5 10

Д.А. Переиелкин
166
7.11. НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
Схема неинвертирующего усилителя напряжения приведена на рис. 7.28.
~вх
Рис. 7.28. Неинвертирующий усилитель напряжения
Для данной схемы можно записать:
е= p.— p,и p,= Увх.
Схема представляет собой последовательную ООС по напряжению.
Выходной сигнал UB~~x ОУ можно найти из соотношения:
~вых — ~о~.
Тогда из выражения (7.33) следует:
вых
U
к„
(7.33)
(7.34)
Для идеального усилителя напряжения коэффициент усиления К„ ~ х, а
(7.35)
pa = ps.
Это означает, что
Ри Ри UÂÕ~ (7.36)
то есть в точке «а» не виртуальная земля. Тогда для точки «а» значения токов I~
и I2 равны Ii = I2.
Определим токи I~ и I2 через потенциал p :
у ВЫХ га
R)
р.-о р„
2
2 2
Учитывая, что токи It и I2 равны, а также p = Увх, запишем соотношение
для выходного напряжения неинвертирующего усилителя.
это означает, что разность потенциалов между инвертирующим и неинверти-
рующим входами будет е -+ О.
С учетом этого можно записать:

Схемотехника усилительных устройств
167
Вых ~~а ~а
R, R,
ИЛИ
~вых ~'~вх ~вх
R1 R,
Перепишем последнее выражение в следующем виде:
~" ВЫХ ~" ВХ ~ВХ
+
1 2 1
В итоге получим выражение для выходного напряжения неинвертирующе-
го усилителя:
1 1 R
~'вых =~'вх R1 + — =~'вх 1+
2 1 2
(7.37)
Коэффициент передачи Кос неинвертирующего усилителя напряжения с
ОС можно найти по выражению:
~'~вых 1 R1 R1 + R2
о(
=1+
ВХ 2 2
(7.38)
Очевидно, что коэффициент передачи усилителя Кос & t;
Вывод. Усилитель напряжения неинвертирующий и коэффициент усиления &lt
всегда & t;
Положим в схеме на рис. 7.28 сопротивление R2 -+ Оо. Тогда данную схему
можно представить в виде рис. 7.29.
РИС. 7.29. НЕИНВЕртИруЮщИй уСИЛИтЕЛЬ НаПряжЕНИя прИ R2 — + ®
В этом случае коэффициент передачи Кос неинвертирующего усилителя
напряжения с ОС можно найти по выражению:
KÎÑ 1+
R
R„
Так как R1 « Явхоу то схема пРимет вид, показанный на Рис. 7.30.

Д.А. Переиелкин
168
~ВХ
Рис. 7.30. Неинвертирующий усилитель напряжения при R2 -+ ® и R, «Явхоу
7.12. СХЕМА ВЫЧИТАНИЯ НАПРЯЖЕНИИ
Схема вычитания напряжений на ОУ приведена на рис. 7.31.
U)
Ug
Рис. 7.3i. Схема вычитания напряжений на ОУ
Для данной схемы можно записать:
~'= pа рв.
Выходной сигнал живых ОУ можно найти из соотношения:
~' вых — ~о~ .
(7.39)
Тогда из выражения (7.39) следует:
вых
U
(7.40)
Для идеального усилителя напряжения коэффициент усиления Ко ~ сс, а
это означает, что разность потенциалов между инвертирующим и неинверти-
рующим входами будет е -+ О.
С учетом этого можно записать:
(7.41)
pa = pe-
Сначала определим потенциал p ~::
Такая схема называется повторителем напряжения. В данной схеме
сопротивлени Увх w ~о (велико), а коэффициент передачи с ОС Кос = 1.

Д.А. Переиелкин
170
К,=H= ' 1+ — ' = ' (1+H)H
4 1 4
3 4 2 3 4
или R (1 + Н ) = (R, + Л )Н
4 3'
(7.48)
Пример. Необходимо реализовать схему с Н = 100 (рис. 7.32).
U)
U2
Рис. 7.32. Пример схемы вычитания напряжений с H = 100
С учетом известного коэффициента H = 100 выражение для выходного на-
пряжения примет следующий вид:
1~вых = — 100 (Ui — Uq).
Недостатком данной схемы следует считать малое входное сопротивле-
НИЕ ЯВХ)
U, — p„„
вх)—
1
Явх2 R3+ R4 1 + 100 101 кОм.
Определим, чему равно сопротивление Лвх).
2 д
Ри ~ ~ 4з
у ~'~2 4
)
3 4
у 2 4
1
3 4
Rex' — = R2 (мало).
у 2 4
1
3 4
2
Для устранения указанного недостатка на практике применяют схему с по-
вторителями напряжений на входе (рис. 7.33).

ГЛАВА 8. ФИЛЬТРЫ
8.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ФИЛЬТРОВ
Фильиро.и называют электрическую цепь, которая пропускает сигналы в
определенной полосе частот и подавляет сигналы вне этой полосы.
Ilo схемотехническому исполнению фильтры можно разделить на г)ассив-
ные и активные.
П<& t;<:<и«>& t;ьт«с~н льтра &lt иназыв ют<1 лыры, кото
сивныс элементы: резисторы, кондснсаторы, кагушки индуктивности.
Акти<э> lt;»>)&l ;иф«)&lt »>рал«& t;назы ак)г< )ильт ы,ко
сивныи элсме~пов также ак~ ивные элсмснты: операционные усили гели, транзи-
8.2. ПАССИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ
8.2.1. ФИЛЬТРЫ НИЖНИХ ЧАСТОТ
Фи.>ьтр )<& t;«<ж gt;«п sac>n& t;>m (ФНЧ)í зыва)отфи
сигналы в полосс частот от нуля герц до некоторой грани гной частоты, назы-
ваемой частотой среза фильтра.
Передаточная хара ктеристи ка при веден ного ФНЧ при R„= ~о определяется
выражением:
(.< )& t;
К(р =
U«„(p) 1+ р RC.'
(8.1)
лоры и т. д.
° на фильтры нижних частот (Ф11Ч);
° фильтры верхних частот (ФВЧ);
° полосовые фильтры (11Ф);
° рсжектор))ые фильтры (РФ);
° 1)е'эо))а))с))ыс (узкополос))ые) (1)и>)ь р )(У
Ос> lt;о& t;><üòèy lt;&g ; a><n>ep em >a. «<иn<
° козффицис))т передачи сип)а&gt )а(перслаточ) аяхарактеристик
° коэффицис)п передачи сип< ла )юам))>& t;) )удсилиамплитудно-
характеристика (А'1Х);
° коэффициент ))ерела )и фазы сигнала нли фазочастотная харакзсристика
(ФЧХ);
° порядок филы'ра;
° переходная хара кз еристика ц) ил ы ра.

Стл~о~иея(ики усичитсльньн устройсюв
173
Схема простейшего пассивного ФНЧ первого порядка приведена на
рис. 8.1.
у/.
~RhlХ
Рис. 8.1. Схема пассивного ФНЧ первого порядка
Положив p = /и, получим комплексный коэффициент псредачи Ф((Ч:
1
К(jr') =
1+ jCI~RC.'
(8.2)
В гиказатсльной форме комплексный ко>ффици нзперсл чцим етв
К(/о) = К(со) е"'"'~,
гле К(ат) прелставляег собой модуль комплексного коэффициента передачи и
является АЧХ Ф(I× первого порядка, а и (и) — фазочастотная характеристика
ФИ ~1.
Тогда в соответствии с выражением (8.2) можно получить:
1
K((l)) =
(+(, /к;)- ''
(P((l)) = — c();(« leC:).
(8.3)
(8.4)
'-I»cToTó ® ~, и» кото1эой
(8 ~)
нами его элементов:
1 . 1
и,.= или f, =
RC ' ' 2гйС
(8.6)
Тогда соотношения (8.3) и (8.4) с учетом выражения (8.6) принимают вид:
где K(0) — модуль коэффициента передачи на нулевой частоте, называют час-
тотой ~раза Ф11Ч.
Решая выражения (8.3) и (8.5) совместно, и учитывая, по для ФНЧ
К(0) = I, получаем вырал<ен е,связывак& t;шееч стоту срезаф л трасв

Д.А. Парепекип
174
p(m) = — arctg
(8.8)
8.2.2. ФИЛЬТРЫ ВЕРХНИХ ЧАСТОТ
Фильтра.и sepxnux частот (ФВЧ) называют фильтр, который пропускает
сигналы в полосе частот от о ( до о = ~. С'хема простейшего пассивного ФВЧ
первого порядка приведена на рис. 8.2.
li
~ Jnhts
Рис. 8.2. Схема пассивного ФВЧ первого порядка
Передаточная характеристика приведенного ФВЧ при Л„= ~ определяется
выражен ием:
(8.9)
pRC
Положив р =)в, получим комплексный ко >ффици нтперед чиФ
1
K( jr~)) =
1
1+
j'c~& t
(8.10)
В соответствии с выражением (8.10) мо> ноопредел ть Ч иФ
К(о) =
(8.11)
1
~(О) = ап'tg
оЛС
(8. 12)
Частоту N &l ;, накото
К(о .) = =0,707К(~о),
К(~с)
2
(8.13)
('ныл(p)
K(p) =
в.'&lt ( )
Ъ
1
оЛС
g

Схелкниетики ускчииельньт устрой ст»
175
где K(~) — модуль коэффициента передачи на частоте и = m, называют чисто-
той среза ФВЧ.
Решая выражения (8.11) и (8.13) совместно, и учитывая, что для ФВЧ
K(x) = 1, получаем выражение, связывающее частоту среза фильтра с величи-
нами его элементов:
1 . 1
и,, = — или
RC ' 2лЛС
(8.14)
С учетом соотношения (8.14) выражения, определяющие АЧХ и ФЧХ ФВЧ,
принимают вид:
K(î) =
(8. 15)
в,,
д((д) = ~д сtg
A)
(8.16)
8.2.3. РЕЖЕКТОРНЫЙ ФИЛЬТР HA ОСНОВЕ 2Т-ОБРАЗНОГО МОСТА
Режекторный (заграждио1ций) фильтр предназначен для подавления сигна-
лов в определенной полосе частот. Схема режскторного фильтра иа основе
2Т-образного моста приведена Il3 рис. 8.3.
ЫХ
Рис. 8.3. Схема двойного Т-образного режекторного фильтра
Комплексный коэффициент передачи режекториого фильтра определяется
следующим выражением:
(8.17)
где O = со RC называется относительной чистотои режекторного ф ~пьтрп.

Д.А. ITepene.êèï
176
Модуль комплексного коэффициента передачи и фаэочастотная характери-
стика определя«отся по выражениям:
K(D) =
(8.18)
4О
p(O) = — ai ctg
D — 1
(8.1 9)
Из вырахжния (8.18) видно, что при O =1 модуль комплексного коэффи-
циента передачи А(Х2) = О. !1оэтому можно записагь, что
Х2,,= Х2 = 1 = ж,, R С.
Частота го,, = называется частотой режекции режекторного фильтра.
RC.'
8.3. АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ ПЕРВОГО ПОРЯДКА
Основными недостатками пассивных фильтров явля}отея слсду~ощие: низ-
кая нагрузочная способность; коэффициент передачи в полосе пропускания
меньше или paBLll единице; сложность реализации фильтров высоких порядков.
OT /KB kitlllblX lIe+OCTBTKOB свободllbl активные фи~~ьтры Ha OCIIOBe Ollep3
ционных усилителей (ОУ).
8.3.1. АКТИВНЫИ ФНЧ ПЕРВОГО ПОРЯДКА
НА ОСНОВЕ НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО ОУ
Схема такого Ф1-Р-1 может быть реализова««а путем последовательного
включения пассивного ФНЧ первого порядка и ««еи««вертиру«ощего усилителя
на основе ОУ, ««озволяющего повысить ««агрузоч««у«о способность и обеспечить
требуемый коэффициент усиления Ф11~1 в полосе пропускания. Схема активно-
го Ф11Ч первого порядка на основе неи««вертирующего ОУ приведена на рис.
8.4.
Комплексный коэффициент передачи представленного фильтра определя-
ется ио соотношению:
К
()
И
1+ j
(8.20)
~г.
Где К() =1+; и( =
R, ' ' R)C

Стл~о~иел пики усичительнык устройств
177
ВыХ
Рис. 8.4. Активный ФНЧ первого порядка на основе неинвертирующего ОУ
8.3.2. АКТИВНЫЙ ФНЧ ПЕРВОГО ПОРЯДКА
НА ОСНОВЕ ИНВЕРТИРУЮЩЕГО ОУ
Схема активного ФНЧ первого порядка на основе инвертирукнцего ОУ
приведена на рис. 8.5.
Рис. 8.5. Активный ФНЧ первого порядка на основе инвертирующего ОУ
Комплексный ко)ффицнен' передачи представленного фильтра опрслеля-
ется по соотношеншо:
(8.21)
8 ° 3.3. АКТИВНЫИ ФВЧ ПЕРВОГО ПОРЯДКА
НА ОСНОВЕ ИНВЕРТИРУЮЩЕГО ОУ
Комплексный коэффициент передачи представленного фильтра определя-
ется по соотношению:
R 1
гле K„= —,®,=
г.
Rl RC
А'(/и) =—
1+ j
Cc) & t

Д.А. Первелкии
178
К„
о .'
1+
jr'
К(/о) =
(8.22)
R, 1
где К. = — —; в,.=
R,' ' Rc
Схема активного ФВЧ первого порядка на основе инвертирующего ОУ
приведена на рис. 8.6.
Рис. 8.6. Активный ФВЧ первого порядка на основе инвертирующего ОУ
8.4. АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ ВТОРОГО ПОРЯДКА
8.4.1. ОБОБЩЕННОЕ ОПИСАНИЕ ФНЧ
Псредато шая характеристика Ф1!Ч любого порядка может быть представ-
лена в виде:
г
K(p) =
(! + и р + Ь~ р )(! + с» р+ 1» р )... (! + а у& t
(8."3)
либо
K()
K(p) =
Д(!+п,p+h,p )
(8.24)
И
где А~~ — коэффициент передачи фильтра в полосе пропускания; p= o + j —.
И(
Если положить o. = О, то получим
. о
Р=.~ =./
Оc /
Г!орядок фильтра и определяется максимальной степенью параметра р в
выражении (8.24) после того, как будет выполнено перемножение сомножите-
лей второго порядка. Порядок фильтра задает асимптотический наклон АЧХ
ФНЧ равный — n20 дБ/декаду.

