Матью Мэндл

200 ИЗБРАННЫХ СХЕМ ЭЛЕКТРОНИКИ

Редакция литературы по информатике и электронике © 1978 Prentice-Hall, Inc. © перевод на русский язык, «Мир», 1985, 1980

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА

Данное пособие, в котором содержатся все основные схемы электроники, рассчитано на весьма многочисленную читательскую аудиторию. Круг потенциальных читателей книги не ограничивается студентами, техниками и инженерами, работающими в областях радиотехники, электроники, автоматики и смежных областях. Ввиду глубокого и широкого проникновения методов и средств современной радиотехники и электроники практически во все сферы человеческой деятельности книга будет пользоваться спросом у специалистов, занятых в самых различных областях науки и техники, у студентов разных специальностей и огромной армии радиолюбителей.

Такая направленность издания и определила ряд его отличительных особенностей. Так, изложение принципов построения схем и описание их работы базируются главным образом на чисто качественных представлениях, иллюстрируемых в некоторых случаях временными или векторными диаграммами. Приводимые в книге формульные соотношения даются без выводов, но с пояснением их использования на практике. Описание схем является в большинстве случаев весьма кратким. Благодаря этому в книге небольшого объема удалось собрать не только основные (базовые) схемы, но и их разновидности.

Автор стремился возможно проще, с ориентацией на практическое использование преподнести основные свойства и характеристики схем. Рассмотрение схем проводится обычно в следующем порядке: назначение схемы, принципы ее построения и работы, основные характеристики и соотношения параметров схемы и отличительные особенности последних. Большое количество иллюстративного материала относится к узлам аппаратуры цветного и черно-белого телевидения.

Условные изображения некоторых элементов и схем в книге отличаются от принятых в советской литературе. Однако знакомство наших читателей с символикой, применяемой в иностранной литературе, полезно. Интерес представляют приводимые в книге аббревиатуры (мы старались их отразить в указателе терминов), а также словарь терминов по радиоэлектронике. При переводе книги и толковании некоторых понятий внесены изменения с учетом принятых у нас представлений. Подробно составленное оглавление и предметный указатель облегчают нахождение нужного материала в книге.

Перевод книги выполнен В. И. Ворониным и Н. Я. Щербаком.

Я. С. Ицхоки

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книга дает возможность читателю получить сведения о 200 базовых схемах, применяемых во всех областях электроники. Необходимые данные по определенному типу схемы (например, усилители, генераторы) можно найти, обратившись к предметному указателю. Приводятся принципы построения каждой схемы, поясняются выполняемые ею функции. Рассматриваются разновидности многих схем и особенности их применения в различных устройствах. В тех случаях, когда несколько схем выполняют схожие функции или характеристики схем частично совпадают, в тексте даются перекрестные ссылки.

Излагаются принципы модуляции и демодуляции сигналов и формирования колебаний специальной формы. Обсуждаются особенности построения схем как на биполярных, так и на полевых транзисторах (с затвором на р

-n-переходе и с изолированным затвором). Описываются интегральные схемы, схемы типа металл - окисел

-полупроводник на дополняющих транзисторах, схемы инжекционного типа и др.

В настоящем, дополненном и исправленном издании приведено значительно большее количество схем на полупроводниковых приборах, чем в предыдущем, изменены некоторые иллюстрации и добавлены новые. В соответствии с принятыми международными стандартами изменены некоторые символы, термины и аббревиатуры. Расширен словарь, содержащий термины и выражения, наиболее употребительные в области радиоэлектроники.

Таким образом, студенты, техники и инженеры могут найти в книге дополнительные сведения об электронных схемах, которые будут полезны при изучении и анализе схем, а также справочные данные, необходимые в практике проектирования и монтажа схем. Если в процессе проектирования, анализа или

модификации схемы требуется определить величины различных параметров, можно воспользоваться приведенными в книге уравнениями, выражающими основные зависимости между параметрами схемы.

М. Мэндл

Глава 1

УСИЛИТЕЛИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ И ВИДЕОУСИЛИТЕЛИ

1.1. Усилители с общим эмиттером и общим истоком

Усилители содержат транзисторы, а также такие элементы, как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Параметры используемых элементов (их номиналы и напряжения) зависят от требований, предъявляемых к усилителю, а также от типа применяемых транзисторов. С появлением транзисторов различных типов стали возможны новые конфигурации схем усилителей. В биополярном р - n - р- или n - р - n-транзисторе создаются чередующиеся в определенном порядке области с различным видом проводимости, образующие базу, эмиттер и коллектор. Транзистор называется биполярным, поскольку перенос зарядов в нем осуществляется как электронами, так и дырками. В полевых же (униполярных) транзисторах заряды переносятся носителями одного вида: либо электронами, либо дырками. Полевые транзисторы (ПТ) имеют три области, называемые затвором, истоком и стоком, В зависимости от вида используемых носителей различают два типа полевых транзисторов: р- и я-канальные. Разным типам транзисторов соответствуют различные характеристики, описываемые более подробно в этом разделе.

