Схемотехника телекоммуникационных устройств

 

 
 
 

М. И. БАСТРАКОВА 

В. В. ПАВЛОВ 

 
 

СХЕМОТЕХНИКА 

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ 

УСТРОЙСТВ 

 

ПРАКТИКУМ  

 

 

 

Йошкар-Ола 

2019 

УДК 621.382.322(076) 
ББК  32.85я7 

Б 27 

 
 
 
Рецензенты: канд. техн. наук, доцент кафедры радиотехнических и 
медико-биологических систем ПГТУ А. О. Евдокимов;  
канд. техн. наук, доцент кафедры радиотехники и связи ПГТУ А. В. Зуев 

 
 
 
 

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 
 
 
 
 

Бастракова, М. И. 

Б 27      Схемотехника телекоммуникационных устройств: практикум / 

М. И. Бастракова, В. В. Павлов. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2019. – 52 с. 
ISBN 978-5-8158-2073-9 

 

Представлены теоретические сведения об аналоговых электронных 

устройствах, их технических характеристиках, режимах работы усилительных приборов. Сформулированы общие рекомендации по выбору и 
расчету режима работы транзисторов по постоянному току. Приведены 
задачи для практических занятий по основным разделам курса. 

Для студентов направления 11.03.02 «Инфокоммуникационные техно
логии и системы связи». 

УДК 621.382.322(076) 

ББК  32.85я7 

 
 

ISBN 978-5-8158-2073-9 
© Бастракова М. И., Павлов В. В., 2019 

© Поволжский  государственный 
технологический университет, 2019 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 
СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ .................................................. 4 

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................... 5 
 
1.  Общие сведения об аналоговых электронных устройствах .......... 6 

1.1. Основные определения ................................................................... 6 
1.2. Классификация аналоговых электронных устройств .................. 8 
1.3. Основные технические показатели  

и характеристики аналоговых электронных устройств ............... 9 

1.4. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики ........ 11 
1.5. Переходная характеристика ......................................................... 14 
1.6. Нелинейные искажения ................................................................ 15 
1.7. Коэффициент полезного действия .............................................. 17 
1.8. Собственные помехи .................................................................... 18 
1.9. Амплитудная характеристика и динамический диапазон ......... 19 

 
2. Режимы работы усилительных приборов ........................................ 21 

2.1. Критерии и особенности малосигнального режима работы  

транзистора .................................................................................... 21 

2.2. Каскады усиления переменного сигнала .................................... 23 
2.3. Классификация режимов работы усилительных приборов....... 28 

 
3. Принципы и схемы обеспечения заданного положения  
исходной рабочей точки в каскаде на биполярном транзисторе ..... 32 
 
4. Задачи по основным разделам дисциплины .................................... 36 

4.1. Основные показатели усилителей ............................................... 36 
4.2. Обратная связь в усилителях ....................................................... 38 
4.3. Каскады предварительного усиления ......................................... 42 
4.4. Повторители напряжения ............................................................. 46 

 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .......................................................................... 50 

 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 

 

АХ – амплитудная характеристика 
АЧХ – амплитудно-частотная (кратко – частотная) характеристика  
АЭУ – аналоговое электронное устройство 
ВАХ – вольт-амперная характеристика 
ИРТ – исходная рабочая точка 
КПД – коэффициент полезного действия 
ООС – отрицательная обратная связь 
ОЭ – общий эммитерн 
ПХ – переходная характеристика 
УЭ – усилительный элемент  
ФЧХ – фазочастотная характеристика 
ЭДС – электродвижущая сила 

 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Решение задач на практических занятиях является важным 

этапом изучения дисциплины «Схемотехника телекоммуникационных устройств» и, несомненно, способствует закреплению знаний теоретического материала, полученного на лекциях. 

Данное издание предназначено прежде всего для студентов 

направления 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и 
системы связи» профиля «Радиосвязь и радиодоступ», программа 
обучения которых предусматривает проведение практических 
занятий по дисциплине «Схемотехника телекоммуникационных 
устройств». В то же время оно может быть рекомендовано также 
студентам других направлений и специальностей радиотехнического факультета. 

Представленный теоретический материал охватывает следую
щие разделы дисциплины: общие сведения об аналоговых электронных устройствах; режимы работы усилительных устройств; 
принципы  построения  и  схемы  обеспечения  заданного положения исходной рабочей точки в каскаде на биполярном транзисторе. 

Здесь рассмотрены основные характеристики аналоговых 

электронных устройств, их основные тактико-технические характеристики, особенности малосигнального режима работы каскада, режимы работы усилительного прибора и схемы обеспечения 
заданного исходного положения рабочей точки для стабилизации 
режима работы транзистора по постоянному току. 

В четвертом разделе представлены задачи по следующим те
мам: основные показатели усилителей; обратная связь; каскады 
предварительного усиления; повторители напряжения. 