Схе.1ю~пеп(ика 1'си штельпblx устройств
179
8.4.2. ОБОБЩЕННОЕ ОПИСАНИЕ ФВЧ
Передаточная характеристика ФВЧ любого порядка может быть представ-
лена в виде:
(8."5)
либо
1m:(I&g ;
(8.26)
. в
где К, — коэффициент передачи ФВЧ в полосе пропускания; @=o. + j — —.
o(,
Коэффициенты а, и b;, определяющие тип ФВЧ, также как и для Ф11Ч, мо-
гут быть взяты из табл. 8.1.
8.4.3. ФНЧ ВТОРОГО ПОРЯДКА С OOC {СТРУКТУРА РАУХА)
Передаточная характеристика ФНЧ второго порядка с учетом обобщенной
формы имеет вид:
А(р) =
(I+a,р+Ь,р )
(8.27)
Вид АЧХ и ФЧХ и переходная характеристика фильтра определяются как
порядком, так и типом фильтра. Наибольшее применение находят фильтры
Баттерворта, Чебышева и Бесселя, которые отличаются лишь значениями ко-
эффициентов а; и b; в передато шой характеристике (8.24).
Значения коэффициентов а, и b, для различных типов фильтров и различ-
ных порядков и приводятся в специальных таблицах. В табл. 8.1 приведены
значения коэффициентов и, и b, для филы ров первого и второго порядка.
Таблица 8.1

Д.А. Пера~елкин
180
R„„. R~R
где К„= — =; и, = о,-С, R, + R, + -; b, = î~,C,C2R2R,.
R R
Схема ФНЧ второго порядка с цепью ООС приведена на рис. 8.7.
Рис. 8.7. Активный ФНЧ второго порядка с OOC {структура Рауха)
Решая систему уравнений выше, и учигывая, по го, =2гД, получаем со-
отношения для расчета элементов филыра по заданным /;, k&l ; gt; типуфи
R,
R= — ——
I
()
uC—
1 2
R,=
4г f, СС.,
4л f', И,С,С,
Для того чтобы значение сопротивления 16 было действительным, должно
выполняться условие:
C 4/) (I — ʄ)
2
2
(8.28)
8.4.4. ФНЧ ВТОРОГО ПОРЯДКА С ПОС (СТРУКТУРА САЛЛЕН вЂ” КИ)
Псрсдато шая характеристика ФНЧ второго порядка с учетом обобщенной
формы имеет вид:
К
К(р) =
(I + ai p + hi p )
(8.29)
R,+R,
где А,=а = ' ', а,=го<С,( (2 Ђ” )+R ) Ь= <.
R.,
Схема ФНЧ второго порядка с цепью ПОС приведена на рис. 8.8.

Стли~тея(ика уситтслы~ьт устр~пют~
181
АЛЫХ
Рис. 8.8. Активный ФНЧ второго порядка с ПОС [структура Саллен-Ки)
8.4.5. ФВЧ ВТОРОГО ПОРЯДКА С ООС {СТРУКТУРА РАУХА}
Схема ФВЧ второго порядка с цепью ИОС приведен» н» рис. 8.9.
/
1&g
Рис. 8.9. Активный ФВЧ второго порядка с ООС (структура Рауха)
Структура ФВ~1 второго порядка может быль получена из структуры ФНЧ
второго порядка путем замеиы резисторов на конденсаторы, а конденсаторов на
K(p) =
1
Р Р
(8.30)
о,-R~
резисторы.
Передаточная характеристика ФВЧ второго порядка с учетом обобщенной
формы имеет вид:

ДА. ITeper>eл
182
8.4.6. ФВЧ ВТОРОГО ПОРЯДКА С ПОС {СТРУКТУРА САЛЛЕН-КИ)
Передаточная характеристика ФВЧ второго порядка с учетом обобщенной
формы имеет вид:
N(p) =
Ъ
/7 Р
(8. 3 1)
й, й (С, +С,)+В~С,(1 — и) 1
где А =а =1+; al ; Ь!=
Схема ФВЧ второго порядка с цепью 11ОС приведена на рис. 8.10.
Рис. 8.10. Активный ФВЧ второго порядка с НОС {структура Саллен-Ки)
8.4.7. АКТИВНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ {УЗКОПОЛОСНЫЙ) ФИЛЬТР
НА ОСНОВЕ 2Т-ОБРАЗНОГО МОСТА
Активный резонансный фильтр реализован HB инвертирующем операцион-
ном усилителе, в обратную связь которого включен 2Т-образный мост. Г1рин-
цнпиальная схема активного резонансного фильтра приведена на рис. 8.11.
Модуль комплексного коэффициента передачи такого устройства равен:
К(о) =
IZ. (М)
R
причем резистор, входящий в состав 2Т-образного моста, выбирается из усло-
вия R «R1.
Модуль комплексного коэффициента передачи 2Т-обржного моста имеет
следующие особенности:
° при о w x: lZ2 ~ ( у'о) -+ 0;
° при о-+0: Z,, ,(/о)~-+2R;

183
1
° при и — +: ~22, (~и)~ ~Со.
RC
R2
3li! Õ
Рис. 8.11. Активный резонансный фильтр
Таким образом, резонансный фильтр пропускает сигналы с частотами,
I
бли 3KHMH K частоте (I) . — ~ — —, называсмоЙ резонансной частотoII, II подавл~е f
РС
си гнал ы на други х частотах.
i)a частоте резонанса фильтр имеет коэффициент передачи, стремящийся к
бесконечности. Для того чтобы резонансный фильтр имел конечный коэффици-
ент передачи на резонансной частоте, параллельно 2Т-образному мосту вкл~о-
чен резистор R2»RI.
Г!рн этом модуль комплексного ко:эффнциента передачи будет равен:
RÄÄ
° К(го)= прии = о,,з( =
R
2R
° К(а1)=(прио~0 = ~0;
R,
Z» (/и)
° К(со)=(прим — &gt ~ = Ђ э
R,

Д.А. Пераел,кип
184
8.4.8. АКТИВНЫИ РЕЖЕКТОРНЫИ ФИЛЬТР
НА ОСНОВЕ ZT-ОБРАЗНОГО МОСТА
Активный режекторный фильтр реализован на неинвертирующем операци-
(8.33)
) )ринципнальная схема акгивного рсжекгopllol о фильтра приведена IIQ
рис. 8.12.
3bl X
Рис. 8.12. Активный режекторный фильтр
8.4.9. АКТИВНЫИ ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР
11отосовы.ll фильтром называется фильтр, который пропускает сигналы в
полосе частот о„о & t; „иподавл етсигн лы неэ ойполо
Активный полосовой фильтр с заданными параметрами оп, ив и Копф
реализуется путем последовательного включения ФНЧ с параметрами
~о= ~olid» в„.фпч= в„и ФВЧ с паРаметРами ~ „= ~ оп,, о, „„„,= Nll
Для полосового фильтра, реализуемого включением ФНЧ и ФВЧ, Mo>I
записать:
он ном ус ил ителе.
Характеристики активного режекторного фильтра идентичны характери-
cTHKBM пассивного режекторпого фильтра. Отл ичис состоит в повышенной на-
грузочпой способности н в коэффициенте передачи впе полосы режекции, ко-
торый в акгивном фильтре равен:

Скелк> елн кауситтель ьнустр&l
185
./'~ЭНЧ ~~1) ./(/1ЭВЧ (~ ~
К„(/о)=К и„(/и)К „„(/о) =К и,,е К~вне'
ИЛИ
(834)
Кпф(!)= К „,(0)е' '"
где Кпф(и)= КФ„„КФ„„; гр„ф(о)=срфиц(о)+p ù„(ãâ).
Принципиальная схема активного полосового фильтра приведена на
РИС. 8.13.
Рис. 8.13. Активный паласовой фильтр

ДА. Переиелкин
186
8.5. АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА
Порядок расчета фильтров третьего порядка аналогичен расчету фильтров
второго порядка. Принципиальные схемы активных ФНЧ и ФВЧ третьего по-
рядка приведены на рис. 8.14 и 8.15 соответственно.
И !л
Рис. 8.14. Активный ФНЧ третьего порядка
R)
вых
Рис. 8.15. Активный ФВЧ третьего порядка

ГЛАВА 9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОИСТВ
9.1. ЦЕЛИ И ТЕМАТИКА КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Целями курсового проектирования являются:
° изучение методов проектирования и разработки электронных устройств в
соответствии с данными технического задания;
° расчет статических и динамических параметров электронных устройств;
° практическое применение программного обеспечения схемотехнического
моделирования электронных устройств.
9.1.1. ТЕМАТИКА КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В качестве объектов проектирования предлагаются различные структуры
многокаскадных усилительных устройств переменного тока с обратными свя-
зями. В общем случае усилитель может содержать несколько каскадов, соеди-
ненных между собой последовательно через цепи связи. Структурная схема
и-каскадного усилителя с цепями межкаскадной связи (gC) и цепью общей об-
ратной связи,0показана на рис. 9.1.
Рис. 9.1. Структурная схема усилителя
° коэффициент усиления;
° входное и выходное сопротивления;
° частотные характеристики;
° нелинейные искажения;
° динамический диапазон сигнала;
° искажение импульсных сигналов.
Исходные параметры для курсового проектирования приведены в табл. 9.1.
В качестве объектов исследования и проектирования предлагаются раз-
личные структуры многокаскадных усилительных устройств переменного тока
с обратными связями. Варианты заданий приводятся в табл. 9.2.

