Аналоговая электроника

Ю. А. Козусев
О. М. Ростокина
Аналоговая 
электроника.
Допущено Министерством образования Республики Беларусь 

в качестве учебного пособия для учащихся учреждений 
образования, реализующих образовательные 
программы среднего специального образования 
по специальности «Техническое обслуживание 
электронных систем транспортных средств»
Минск
РИПО
2024

УДК 621.38(075.32)
ББК 32.85я723
К59
А в т о р ы:
старшие преподаватели кафедры «Промышленная электроника» 
УО «Гомельский государственный технический университет 
имени П. О. Сухого» Ю. А. Козусев, О. М. Ростокина.
Р е ц е н з е н т ы:
цикловая комиссия преподавателей учебных предметов 
электротехнического профиля УО «Гродненский 
государственный электротехнический колледж имени 
Ивана Счастного» (С. С. Лагунская, В. И. Шевченко);
старший преподаватель кафедры «Транспортные 
системы и технологии» Белорусского национального 
технического университета А. Г. Лобач.
Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или 
любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства.
Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства 
образования Республики Беларусь.
Козусев, Ю. А.
К59
Аналоговая электроника  : учеб. пособие / Ю. А. Козусев, 
О. М. Ростокина. – Минск : РИПО, 2024. – 179 с. : ил.
ISBN 978-985-895-186-3.
В учебном пособии рассматриваются параметры и характеристики 
электронных цепей, предназначенных для обработки аналоговых сигналов. Уделено внимание схемотехнике однотактных и двухтактных усилителей различных классов, функциональным преобразователям на транзисторах и интегральных операционных усилителях. Описаны генераторы гармонических колебаний и аналоговые частотные фильтры.
Предназначено для учащихся учреждений образования, реализующих образовательные программы среднего специального образования по 
специальности «Техническое обслуживание электронных систем транспортных средств».
УДК 621.38(075.32)
ББК 32.85я723
ISBN 978-985-895-186-3  
 
 
	     
          
 
© Козусев Ю. А., Ростокина О. М., 2024
	
	
	
	
© Оформление. Республиканский институт
	
	
	
                  
профессионального образования, 2024

ПРЕДИСЛОВИЕ
Целью данного учебного пособия является формирование 
знаний и практических навыков по проектированию линейных усилителей постоянного и переменного тока на дискретных 
транзисторах, а также функциональных аналоговых устройств на 
интегральных операционных усилителях.
В учебном пособии рассмотрены обобщенные схемы усилителей, описаны их параметры и характеристики. Даны основные 
положения теории отрицательной обратной связи.
Приведены режимы работы транзисторов как основных активных элементов современных усилителей. Подробно рассмотрены однокаскадные транзисторные усилители с различными 
схемами включения активных элементов. Дан сравнительный 
анализ параметров основных схем.
В разделе «Многокаскадные усилители» описаны схемотехнические методы организации межкаскадных связей, проанализирован двухкаскадный усилитель с RC-связями.
Раздел «Усилители мощности» посвящен анализу основных 
классов усилителей мощности – А, В, АВ, С, D, Е. Приведены 
схемотехнические решения трансформаторных и бестрансформаторных, однотактных и двухтактных каскадов классов А, В и АВ.
В разделе, посвященном усилителям постоянного тока, обоснована необходимость компенсации дрейфа нуля, описана основная балансная схема – дифференциальный усилитель (ДУ). 
Проанализированы параметры ДУ для дифференциального и 
синфазного сигналов.
В учебном пособии описаны базовые элементы аналоговой 
электроники – операционные усилители (ОУ), функциональные 
устройства на ОУ, импульсные усилители и методы коррекции 
амплитудно-частотных характеристик, генераторы гармонических колебаний.
3

1. УСИЛИТЕЛИ
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОННЫХ 
УСИЛИТЕЛЯХ
Усилителем называют устройство, предназначенное для увеличения мощности источника сигнала за счет энергии источника 
питания. Источник сигнала управляет передачей энергии источника питания в нагрузку. Энергия источника питания преобразуется в энергию нагрузки с помощью активных, управляемых 
элементов: электровакуумных приборов, полупроводниковых биполярных и полевых транзисторов. Усилитель является активной 
цепью, т. е. электронной цепью, содержащей активный элемент 
и имеющей коэффициент передачи мощности больше единицы.
Часто бывает удобно рассматривать не мощность сигналов на 
входе или выходе усилителя, а величины напряжений или токов. 
Поэтому усилители условно делят на усилители тока, напряжения или мощности. Принадлежность усилителя к тому или иному классу определяют его назначением и выбором соответствующих параметров схемы и усилительных элементов.
По характеру изменения усиливаемого сигнала во времени 
различают усилители медленно меняющихся сигналов (усилители 
постоянного тока) и усилители переменного тока. Ко вторым относят усилители низкой и высокой частот, широкополосные или 
импульсные усилители, избирательные усилители (см. гл. 6).
Функциональная схема усилителя приведена на рисунке 1.1.
Источник питания, как правило, является источником 
постоянного стабилизированного напряжения Eп. Источник сигнала (генератор) подключается ко входу, а нагрузка – к выходу 
усилителя.
4