Основные цели проведения практических занятий: 
 ознакомление студентов с принципами построения, техни
ческими требованиями, характеристиками и электрическими схемами аналоговых электронных устройств, в том числе усилителей различного назначения и активных RC-фильтров, применяемых при построении телекоммуникационных устройств; 

 приобретение студентами навыков самостоятельного ана
лиза  расчета аналоговых электронных  устройств, в том числе 
усилителей различного назначения. 
 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АНАЛОГОВЫХ 

ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ 

 

1.1. Основные определения 

 

 Аналоговые электронные устройства (АЭУ) – это устройства 

усиления и обработки аналоговых электрических сигналов, выполненные на основе электронных приборов.  

К аналоговым относятся сигналы, которые изменяются по то
му же закону, что и характеризуемые (описываемые) ими физические процессы. Аналоговые сигналы заданы (известны, могут 
быть измерены) во все моменты времени.  

Аналоговый сигнал как функция времени может быть нагляд
но представлен графиком или осциллограммой. График может 
содержать точки разрыва, например, иметь форму импульсов. 

Соответственно все электронные устройства можно разделить 

на две группы:  

 аналоговые; 
 цифровые.  
Преимущества аналоговых устройств – сравнительная просто
та, надежность и быстродействие – обеспечили им самое широкое применение, несмотря на менее высокую точность обработки 
сигналов. 

Построение аналоговых устройств на основе активных элек
тронных приборов позволяет усиливать сигналы. Усилителем 
электрических колебаний называется такое устройство, которое 
за счет энергии источника питания формирует новое колебание, 
являющееся по форме более или менее точной копией заданного 
усиливаемого колебания, но превосходит его по напряжению, 
току или мощности. Усиление колебания не обязательно увеличивает его мощность, но создается выходное колебание за счет 
энергии источника питания. Напряжение последнего в усилителе 
преобразуется в напряжение заданной формы. Поэтому можно 

считать, что усилитель является преобразователем формы напряжения. 

Совокупность усилителя и источника питания составляет уси
лительное устройство, изображенное на рисунке 1.1. Главной его 
частью является усилитель, вследствие чего эти два понятия 
обычно отождествляют. 

 

 

Рис. 1.1. Усилительное устройство 

Ко входным зажимам усилителя 1-1’ подключают источник 

усиливаемого колебания (сигнала). 

К выходным зажимам 2-2' подключается нагрузка усилителя, 

имеющая сопротивление 
н
Z . В качестве нагрузок могут быть 

громкоговоритель, электронно-лучевая трубка, вход последующего усилителя и т. п. 

 

1.2. Классификация аналоговых  

электронных устройств 

 

АЭУ можно условно разделить на 2 большие группы:  
 усилители; 
 устройства, выполненные на их основе. 

Источник 

электрического 

сигнала

Преобразователь 

энергии 

Источник
питания 

Нагрузка 

1

1′
2′

1

Малая энергия 

сигнала 

Выходная цепь

Входная цепь

Большая энергия 

сигнала 

Независимый 

источник 

Зависимый 
источник 

Резонансная 

или апериодиче
ская цепь 

Усилители являются самыми распространяемыми электрон
ными устройствами. Их принято классифицировать по нескольким признакам. 

По форме усиливаемых сигналов – усилители непрерывных 

(усилители речевых, музыкальных сигналов) и усилители импульсных (радиолокационных телевизионных, телеграфных) сигналов.  

По диапазону частот – усилители постоянного (способны 

усиливать как переменную, так и постоянную составляющую 
входного сигнала) и переменного (усиливают только переменную 
составляющую) тока. Последние усиливают колебания с частотами от нижней граничной частоты 
нf  до верхней граничной 

частоты 
вf . За пределами этого диапазона частот, ширина кото
рого называется полосой пропускания, усиление падает ниже допустимого уровня. Среди усилителей переменного тока выделяют: усилители звуковой частоты, усилители радиочастоты, широкополосные усилители. 

По типу усилительных элементов – транзисторные, ламповые, 

диэлектрические, магнитные и на интегральных микросхемах. 

По области применения – микрофонные, трансляционные, из
мерительные, телевизионные, магнитофонные, радиолокационные и т. д. 

Кроме рассмотренных основных признаков классификации 

могут использоваться и другие, например:  

- по типу питания (батарейное, сетевое и т. д.); 
- числу каскадов,  
конструктивному или технологическому исполнению и др. 
Устройства на основе усилителей – это в основном преобразо
ватели электрических сигналов и сопротивлений. Первые из них 
называются также активными устройствами аналоговой обработки сигналов. Их выполняют на базе усилителей либо путем непосредственного применения последних со специальными цепями 
ОС, либо путем некоторого видоизменения. 