Д.А. Переиелкин
i88
Таблица 9.1
Яо
п/п
Наименование параметра
Параметр
Гц и»3 кГц
Мосн(Щ ~) посв(М)
Табли а9.2
Мос в~»)
Тип
Р»»
Вт
А»,
мА
Rr
Ом
Жь
Ом
fu
кГц
fH~
Гц
MOCH
И»»
МОСВ
ИВ)
проводимости
транзистора
вари-
анта
тах,
С
9 10 11
12
6 7
+60
15
0,81
10
100
0,08
50 50 0,81
30 30 0,71
n- -n, n-канал
-n- -канал
20
0,12
20
+50
0,71
100
120 50 0,82
0,82
+60
15
80
30
0,08
n- -n, и-канал
0,12
20
0,72
+50
80
40
0,91
50
50
0,19 300
02 300
+45
0,92
+50
50
60
0,93
0,19 300
130 90 0,93
+45
70
150
n- -n, n-канал
0,94
135 90 0,94
20 50 0 83
+50
10
02 300
150
-n- -канал
n- -n, и-канал
120
20
0,09
12
0,83
+65
0,1
20
25 50 0 84
80 50 0 85
0,84
+50
10
120
30
-n-, -канал
n- -n, и-канал
0,09
10
0,85
+65
100
40
+55
12
50
0,1
21
60 45 0,86
100 60 0,94
0,86
100
-n-, -канал
n- -n, n-канал
0,94
+25
13
250
60
100 3
+25
0,95
1000 8
1000 4
100 60 0,95
40 55 0,96
14
300
70
-n- -канал
n- -n, n-канал
+30
10
0,96
15
280
45 55 0 95
0,95
+30
16
250
20
1000 9
-n- -канал
+65
0,73
300
30
0,025
10
35 70 0,73
17
n- -n, и-канал
0,74
+60
35 70 0 74
320
40
0,03
18
-n- -канал
50
0,025
+50
250
70 70 0 75
0,75
19
n- -n, и-канал
+65
0,76
60
20
300
0,03
+45
510 10
510 12
0,87
180
70
21
0,88
+50
10
22
200
20
510 4
0,89
100
250 25 0,89
+40
23
n- -n, и-канал
30
510 5
90 25 08
0,8
+45
140
24
-n- -канал
и- -n -и- )
UBX, мв
Яг, Ом
Ри, Вт
RH, Ом
1»», мА
~ млх С
-n- -канал
n- -n, n-канал
-n- -канал
-n- -канал
n- -n, n-канал
-n- -канал
Тип п оводимости анзисто а
Амплит дное значение входного нап яжения
Вн еннее соп отивление источника U»&
Мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку сопротивле-
нием RH
Соп отивление наг зки
Ток, отдаваемый силителем в наг зк соп отивлением RH
Максимальная абочая темпе ат а
Нижняя и верхняя циклические частоты усиливаемого сиг-
нала в полосе Л
Коэ ициенты частотных искажений амплитудно-
частотной характеристики усилителя, задаваемые при зна-
чениях нижней щ=2ж»» и ве хней в~=2л В к говых частот
110 30 0,72
90 90 0,91
75 90 0,92
65 65 0,76
30 30 0,87
30 30 0,88

Схемотехника усилительных устройств
i89
П одолжение таблицы 9.2
Mac(w)
Тип
вари-
анта
max,
С
9 10 11
150 20 0,77
12
6 7
+35
25
320
40
0,16 300
0,77
n- -n, n-канал
26
340
50
0 2 200
0,1 300
180 25 0,81
150 30 0,78
+40
0,81
27
360
60
+45
0,78
+50
28
380
70
0,15 300
180 30 0,82
0,82
-n- -канал
29
+30
0,18 900
0,22 900
150
10
200 60 0,9
150 55 0 79
0,9
+35
30
200
20
0,79
30
20 200 0 83
+45
31
400
0,08
0,83
n- -n, и-канал
32
+50
350
40
0,08
30 200 0,84
180 180 0,85
0,84
20
+50
33
350
50
0,08
0,85
+45
34
300
60
0,08
25
190 190 0,86
0,86
-n-, -канал
+65
40 140 0 71
35 135 0 72
140 140 0,73
35
100
70
800 5
800 6
800 7
0,71
+60
36
120
10
0,72
+50
140
20
37
0,73
800 8
+45
30
38
160
130 130 0,74
0,74
-n- -канал
39
280
40
0,1 400
70 80 0,87
+30
0,87
n- -n, n-канал
40
0,2 400
0,25 400
80 70 0,88
80 65 0,89
+35
300
0,88
50
+40
41
320
60
0,89
42
+45
0,09 400
90 75 0 8
340
70
0,8
-n- -канал
+30
43
120
10
450 5
450 8
450 10
15 45 0 75
20 60 0,76
50 50 0,77
0,75
+65
44
20
250
0,76
+50
45
440
30
0,77
340
40
450 12
85 85 0 78
+45
46
0,78
-n- -канал
0,07
100 110 0,81
80 20 0,82
+55
47
200
50
0,81
+35
250
60
0,05
0,82
48
+40
49
200 20 0,83
125 25 0,84
300
70
0,012
0,83
+65
350
0,15
50
40
0,84
10
+40
51
80
20
0,2
20
40 28 0,91
0,91
n- -n, n-канал
52
90
30
30
50 38 0,85
50 180 0,79
65 75 0,92
+45
0,18
0,85
53
180
40
0,05
+35
0,79
+30
54
420
50
0,14
0,92
+50
60
0,05 600
30 35 0 71
55
350
0,71
n- -n, n-канал
0,14 600
0,05 600
0,16 600
56
+55
70
300
50 25 0,86
15 60 0,93
15 30 0 72
0,86
+60
400
10
57
0,93
58
20
+65
450
0,72
59
380
30
0,07 1200
59 20 0 87
+35
0,87
n- -n, и-канал
+45
60
50
40
0,2 1200
0,02 1200
50 30 0,73
150 100 0,93
0,73
+25
61
50
55
0,93
62
60
+50
60
0,03 1200
120 120 0,88
0,88
-n- -канал
63
220
70
0,04 1100 10
0,05 1100 12
190 90 0 74
45 65 0,89
75 75 0,75
+65
0,74
64
240
10
+60
0,89
65
260
20
+55
1100 8
0,75
проводимости
транзистора
-n- -канал
n- -n, n-канал
n- -n, n-канал
-n- -канал
-n- -канал
n- -n, и-канал
n- -n, и-канал
-n- -канал
n- -n, n-канал
-n- -канал
n- -n, и-канал
n- -n, и-канал
-n- -канал
n- -n, и-канал
n- -n, и-канал
-n- -канал
n- -n, и-канал
-n- -канал
-n- -канал
n- -n, n-канал
-n- -канал
-n- -канал
n- -n, и-канал
-n- -канал
-n- -канал
n- -n, n-канал
n- -n, n-канал
-n- -канал
n- -n, n-канал
~вхт
мВ
~г
Ом
Р„,
Вт
~н
Ом
4
мА
Хн
Гц
f8ý
кГц
Мосн
(~вн)
Л~~~осв
(~вв)

Д.А. Переиелкин
190
9.2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
9.2.1. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ
ПО НАПРЯЖЕНИЮ УСИЛИТЕЛЯ
В предположении, что частотная зависимость коэффициента усиления на-
пряжения 1-го усилительного каскада имеет вид:
К,
К,(/и) =
1+
(9.1)
для средних и высоких частот (например, для — & t;0, 1
0)„
К1
1 — j
. Сои
CO
К,(/и) =
(9.2)
от частоты выражаются как:
К,К,...К,...К„К
(" ) (" Г
(9.3)
д ля области средних и высоких частот:
) К1 К1'''K!'-Ки
и
1+1 М4 1+~ й)н
(9.4)
Для области низких и средних частот:
К =% Кз... K;... К„; (1 &l ; &l ;n).
Нормированные к значению К частотныс зависимости в указанных частот-
и
ных диапазонах тогда имеют вид:
Кв(/а) 1 а
Мв(/и) = =, где х = —;
К (1+ jx)" и
Кн (/'а) 1 а„
М„(/и) = " =, где х=
К (1 — /х)" и
В предположении, что цепь,0 вещественна, частотные зависимости коэф-
фициента усиления напряжения замкнутого усилителя выражаются как:
(9.7)
для низких и средних частот (например, для —" & t;0,0
где К~ — коэффициент усиления напряжения каскада в полосе пропускания, т. с.
при ин & t  &l ;ив,завис мостикоэффи иентаус ленияразомк утогоуси

Схемотехника усилительных устройств
191
К (/в) К К 1 — Кр"
осв J~
1 — К~(]'в)[3 (1+ jx)" — К/3 1 — К/3 (1+ /х)" — К/3
(9.8)
Кн(3'и) К 1 — KP
осн 3~
1 — K„(/и),8 1 — К,О (1+ /х)" — K/3
(9.9)
частотные зависимости (9.8) и
К
Нормированные к значению К„. =
1—
(9.9) в указанных частотных диапазонах имеют вид:
Коса ( /й)) 1 KP
осв 3~
K(&g ;c 1+З )" Ђ” К
K„c(((g rc)) 1 КО
Мосп ./~~
Ко& t; ( + х)
Модули величин М„,.в(3и) и Мосп(/и) для значения п = 1, 2 и 3 приведе-
(9. 10)
ны в табл. 9.3. Выражения для М„,,в(/и) и Мо,.п(/и) одинаковые по виду, но
для разных частотных диапазонов предполагают подстановку разных значений
для области средних и высоких частот и х = — для облас-
И~~
CO
х, а именно: х=
ти низких и средних частот.
Таблица 9.3
K = Кос(! /~ф,
(9.12)
где значение коэффициента усиления замкнутого усилителя Кос с отрицатель-
ной обратной связью (ООС) предполагается заданным отношением:
При заданных значениях Мосн(щ) и Мосв(аф), то есть при x = 1, уравнения
табл. 9.3 являются квадратными относительно ЙО и могут быть разрешены, при-
чем для усилителей с ООС реализуемым полагается отрицательный веществен-
ный корень этих уравнений.
Для усилителей постоянного тока и н = 0 и, следовательно, Мосн(и и) = 1.
По разрешении уравнений из табл. 9.3 относительно kP, коэффициент уси-
ления разомкнутого усилителя К определяется как:

Д.А. Переиелкин
192
Нт
ОС
~вхт
Действующие значения на нагрузке вычисляются по исходным парамет-
(9.13)
рам:
(9.14)
(9.15)
Р»~ = ~»»~»
UH = IHR»i
~~»
н=
Амплитудные значения на нагрузке вычисляются по вычисленным дейст-
вующим значениям:
1ц„, — — 1ц~Г2;
U„„, =U„+2.
(9.17)
(9.18)
Расчет значения К (а, следовательно, и предшествующий ему расчет /ф)
первоначально производится для случая и = 1. Далее выполняется весь после-
дующий расчет однокаскадной структуры усилителя вплоть до вычисления
максимально возможной величины сопротивлений R& t вколлектор ойц пи
R( в стоковой цепи (рис. 9.3-9.8) и минимально возможной величины сопротив-
ления R& t вэмиттер ойц пи ли » вистоко ойце яхусилительн гокаск
по схеме с общим эмиттером (03) для биполярных транзисторов (БТ) или об-
щим истоком (ОИ) для полевых транзисторов (ПТ). Если рассчитанное для од-
нокаскадной структуры значение К удовлетворяет неравенствам К & t;R&
(К & t; 0) лякаск да на БТ л  < Лс/ цдляк ск да а Т,тооднокас
построение усилителя можно считать приемлемым. Если значение К не удовле-
творяет приведенным неравенствам, то необходимо перейти к двухкаскадной
структуре, вновь для нее (т. е. для и = 2) вычислить К (10 «100) повторить
все последующие расчеты. При невозможности реализовать заданные парамет-
ры в двухкаскадной схеме аналогичным образом необходимо перейти к случаю
и = 3 и вычислить К (100 & t  <
Схемы усилительных каскадов с ОЭ на БТ и-р-и-типа приведены на
рис. 9.2, 9.3. Схемы усилительных каскадов с ОИ на ПТ с и-каналом приведены
на рис. 9.4, 9.5. Структура усилительного каскада с ОЭ на БТ р-и-р-типа приве-
дена на рис. 9.б. На рис. 9.7, 9.8 приведены схемы усилительных каскадов с ОИ
на ПТ с р-каналом. Пунктиром на рисунках показано сопротивление парал-
лельной ООС по напряжению ЯОс. Варианты двух и трехкаскадной структур
усилителя, построенных на каскадах типа рис. 9.3 с цепями последовательной и
параллельной ООС по напряжению в реализации Hà п-р-п, показаны на рис. 9.9
и 9.10 соответственно.

