Схемотехника аналоговых электронных устройств

 

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
__________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
В.В. ДУРКИН, С.В. ТЫРЫКИН, Р.Ю. БЕЛОРУЦКИЙ  
 
 
 
СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ 
ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ 

 
 
Учебно-методическое пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2019 

 

УДК 621.377.061(075.8) 
Д 841 
 
 
Рецензенты: 
профессор Л.Г. Рогулина 
канд. техн. наук, доцент И.С. Савиных 
 
 
Работа подготовлена на кафедре радиоприемных  
и радиопередающих устройств и утверждена  
Редакционно-издательским советом университета  
в качестве учебно-методического пособия 
 
Дуркин В.В. 
Д 841  
Схемотехника аналоговых электронных устройств: учебнометодическое пособие / В.В. Дуркин, С.В. Тырыкин, Р.Ю. Белоруцкий. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. – 88 с. 

ISBN 978-5-7782-3937-1 

Настоящее пособие посвящено теоретическому изучению и экспериментальному исследованию наиболее распространенных функциональных узлов аналоговой схемотехники. Особенность экспериментального исследования в том, что для измерения параметров и характеристик изучаемых узлов используются так называемые виртуальные 
приборы (ВП). Пособие рассчитано на студентов третьего курса, обучающихся по направлениям «Радиотехника» и «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». 
 
 
 
 
 
 
 
УДК 621.377.061(075.8) 
 
ISBN 978-5-7782-3937-1 
© Дуркин В.В., Тырыкин С.В., 
 
Белоруцкий Р.Ю., 2019 
 
© Новосибирский государственный 
 
технический университет, 2019 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение .................................................................................................................. 5 
1. Общие требования и порядок работ .............................................................. 6 
2. Основные определения и термины ................................................................ 8 
3. Описание виртуального измерительного стенда «Мультимер» ............ 10 
3.1. Структурная схема виртуального измерительного стенда  
«Мультимер» .............................................................................................. 10 
3.2. Главное окно виртуального  измерительного стенда ............................. 11 
4. Работа с измерительными приборами ........................................................ 13 
4.1. Осциллограф .............................................................................................. 13 
4.2. Генератор сигналов ................................................................................... 15 
4.3. Вольтметр ................................................................................................... 15 
4.4. Измеритель АЧХ и ФЧХ ........................................................................... 16 
4.5. Измеритель спектра ................................................................................... 17 
4.6. Измеритель амплитудной характеристики и динамического  
диапазона .................................................................................................... 19 
4.7. Сохранение результатов измерений ........................................................ 20 
5. Исследование резисторного каскада предварительного усиления  
(работа № 1) ...................................................................................................... 21 
5.1. Описание схемы лабораторного макета .................................................. 21 
5.2. Основные определения  и теоретические сведения ............................... 22 
5.3. Порядок выполнения работы ................................................................... 34 
Исследование каскада в частотной области ............................................ 34 
Исследование каскада во временной области ......................................... 35 
5.4. Контрольные вопросы ............................................................................... 37 
6. Исследование дифференциального усилителя постоянного тока  
(работа № 2) ...................................................................................................... 38 
6.1. Описание схемы лабораторного макета .................................................. 38 
6.2. Основные определения  и теоретические сведения ............................... 40 

6.3. Порядок выполнения работы ................................................................... 45 
Исследование каскада на постоянном токе ............................................. 45 
Исследование каскада на переменном токе ............................................ 47 
6.4. Контрольные вопросы ............................................................................... 49 
7. Исследование усилителя мощности с бестрансформаторным  
выходом (работа № 3) ..................................................................................... 51 
7.1. Описание схемы лабораторного макета .................................................. 51 
7.2. Основные определения  и теоретические сведения ............................... 53 
7.3. Порядок выполнения работы ................................................................... 60 
7.4. Контрольные вопросы ............................................................................... 64 
8. Исследование видеоусилителя (работа № 4) .............................................. 65 
8.1. Описание схемы лабораторного макета .................................................. 65 
8.2. Основные определения  и теоретические сведения ............................... 67 
8.3. Порядок выполнения работы ................................................................... 77 
8.4. Контрольные вопросы ............................................................................... 80 
Приложение А ....................................................................................................... 81 
Приложение Б ....................................................................................................... 85 
Библиографический список ................................................................................. 87 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Настоящее пособие посвящено теоретическому изучению и экспериментальному исследованию наиболее распространенных функциональных узлов аналоговой схемотехники. Материал полностью соответствует учебным программам по соответствующим дисциплинам. 
При экспериментальном исследовании для измерения параметров и 
характеристик каскадов используются так называемые виртуальные 
приборы (ВП). ВП называется программа, которая совместно с персональным компьютером (ПК) и устройством сопряжения с внешним 
миром реализует функции таких измерительных приборов, как генератор испытательных сигналов, осциллограф, вольтметр, измеритель 
АЧХ и т. п. Эта идея осуществлена с помощью измерительного стенда 
«Мультимер». В качестве устройства сопряжения применен измерительный прибор-приставка к ПК  Handyscope HS3-100.  
Теоретический материал, необходимый для подготовки и защиты 
работ, в достаточном объеме изложен в настоящем пособии и более 
подробно в [1 и 2]. 
 