1.1. Общие сведения об электронных усилителях 
Источник 
Источник 
питания
питания
PП
Источник 
ЕП
Источник 
Рп
Еп
Нагрузка
Нагрузка
сигнала
сигнала
IВХ
RГ
IВЫХ
Rг
iвх
iвых
Усилитель
тель
УсилиRН
UВЫХ
Rн
ег
uвх
uвых
~
ЕГ
UВХ
Рис. 1.1. Функциональная схема усилителя
В многокаскадных усилителях источником сигнала служит 
предыдущий каскад, а нагрузкой – последующий. 
Основные характеристики усилителей: 
•
• амплитудная характеристика (АХ) – это зависимость амплитуды выходного напряжения (тока) усилителя от амплитуды 
входного напряжения (тока) (рис. 1.2).
Идеальная
Идеальная
UВЫХ
4
Uвых
4
Реальная
Реальная
3
3
2
2
1
1
UВХ
UВХ min
UВХ max
Uвх max
Uвх min
Uвх
Рис. 1.2. Типовая АХ усилителя
АХ усилителя имеет три участка: 
1) 1–2 – нижний нелинейный участок (обусловлен собственными шумами усилителя и помехами, причинами которых являются тепловые колебания молекул резисторов, шумы ламп и 
транзисторов);
2) 2–3 – средний прямолинейный участок (является рабочим участком, в его пределах коэффициент усиления постоянен 
и выходное напряжение усилителя пропорционально входному);
5

1. Усилители
3) 3–4 – верхний нелинейный участок (нерабочий участок, 
участок нелинейных искажений усилителя, вызванных его перегрузкой).
Амплитудная характеристика идеального усилителя представляет собой прямую Uвых = KUUвх, где участок 2–3 – часть 
данной прямой.
Напряжение Uвх min – чувствительность усилителя, а отношение 
вх max
U
U
 – динамический диапазон;
вх min
•
• амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – это график зависимости коэффициента усиления или выходного напряжения от частоты входного сигнала при условии, что входное 
напряжение постоянно (рис. 1.3).
KU
UВЫХ
Uвых
KU
C
B
В
С
D
D
А
A
f
fн
fв
fв
fн
f
Рис. 1.3. Типовая АЧХ усилителя
У идеального усилителя АЧХ представляет прямую, параллельную горизонтальной оси (штрихпунктирная линия). Это означает, что амплитуда входного сигнала для всех частот от нуля 
до бесконечности усиливается одинаково.
У реальных усилителей АЧХ имеет три более или менее выраженных участка: АВ (участок неравномерного усиления амплитуд входного сигнала), ВС (рабочий участок равномерного усиления амплитуд входного сигнала), СD (участок неравномерного 
усиления амплитуд входного сигнала).
Точки В и С в проекции на горизонтальную ось соответствуют нижней и верхней граничным частотам диапазона рабочих 
частот, а промежуток между этими частотами составляет полосу 
пропускания усилителя;
6

1.1. Общие сведения об электронных усилителях 
•
• амплитудно-фазовая характеристика (АФХ) – зависимость 
фазового сдвига между выходным и входным сигналами от частоты. Представив комплексный коэффициент усиления в виде 
модуля 
U
K

 и фазы φ, исключают переменную f и строят в полярных координатах зависимость (годограф) (рис. 1.4);
Im
U
K

f1
ImKU
f1
f2
f2
f3
f3
0
f
φ
φ
f → 0
Re
U
K

ReKU
f → ∞
∞
f
Рис. 1.4. Годограф. АФХ усилителя сигналов
•
• переходная характеристика (ПХ) – отражает зависимость 
мгновенного значения выходного напряжения или коэффициента усиления от времени при подаче на вход усилителя единичного скачка напряжения (рис. 1.5). Эта характеристика дает возможность определить переходные искажения, которые в области 
малых времен характеризуются фронтом выходного напряжения и 
оцениваются временем установления и выбросом фронта. В области больших времен искажается вершина импульса. Эти искажения оценивают относительным (в %) значением спада плоской 
вершины к моменту окончания импульса.
h(t)
h(t)
∆U
U
∆
Uуст
Uуст
0,9Um
m
U
∆
∆Um
0,95Um
Uτ 
Uτ
0,1Um
0,1Um
tу
t
0
tз
tу
τ
t
t3
0
τ
Рис. 1.5. ПХ усилителя
7

1. Усилители
По ПХ определяют следующие параметры:
•
• tз – время запаздывания – время от момента подачи 
входного воздействия до момента времени, когда Uвых = 0,1Uуст;
•
• tу – время установления (время фронта) – время, в 
течение которого выходная величина изменяется в пределах 