Схемотехника усилительных устройств
193
9.2.2. СТАТИЧЕСКИИ И ДИНАМИЧЕСКИИ РЕЖИМЫ РАБОТЫ
УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ
Расчет многокаскадного усилителя выполняется отдельно для каждого из
каскадов, начиная с выходного каскада.
Порядок расчета усилительных каскадов по постоянному току рассмотрен
ниже для каскадов рис. 9.2-9.4, схемы которых в статическом режиме приведе-
ны на рис. 9.11. На рис. 9.14, 9.15 показаны вольтамперные характеристики
(BAX) транзисторов и графики мгновенных значений токов 1к(г), 1< г инап
жений Uqq(t), Uqq(t) необходимые для определения рабочей точки А (точки по-
коя) каскада в предположении режима класса А.
Расчет статического режима усилителя начинается с выходного каскада,
исходные параметры которого определены требованиями технического зада-
ния.
Bh|Xm
~вх
Рис. 9.2. Схема усилительного каскада с ОЭ
1
~н
Яц
~вхт
Рис. 9.3. Схема усилительного каскада с ОЭ на БТ и-р-и-типа
с цепью обратной связи

Рис. 9.4. Схема усилительного каскада с ОИ на ПТ с и-каналом
Рис. 9.5. Схема усилительного каскада на ПТ с и-каналом
Рис. 9.6. Схема усилительного каскада с ОЭ на БТ р-и-р-типа
194
UBx
Roc
Д.А. Переиелкин

195
Рис. 9.7. Схема усилительного каскада с ОИ на ПТ с р-каналом
Рис. 9.8. Схема усилительного каскада на ПТ с р-каналом
Схемотехника усилительных устройств
1
~ц~,
А(( ~
1

Д.А. Переиелкин
196
Е
Rr
~вхт
+Е
R(
Roc
Рис. 9.10. Трехкаскадная схема усилителя с цепью параллельной ООС
по напряжению
Рис. 9.9. Двухкаскадная схема усилителя с цепью последовательной ООС
по напряжению

Д.А. Переиелкин
198
Далее необходимо предварительно оценить мощность транзистора по вы-
ражению:
(9.22)
к нтUHò '
Для удобства расчета графики строим на миллиметровке, поэтому выбира-
ем I~~„A, U~K~~~ ~ тTаaкK, чтобы I~„è UK~~ были целыми значениями.
9.2.2.2. Выбор сопротивлений Ик (Rc) и Иэ(йв).
Построение статической и динамической линий нагрузки
Для усилительного каскада на БТ (см. рис. 9.2, 9.3) значение сопротивления
Лк вычисляется из выражения
Š— Uкэ,,
к—
~кл
где Ук» вЂ” потенциал коллектора, принимается равным значению, рассчитан-
ному по (9. l9). На семействе выходных BAX транзистора может быть построе-
на линия нагрузки Ак, как показано на рис. 9.12.
Для хорошей термостабилизации каскада с общим эмиттером значение со-
противления R& t;выбир ем изсоотношен
(9.23)
Л = (О, i ... О, 3)R .
(9.24)
Положение линии распределенной нагрузки после фиксации значений Лк и
R& t;мо етб тьопредел но изследую ихсоотношен
~к =E — ~к~к'
U~ = ~Фэ = ~к~~,
11кэ = 1/к — Уэ = Š— lк (Лк + Лэ)
(9.25)
Uê,ý,
~к+ R.ý ~к+ R~
(9.26)
В выражениях (9.25), (9.26) Ук, U~, Укэ, lк и l~ — соответственно текущие
значения потенциалов коллектора, эмиттера, напряжения коллектор-эмиттер,
токов коллектора и эмиттера.
По выражению (9.26) на семейство выходных BAX наносится линия на-
грузки lк = /'(Укэ) и при значениях lк = l~ уточняется положение рабочей точки
А'. Через эту точку на семействе ВАХ отмечается характеристика с параметром
I», и для нее рассчитывается новая координата U&lt
Следует заметить, что при значениях Аэ, определенных по выражению
(9.24), положение рабочей точки А изменяется несущественно и этой коррекци-

Схемотехника усилительных устройств
199
ей можно пренебречь. Через зафиксированную рабочую точку (рис. 9.14,
точка А) далее проводится линия динамической нагрузки под углом:
~к ~~»
p = агсс®
км
и проверяются значения амплитуд тока IH и напряжения U»1 и UK~ . Если зна-
чения U»» и UK~„ïðè заданных I»» не удовлетворяют исходным данным, то на-
(9.27)
значается следующее большее значение Е'и напряжение питания из ряда, линия
Лк переносится параллельно, выбирается новое положение рабочей точки (рис.
9.14, точка А'), через нее параллельно сносится линия динамической нагрузки и
вновь проверяются значения lt~„, и U~t„,.
Е
К)А'
л ЬА
Рис. 9.11. Статический режим работы транзистора
~КЭА ~КЭА
Е
RK
q =5В
актах
~КА
~БА
~БА
IKmin
~кэ
ДО!1
~БЭА
кэ
Рис. 9.12. Выбор рабочей точки усилительного каскада на БТ

Д.А. Переиелкин
200
А тси
Iñ
)=О
А.mir,
Рис. 9.13. Выбор рабочей точки усилительного каскада на ПТ
Последовательность действий при выборе рабочей точки для усилительно-
го каскада на биполярном транзисторе по схемам рис. 9.2, 9.3 и 9.6 имеет сле-
дующий вид:
1) На семействе выходных ВАХ с параметром 1[;А определяем координаты рабо-
чей точки А [IK„; U~~Ä];
2) Отмечаем точку Е,д =2UK.~, на выходной ВАХ транзистора. Далее через две
точки Е[]А и А проводим линию нагрузки, которая показывает возможную зависи-
M0cTb Ij( 0T Ugg
у ЕПА ~к и
КА R
3) Для хорошей термостабилизации каскада с общим эмиттером выбираем:
Rg =(0, l ...0, 3)як.
4) С учетом R& t;ли иянагру кипри етв
у ЕПА ~кэА
КА
~к+~э
5) Проецируем точку А на новую линию нагрузки с учетом R~ и получаем новую
точку А' [1к„; Ц<э
6) Через точку А' проводим динамическую линию нагрузки под углом р
где Км — коэффициент масштаба, учитывающий разницу в масштабах по оси напря-
жения (В) и тока (А).
~к ~н
p = агсс®
~м
Лк + R„™ M,[А/дел] 2 10 '[А]
~о
оси
,цОП

Схемотехника усилительных устройств
201
Динамическая линия нагрузки показывает возможную зависимость IK от Укэ при
подаче на вход усилителя переменного сигнала.
7) Из графика находим Укз„, „„— максимальное переменное напряжение, кото-
рое может быть получено на выходе данного каскада.
8) Проверяем условие: UK~ °, ) U напряжение на нагрузке, рассчитанное
ки;
проверяем условие У,„. „„& t; х, ,,(Ух „.нахо им изграфик
° проверяем условие U~~„. „, ) U„
Если условие выполняется, то точку А" переименовываем в точку P и выбор ра-
бочей точки на этом заканчиваем. Если нст, то повторяем с пункта 9.
Для усилительного каскада на ПТ сопротивление Л~ рассчитывается анало-
гично выражению (9.23) как
р Е ЮСИА
Г ~ ь
('. (
где U«& t; Ђ”потенц алсто а,принимае сярав ымзначен ю,рассчитанн му
(9.20).
На семействе выходных ВАХ транзистора может быть построена линия на-
грузки R&l ;, акпоказ но нар с.9.
Значение сопротивления R~& t;рассчитывае ся повыбранн мут ку1 , и
пряжению смещения Узи~, определенному по параметру ВАХ, проходящей на
рис. 9.15 через точку А:
зиА
и
~сл
Положение рабочей точки А с учетом значения Ли, вычисленного по (9.29),
(9.29)
уточняется по уравнению линии нагрузки
~си
с (9.30)
при заданном токе 1с~ (точка А' на рис. 9.15).
Для точки А' из графика рис. 9.15 определяются значения U,„„и У,и„,.
Положение итоговой рабочей точки P усилительного каскада на БТ показа-
но на рис. 9.16.
ранее по исходным данным.
9) Если условие не выполняется, то выбираем новое (следующее) напряжение
Епд из стандартного ряда и повторяем построения:
° отмечаем точку ЕпА ,'
° под углом а строим статическую линию нагрузки;
° проецируем точку А' на новую линию нагрузки и получаем точку А" (по
перпендикулярам);
° отмечаем координаты рабочей точки А" [IKA ', UK'»]&
° через точку А" под углом р проводим новую динамическую линию нагруз-

Д.А. Переиелкии
202
Еп
RK
~Kmm
Е„
~к+~э
~КА
IKmir
~КЭА тих UHm
К И"
ПА'
ПА"
ПА
КЭА max Нт
КЭА" тих Hw
Рис. 9.14. Выбор рабочей точки усилительного каскада на БТ
(~зил =(~ о)
(~зил' (~ mar)
зи= Uo
UCH
УСИА'
Рис. 9.15. Выбор рабочей точки усилительного каскада на ПТ

Схемотехника усилительных устройств
203
IK
Ец
Л~(+Я~
IKI-.
очка
ного каскада
IKmi'r,
КЭР тих Нт
Рис. 9.16. Итоговая рабочая точка P усилительного каскада на БТ
Ен
~к+~.э
~к2
~к
~к~
Ен
ния.
1.,0=621оэ — коэффициент усиления по току для схемы с общим эмитте-
ром:
~~К
М~ UK~ =const
Расчет р проводим следующим образом.
° На линии Ц&lt э =co stоткладыв ем вето к  и
(9.31)
Точка А ~ Igg,' To~Ka В ~ Ig g.
° Для точек А и В находим 1 = 1к; 1кв — — 1к2;
° В к к2 К!
кэ — const I~2 — I~~ UK~ — const
Рис. 9 17. Определение h-параметров усилительного каскада
Из выходной ВАХ транзистора (рис. 9.17) определяем следующие значе-

Д А. Переиелкин
204
2. 1вг определяем из выходной ВАХ по графику, зная точки и значение на
графике 1кг и Укэг.
Из входной ВАХ транзистора 1 = /'(У ) (рис. 9.17) определя-
~K3 — Со~~~
ем следующие значения.
1. Отмечаем точку P на входной ВАХ. Из выходной ВАХ определяем 1Б~ и
откладываем это значение на входной ВАХ.
° Проводим линию до пересечения с линией Укэг (горизонтально).
° Проводим линию параллельно оси 1Б, определяем U~3,
2. h)~о3 Ьвхоэ входное сопротивление транзистора для схемы с общим
эмиттером находим по следующей формуле:
Бэ
~11оэ—
~1Б UK УР = 'co&lt
(9.32)
ЙЗЫХт
UBxm
Рис. 9.18. Усилительный каскад с ОЭ при включении в схему
эмиттерного повторителя
В этом случае последовательность расчета каскада имеет следующий вид:
1) После двух перемещений Е» условие Укэ„, & t; Уи невыполняет
2) Считаем, что полученная рабочая точка P — окончательная рабочая точка. Вы-
бираем для нее транзистор (U„~ & t; „) изсправочн ка поуказан ымпараметр
Особенности. Если Яц & t; &l ;,т у ол р»а, тогдадинами еская линияна
слишком крутая и значение Укэ„„„— слишком маленькое.
ДлЯ выполнениЯ УсловиЯ Укэ ) У~„„необходимо сильно Увеличивать Ец. ДлЯ
устранения этого недостатка на выход усилительного каскада необходимо поставить
эмиттерный повторитель (схема с общим коллектором). Схема усилительного каскада
с эмиттерным повторителем на выходе приведсна на рис. 9.18.

Схемотехника усилительных устройств
205
Як, 1кОм 1кОм 500
a = arcctg; p' = arcctg = arcctg
Км ~м ~м
(99+ 1)
~вхл
2
R„= 50R„;
1кОм~~50кОм чуть меньше l êOì
p' = агсс® = агсс®
~'м Км
Угол p' будет немного больше угла а и условие U~-,, ) U»& t;бу етвыполнять
9.2.2.3. Выбор транзистора
В общем случае транзисторы можно классифииироыать:.
° По проводимости: структуры и-р-и (р-п-р)-типа.
° По мощности (в справочнике) Рк.'
БМ вЂ” + СМ вЂ” + ММ.
БМ вЂ” транзистор большой мощности;
СМ вЂ” транзистор средней мощности;
ММ вЂ” транзистор малой мощности.
° По частоте /„,:
СВЧ -+ ВЧ -+ СЧ -+ НЧ.
СВЧ вЂ” сверхвысокочастотный транзистор;
ВЧ вЂ” высокочастотный транзистор;
СЧ вЂ” среднечастотный транзистор;
НЧ вЂ” низкочастотный транзистор.
Выбор транзистора осуществляется по данным табл. 9.4. Классификация
транзисторов усилительных каскадов приведена на рис. 9.19.
3) Строим ВАХ и определяем коэффициент усиления по току для схемы с общим
эмиттером Ьз,оэ = P, VT2 = VT1 .
4) Полагаем, что Я' =R„.
Теперь Ян для транзистора VT1 будет Явхд~ транзистора VT2, тогда новая дина-
мическая линия нагрузки будет проходить через точку P под новым углом p'
p =arcctg
~к Rex ут2
(9.33)
к„
5) Для схемы с общим коллектором Лвхг,, —— Лв о, — — (,0+ 1)(RgiiRig)
где Явх — входное сопротивление транзистора для схемы с общим коллектором; так
Яц (,0+1)
~э = 1п " %э[[Вп = "' ~вхгт2 = R»», таким образом схема с общим
2 2
( +1)
коллектором увеличивает Рп в раза.
Пример. Пусть Лк = 1 кОм, R~~ — — 1 кОм;,В= 99; тогда

