Республики Беларусь «24»

1   ...   25   26   27   28   29   30   31   32   33

Утверждена

Председатель УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-064/тип.


АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальностям I-39 01 01 Радиотехника;

I-39 01 02 Радиоэлектронные системы


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.


Составитель:

Попов Э.Г., доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук


Рецензенты:

Арчаков А.А., главный метролог Белорусского государственного института метрологии, старший научный сотрудник, кандидат технических наук;

Калашников Г.А., заведующий кафедрой радиоэлектроники Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж», кандидат технических наук;

Кафедра телекоммуникационных систем Учреждения образования «Высший государственный колледж связи» (протокол № 6 от 19.02.2003 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 9 от 03.03.2003 г.);

Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 8 от 10.03.2003 г.)


Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)


Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.108-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Аналоговые электронные устройства» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.108-98 для студентов специальностей I- 39 01 01 Радиотехника, I-39 01 02 Радио-электронные системы высших учебных заведений.

Дисциплина «Аналоговые электронные устройства» находится на стыке дисциплин, обеспечивающих базовую теоретическую и инженерную подготовку радиоинженера. Фундаментальной основой для изучения дисциплины являются знания, полученные в курсах «Высшая математика», «Физика», «Основы теории цепей», «Электронные приборы», «Радиоматериалы», «Радиокомпоненты и основы микроэлектроники», «Радиотехнические цепи и сигналы» и др.

Целью преподавания дисциплины «Аналоговые электронные устройства» является формирование у студентов знаний и навыков, позволяющих осуществлять анализ и схемотехническое проектирование электронных усилителей и устройств аналоговой обработки электрических сигналов, построенных на их основе.

В свою очередь, дисциплина «Аналоговые электронные устройства» служит базовой для изучения ряда специальных дисциплин – «Основы генерирования и формирования радиосигналов», «Основы приема и обработки радиосигналов», «Основы телевидения», «Радиотехнические системы» и др.

Типовая программа «Аналоговые электронные устройства» рассчитана на 121 учебный час. Примерное распределение часов по виду занятий: лекций – 51 час, лабораторных занятий – 34 часа, практических занятий – 34 часа, курсовое проектирование -3 часа.

В результате изучения дисциплины «Аналоговые электронные устройства» студент должен:

знать:

- общие принципы усиления электрических сигналов;

- принципы построения и функционирования базовых усилительных каскадов на различных электронных приборах;

- режимы работы усилительных элементов и методы их задания и стабилизации;

- принципы использования усилителей для создания устройств, предназначенных для различной обработки электрических сигналов;

- принципы использования обратной связи для получения устройств с заданными характеристиками;

уметь:

- анализировать работу различных аналоговых схем;

- проектировать различные усилительные каскады на различных усилительных элементах по заданным параметрам;

- использовать усилители для целенаправленной обработки аналоговых сигналов;

- анализировать работоспособность аналогового устройства по его принципиальной схеме;

приобрести навыки:

- построения усилительных каскадов и их использования для обработки электрических сигналов;

- расчета всех цепей, обеспечивающих режим и работоспособность усилительных каскадов различного назначения;

- использования обратной связи для целенаправленного изменения параметров усилительных устройств;

- экспериментального исследования аналоговых устройств различного назначения.


СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

Цель и задачи дисциплины, связь с другими дисциплинами, методические указания по изучению. Определение АЭУ, области применения и классификация. Краткий исторический обзор и тенденции развития аналоговой электронной техники. Определение усилительного устройства. Усилитель – основной элемент АЭУ. Классификация усилителей. Виды каскадов АЭУ, способы межкаскадной связи.


Раздел 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЕЙ


Коэффициенты передачи, входные и выходные данные усилителей. Частотная, фазовая и переходная характеристики, связь между ними. Линейные и нелинейные искажения сигнала, нормирование искажений. Шумы и помехи. Амплитудная характеристика и динамический диапазон. Стабильность усилителей. Нормирование параметров усилителей различного назначения, связь с технико-экономическими показателями.


Раздел 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ


Усилитель – как четырехполюсник. Определение и классификация обратных связей, способы организации. Количественная оценка обратной связи. Влияние обратной связи на параметры усилителей (коэффициенты передачи, входные и выходные импедансы, частотную, фазовую и переходную характеристики, динамический диапазон и др.). Устойчивость усилителей, охваченных ОС. Оценка устойчивости с помощью различных критериев.


