Программа дисциплины

1.2.1. Содержание дисциплины

Введение. Определение аналоговых электронных устройств. Принципы их построения, особенности функционирования и области применения. Усилительные устройства и их роль при построении устройств обра­ботки аналоговых сигналов. Краткий исторический обзор развития отечественной аналоговой техники. Тенденции ее развития. Значе­ние дисциплины «Схемотехника аналоговых электронных устройств» для подготовки бакалавров; ее содержание и связь с другими дис­циплинами учебного плана.

Качественные показатели и характеристики аналоговых электронных устройств, требования, предъявляемые к аналоговым электронным устрой­ствам. Показатели и характеристики, определяющие усиление, преоб­разование и искажения аналоговых сигналов. Входные и выходные по­казатели, коэффициент усиления, амплитудно-частотная характеристика, фазовая характеристика, амплитудная характеристика, коэффициент нелинейных искажений и переходная характеристика аналоговых электронных устройств (АЭУ). Обратная связь и ее влияние на показатели и характеристики аналоговых электронных устройств.

Принцип и назначение обратной связи. Основные способы ее обеспечения. Влияние обратной связи на основные показатели и ха­рактеристики усилительных устройств и аналоговых устройств, пос­троенных на их базе, а также на чувствительность этих устройств к изменению параметров их элементов. Устойчивость устройств, охва­ченных отрицательной обратной связью, и ее оценка с помощью раз­личных критериев.

Обеспечение и стабилизация режима работы транзисторов по постоянному току.

Цепи питания, обеспечивающие режим работы транзисторов по постоянному току. Значение этих цепей.

Обеспечение необходимого режима работы транзисторов по пос­тоянному току с помощью простейших цепей. Влияние условий эк­сплуатации и разброса значений параметров транзисторов на режим их работы по постоянному току; необходимость стабилизации тока покоя выходной цепи транзистора.

Генераторы стабильного тока СГСТЭ и их использование для обеспечения стабилизации токов покоя транзисторов. Расчет значе­ний сопротивлений резисторов ГСТ, при которых обеспечиваются за­данные значения его тока покоя и дифференциального сопротивле­ния.

Стабилизация режима работы транзисторов по постоянному току с помощью отрицательной обратной связи. Цепи, обеспечивающие ста­билизацию в одиночных каскадах. Обеспечение и стабилизация режи­ма работы транзисторов по постоянному току в многокаскадных ус­тройствах с непосредственной связью между каскадами; дрейф нуля.

Каскады предварительного усиления.

Требования, предъявляемые к каскадам предварительного усиле­ния, и особенности их анализа, связанные с малым уровнем входно­го сигнала, при котором нелинейность характеристик транзистора можно не учитывать.

Применение эквивалентных схем для анализа каскадов предвари­тельного усиления. Модели усилительных элементов, используемые при анализе этих каскадов. Построение эквивалентных схем рассмат­риваемых аналоговых электронных устройств. Применение ЭВМ для расчета аналоговых электронных устройств по полным эквивалентным схемам. Упрощение эквивалентных схем для проведения расчетов, не связанных с применением ЭВМ.

Применение усилительных элементов, состоящих из нескольких транзисторов (составных транзисторов).

Усилительные каскады с транзисторами, включенными с общим эмиттером и общим истоком. Резисторные каскады предварительного усиления, их принципиальные и эквивалентные схемы. Применение ди­намической нагрузки. Коэффициент усиления, частотные характерис­тики каскада в области верхних частот и переходные характеристи­ки в области малых времен. Площадь усиления резисторного каскада.

Применение цепей коррекции для увеличения площади усиления и получения частотных и переходных характеристик заданной формы.

Усилительный каскад с транзистором, включенным с общим кол­лектором и общим стоком. Эмиттерный и истоковый повторители.

Усилительный каскад с транзистором, включенным с общей базой.

Чувствительность характеристик резисторного каскада к изме­нению значений параметров его элементов.

Дифференциальный усилительный каскад. Основные свойства и расчет этого каскада. Коэффициенты усиления по дифференциальному и синфазному сигналам. Относительное ослабление синфазной состав­ляющей сигналов. Дифференциальные усилительные каскады с повышен­ным значением коэффициента усиления и входного сопротивления. Применение токового зеркала в дифференциальном каскаде.