Д.А. Перепелкин
206
Таблица 9.4
Условие
выбо а
Предельно допустимые
значения из сп авочника
Рассчитанные значения
~дол(Рк
Рк, Вт — мощность на коллекторе
транзистора: Рк = IK]UK3$
максимальная мощность
наколлекто ет анзисто а
Е„,В
(~кэтах((~КБгиик) ~ В
~кдоп (~к )
максимальный ток
1кА — координата рабочей точки
на коллекторе транзистора
т анзисто а
» — 1О взлдлния
, кГц — частота
единичного силения
n- -nl -n-
BAX т анзисто а
и-р-и I р-и-р (тип проводимости
транзистора по заданию)
Рис. 9.19. Классификация транзисторов усилительных каскадов
Далее строится предположительная область ВАХ транзисторов каскада, or-
раниченная значениями:
1~„= г1~,
~К3тдх ЕП
Транзисторы усилительных каскадов выбираются по справочникам и
должны удовлетворять при заданной t ' следующим требованиям:
° справочные величины максимально допустимых мощностей P~o» Pc~o&
НЕ МЕНЬШЕ ЗНаЧЕНИй PKmax~ PCHmax~
° справочные величины максимально допустимых значений токов 1~оп,
одоп и напРЯжений Ц<3 опUcH QHсоответстве но немен шезначе ийIKm
ICmaxь UK3max~ ~СИтих

Схемотехника усилительных устройств
207
и гиперболой
Рктих IKA ~кэА
максимально рассеиваемой на коллекторе мощности для каскада на БТ и соот-
ветственно, значениями:
Icm~ = 2~СА
~ситих Еп
и гиперболой
Рс = ~сА ~сиА длЯ каскада на ПТ.
Далее из справочников для выбранного транзистора вырисовываются их
реальные выходные, входные и передаточные ВАХ, по которым ведется даль-
нейший расчет (см. табл. 9.5). На семейства выходных ВАХ наносится гипер-
бола максимально рассеиваемой мощности Ркдоп (Рсдоп).
Для этого из справочника для выбранного транзистора находим
Р „п(Р.„„) и определяем !к по следующей формуле:
Ркдоп
~к—
~кэ
(9.34)
Таблица 9.5
UK.ý„â
Еп, В
Если гипербола расположена выше обеих линий нагрузки и не пересекает
их, то транзистор выбран правильно, если нет, то выбираем новый транзистор.
Фиксация рабочей точки А' (рис. 9.l2) для каскада на БТ, показанном на
рис. 9.11 осуществляется резистивными делителями R~ и R2 ° Связь между на-
пряжениями и токами транзистора в режиме покоя (см. рис. 9. l l) определяется
(9.39)
УКЭ, В UKg) = 1, В UK)2 5, В UK--ó= 10, В
1к, мА 1к1, мА 1к2, мА Iqq, мА
9.2.2.4. Расчет элементов фиксации рабочей точки
следующими выражениями:
БЭА' ( Д БА') '2 ЭА' Э ~
U, =I~R,;
2 (Д БА) 2~
E=U, tU,,
причем U~~,. находится при определенном ранее из выходных
ток 1эА' 1кА' + 1БА'.
Ток делителя 1д из (9.37) находится из выражения
у у ~' БЭА' ЭА' Э
Д БА'
2
Сопротивление R~ с учетом выражения (9.35) равно:
(9.35)
(9.36)
(9.37)
(9.38)
BAX токе I~~., а

208
Д А. Перепелкин
E — (~1ьэА' + 1эА 1~э)
1 2' (9.40)
~' БЭА' ЭА' Э БА' 2
Для определения Яг используется связь значения Яг с коэффициентом тем-
пературной нестабильности Ж„равным для схемы рис. 9.11
А1» (R, + Л )(1+ P)
Ж»о R, +Л (1+,О)
где М», Мщ — температурные изменения токов 1» и l»p (в справочниках иногда
обозначается 1»qp); О = Ь„оэ — коэффициент усиления тока в схеме с ОЭ (опре-
(9.41)
деляется по выходным ВАХ в окрестностях рабочей точки).
Из справочника для выбранного транзистора находим ток 1»о(1»в) — обрат-
ный ток коллекторного перехода. Значение данного тока необходимо умень-
шить в 5 ... 10 раз, т. к. обычно в справочнике указывается не более определен-
ной величины и сильно завышено.
(9.42)
(9.44)
следующим соотношением:
R) & t;Я ,' R = (5 .. 0)
Корректность расчета оценивается вычислением тока I~ по выражению
(9.39), причем необходимо соблюдение неравенства Iд & t;1 А.Соотноше
1д & t; (5 ..10) ьАсчитае сяприемлем м. ринесоблюде ииуказанн гонерав
М
N~ = =2...15,
~ко
если коэффициент N,. в этом диапазоне, то каскад с общим эмиттером хорошо
термостабилизирован, т. е. изменения температуры незначительно влияют на
работу каскада.
Величина 1»о(1) рассчитывается по эмпирическому соотношению:
1кпсп ~()
i.„(I.„.i=~.,+ '" -Ij,
где 1»o(ip) — тепловой ток коллекторного перехода, уменьшенный в 10 раз;
A(Ge) = 2; A(Si) = 2,5 — коэффициенты;
t0 = 20 'С вЂ” нормальная температура окружающей среды;
t „,— максимальная температура из исходных данных;
Al»p = 1»о (i„„) — 1» (ip), — изменение тока 1»о от температуры;
л1 = (о, оо1 ... о, о1)1„..
По вычисленному значению N, согласно (9.41) рассчитывается величина Лг.
Ю (l+ g) — N,Rô+,0)
N, — (1+,О)
Значение R~ определяется подстановкой величины R2, рассчитанной по
(9.44), в соотношение (9.40). Значения сопротивлений R~ и Лг можно проверить

Схемотехника усилительных устройств
209
затвор-исток равно:
~зи = ~з~з — ~с.~и.
Температура изменения тока I&l ;-определяе ся
з ~~
Rç 1
и и
Изменение тока Ж,, находится из приближенного уравнения
ar =[t,,(~()t~„„„) — 1]
где to — начальная (лабораторная) температура.
Температурные изменения тока затвора Ж, оцениваются так же, как и со-
ответствующие изменения обратного тока у р-п-перехода, т. е. аналогично
(9.43):
(9.45)
(9.46)
(9.47)
~тах I0
(9.48)
dl, = 1,(1„) 2,5
где Iz(t&lt &gt )в ”токз тво апринач льнойтемпе атуре(за а нойвсправоч
Температурные изменения напряжения U&g ;< могу бытьопре ел ны
соображений, что ток 1с согласно (9.47) при росте температуры уменьшается.
Тогда (рис. 9.15) температурные изменения (l,и можно оценить графически как
зи А'(,О)
А <Im
Величина R& t;определяе ся из(9. 5 вследую емв
~с~и + ~~зи
3=
~з
Сопротивление Лз вычисляется подстановкой в выражение (9.50) значений
(9.47), (9.48) и (9.49).
(9.49)
(9.50)
9.2.2.5. Предварительный расчет коэффициента усиления
Предварительный расчет коэффициента усиления по напряжению Кц вы-
полняется по выражению:
ства расчет необходимо повторить, начиная с изменения значения R& t; извы
жения (9.24).
Для каскадов на ПТ с управляющим p-n-переходом и МДП-транзистором
с встроенным каналом фиксация рабочей точки может быть обеспечена сопро-
тивлением в цепи истока Ли (см. рис. 9.15). Так как ток затвора 1з ПТ мал, то
можно считать справедливым соотношение (9.21).
Сопротивление Яз может быть рассчитано из условий температурной ста-
билизации рабочей точки с учетом того, что для схемы рис. 9.15 напряжение

Д.А. Переиелкин
210
~к1~н
Кц — ——
Лг+Явх'
где Яг — выходное сопротивление предыдущего каскада.
Так как предыдущий каскад не рассчитан, то R)- = R»)x предыдущего кас-
када или Rgb)x = Як. ПоэтомУ вместо R)- выбеРем Як каскада, котоРый Рассчиты-
ваем, т. к. сопротивления Як будут одного порядка.
Однако данная формула не учитывает падение входного тока на резистив-
ном делителе R1 и R2. Поэтому ее применяют, если (Я1 ~~Я,) &g ;&
Поэтому лучше считать по более точной формуле, которая учитывает со-
противления R) и Яг..
R, ((Л„
Кц ———
+1 R)-+h))
(9.51)
где R~ = R1IIR2.
Особенности. Емкостные элементы С), Сг и Сэ лучше считать после расчета всех
каскадов усилителя. На этом расчет выходного каскада окончен.
9.2.3 РАСЧЕТ ПРОМЕЖУТОЧНОГО (ВХОДНОГО) КАСКАДА
9.2.3.1. Выбор рабочей точки
Пусть у усилителя два каскада и выходной каскад предварительно рассчи-
тан. Структурная схема двухкаскадного усилителя приведена на рис. 9.20.
1
1 1 1
Я 1 Кг
1 1
) 1 1 1
1
к,
Ul3Xm
R))
R)3X
~)3Ы
вх
R)3b)
Входной
каскад
Выходной
каскад
Рис. 9.20. Структурная схема двухкаскадного усилителя
Определим необходимые параметры для расчета промежуточного (входно-
го) каскада:
н вх 111 2 11„, ~
т т())
U(2) U() ) ~ цт
Нт Вхт
(9.52)
(9.53)

Схемотехника усилительных устройств
211
где UH — напряжение на нагрузке выходного каскада;
т т(-2)
у(2) ~ Нт
Нт
Нт
(9.54)
Е„д
Л,
Е„„
R, +Л,
K min
Еш
К')А'max Hm
Рис. 9.21. Выбор рабочей точки промежуточного (входного) каскада
и.
E
~ К.) А'—
2
Z (2)
Hm
~кА-
КЗ
у(2)
Таким образом, чтобы I ~ = ""' было как можно больше, необходимо вы-
3
брать коэффициент Кз как можно меньше.
Еп ~кэА .
к—
Лэ=(0,1 ...0,3)Лк.
Далее строим линию нагрузки с учетом R&g ;.Перено имрабо уюто к
из А'. Строим динамическую линию нагрузки через точку А под углом p:
Замечание. Для второго каскада U» « UH Поэтому для упрощения выбора
(2) (&g
рабочей точки, если Еп не очень большое (Еп & t; 24 ), томо носр зувыбр
E~ — — Е„(рис. 9.21).

Схемотехника усилительных устройств
213
(9.57)
где Я» — сопротивление нагрузки усилителя, если каскад оконечный, или вход-
ное сопротивление последующего усилительного каскада в области средних ча-
стот, если рассчитываемый каскад входной или промежуточный.
С &
3h
)—
~tiki юэ
Корректность расчета емкостных элементов усилителя можно проверить
следующим соотношением:
С,"' =С,' '. (9.59)
Для каскадов на ПТ (см. рис. 9.4) при R& t & t;Азе костиконденс тор в
и Си могут быть оценены по следующим выражениям:
1
С,&
~ »~з
(9.61)
С,&
1
щп(Лг + Л„)
где R~~ имеет тот же смысл, что и в выражении (9.57).
С„&
1
(0,2...0,25)Жни „
(9.62)
9.2.5. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ
МНОГОКАСКАДНОГО УСИЛИТЕЛЯ
После расчета всех каскадов определяем коэффициент усиления К много-
каскадного усилителя по следующей формуле:
к=к, к, к, ... к„=Пк,,
(9.63)
где n — число каскадов усилителя.
При этом обязательно должно выполняться условие:
9.2.4. РАСЧЕТ ЕМКОСТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ УСИЛИТЕЛЯ
Для каскадов на БТ (см. рис. 9.2, 9.3 и 9.6) значения емкостей конденсато-
ров C~, C& t и Сэрассчитываю ся последую имвыражени
1
с,& t;(9.
со „(R~ + ~вх)
где Авх = Л,(ЩЦ,э; Ь„оэ — входное сопротивление БТ, определяемое по вход-
ной ВАХ в окрестностях рабочей точки отношением Ь„„-, = 3Uss /А1„.
1
с,
э
co„(R» + R„)

Д'.А. Переиелкин
214
К& t;
где Ku = Koc(l — КД вЂ” коэффициент усиления усилителя по напряжению без
обратной связи.
Если условие не выполняется, то расчет корректируется путем оценки и
целенаправленного изменения тех элементов усилительных каскадов, которые
наиболее чувствительно влияют на К. При необходимости структура усилителя
может быть изменена путем добавления промежуточных развязывающих кас-
кадов с общим коллектором (эмиттерных повторителей).
части:
R~ и R~,
где А' = (0,01 ... 0,1)Л и приблизительно находится в диапазоне
R~ =5 ...500м, Яэ =~э
Из соотношения К = K«(1 — К0) находим коэффициент 0, где
~»». К вЂ” К„,.
К = К, К, К, ... К„= »» К,.; К„=, тогда,0 =
~вх„ К K„.
Аэ А' (1 —,О)
и определяем R«из соотношения:,0 = — & t;А
Rs+R«0
(9.64)
где R« — коэффициент передачи цепи с обратной связью.
2. Если число каскадов n — нечетное, то цепь обратной связи заводится на
базу входного транзистора (см. рис. 9.10).
Коэффициент,0 определяется соотношением:
~г Аг !в
+ ~ос (9.6э)
Rr +Roc Р
где Лг выбираем по исходным данным;,0 — аналогично для случая, когда число
каскадов n — четное.
На этом теоретический расчет проектируемого усилительного устройства
окончен.
9.2.6. РАСЧЕТ ЦЕПИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
По вычисленным в п. 9.2.1 значениям К0 и К рассчитывается величина,0.
В зависимости от числа каскадов усилителя расчет,0 производится следующим
образом.
1. Если число каскадов n — четное, то цепь обратной связи заводится в
часть Rэ входного каскада (см. рис. 9.9). В этом случае Лэ разбивается на две

