Транзисторные усилительные каскады переменного тока

Г.А. Орлов, А.К. Токарев

Транзисторные усилительные каскады 
переменного тока

Учебное пособие

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана

ISBN 978-5-7038-4534-9 

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016
© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016

УДК 621.375.1
ББК 32.852.3
        О-66

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/190/book1541.html

Факультет «Специальное машиностроение»
Кафедра «Специальная робототехника и мехатроника»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

Рецензент
канд. техн. наук, доцент А.В. Кузнецов

Орлов, Г. А.
Транзисторные усилительные каскады переменного тока : 
учебное пособие / Г. А. Орлов, А. К. Токарев. — Москва : 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. — 54, [2] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4534-9 

Даны общие сведения об усилительных устройствах и их основных 
технических показателях. Рассмотрены особенности их схемотехники, 
основные технические показатели простейших усилительных каскадов, 
принципы построения каскадов с одним источником питания, виды 
обратных связей и их влияние на основные технические показатели. 
Приведен пример построения транзисторного каскада со стабилизацией рабочей точки.
Для студентов-бакалавров, получающих образование по направлениям подготовки «Роботы и робототехнические системы» и «Мехатроника и робототехника», изучающих дисциплины «Электронные устройства робототехнических систем специального назначения», «Электронные устройства мехатронных систем».

УДК 621.375.1
ББК 32.852.3

О-66

ПРЕДИСЛОВИЕ

Усилительные устройства непрерывно совершенствуются, что обусловлено их широким применением во всех областях техники. 
В настоящее время невозможно найти какую-либо отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные приборы или 
электронные устройства измерительной техники, автоматики и вычислительной техники. Этим объясняется необходимость издания 
учебной литературы, в которой отражаются современное состояние, 
тенденции и перспективы развития усилительно-преобразовательных 
устройств мехатронных и робототехнических систем.
Предлагаемое учебное пособие содержит основополагающие сведения о принципах построения различных усилительных каскадов, 
физических процессах, происходящих при усилении различных сигналов. Формализованные математические методы анализа практически 
не использовались, поскольку они размывают физическую картину 
происходящих процессов и не способствуют их целостному восприятию.
При подготовке учебного пособия нашел отражение многолетний 
опыт преподавания курсов «Электронные устройства мехатронных 
систем» и «Электронные устройства робототехнических систем» 
в МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Издание предназначено для студентов-бакалавров, обучающихся 
по направлениям подготовки «Роботы и робототехнические системы», 
«Мехатроника и робототехника». Кроме того, оно может быть использовано студентами родственных специальностей и специалистами, 
работающими в области электронных устройств.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Входное сопротивление — внутреннее сопротивление усилительного устройства со стороны его входа, которое является нагрузкой для 
источника входного сигнала.
Выходное сопротивление — внутреннее сопротивление усилительного устройства со стороны его выхода по отношению к нагрузке.
Граничная частота — частота входного сигнала, при которой коэффициент усиления отклоняется от принятого за номинальный 
в условное число раз, чаще всего соответствует уменьшению коэффициента усиления на 3 дБ.
Динамический диапазон — отношение максимального выходного 
(входного) напряжения к минимальному выходному (входному) напряжению электронного устройства.
Коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник) — 
отношение действующего значения суммы высших гармоник выходного напряжения к действующему значению его первой гармоники.
Нелинейные искажения — это изменения формы колебания, обусловленные нелинейностью характеристик транзисторов и других 
элементов.
Полоса пропускания (рабочий диапазон частот) — область частот, 
в которой коэффициент усиления находится в допустимых пределах 
(обычно 3 дБ).
Усилитель — электронное устройство, содержащее один или несколько усилительных каскадов, предназначенное для увеличения 
параметров электрического сигнала (напряжения, тока, мощности), 
в котором входной сигнал малой мощности управляет передачей сигнала большой мощности из источника питания в нагрузку.
Усилительный каскад — ступень усилителя, содержащая один или 
несколько усилительных элементов, пассивные компоненты, цепи 
связи с нагрузкой и источником входного сигнала.

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 
ОБ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ

1.1. Назначение и применение усилительных устройств

В настоящее время широко используют методы получения и применения информации различных видов с помощью электрических 
сигналов. Их интенсивность зачастую бывает мала, поэтому возникает необходимость усиления слабых электрических сигналов. Устройства, позволяющие это осуществить, получили название усилительных 
устройств, или усилителей. Они очень широко применяются в аппаратуре для радиосвязи, телевидения, телемеханики, автоматического 
регулирования, а также в вычислительной технике и для проведения 
физических, медицинских и других научных исследований.
В общем случае усилитель — это устройство, увеличивающее мощность входного сигнала. Такое его определение является наиболее 
общим, поскольку независимо от того, усиливается ток или напряжение, в нем всегда увеличивается мощность входного сигнала. Поэтому 
усилитель в соответствии с законом сохранения энергии должен 
включать в свой состав источник питания. Преобразование энергии 
источника питания в энергию усиленного электрического сигнала 
осуществляется с помощью активных элементов усилителя: биполярных и полевых транзисторов, интегральных микросхем, электронных 
ламп и т. д.
На рис. 1.1 изображена структурная схема, а на рис. 1.2 — обобщенная эквивалентная схема усилителя, содержащая источник входного сигнала (генератор) Ес с ЭДС и внутренним сопротивлением Rс, 
активную нагрузку Rн (либо реактивную Zн) усилителя, а также источник питания с подводимой (потребляемой) мощностью Pпотр. Входная и выходная мощности сигнала обозначены Pвх и Pвых соответственно, а входные и выходные напряжения и токи как Uс, Iс и Uн, Iн.
Почти всегда амплитуда входных сигналов бывает настолько мала, 
что увеличение их посредством одного усилительного элемента быва

ет недостаточным. Тогда усилитель включает в свой состав несколько 
усилительных ступеней или каскадов с соответствующими коэффициентами усиления Kj, где j = 1, 2,…, n. Сигналы, полученные с выхода 
первого каскада, подают на вход второго и т. д., пока амплитуда сигналов не достигнет требуемой величины (рис. 1.3).
Каждый из усилительных каскадов представляет собой совокупность усилительного элемента и нескольких пассивных элементов — 
резисторов, конденсаторов, катушек индуктивностей, диодов и т. п., 
объединенных в общую электрическую схему и выполняющих опре
Рис. 1.1

Рис. 1.2

Рис. 1.3