Частотные искажения в области нижних частот и искажения вершины прямоугольного импульса, возникающие в резисторных каскадах переменного тока вследствие наличия разделительных конденсаторов и блокировочных конденсаторов в эмиттерной (истоковой) цепи уси­лительного элемента.

Входные каскады усилителей предварительного усиления и их шумовые свойства.

Выходные усилительные каскады.

Требования, предъявляемые к выходным каскадам усиления и особенности их расчета, обусловленные использованием большого участка передаточной характеристики, нелинейность которой необхо­димо учитывать.

Режимы работы усилительных элементов в усилительных каска­дах. Коэффициент полезного действия и допустимая мощность рассея­ния на транзисторе с учетом температуры окружающей среды и нали­чия радиатора.

Однотактные каскады. Построение выходных динамических характеристик. Определение нелинейных искажений.

Двухтактные оконечные каскады. Особенности работы и свой­ства двухтактных каскадов. Применение режимов В и АВ. Нелинейные искажения в двухтактных каскадах. Бестрансформаторные двухтак­тные каскады.

Операционные усилители. Значение операционных усилителей в современной радиоэлектро­нике. Основные показатели операционных усилителей и предъявляе­мые к ним требования. Типовые структуры и каскады операционных усилителей. Сдвиги нуля выходного напряжения и их компенсация. Макромодели операционных усилителей. Применение обратных связей для создания устройств аналоговой обработки сигналов. Обеспече­ние устойчивости операционных усилителей, охваченных обратной связью.

Инвертирующие и неинвертирующие усилители с заданным точ­ным значением коэффициента усиления; повторители напряжения. Устройства, осуществляющие суммирование, вычитание, дифференциро­вание, интегрирование, логарифмирование и антилогарифмирование. Аналоговые перемножители и делители. Основные применения.

Активные RC-фильтры. Аппроксимация амплитудно-частотных характеристик фильтров. Способы реализации активных RC-фильтров. Каскадная реализация фильтров на базе звеньев первого и второго порядков. Звенья фильтров, в которых используются частотно-зависимые цепи отрица­тельной или положительной обратной связи.

Заключение. Направления и перспективы развития аналоговых электронных устройств.

1.2.2. Примерный перечень тем лабораторных занятий

Исследование резисторного усилительного каскада на полевых транзисторах.

Исследование резисторного усилительного каскада на биполярных транзисторах.

Исследование импульсного усилителя.

Исследование двухтактного выходного каскада.

Исследование повторителей напряжения.

Исследование операционного усилителя.

Исследование аналоговых устройств, построенных на базе опе­рационных усилителей.

С точки зрения обеспечения эффективного усвоения материала курса при выполнении лабораторных работ важно, что­бы эти работы выполнялись студентами после проработки ими соот­ветствующего материала и усвоения порядка проведения эксперимен­тальной части работы. Поэтому допуск студентов к выполнению соот­ветствующей работы целесообразно осуществлять только после того, как они во время предварительного опроса покажут соответствующие знания.

1.2.3. Курсовой проект

Каждому студенту выдается индивидуальное задание, связанное с разработкой несложного аналогового электронного устройства.

При выполнении курсового проекта студенты проводят предвари­тельный расчет и составляют структурную и принципиальную схемы разрабатываемого устройства. Исходя из общих требований, предъяв­ляемых к показателям этих устройств, формулируют требования к по­казателям их отдельных каскадов и цепей; выбирают и рассчитывают значения параметров радиокомпонентов, при которых обеспечиваются необходимые показатели и характеристики разрабатываемых ус­тройств, выбирают необходимые микросхемы. После выбора схемы и расчета значений параметров ее элементов производится расчет ос­новных показателей разработанного устройства и их сравнение с за­данными показателями. Этот расчет целесообразно проводить с по­мощью ЭВМ, используя пакеты программ анализа электронных цепей. Необходимо, чтобы при оформлении курсового проекта соблюдались требования ГОСТов ЕСКД.