Схемотехника усилительных устройств
215
частот полосы пропускания усилителя.
Результаты моделирования анализируются студентами, вычисляются ко-
эффициенты усиления напряжения отдельных каскадов и усилителя в целом,
сравниваются расчетные и полученные в результате моделирования частотные
характеристики, вносятся рекомендации по улучшению параметров схемы.
9.3.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫХОДНОГО КАСКАДА
Для каждого каскада усилителя (рис. 9.22) предварительно необходимо по-
строить переходную характеристику (режим моделирования Transient Analysis).
Моделированис выполняется, начиная с выходного каскада.
ной
Входно
узел 1
~вхт
Рис. 9.22. Схема выходного каскада при моделировании
При моделировании переходной характеристики выходного каскада Рн не-
обходимо взять из исходных данных, сопротивление Rt- = R~ предыдущего кас-
када, Увх — источник синусоидального сигнала.
9.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО СИГНАЛА
Моделирование схемы усилителя выполняется с помощью пакета схемо-
технического моделирования Micro-Сар. В результате моделирования должны
быть получены переходные и частотные характеристики, как отдельных каска-
дов усилителя, так и всей структуры в целом. Целью моделирования является
установление корректности расчета и степени соответствия расчетных пара-
метров требованиям технического задания. Для получения результатов, опре-
деляемых исходными данными, необходимо произвести корректировку значе-
ний сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов усилителя. Получен-
ные после корректировки значения элементов должны быть приведены в
спецификации. По графикам АЧХ и ФЧХ, полученным в результате моделиро-
вания усилителя с обратной связью, определяются значения нижней и верхней

Д.А. Переиелкин
216
Последовательность настройки усилительного каскада при моделировании:
1. Нарисовать схему. При рисовании задать параметры пассивных компонентов
(лучше сразу выполнить нумерацию узлов (рис. 9.23) усилительного каскада).
Рис. 9.23. Нумерация узлов при настройке усилительного каскада
2. Задать параметры библиотечных компонентов.
2.1. Генератор синусоидальных сигналов
° Частоту выбрать в середине полосы пропускания усилителя / = 1 ... 10 кГц
для уменьшения фазового сдвига.
° Уровень постоянной составляющей = О.
° Сопротивление источника, близкое к нулю, например 0.0000001, так как оно
учитывается в Rl- на схеме.
1
° Период повторения рассчитать самим, исходя из частоты /, Т = —.
° Амплитуду выбрать достаточно маленькую, например, для выходного кас-
када 0,1 ... 0,5 В.
2.2. Параметры биполярного транзистора
° Необходимо подобрать иностранный (зарубежный) аналог выбранного тран-
зистора, если его нет в библиотеке, то по справочнику аналогов зарубежных транзи-
сторов. Если нет аналога и в справочнике, то взять близкий транзистор, например, из
одной и той же группы (малая мощность, средняя частота, и-р-n).
° Задать значение Д которое в библиотеке обозначает BF — коэффициент уси-
лителя транзистора по току для схемы с общим эмиттером; BF = (120... 150)% — тран-
зистора выбранного при расчете.
Последовательность моделирования каскада имеет следующий вид.
1. Моделирование в режиме DC ( по постоянному току) — рис. 9.24, 9.25.
Входной узел — узел 1 (диапазон отображения на графике+ 1 В);
Выходной узел — узел 2 (диапазон отображения 0 ... + Еп).
Время моделирования равно времени отображения и равно 2 ... 3 периода
входного сигнала.
2. Запуск моделирования командой «Яии».
3. Меняя номиналы резисторов R~ или R2, добиваемся того, чтобы в узле 2
постоянное напряжение было равно E> 2, т. е.подбир емрабо уюточ

Схемотехника усилительных устройств
217
Лучше предварительно при отладке усилительного каскада емкости кон-
денсаторов C), С2 и С~ увеличить в 10 ... 100 раз, по сравнению с расчетными,
для уменьшения фазового сдвига.
Замечание. Расчетные значения Еп, Ry„Rg, Рн и Рг изменять запрещено.
узел
узел
Увеличив
R,
Увеличив
R-,
Рис. 9.24. Выбор рабочей точки усилительного каскада
Ut
узел
Большое
Маленько
Большое R
Маленько
Рис. 9.25. Возможные ошибки при выборе рабочей точки

Д.А. Переиелкин
218
4. Моделирование в режиме Transient Analysis (рис. 9.26). Устанавливаем
выходной узел 3 (Uebix) — диапазон чувствительности больше Ун = + 10 В.
Меняя в библиотеке для синусоидального входного сигнала амплитуду, доби-
ваемся, чтобы Увых = ~н
узел
2UBXNi
U
узел
2ин.,
Рис. 9.26. Условия правильной работы усилительного каскада
Если не получается, то подбираем рабочую точку, меняя сопротивления ре-
зисторов R~ и R2. Запоминаем U&g ; .Моделирова иекаск да наэ омзаконче
5. Аналогично моделируем каждый каскад, при этом учитываем:
~п ~ВХ 1 ~~ 2 1!ОЭ '
° В пункте 4 устанавливаем амплитуду входного синусоидального сиг-
нала такого значения, чтобы У~~,х = Увх отмоделированного каскада.
9.3.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ
БЕЗ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОИ СВЯЗИ
Замечание. Usx „, «UBx в задании.
° Выполняем построение АЧХ и ФЧХ (моделирование в режиме AC)—
моделирование частотной характеристики усилителя (рис. 9.27).
Для моделирования усилителя без отрицательной обратной связи необхо-
димо выполнить следующие действия:
° Собираем все каскады усилителя вместе и соединяем их между собой
(Л~ и C~ — убираем).
° Выполняем построение переходной характеристики с амплитудой вы-
ходного сигнала величиной UB~~x = UH

Схемотехника усилительных устройств
219
Коэффициент усиления
в полосе пропускания усилителя
(д
о 4С ОО
36 ОО
Е. 32 ОО
1~
2е оо
1
24 ОО
И гс оо
о
fn & t;
-ice 0c
-216 ОО
-324 ОО
-432 ОО
-540 ОО
-ЕЗО ОО
100 К
100
1(К
1К
ph(v(1]))(Degrees',
Рис. 9.27. АЧХ и ФЧХ многокаскадного усилителя переменного тока
9.3.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ
С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
После моделирования всех каскадов по отдельности необходимо смодели-
ровать усилитель с отрицательной обратной связью. При моделировании обяза-
тельно должны выполняться следующие условия:
° K«должен соответствовать заданию; K« = Koc ранее рассчитанному;
в задании; UB1,tx = U1» рассчитанному.
° Построенные аналогично пункту 9.3.2 АЧХ и ФЧХ должны удовлетво-
рять условию ( = /~~ в задании. Для этого необходимо скорректировать емкост-
ные элементы Ci u Cz (желательно во всех каскадах усилителя). Ci и С2 4 — эf~i
Т. Также необходимо, чтобы fB = ~в в задании. Для того чтобы этого добиться,
необходимо установить дополнительные конденсаторы С.
Способы улучшения работы схемы в области высоких частот (рис. 9.28).
° Так как все транзисторы более высокочастотные, чем необходимо по за-
данию, то (в будет всегда больше, чем fB задания, и ее необходимо уменьшить.

Р.А. Переиелкин
220
Соос = 10 ... 100 и
~ос
Сос= 10 ". 100 и
Рис. 9.28. Корректировка частотной характеристики усилителя
переменного тока в области высоких частот:
а — корректирующий конденсатор в цепи обратной связи транзистора;
б — корректирующий конденсатор в цепи обратной связи усилителя
При этом условия, чтобы У»)х„, = U)) по заданию и Увх = Увх по зада-
нию должны обязательно выполняться.
9.4. ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Мос(ю)
Частотная зависимость Mpc.(cu) строится (рис. 9.29) по выражениям табл.
9.3 в зависимости от числа каскадов усилителя. Выражения для Мос(ип) и
Мос(ив) одинаковы по виду, но для различных частотных диапазонов предпо-
лагают подстановку разных значений, а именно:
N))
х=
й)
— для области низких и средних частот;
й)
— для области средних и высоких частот.
~в
При построении принимается ранее рассчитанное значение К0. Величина
ин определяется по выражению: ип — — 2 т fjg и далее находится значение
log(cu„), 1/с. Величина ив определяется по выражению ив =2т /' и далее
находится значение log(cu ), 1/с. Частотная зависимость Мос(и) строится с
использованием пакета математических расчетов MathCAD и приводится в
приложении. Масштаб оси частот выбирается в десятичных логарифмах круго-
вой частоты. На оси частот отмечаются точки в„и в . Лучше строить два
графика М н(и) и Мосв(а) по отдельности, а затем их объединить в один.
Коэффициент частотных искажений определяется по следующему выраже-
нию:
Яля этого необходимо ввести дополнительные конденсаторы С с ООС по верх-
ним частотам (рис. 9.28, а). Желательно их ввести в каждый каскад для исклю-
чения выбросов в частотной характеристике.

Схемотехника усилительных устройств
221
М ( ) К.(в)
~о
Мос
0,707
сов = 2 я./в
вн =2~fii
Рис. 9.29. Коэффициент частотных искажений Mac(~)
9.5. ПОСТРОЕНИЕ ВАХ ТРАНЗИСТОРА В ПАКЕТЕ MICRO-CAP
Input 2 Range -1ma, О, 0.05ma;
Input 2 il;
Input 1 Range -50, О, 1;
Input 1
V1.
Для построения входной ВАХ используем схему, показанную на рис. 9.31.
Диапазоны задаваемых значений для моделирования в режиме DC:
-40, О, 20;
Input 2 Range
Input 2
Input 1 Range
Input 1
V2;
-0.7, О, 0.1;
Vl.
После выбора транзистора выходного или входного (промежуточного) кас-
када необходимо построить его ВАХ. Для этого можно воспользоваться средст-
вами пакета Micro-Сар. Возьмем в качестве примера построения ВАХ транзи-
стор КТ8) 4В в пакете Micro-Cap. Для этого используем точный аналог транзи-
стора КТ814В, который имеется в стандартной библиотеке элементов пакета
Micro-Сар. Таким аналогом является транзистор BD176.
Для построения выходной BAX используем схему, показанную на
рис. 9.30. Диапазоны задаваемых значений для моделирования в режиме DC
(расчет по постоянному току):

Д.А. Переиелкин
222
V1
Рис. 9.30. Схема для построения выходной ВАХ транзистора
V2
Рис. 9.3i. Схема для построения входной ВАХ транзистора
9.6. ПРИМЕР МОДЕЛИРОВАНИЯ В ПАКЕТЕ MICRO-CAP
Схема выходного каскада усилителя приведена на рис. 9.32.
V1
GENTRA
Рис. 9.32. Схема выходного каскада усилителя
Числовые характеристики каскада, полученные при моделировании:

Схемотехника усилительных устройств
223
Переходная характеристика выходного каскада приведена на рис. 9.33.
design cir
16 ОС
80C
0OC
14 14
-8 ОС
О 40m
1 20m
1 60m
О OCm
25C OCm
-125 OCm
1 60m
1 20m
О 40m
Рис. 9.33. Переходная характеристика выходного каскада
Начальные значения схемы:
Измененные значения схемы:
-16 ОС
О Обп
ч{~ЯцЯ
25С OCm
125 OCm
-250 OCm
О OCm
ЖЕНйп1
О 80m
Т (Secs)
О 80m
Т (Secs)