 
 

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ И ПОРЯДОК РАБОТ 
 
1. Лабораторный практикум по курсам «Схемотехника аналоговых 
электронных устройств» и «Схемотехника телекоммуникационных 
устройств» состоит из четырех работ, каждая из которых рассчитана на 
четыре академических часа. Состав работ, выполняемых студентом, 
определяется требованиями образовательных стандартов и может изменяться в зависимости от направления, по которому обучается студент. 
2. Перед началом лабораторной работы преподаватель проводит 
краткий инструктаж по порядку ее выполнения. На первом занятии 
проводится инструктаж по технике безопасности, после которого студенты расписываются в журнале. Студенты, нарушающие правила 
техники безопасности, привлекаются к административной ответственности вплоть до отчисления из университета. 
3. Для успешного выполнения лабораторной работы необходима 
подготовка, которая включает в себя: 
 изучение теоретического материала, связанного с предстоящей 
работой; 
 ознакомление с принципом работы исследуемых схем и порядком проведения измерений; 
 заготовку отчета, содержащего титульный лист, цель работы и 
схему исследуемого устройства, таблицы для занесения результатов 
измерений. 
4. В конце лабораторной работы студенты предъявляют преподавателю результаты проведенных измерений и получают соответствующую отметку в журнале. Допускается предъявление чернового варианта отчета, при этом чистовой вариант оформляется дома. 
5. Отчет по лабораторной работе в обязательном порядке должен 
содержать следующие элементы: 
 титульный лист установленного образца; 
 цель работы; 

 принципиальные схемы исследуемых узлов; 
 результаты выполнения работы по пунктам; 
 выводы по работе, объясняющие полученные данные и закономерности. 
Обращаем особое внимание на то, что все пункты должны иметь 
поясняющий текст, а полученные результаты должны быть скомпонованы в соответствии с приведенным образцом. 
6. Защита работы проводится в форме собеседования или ответов 
на тестовые вопросы. К защите допускаются студенты, успешно выполнившие программу лабораторной работы и оформившие отчет. Отчеты, оформленные небрежно или не содержащие перечисленных выше пунктов, к защите не принимаются. На одну бригаду, состоящую из 
двух-трех студентов, оформляется один отчет. 
7. Самостоятельно проверить свою готовность к защите студент 
может с помощью контрольных вопросов, приводимых в конце описания каждой лабораторной работы. Следует помнить, что залог успешной защиты – не формальные ответы на контрольные вопросы, а понимание принципов работы исследованной схемы и физических процессов, происходящих в ней. 
8. Лабораторная работа считается защищенной в срок при ее защите на следующем занятии или ранее. Последняя лабораторная работа 
защищается в день ее выполнения или в дополнительно назначенный 
день. 
9. Наличие невыполненных или незащищенных работ лишает студента допуска к экзамену (зачету). 
 
 
 
 
 
 
 

2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ТЕРМИНЫ 
 
Аналоговый сигнал (АС) – это сигнал, параметр которого (например, амплитуда, фаза, частота и т. д.) задается функцией непрерывного 
времени с непрерывным множеством возможных значений. 
Дискретный сигнал (ДС) – сигнал, параметр которого задается 
функцией дискретного времени с непрерывным множеством возможных значений. 
Квантованный сигнал (КС) – сигнал, параметр которого задается 
функцией непрерывного времени с конечным множеством возможных 
значений. 
Цифровой сигнал (ЦС) – сигнал, параметр которого задается функцией дискретного времени с конечным множеством возможных значений, т. е. дискретный во времени сигнал, квантованный по уровню. 
Частота дискретизации (отсчетов) 
д
F  – частота взятия отсчетов 
непрерывного во времени сигнала при его дискретизации, измеряемая 
в герцах. 
Частота Найквиста – частота, равная половине частоты дискретизации.  
Теорема Котельникова. Сигнал с ограниченным спектром (с максимальной частотой 
макс
F
) полностью определяется своими отсчетами, следующими с частотой 
д
(
)
F
, по крайней мере, в два раза большей 
верхней частоты сигнала 
д
макс
2
F
F

.  
Чем выше частота дискретизации, тем более широкий спектр сигнала может быть представлен в дискретном сигнале. 
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в цифровой сигнал.  
Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) – устройство, преобразующее входной цифровой сигнал в аналоговый сигнал. 
Виртуальный прибор (ВП) – измерительная система, в которой функции реального прибора (генератора, вольтметра, осциллографа и т. д.)  
реализуются программным способом  на персональном компьютере.  

Устройство сопряжения (УС) – устройство, осуществляющее 
связь между персональным компьютером и исследуемым аналоговым 
устройством. Оно выполняет функции АЦП и ЦАП. 
Динамический диапазон по компрессии – отношение точки однодецибельной компрессии сигнала, определяемой по амплитудной характеристике, к мощности собственных шумов усилителя. Как правило, 
выражается в децибелах. 
Точка, где отклонение амплитудной характеристики устройства от 
идеальной составляет 1 дБ, называется точкой компрессии или однодецибельной точкой компрессии. Точка компрессии может быть охарактеризована соответствующими уровнями входного или выходного 
сигнала.  
Чувствительность усилителя – минимальное напряжение на входе 
усилителя, при котором обеспечивается заданное превышение полезного сигнала над шумами усилителя.  
Динамический диапазон усилителя – логарифм отношения максимальной амплитуды входного сигнала усилителя, при которой искажения сигнала достигают предельно допустимого значения, к чувствительности усилителя.