Раздел 3. БАЗОВЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ


Свойства усилительных элементов при различных способах включения по сигналу. Использование эквивалентных схем для анализа параметров каскадов в частотной и временной областях. Усилительные каскады на биполярных транзисторах, включенных по схемам с общим эмиттером, с общей базой и общим коллектором. Сравнительный анализ параметров. Каскады на полевых транзисторах, включенных по схемам с общим истоком, с общим стоком и общим затвором.


Раздел 4. РЕЖИМЫ РАБОТЫ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В УСИЛИТЕЛНЫХ КАСКАДАХ


Статические и динамические характеристики усилительных элементов. Режимы А, В, С и D, основные энергетические показатели режимов. Нестабилизированные цепи питания биполярных транзисторов, причины дрейфа режима по постоянному току. Стабилизация режима с помощью ООС. Параметрическая стабилизация. Цепи питания биполярных и полевых транзисторов. Генераторы стабильного тока (ГСТ) на транзисторах, их применение.


Раздел 5. КАСКАДЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ


Резисторные каскады предварительного усиления, их принципиальные и эквивалентные схемы. Оценка основных параметров каскада (входные и выходные сопротивления, коэффициенты усиления, нелинейные искажения). Анализ частотных, фазовых и переходных характеристик. Влияние разделительных и блокировочных конденсаторов на формирование частотных и переходных характеристик. Динамический диапазон каскадов предварительного усиления. Каскады с повышенным входным сопротивлением на биполярных и полевых транзисторах. Применение составных транзисторов.


Раздел 6. ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ


Особенности работы каскадов в режиме большого сигнала. Требования, предъявляемые к выходным каскадам. Виды выходных каскадов. Однотактные выходные каскады. Построение нагрузочных характеристик. Гармонический анализ выходного сигнала по динамическим характеристикам. Двухтактные выходные каскады. Особенности работы и свойства двухтактных каскадов. Энергетические показатели и диаграммы мощности двухтактного каскада в режиме В. Методы стабилизации режима по постоянному току в двухтактных каскадах при работе с отсечкой тока. Выходные каскады с повышенным КПД. Работа в режиме D с широтно-импульсной модуляцией.


Раздел 7. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ


Широкополосные усилители (ШУ) с коррекцией частотных и переходных характеристик. Методы коррекции характеристик. Дифференциальные усилители (ДУ) на биполярных и полевых транзисторах. Принцип действия, параметры в режиме малого сигнала. Улучшение параметров ДУ применением ГСТ и токового зеркала. Усилители постоянного тока (УПТ). Дрейф нуля. Принципы построения, обеспечение минимального дрейфа характеристик. Усилители постоянного тока прямого действия. Усилители постоянного тока с преобразованием. Особенности усилительных каскадов с трансформаторной и дроссельной связью. Усилительные каскады с динамической нагрузкой. Каскодный усилитель. Магнитные усилители. Емкостные усилители. Усилители с распределенной нагрузкой.


Раздел 8. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В АЭУ


Основные показатели операционных усилителей (ОУ), предъявляемые к ним требования. Типовые структуры и каскады современных ОУ. Макромодели ОУ. Принципы анализа схем на ОУ. Инвертирующее и неинвертирующее включение ОУ. Линейные преобразователи сигналов и на ОУ. Масштабное преобразование. Суммирование и вычитание сигналов. Преобразователи ток-напряжение и напряжение-ток. Дифференциаторы и интеграторы сигналов. Активные фильтры. Нелинейные преобразователи. Логарифматоры и антилогарифматоры. Перемножители сигналов.


Раздел 9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОКАСКАДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ


Распределение частотных, фазовых и переходных искажений в многокаскадном усилителе. Использование обратной связи в многокаскадном усилителе. Устойчивость усилителей с обратной связью. Критерий устойчивости Найквиста. Обеспечение устойчивости многокаскадных усилителей с обратной связью. Паразитные обратные связи и борьба с ними. Обратная связь через источник питания.


Раздел 10. РЕГУЛИРОВКИ В УСИЛИТЕЛЯХ


Устройства, обеспечивающие регулировку усиления. Регулировка частотных характеристик и полосы пропускания. Пассивные и активные регулировки тембра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Тенденции и перспективы развития АЭУ.


ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ


Целью практических занятий является закрепление теоретических знаний, полученных из лекционного курса, и оказание помощи студентам при работе над курсовым проектом.

1. Основные параметры и характеристики АЭУ.

2. Обратные связи в АЭУ, оценка вида, определение глубины ООС, влияние на параметры устройства. Применение обратной связи в АЭУ.