(0,1–0,95)Uуст;
•
• δ – выброс – максимальное превышение мгновенного 
значения Uвых над установившимся значением, отнесенное к Uуст:
δ
max уст
уст



U
уст
100;
U
U
•
• ∆ – спад или подъем вершины импульса – это разность 
между Uуст и Uвых в момент времени τи, отнесенная к установившемуся значению:
τ
Δ
уст



U
уст
100.
U
U
Если ∆ < 0 – спад, если ∆ > 0 – подъем.
Основные параметры усилителей:
•
• коэффициент усиления по напряжению	
вых
U
K
U

(1.1)
вх
;
U
•
• коэффициент усиления по току
вых
I
K
I

(1.2)
вх
;
i
•
• коэффициент усиления по мощности
вых
;
Р
U
i
P
K
K K
P


(1.3)
вх
•
• входное сопротивление
вх
вх
;
U
R
I

(1.4)
вх
•
• выходное сопротивление
вых х.х
вых
вых к.з
.
U
R
I

(1.5)
8

1.1. Общие сведения об электронных усилителях 
Для мощных усилителей также важными параметрами являются потребляемая от источника питания мощность Pп и КПД:
η
вых
п
.
P
P

(1.6)
Если входное и выходное значения сигнала являются неоднородными, вместо коэффициента усиления применяется коэффициент преобразования. Например, 
вых
I
S
U

 – крутизна, коэфвх
фициент преобразования входного напряжения в выходной ток. 
Коэффициенты усиления часто оценивают в логарифмических единицах. Логарифмическая величина представляет собой 
логарифм (десятичный, натуральный или при основании 2) безразмерного отношения двух одноименных физических величин. 
Логарифмические величины применяют для выражения уровня 
звукового давления, усиления, ослабления, выражения частотного интервала и т. п. Единицей логарифмической величины является бел (Б), определяемый соотношением 
2
1Б
lg P
P

 при Р2 = 10Р1 
1
(Р1 и Р2 – одноименные энергетические величины: мощности, 
энергии, плотности энергии и т. п.).
В случае если берется логарифмическая величина для отношения двух одноименных «силовых» величин F1 и F2 (напряжения, силы тока, давления, напряженности поля и т. п.), бел 
определяется по формуле 
2
1
1Б
2 lg F
F

 при 
2
1
10
.
F
F

Дольной единицей от бела является децибел: 1 дБ = 0,1 Б.
Так, если характеристика усиления электрических мощностей при отношении полученной мощности к исходной равна 10, 
логарифмическая величина усиления будет составлять 1 Б или 
10 дБ, при увеличении или уменьшении мощности в 1000 раз логарифмическая величина усиления составит 3 Б или 30 дБ и т. д. 
Исходя из этого можем записать выражения для коэффициентов 
усиления по напряжению, току и мощности:
вых
20 lg
, дБ;
U
U
K
U

;
вх
9

1. Усилители
вых
20 lg
, дБ;
I
I
K
I

;
вх
вых
10 lg
, дБ.
Р
P
K
P

.
вх
В логарифмических единицах обычно задают коэффициент 
усиления многокаскадного усилителя, который равен сумме коэффициентов усиления его отдельных каскадов, выраженных в дБ.
При анализе электрических схем нелинейные элементы заменяют их математической моделью, которая максимально точно отражает работу нелинейного элемента в реальных условиях. 
Эквивалентная схема является графическим отображением математической модели нелинейного элемента. Эквивалентные схемы 
усилителей определяются типом используемых активных элементов, схемами их включения и режимами работы. Для анализа 
основных параметров применяют обобщенные эквивалентные 
схемы, отражающие лишь основные свойства усилителей. Обобщенные эквивалентные схемы получают путем замены каждого 
электрорадиоэлемента принципиальной схемы его моделью (эквивалентной схемой) и добавлением в полученную таким образом 
модель паразитных проводимостей, емкостей, источников наводимых потенциалов и токов и других параметров, обусловленных 
конкретным выполнением принципиальной схемы, тогда как сама 
принципиальная электрическая схема показывает, какие компоненты входят в схему и как они соединяются между собой.
Обобщенные схемы усилителей содержат зависимый (управляемый) источник тока или напряжения (идеализированный 
активный элемент), параметр которого является определенной 
функцией тока или напряжения некоторого участка цепи:
•
• источник 
напряжения, 
управляемый 
напряжением 
(ИНУН) – напряжение этого источника является определенной 
функцией управляющего напряжения;
•
• источник тока, управляемый током (ИТУТ) – ток такого 
источника является определенной функцией управляющего тока;
•
• источник тока, управляемый напряжением (ИТУН) – ток 
этого источника есть заданная функция управляющего напряжения;
•
• источник напряжения, управляемый током (ИНУТ) – напряжение этого источника – функция управляющего тока.
10