Введение

В радиоэлектронных системах различного назначения первичные датчики и детекторы преобразуют физические воздействия разного рода в адекватные электрические сигналы, основные параметры которых в большинстве случаев не соответствуют нормальной работе последующих преобразовательных или исполнительных устройств. Поэтому широко используются разнообразные усилители электрических сигналов. Сегодня трудно определить область науки и техники, где бы ни применялись усилительные устройства (УУ). К примеру, уровень электрического сигнала на выходе типового датчика температуры составляет единицы милливольт, что недостаточно для работы следующих каскадов преобразования сигналов. В то же время стабилизация температурного режима ядерного реактора требует электрического сигнала мощностью в десятки киловатт. Для решения этих задач сигналы с датчиков, детекторов или управляющих устройств увеличиваются по мощности в УУ.

Проектирование УУ с применением традиционных методик и средств является сложным эвристическим и итерационным процессом, успех которого определяется знаниями и опытом разработчика электронных средств. Студентам, естественно, на начальном этапе обучения сложно разобраться в многообразии существующих схемных решений и методик расчетов УУ. Следовательно, необходимо, прежде всего, изучить устройство, принцип работы и алгоритмы ручного проектирования менее сложных функциональных узлов, к примеру, однокаскадных широкополосных или импульсных УУ на дискретных компонентах. Освоив приемы общепринятых методик и вычислительных средств, можно переходить к моделированию однокаскадных и более сложных УУ, используя современные компьютерные программы такие, как PSPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis). Последующее углубленное изучение проектных средств связано с освоением и применением дополнительных программ системы автоматизированного проектирования OrCAD (Spice Schematics, Stimulus Editor, Model Editor, PSPICE Optimizer, Probe) или других профессиональных пакетов программ.

В данном пособии основное внимание уделено рассмотрению непосредственных вопросов структурного и покаскадного проектирования УУ в предположении, что необходимые теоретические сведения и практические навыки получены студентами на лекционных, практических и лабораторных занятиях.

Проектирование УУ представлено в строго определенной последовательности. В первом и втором разделах изложены цели и задачи проектирования, назначение и структурные схемы УУ, а также их классификация, основные параметры и характеристики. В третьем разделе приведены расчеты структурной схемы УУ и расчеты оконечного каскада по постоянному и переменному току в области нижних и верхних частот. Особенности расчетов промежуточных и предварительных каскадов представлены в четвертом разделе. В отдельные разделы включены алгоритм расчета УУ в области нижних частот и порядок расчета регулировок усиления. Заключительный раздел посвящен расчету результирующих параметров и характеристик многокаскадного УУ и общим вопросам проектирования.

В приложениях А, Б, В, Г приводятся соответственно техническое задание к расчету аналитическим способом трехкаскадного усилителя, пример расчета оконечного каскада широкополосного УУ, пример расчета и моделирования с помощью программы WorkBench предварительного усилителя на полевом транзисторе и пример моделирования однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе посредством программы схемотехнического проектирования PSPICE.

Представленная в пособии методика, примеры расчета и моделирования многокаскадных широкополосных усилителей могут быть использованы студентами для выполнения курсовых проектов, расчетно-графических и курсовых работ.