3. Расчет цепей питания биполярных и полевых транзисторов в каскадах АЭУ.

4. Проектирование каскадов предварительного усиления.

5. Расчет выходных каскадов.

6. Расчет широкополосных и дифференциальных усилителей.

7. Анализ схем многокаскадных АЭУ.

8. Расчет аналоговых устройств на ОУ

9. Проектирование устройств аналоговой обработки сигналов с использованием операционных усилителей.


ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМЫХ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ


1. Методы измерения основных характеристик и параметров АЭУ.

2. Исследование резисторного каскада на биполярном транзисторе.

3. Исследование резисторного каскада на полевых транзисторах.

4. Исследование методов коррекции частотных характеристик.

5. Исследование эмиттерного и истокового повторителей.

6. Исследование дифференциального каскада.

7. Исследование бестрансформаторного усилителя мощности.

8. Исследование многокаскадного усилителя с цепями обратной связи.

9. Исследование усилителей и различных АЭУ на ОУ.

Примечание. Отдельные работы могут выполняться с помощью компьютерного моделирования. Для этого желательно использовать современные программы схемотехнического моделирования (например MicroCap 6 и выше).


ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ


В качестве тематики для курсового проектирования могут быть выбраны различные вариации универсальных усилителей сигналов звуковой частоты. Разработка такого усилителя затрагивает большинство тем, изучаемых в курсе. Подобная тематика позволяет студенту приложить свои усилия в направлении формирования частотных характеристик, их коррекции, получения заданной чувствительности, стабильности характеристик, в приобретении сознательных навыков использования обратных связей для получения заданных параметров, анализа и обеспечения температурного режима работы устройства, дает возможность сравнить разработанное устройство с известными аналогичными. При разработке такого усилителя могут использоваться каскады в дискретном и интегральном исполнении. Обязательным является применение методов машинного расчета для определения общих характеристик разрабатываемого устройства.

ЛИТЕРАТУРА


ОСНОВНАЯ

1. Войшвилло Г.В. Усилительные устройства: Учебник для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Радио и связь, 1983.

2. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов. -М.: Радио и связь, 1997.

3. Усилительные устройства: Учебное пособие для вузов./ Под ред. О.В.Головина. -М.: Радио и связь, 1994.

4. Остапенко Г.С. Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1989.

5. Гусев В.Т., Гусев Ю.М. Электроника.- М.: Высш. шк., 1991.

6. Алексеев А.Г. и др. Усилительные устройства. Сборник задач и упражнений: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Г.В.Войшвилло.- М.:Радио и связь, 1986.

7. Кубицкий А.А. Задачи и упражнения по электронным усилителям. - М.: Радио и связь, 1986.


ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Крушев В.Т., Попов Э.Г., Шатило Н.И. Методическое пособие по проведению курсового проектирования по курсу «Аналоговые электронные устройства». - Мн.: БГУИР, 1997.
   
2. Попов Э.Г. Аналоговые электронные устройства: Метод. пособие. В 5 ч. - Мн.: БГУИР, 2002.
   
3. Крушев В.Т., Попов Э.Г., Шатило Н.И. Лабораторный практикум по курсу «Аналоговые электронные устройства». - Мн.: БГУИР, 1997.
   
4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1992.
   
5. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехни­ке. - М.: Мир, 1991.
   
6. Бейтон А., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях.- М.: Бином, 1994.
   
7. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. - М.: Энергоатомиздат, 1987.
   
8. Расчет электронных схем/ Под ред. Г.И.Изъюровой. М.: Высш. шк., 1987.
   
9. Варакин Л.Е. Бестрансформаторные усилители мощности: Справочник. - М.: Радио и связь, 1984.
   
10. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 2 т. Т.1.: Пер. с англ. Изд. 3-е, стереотип.-М.: Мир, 1986.
    
11. Кауфман М.,Сидман А.Г. Практическое руководство по расчетам в электронике: Справочник. В 2 т. Т.1: Пер. с англ.- М.:Энергоато­миздат, 1991.
    
12. Расчет электронных схем/ Г.И.Изъюрова и др. -М.: Высш. шк., 1987.
    
13. Сапаров В.Е.,Максимов Н.А. Системы стандартов в элект­росвязи и радиоэлектронике. -М.: Радио и связь, 1985.
    
14. Усатенко С.Т. и др. Выполнение электрических схем по ЕСКД. Справочник. -М.: Изд. стандартов, 1989.
    
15. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: Справочное пособие/ Э.Т.Романычева и др. -М.: Радио и связь, 1984.