Наиболее распространенная схема построения усилителя на биполярном транзисторе - схема с общим (заземленным) эмиттером (ОЭ); варианты таких схем показаны на рис. 11.1. Термин «общий эмиттер» указывает на то, что в соответствующей схеме сопротивление между выводом эмиттера и землей для сигнала мало, но из этого не следует, что оно во всех случаях мало и для постоянного тока. Так, например, в схемах показанных на рис. 1.1, а и б, эмиттеры непосредственно заземлены, а в схеме на рис. 1.1, в между эмиттером и землей включено сопротивление, зашунтированное конденсатором. Поэтому, если реактивное сопротивление этого конденсатора для сигнала мало, можно считать, что для сигнала эмиттер практически заземлен.

Для работы в классе А (разд. 1.4) напряжение смещения между базой и эмиттером должно быть прямым (отпирающим), а между коллектором и эмиттером - обратным (запирающим). Для получения такого смещения полярности источников питания выбирают в зависимости от типа используемого транзистора. Для транзистора р - n - р-типа (рис. 11 Л, а) плюс источника смещения должен быть подключен к эмиттеру р-типа, а минус - к базе я-типа. Таким образом, прямое смещение получается при отрицательном потенциале базы относительно эмиттера. Для обратного смещения коллектора р-типа его потенциал должен быть отрицательным. Для этого источник питания подключается положительным полюсом к эмиттеру, а отрицательным к коллектору.

Входной сигнал создает на резисторе R] падение напряжения, которое алгебраически складывается с постоянным смещающим напряжением. В результате этого суммарный потенциал базы изменяется в соответствии с сигналом. С изменением потенциала базы меняется ток коллектора, а следовательно, и напряжение на резисторе R2. При положительной полуволне входного напряжения прямое смещение уменьшается и ток через R2 соответственно уменьшается. Падение напряжения на R2 также уменьшается, в результате чего между входным и выходным сигналами образуется сдвиг фаз в 180°.

Если используется транзистор n - р - n-типа (рис. 1.1,6), то полярность обоих источников питания меняется на обратную. При этом базовый переход также оказывается смещенным в прямом направлении, а коллекторный - в обратном. Как и в предыдущем случае, между входным и выходным сигналами образуется сдвиг фаз в 180°.

На рис. 1.1,а и б изображены основные элементы усилителя, а схема усилителя, применяемая на практике, приведена на рис. 1.1,6. Здесь конденсатор С1 не пропускает постоянной составляющей входного сигнала, но имеет малое реактивное сопротивление для его переменной составляющей, которая таким образом поступает на резистор R2. (Это так называемая RC-связь; более подробно она описана в разд. 1.5). Напряжение прямого смещения базы поступает с делителя напряжения Ri - R2, который подключен к источнику питания. Нужная величина прямого смещения базы транзистора получается при надлежащем выборе отношения величин сопротивлений R1 и R2. При этом в транзисторе n - р - n-типа потенциал базы устанавливают более положительным, чем эмиттер. Коллекторный резистор, на котором образуется выходной сигнал, обычно называют резистором нагрузки и обозначают Rjj. Через разделительный конденсатор С3 сигнал поступает на следующий каскад. Входные и выходные цепи должны иметь общую заземленную точку (рис. 1.1, а).

Коэффициент усиления тока базы для схемы с ОЭ задается следующим соотношением:

P=W ПРИ= COnst,

где р - коэффициент усиления тока базы;

Д1б - приращение тока базы; Д1к - соответствующее приращение тока коллектора при-икэ = const.

Рис. 1.1. Схемы с общим эмиттером.

Таким образом, р равно отношению приращения коллекторного тока к соответствующему приращению базового тока прк постоянном коллекторном напряжении. Коэффициент усиление сигнального тока также называют коэффициентом прямой передачи тока /При достаточно большой величине сопротивления R2 переменная составляющая сигнального тока практически равна переменной составляющей тока базы. - Прим. ред.]

Резистор R3 (рис. 1.1,5) оказывает стабилизирующее действие на ток транзистора при изменении температуры. Падение напряжения на R3 создает обратное (запирающее) смещение эмиттерного перехода транзистора, так как оно повышает потенциал эмиттера. Следовательно, оно уменьшает положительное прямое смещение базы на величину этого падения напряжения. Присутствие переменной составляющей напряжения на Яз вызвало бы уменьшение выходного сигнала и, следовательно, коэффициента усиления усилителя (см. разд. 1.8). Для устранения этого эффекта резистор Яз шунтируют конденсатором С2.

При нагреве транзистора постоянная составляющая тока коллектора возрастает. Соответственно возрастает и падение напряжения на Rz, что приводит к уменьшению прямого смещения базы, а также тока коллектора. В