 

1.3. Основные технические показатели  

и характеристики аналоговых электронных устройств 

 

Входное сопротивление 
вх
Z
(проводимость вх
Y
) усилителя или 

другого устройства – это внутреннее сопротивление (проводимость) между его входными зажимами. В большинстве случаев 
оно может быть представлено в виде параллельного соединения 
резистивного (активного) сопротивления 
вх
R
 (проводимости 

вх
вх
R
g
1

) и емкости Свх. В этом случае полная входная прово
димость в комплексной форме 
вх
вх
вх
C
j
g
Y



. Обычно жела
тельно большое 
вх
R
 (малое 
вх
g
) и малое Свх. Но если входной 

сигнал подается по кабелю, то для согласования с ним требуется 

вх
R
 усилителя, равное волновому сопротивлению кабеля, обычно 

составляющему 75 или 50 Ом. В некоторых измерительных усилителях иногда требуется 
0

вх
R
(


вх
g
). 

Выходное сопротивление 
вых
Z
 усилителя – это внутреннее со
противление между его выходными зажимами. По отношению к 
нагрузке усилитель является источником колебаний, внутреннее 
сопротивление которого равно 
вых
Z
. В области средних частот 

выходное сопротивление можно считать резистивным (активным). Если усилитель работает на нагрузку, подключаемую через 
коаксиальный кабель, с которым она согласована, Rвых должно 
равняться волновому сопротивлению кабеля во избежание отражений, приводящих к искажениям формы импульсов. 

Для усилителей звуковой частоты желательно, чтобы их вы
ходное сопротивление было как можно меньше. Это демпфирует 
(подавляет) собственные колебания подвижной системы громкоговорителя и ослабляет зависимость выходного напряжения от 
сопротивления нагрузки. Последнее особенно важно для усилителей, работающих на нестабильную нагрузку, например на 
трансляционную сеть звукового вещания.  

Коэффициент усиления или передачи напряжения усилителя – 

отношение амплитудных или действующих значений выходного и 
входного напряжений – показан на рисунке 1.2, а: 
вх
вых U
U
KU 
. 

Он определяется в установившемся режиме при гармоническом 
(синусоидальном) входном сигнале, используется наиболее часто 
и в дальнейшем для простоты обозначается через К (без индекса). 

 

 

Рис. 1.2. Источник напряжения (а), источник тока (б) 

Отношение 

г
вых
cкв
E
U
K

 
  (1.1) 

называется коэффициентом сквозной передачи, или коэффициентом передачи ЭДС. Из рисунка 1.2, а следует, что 

К
K
K
вх
cкв 
 , 
  (1.2) 

где 


вх
г
вх
вх
Z
Z
Z
K


 – коэффициент передачи (в комплексной 

форме) входной цепи, состоящей из входного сопротивления Zвх и 
внутреннего сопротивления эквивалентного генератора входного 
сигнала Zг. Очевидно, что с повышением входного сопротивления увеличивается Квх, а значит, и Кскв. 

Коэффициентом усиления тока называется отношение 

вх
вых I
I
KI 
. 
  (1.3) 

Он используется реже, так как для измерения токов требуется 

осуществлять разрыв цепей, что трудоемко. Если источник входного сигнала представить в виде эквивалентного генератора тока, 
изображенного на рисунке 1.2,б, то можно ввести понятие коэффициента сквозной передачи тока  

г
вых
скв
I
I
KI

. 

Иногда используют также понятия сопротивления передачи  

вх
вых
п
I
U
Z

  

и проводимости передачи  

вх
вых
п
U
I
Y 
. 

Отношение мощности усиленного колебания в нагрузке к 

мощности, подаваемой на вход, называется коэффициентом усиления мощности 
вх
н U
P
K p 
. Все три коэффициента усиления 

взаимосвязаны очевидными соотношениями:  

н
вх
,
Z
Z
K
K
K
K
K
I
I
p


. 
  (1.4) 

В связи с тем, что громкость слухового восприятия звукового 

сигнала пропорциональна логарифму его интенсивности, для 
сравнения мощностей двух колебаний была введена логарифмическая единица бел (названа по имени изобретателя телефона Д. 
Белла). Коэффициент усиления мощности обычно выражают в 
более мелких единицах – децибелах: Кр, дБ = 101g Кр. 

Если мощности Рн и Рвх выделяются на одинаковых сопротив
лениях (Rн = Rвх = R), то их отношение в децибелах можно выразить через отношение напряжений 

вх

вых

2
вх

2
вых
lg
20
lg
10
U
U

R
U

R
U

. 
  (1.5) 

Последнюю запись часто используют для выражения в деци
белах коэффициента усиления напряжения даже при RнRвх (хотя 
это и не корректно), т. е. полагают К, дБ = 201gK. Логарифмические единицы удобны тем, что позволяют перемножение коэффициентов усиления заменить сложением. 

 

1.4. Амплитудно-частотная  

и фазочастотная характеристики 

 

Комплексный 
коэффициент 
усиления 
по 
напряжению 


j
Ke
K 
. Его модуль К называется коэффициентом усиления.