224
СПЕЦИФИКАЦИЯ
Наименование
Кол.
Примечание
Усилитель переменного тока
с om и ательной об атной связью
Приложение 1
V1
Гене ато входного сигнала
V2
Источник питания
VT1
Т анэисто КТ814В
V 72
Т анэисто КТ313Б
Реэисто ы
R1
70 OM
R2
100 кОм
R3
R4
R5
R6
104 Ом
R7
R8
R9
R10
91.4 Ом
1 кОм
50 Ом
2500 Ом
R11
R12
R13
Конденсато ы
0.1 мкФ
500 мкФ
С2
СЗ
1мФ
С4
200 мкФ
С5
С6
С7
/едок м.
Иэм. Лист
Подл.
Дата
Савин Д.А
Раэраб.
Лист
Листов 2
Лист 2
Перепелкин Д.А.
Пров.
СПЕЦИФИКАЦИЯ
Пе епелкинД.А.
Н. Конт
РГРТУ группа 045
Утв.
Поз.
обозна-
чение.
10 кОм
5 кОм
450 Ом
20к Ом
1.8 KOM
914 Ом
10 мкФ
40 нФ
1.5 нФ
Курсовой проект
Д.А. Переиелкии

Схемотехника усилительных устройств
225
ПРИЛОЖЕНИЕ
Основные графические модели в Micro-Cap
Battery — источник постоянного напряжения (Вольт);
Capacitor — конденсатор (Фарад) (UF — мкФ, NF — нФ, PF — пФ);
Diode — диод,'
Resistor — резистор (Ом) (К вЂ” кОм, М вЂ” МОм);
Ground — общий провод;
Inductor — индуктивность (Генри) (МН вЂ” мГ, UH — мкГ, NH — нГ);
NPN — биполярный транзистор и-р-и-типа;
PN P — биполярный транзистор р-и-р-типа;
Nj fet — полевой транзистор и-канальный;
Pj fet — полевой транзистор р-канальный;
Nmos - полевой транзистор с и-каналом обедненного типа с изолированным затвором;
Pmos — полевой транзистор с р-каналом обедненного типа с изолированным затвором;
DNMos — полевой транзистор с и-каналом обогащенного типа с изолированным за-
твором;
DPMos — полевой транзистор с р-каналом обогащенного типа с изолированным затво-
ром;
Short1 — отрезок единичной длины;
Jumper 1 — отрезок с обходом проводника;
Cross2 — отрезок с обходом проводника (другое изображение);
Tie — соединитель;
Transformer — трансформатор;
Opamps — операционный усилитель;
Pulse source — источник пульсирующего напряжения;
Sin source — источник синусоидального напряжения;
Isource — источник постоянного тока;
Voltage source — источник напряжения;
Current source — источник тока.
В табл. 9.6. приведен список параметров компонентов, наиболее чувствительно
влияющих на результаты анализа схем в режимах DC u Transient Analysis.
Основные виды анализа в Micro-Cap
В зависимости от целей моделирования выделяют следующие основные виды
анализа электронных схем:
° Transient Analysis (Ай+1) — расчет переходных процессов в схеме. Позволяет
строить зависимости от времени различных переменных состояния схемы и наблю-
дать их в графическом окне так же как на экране осциллографа.
° АС Analysis (Alt+2) — расчет частотных характеристик схемы. Позволяет стро-
ить зависимости от частоты различных переменных схемы при подаче на вход гармо-

Д.А. Перепелкин
226
нического воздействия с меняющейся частотой и постоянной амплитудой. Выводи-
мые графики подобны тому, что наблюдается на экране прибора измерителя частот-
ных характеристик.
° DC Analysis (Alt+3) — расчет передаточных функций по постоянному току (при
вариации постоянно составляющей одного или двух источников сигналов, вариации
температуры или параметров моделей компонентов). Выводимые графики подобны
графикам, наблюдаемым на экране характериографа.
Таблица 9.6
иоды и биполя ные т анзисто ы
Значение по
молчанию
Единица
изме ения
Имя
Параметр
па амет а
Saturation current — ток насыщения р-и
перехода
Series resistance — прямое сопротивле-
ние диода
Transit time — время переноса заряда
Zero bias depletion capacitance
барьерная емкость
Junction potential — потенциал на пере-
ходе
Forward beta — максимальное значение
10
IS
Ом
RS
ТТ
CJO
с
Ф
В
VJ
100
BF
в нормальном включении
Reverse beta — максимальное значение
BR
в инверсном включении
Base resistance — максимальное объем-
ное сопротивление базы
Collector resistance — объемное сопро-
тивление коллекто а
Ом
RB
Ом
RC
Полевые т анзисто ы
Threshold voltage (Zero — bias threshold)
— напряжение отсечки при нулевом
смещении
Trans conductance — максимальное
В
VTO
А/В
0,1
ВЕТА
KP
значение к изны
Синусоидальный источник (Sin source)
1/с
TAU
Заде жка
FS
F
А
DC
PH
RS
RP
Frequency
Amplitude
DC level
Phase shiA
Source resistance
Repetition period of
exponential
Exponential time constant
frequency shift term
Частота
Амплитуда
Уровень постоянной составляющей
Начальная фаза
Внутреннее сопротивление источника
Период экспоненциального
затухания
Коэ ициент затухания
Гц
В
В
град.
Ом
с

Схемотехника усилительных устройств
227
Transient Analysis — расчет переходных процессов
Рис. 9.34. Окно «Transient Analysis Limits»
Это меню служит для предварительной подготовки режима расчета переходных
процессов и режима вывода результатов для данной схемы. Командой Limits
(см. рис. 9.34) вызывается список параметров, который необходимо скорректировать
применительно к заданной схеме:
° Time Range — конечное и начальное время расчета переходных процессов (по
формату Ттах [,Tmin]). По умолчанию назначается Tmin = 0 (отрицательные значе-
ния моментов времени недопустимы). Например, спецификация «1.2ms,0.4ms» задает
интервал моделирования от 0,4 до 1,2 мс. В большинстве случаев Tmin не задается.
° Maximum Time Step — максимальный шаг расчета. Расчет переходных процес-
сов ведется с переменным шагом, величина которого определяется автоматически ис-
ходя из допустимой относительной ошибки. Максимальная величина шага расчета
равна заданному значению. Если этот шаг не задан (или задан равным нулю), то мак-
симальный шаг расчета полагается равным (Ттах — Tmin) / 50. Задание малой (нену-
левой) величины этого параметра может существенно увеличить время расчета, но
зато графики получаются более гладкими (точными).
° Number of Points — число точек, выводимых в таблицы, т. е. число строк в таб-
лице вывода результатов, по умолчанию принимается равным 51. Если заданные мо-
менты времени не совпадают со значениями, при которых проводился численный
расчет, то производится интерполяция. Если задано нулевое значение, то численный
вывод производится для минимального количества точек, равного 5. Интервал вывода
данных определяется формулой: (Ттах — Tmin) / (& t;Num er ofPoin s&g ;в
° Temperature — диапазон изменения температуры в градусах Цельсия; при вы-
боре параметра Linear имеет формат High [,Low[,Step]]; если параметр Step (шаг) опу-
щен, то выполняется анализ при двух значениях температуры Low (минимальный) и
High (максимальный), если опущены оба параметра Ьои и Step, то расчет проводится
при единственной температуре, равной High; при выборе параметра List указывается
список температур, разделяемых запятыми.

228
Д.А. Переиелкии
АС Analysis — расчет частотных характеристик
Это меню служит для расчета частотных характеристик и вывода результатов
анализа для данной схемы. Командой Limits (см. рис. 9.35) вызывается следующий
список параметров:
° Frequency Range — верхний/нижний пределы диапазона частоты для расчета
(дБ) или выбор способа изменения частоты (выпадающий список) и частотного диа-
пазона (поле ввода), как правило, по формату Ртах, Fmin. Отрицательные значения
частоты не допускаются. Обязательно должны быть указаны оба параметра (Ртах,
Fmin) иначе расчет не производится. Из списка можно выбрать следующие способы
изменения частоты:
Auto — автоматический подбор шага по частоте на основе контроля максимально-
го приращения функции первого графика. Автоматический побор шага является стан-
дартным выбором и используется наиболее часто.
Linear — расчет с постоянным линейным шагом по частоте. Здесь на каждом шаге
расчета частота получает одинаковое приращение путем добавления постоянной ве-
личины шага. Шаг по частоте выбирается исходя из заданного количества расчетных
точек Бит Ьег of Ðoòtÿ.
Log — расчет с постоянным шагом на логарифмической шкале частоты. Здесь на
каждом шаге расчета частота умножается на одно и то же значение, в результате чего
между точками расчета будут одинаковые расстояния на логарифмической шкале.
Шаг по частоте выбирается исходя из заданного количества расчетных точек Number
of Ðo!ïts.
List — расчет для значений частот, перечисленных списком через запятую в поле
частотного диапазона (например, lE8, l Е7, 5E6). В этом случае, в отличие от осталь-
ных способов, в поле частотного диапазона можно указывать более двух значений
частоты, а не только Fmax u Fmin.
° Number of Points — определяет число строк в таблице файла числового вывода
< мясхемы&g ; апои число то екпоч стоте ( ~),вк торыхпроизв дится асче
тотных характеристик при выборе изменения частоты Linear u Log.
° Temperature — диапазон изменения температуры в градусах Цельсия; при вы-
боре параметра Linear или Log имеет формат High [,Low[,Step]]; если параметр Step
(шаг) опущен, то выполняется анализ при двух значениях температуры Low (мини-
мальный) и High (максимальный), если опущены оба параметра Low и Step, то расчет
проводится при единственной температуре, равной High.
° Maximum Change, 'Ь вЂ” максимально допустимое приращение графика первой
функции на интервале шага по частоте (в процентах от полной шкалы). Принимается
во внимание только при выборе опции изменения частоты Auto. Если график функции
изменяется сильнее, то шаг приращения частоты автоматически уменьшается.
° Noise Input — имя входного источника сигнала, используемого при расчете шу-
мовых параметров (дБ).
° Noise Output — номера (или имена) узлов выходных зажимов цепи, в которых
вычисляется спектральная плотность напряжения выходного шума схемы (дБ).

Рис. 9.35. Окно «АС Analysis Limits»
DC Analysis — расчет по постоянному току
Это меню служит для расчета по постоянному току и вывода результатов анализа
для данной схемы. Командой Limits (см. рис. 9.36) вызывается следующий список
параметров:
° ЧапаЫе 1 — задание первой варьируемой переменной. В графе Method выбира-
ется метод варьируемой переменной:
Auto — выбираемый автоматически с целью достижения от точки к точке графика
в 'Ъ не более, чем указано в позиции Maximum Change.
Linear — линейный, задаваемый в графе Range по формату
<end>[,<start&gt [,&l ;step&gt ]].Если опус итьпа ам тр tep( аг),т шаг
ным (start — end I 50). Если опустить параметр Start, то начальное значение будет при-
равнено к нулю. Переменная Variable 1 начинает изменяться от значения start. После-
дующие значения указанной переменной рассчитываются добавлением шага step u
так до тех пор, пока не будет достигнуто конечное значение end.
Log — логарифмический, задаваемый в графе Range по формату
<end>[,<л~аг~&gt [,<step gt;]].П р меннаяV riableIн чи аетизме яться
Последующие значения указанной переменной рассчитываются умножением на step u
так до тех пор, пока не будет достигнуто конечное значение end.
List — в виде списка значений, разделяемых запятыми по следующему формату:
<vl>[,<v2>[,<v & t;]. .[,&lt vN>]]. этом лучаепеременна про
нимает значения из списка.
° Name — это поле указывает имя варьируемой переменной Variable 1. Это могут
быть: величины источника постоянного напряжения или тока; температура; значения
одного из параметров модели компонентов, имеющих математические модели; значе-
ния символической переменной.

ДА. Переиелкин
230
Рис. 9.36. Окно «DC Analysis Limits»
° Range — указывает диапазон изменения переменной и шаг, зависящий от мето-
да изменения переменной: линейного или логарифмического.
° Variable 2 — задание второй варьируемой переменной. Определяется полями
Method, Name u Range. Для значений, указываемых в этих полях, используются те же
правила, что и перечисленные выше для переменной Variable 1.
° Temperature — диапазон изменения температуры в градусах Цельсия. Имеет
поля Method u Range. Поле Method указывает один из методов изменения температу-
ры: линейный (Linear) и список (List). Поле Range при выборе линейного (Linear) и
логарифмического (Log) методов изменения имеет формат High [,Low[,gãåð]].
° Number of points — количество точек данных, по которым осуществляется ин-
терполяция при построении графиков, или количество строк в таблице вывода ре-
зультатов (питег|с output). По умолчанию устанавливается равным И и всегда уста-
навливается нечетным, для того чтобы получалось четное количество интервалов.
° Maximum Change, % — максимальный процент изменения на любом шаге
входного сигнала. Принимается во внимание только при выборе метода Auto измене-
ния переменной Variable 1. Представляет собой максимально допустимое прираще-
ние графика первой функции на одном шаге. Если график функции изменяется силь-
нее, то шаг приращения первой переменной автоматически уменьшается.

