Лекция 1(СТУ)

Cхемотехника

Лектор: д.т.н., профессор, зав. кафедрой Э и С

Филин Владимир Алексеевич

Сайт кафедры Э и С: http://cathseugut.narod.ru

1. Г.В. Войшвилло “Усилительные устройства” 1983 г.

2. Титце У. Шенк К.Полупроводниковая схемотехника. Издание 12, т.1-2, 2007 г.

3. Хоровиц П. Хилл У. Искусство схемотехники. Издание 5, 1998 г.

4. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. 2005 год

5. Программа моделирования электронных схем FASTMEAN: www.fastmean.ru

  Схема - (от греческого слова schema - наружный вид, форма). 1) чертёж, на котором условными графическими обозначениями показаны составные части изделия или установки и соединения или связи между ними. 2) Описание, изложение чего-либо в общих, главных чертах.

Схемотехника - научно-техническое направление, охватывающее проблемы анализа и синтеза электронных устройств радиотехники, связи, автоматики, вычислительной техники и др. в целях обеспечения оптимального выполнения ими заданных функций и расчёта параметров входящих в них элементов. (Москва "Советская энциклопедия" 1989). 

Схемотехника — это наука о проектировании и исследовании схем электронных устройств.

Прочитать схему - значит понять суть её работы. Любое прочтение требует определённых навыков, знаний, как к примеру, мы читаем текст (для этого мы изучали буквы). В основу электронной схемотехники вложен "багаж" элементов схем показывающий физический смысл их работы. 

В рамках электроники^[2] изучаются физические основы функционирования электронных устройств. Рассматривается достаточно «низкий» физический уровень, то есть взаимодействие электронов с электромагнитными полями.

Схемотехника находится на более высоком уровне абстракции, чем электроника: в рамках электроники разрабатываются отдельные «детали» (транзисторы, диоды, электронные лампы и т.д.), а в рамках схемотехники эти детали используются. При этом для схемотехники совершенно не важно, как устроены электронные компоненты и какие физические принципы положены в основу их работы. Схемотехника обычно рассматривает все электронные компоненты как черные ящики (подобно тому, как мы успешно пользуемся мобильными телефонами, не задумываясь об их внутреннем устройстве).

Лекция №1

Классификация усилительных устройств и их основные показатели.

Аналоговые электронные устройства (ЭУ) в телекоммуникациях выполняют следующие функции:

1. Усиление внешнего сигнала;

2. Нелинейное преобразование сигнала ( ограничение, перемножение, сравнение);

3. Фильтрация сигнала;

4. Генерация колебания;

Анализ работы ЭУ основан на общих законах теории цепей.

Электронный усилитель – это такое устройство, которое позволяет управлять электрической энергией источника питания.

Отличительной особенностью такого устройства является превышение управляемой мощности над управляющей. Управляющая мощность носит название мощности возбуждения усилителя или входной мощности . Управляемая мощность представляет собой мощность, потребляемую усилителем от источника питания .

Часть потребляемой мощности, отдаваемая во внешнюю цепь, представляет собой выходную мощность .

Усилитель должен минимально искажать входной усиливаемый сигнал! Усиление это воссоздание более мощной копии слабого электрического сигнала.

Структурная схема усилительного устройства представлена на рисунке:

Усилитель

Источник внешнего усиливаемого сигнала

(возбуждения)

Источник

питания

Нагрузка

Источник возбуждения вырабатывает входную мощность

Выходная мощность, отдаваемая нагрузке будет .

Таким образом, назначением усилителя является повышение мощности источника возбуждения, путём использования его энергии для управления более мощным источником, питающим усилитель. Коэффициент усиления мощности усиления равен:

Усилители находят широкое применение в радиосвязи и радиовещании, телевидении и проводной связи, радиолокации и радионавигации.

Какова эквивалентная схема усилителя по сигналу?

Усилитель – это активный четырехполюсник, к которому подведены источник сигнала и нагрузка.

Что представляет собой сигнал источник возбуждения?

Напряжение или ток входного сигнала могут изменяться во времени по сложному закону:

Такой сигнал может быть разложен в ряд Фурье, что позволит выделить спектр частот, из которых он состоит:

Сигнал возбуждения может быть непериодическим:

Сигнал звуковой частоты: f_min=20 Гц, f_max=20000 Гц

Телевизионный сигнал: f_min=50 Гц, f_max=6 МГц

Сигнал WiFi : f₀ = 2.4 ГГц.

Усилитель, для того, чтобы пропускать сигнал с минимальными искажениями должен иметь соответствующую полосу пропускания:

Полоса пропускания усилителя: ∆f

По полосе пропускания усилители можно классифицировать следующим образом:

• =0 - усилители постоянного тока

• _> 0 - усилители переменного тока

По спектру частот сигнала:

• усилители низкой частоты (усилители звуковой частоты)

• усилители высокой частоты (усилители резонансные, полосовые)

На практике встречается название «широкополосный усилитель». Под ним понимается усилитель, полоса пропускания которого шире определённого предела. Так, если

∆f/f₀>1

то его называют широкополосным усилителем.

Если , ∆f/f₀<<1, то усилитель называют узкополосным.

Таким образом, усилители делят по частоте:

• усилители постоянного тока

• усилители переменного тока

По спектру частот сигнала:

• усилители низкой частоты

• усилители высокой частоты

По виду сигнала:

• усилители гармонических сигналов

• усилители импульсных сигналов

По величине полосы пропускания:

• широкополосные

• узкополосные

Импульсные (широкополосные) усилители:

время нарастания (установления):

Фундаментальное соотношение между верхней граничной частотой усилителя и временем нарастания его переходной характеристики:

Принципиальная схема усилителя звуковой частоты