Заключение
На современном этапе развития и использования современных электрон-
ных устройств наиболее актуальное значение приобрели оценка их быстродей-
ствия и функциональности, вопросы анализа н проектирования оптимальных
структур с заданными техническими характеристиками и параметрами.
Российские предприятия для повышения качества продукции и услуг, мо-
дернизации технологического процесса используют разли шые техиологии и
оборудование разли шых поставщиков, что создает определениые трудности
при интеграции, модернизации и техническом обслуживании.
В связи с этим дальнейшее развитие электронных устройств неразрывно
связано с вопросами обработки информации, где особая роль отводится инте-
гральной схемотехнике. Для повышения быстродействия элементов и необхо-
димой степени их функциональносз и в ингсгральных схемах применяются раз-
личные методы проектирования, аиилиза и синтеза.
В данном учебном пособии рассмотрены теоретические и практические ас-
пекты разработки и схемотехнического проектирования современиых усили-
тельных устройств. В сжатой и доступной форме последовательно изложены
принципы и режимы работы усилителей, Ilx схемы включения, усилительные
свойства и вольт-амперные характеристики. 1!риведены классификация усили-
1елей, их осиовиые параметры и характеристики, спосооы расчета в различных
режимах работы, а также практические схемы термостабилизации усилитель-
иых каскадов. Рассмотрено ирименеиие обратной связи в усилительных уст-
ройствах и ее влияние на иолосу проиускаиия сигналов. Приведены частотиые
характеристики и параметры усилительных устройств на транзисторах во всем
диаиазоне частот. Рассмотрены ирактические схемы усилительных устройств
на дифференциальных каскадах и операционных усилителях, а также практиче-
ские схемы пассивных н активных фильтров. Также в учебном пособии особое
место отводится вопросам разработки и проектирования миогокаскадиых уси-
лительных устройств специального назначения в соответствии с заданными
техиическими характеристиками и параметрами.
В результате изучения данного учебного пособия студенты усвоят принци-
пы функционирования усилительных устройств, способы их разработки и про-
ектирования, а также методы анализа и расчета их статических и динамических
параметров.
Материал учебного пособия сопровождается большим числом иллюстра-
тивного материала и практических примеров, что поможет студентам правиль-
но проектировать усилительные устройства, выбирать необходимые схемотех-

232
Зандак)чепис
нические варианты их исполнения, модернизировать и улучшать их функцио-
нирование.
Настоящее учебное пособие соответствует ФГОС-3 и программе курса
«Электротехника, электроника и схемотехника» студентов, обучающихся по
направлению 09030I «Информатика и вычислительная техника».
Данная книга мо> етта жеб тьиспользов н вкачес весправочн го
собия не только студентами указанного направления, но и специалистами в об-
ласти разработки и проектирования радиоэлектронных устройств.

Список литературы
1. Амелина М.А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирова-
ния Micro-Сар 8. М.: Горячая линия — Телеком, 2007. 464 с.
2. Аронов В.Л., Баюков А.В., Зайцев А.А. Полупроводниковые приборы:
транзисторы. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1983. 904 с.
3. Брежнева К.М., Гантман Е.И., Давыдова Т.И. и др. Транзисторы для ап-
паратуры широкого применения: справочник. М.: Радио и связь, 1981. 656 с.
4. Гаврилов Л.П. Нелинейные цепи в программах схемотехнического про-
ектирования. М.: СОЛОН-Р 2002. 368 с.
5. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автомати-
ке. М.: Энергоатомиздат, 1987. 320 с.
6. Зайцев А.А., Миркин A.È., Мокряков Е3.В. и др. Полупроводниковые
приборы. Транзисторы средней и большой мощности: справочник. М.: Радио и
связь, 1989. 640 с.
7. Лам Г. Аналоговые и цифровые фильтры. Расчет и реализация / ~юд ред.
И.11. Теплюка. М.: Мир, 1982. 592 с.
8. Миловзоров О.В., Панков И.Г. Электроника: учебник для вузов. М.: Выс-
шая школа, 2004. 288 с.
9. Ногин В.Н. Аналоговые электронные устройства. М. Радио и связь, 1992.
300 с.
IO. Опадчпй Ю.Ф., Глудкин О.I I.,!'уров A.È. Аналоговая и цифровая злек-
троника (полный курс): учебник для вузов. М.: I орячая линия — Телеком, 2005.
768 с.
11. Остапенко Г.С. Усилительные устройства. М. Радио и связь, 1989.
399 с.
l2. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью М1сro-Сар
7. М.: Горячая линия — Телеком, 2003. 368 с.
13. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: спрзво шое руко-
водство. М.: Мир, 1982. 512 с.
14. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в двух томах. М.: Мир,
1983. — Т. 1. 598 с.
15. Якубовский С.В., Ниссельсон Л.И., Кулешова В.И. и др. !цифровые и
аналоговые интегральные микросхемы: справочник. М.: Радио и связь, 1989.
496 с.

СОДЕР)КАНИЕ
Введение
..6
... 9
1.6.2. ВЛХ транзистора с О'.Э .
21
25
25
29
32
.33
37
.. ..... 3 7
38
.40
2.1.3. Эквивалентная схема! IТУ! !
.44
.45
и-каналом .. 46
р-каналом .. 46
47
,... 48
.49
с встроенным каналом.
2.2.6. Конструкция MOI1-транзистора
50
с индуцированным и-каналом.
ГЛАВА 1. Биполярные транзисторы ....
1.1. Принцип работы биполярного транзистора..............
1.2. Условное обозначение биполярного транзистора
1.3. Режимы работы биполярных транзисторов
1.4. Схемы включения биполярных транзисторов ...
1.5. Характеристики и параметры биполярных транзисторов.............
1.5.1. Схема транзистора с ОЬ .
1.5.2. Схема транзистора с О') ..
1.5.3. Схема транзистор» с ОК .....................................................
1.6. С.~ атические характерист ики биполярных транзис горов ..............
1.6.1. BAX транзистор» с ОЬ..............
1.7. Усилительные свойства и эквивалентные схемы БТ
1.7.1. Схема включения транзистора с ОЬ
1.7.2. Схема включения транзистора с О.'Э
1.7.3. Схема включения транзистора с ОК ..
1.8. /г-нараметры биполярных транзисторов.....
1.8.1. />-параме рыбиполярн готранзист р с
1.8.2. h-параметры бинолярного транзистора с О;Э ..
ГЛАВА 2. Полевые транзисторы......
2.1. 11олевые транзисторы с уп ранля ющ и м р-и-переходом
2.1.1. ГIринцип рабо!'ы 11ТУ11
2.1.2. BAX ПТУI I.
2.2. I!олевые транзисгоры с изолированным затвором
2.2.1. Конструкция MOI I-~ ранзистора с встроенным
2.2.2. Конструкция МОП-транзистора с встроенным
2.2.3. 11ринцип работы МОП-транзистора
с встроенным каналом.
2.2.4. ВАХ и-канального MOI ]-транзистора
с встроенным каналом
2.2.5. ВАХ р-канального МОГI-транзистора
1'7
13
13
15
17
18
18

Содерлсапис
236
109
. 110
116
117
120
120
122
123
127
127
130
130
133
. 139
. 140
. 142
146
. 146
. 147
. 151
154
. 155
. 155
ГЛАВА 5. Частотные характеристики усилительных каскадов ...........
5.1. Частотные характеристики усилительного каскада с ОЭ ...........
5.1.1. Частотные характеристики усилительного каскада с ОЭ
в области средних частот
5.1.2. Частотные характеристики усилительного каскада с ОЭ
в области низких частот.
5.1.3. Частотные характеристики усилительного каскада с 03
в области высоких частот
5.1.4. Обобщенная Л~1Х и ФЧХ каскада с О;Э
5.2. 1астотные характеристики усилительного каскада с Ob...........
5..1. Частотные характеристики усилительного каскада с ОЬ
в области средних густот
5.2.2. Частотные характеристики усилительного каскада с ОЬ
в области низких частот.
5.2.3. Частотные характеристики усилительного каскада c Ob
в области высоких частот
5.3. Частотные характеристики усилительного каскада с ОК ...........
5.3.1. Частотные характеристики усилительного каскада с ОК
в области средних частот
5.3.. Частотные характеристики усилительного каскада с ОК
в области низких частот.
5.3.3. Частотные характеристики усилительного каскада с ОК
в области высоких частот
ГЛАВА 6. Дифференциальный каскад .
6.1. Назначение и основные особенности ДК
6.2. Анализ парамстров ДК...............................
6.3. ДК с ГСТ на полевом транзисторе .
6.4. Входное сопротивление ДК
6.5. Схемотехнические меры повышения
входного сопротивления ДК.
ГЛАВА 7. Операционный усилитель.
7.1. Назначение и обозначение ОУ на схемах
7.2. Принципиальная схема ОУ ..
7.3. Выходной каскад ОУ.
7.4. Основные параметры ОУ
7.5. Применение ОУ в линейном режиме с обратными связями
(решающие усилители)
7.6. Идеальный ОУ
101
101
102
106

Со()с~~.мс(((((й'
237
158
7.7. Инвертирующий усилитель напряжения .....................
7.8. Схема дифференцирования входного сигнала.......................
7.9. Схема интегрирования входного сигнала ............
7.10. Сумматор напряжений на ОУ
7.11. Неинвертирующий усилитель напряжения..................
7.12. Схема вычитания напряжений..............................................
. 158
160
164
166
168
172
175
176
172
172
172
. 174
176
. 177
177
178
178
8.4.2. Обобщенное описание ФВЧ.
8.4.3. ФНЧ второго порядка с OOC (структура
8.4.4. ФНЧ второго порядка с ПОС (структура
8.4.5. ФВЧ второго порядка с ООС (структура
8.4.6. ФВЧ второго порядка с 11ОС (структура
8.4.7. Активный резонансный (узкополосный1
на основе 2Т-образного моста ..
8.4.8. Активный режекторцый фильтр
на основе 2Т-образного мос т» .
8.4.9. Активный паласовой фильтр.
8.5. Активные фильтры третьего порядка.
ГЛАВА 9. Проектирование усилительных устройств.
9.1. Цели и тематика курсового проектирования.
9.1.1. Тематика курсового проектирования
9.2. Методические указания по выполнению
............. 1 79
1'ауха)................
Саллен — 1&lt и)...
Рауха)................
Саллен — Ки) ......
фильтр
179
180
l 81
182
182
186
.......... . ... 1 87
1 8 7
.......... ° .... 1 87
1 90
курсового проектирования.
ЛАВА 8а Фильтры е ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °
Г
8.1. Классификация и основные параметры фильтров.
8.2. Пассивные фильтры ...............................................................
8.2.1. Фильтры нижних частот...............................................
8.2.2. Фильтры верхних частот
8.2.3. Режекторный фильтр на основе 2Т-образного мостз ........
8.3. Активные фильтры первого гирядка.
8.3.1. Активный ФНЧ первого порядка на оснонс
неинвертирующего ОУ ......
8.3.2. Активный ФНЧ первого порядок» на основе
инвертирующего ОУ .
8.3.3. Активный ФВЧ первого порядка на основе
инвертирующего ОУ
8.4. Активные фильтры второго порядка
8.4.1. Обобщенное описание ФНЧ .

Содержапис
238
190
усилительных каскадов . ... 193
9.2.3. Расчет промежуточного (входного) каскада усилителя .... 2 I 0
9.2.6. Расчет цепи обратной связи )14
9.3. Моделирование усилителя переменного сигнала...................... 215
215
9.3.2. Моделирование усилителя без OOC" ........................ 218
9.3.3. М одел и рован ие усилителя с ООС ................................... 219
').4. Г!остроение характеристики М&lt &gt & t; в)
9.5. Построение БАХ транзистора в пакете Micro-Сар ..... 221
Закл ючен ие.
Список литературы .
233
9.2.). Расчет коэффициента усиления по напряжению
усилителя.
9.2.2. Статический и динамический режимы работы
9.2.4. Расчет емкостных элементов усилителя .
9.2.5. Расчет коэффициента усиления
многокаскадного усилителя
93.1. Моделирование выходного каскада.
9.6. 1!ример моделирования в пакете Micro-Cap.
213
213
22"
)31

Д.А. Перепелкин
6иеиютаиииа
'gNNOIIIhR gTgINN3
Рассмотрены теоретические и практические
аспекты разработка н проектнрованнв современных
усилительных устройств. Приведены способы матема-
тического описания их работы, а также основы анализа
и синтеза устройств с заданными техническими харак-
теристиками и параметрами.
Для студентов, обучающихся Ilo направления
090301 — «Информатика и вичислитвльная техникаэ,
а также специалистов в области разработки и проекти-
рования радиоэлектронных устройств.
ISBN 978-5-9912-0456-9
) °
° °
111
9 785991 204569