Реферат на тему "Проектирование аналоговых устройств"




Реферат на тему

текст обсуждение файлы править категориядобавить материалпродать работу




Курсовая на тему Проектирование аналоговых устройств

скачать

Найти другие подобные рефераты.

Курсовая *
Размер: 278.97 кб.
Язык: русский
Разместил (а): А.С. Красько
1 2 3 Следующая страница

добавить материал

 Министерство образования Российской Федерации
 
 
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиотехники и защиты информации (РЗИ)

 

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой РЗИ
____________В.Н. Ильюшенко
___ _________ 2000 г.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовому проектированию по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств» для студентов специальностей 200700 «Радиотехника»
и 201600 «Радиоэлектронные устройства»

                                                                  Разработчик

                                   ________А.С.Красько
                                                      ___ ________2000 г.
2000
Содержание
1Введение………………………………………………………..……………….3
2 Задачи курсового проектирования…………………………..………………..3
3 Расчет структурной схемы усилителя………………………..……………….5
3.1 Определение числа каскадов…………….……………………………….…5
3.2 Распределение искажений по каскадам……….……………………………6
4 Расчет оконечного каскада…………………………………………………….7
4.1Выбор транзистора………………..………………….……………………….7
4.2 Расчет требуемого режима транзистора………………….………………....8
4.3 Расчет эквивалентных параметров транзистора……………….……….…11
4.4 Расчет цепей питания и термостабилизации…………………………..…..12
4.5 Расчет основных характеристик выходного каскада в области
      верхних частот (малых времен)…………………..………………………...14
4.6 Особенности расчета выходного фазоинверсного каскада………..……...16
4.7 Оценка нелинейных искажений………..…………………………………...17
5 Расчет предварительных каскадов……………………………………………18
5.1 Расчет промежуточных каскадов…………..……………………………….18
5.2Особенности расчета входного каскада……………………………………..22
6 Расчет усилителя в области нижних частот (больших времен)….………….24
7 Расчет регулировок усиления……………………………………….…………25
8 Некоторые общие вопросы проектирования…………………………………27
8.1 Выбор номиналов и типов элементов схемы………..……………………..27
8.2 Расчет результирующих характеристик……..……………………………..28
8.3 Оформление пояснительной записки……….…..………………………….28
9 Заключение……………………………………………………………………..29
   Список использованных источников…….…………………………………...29
Приложение А Бланк задания на проектирование ШУ……………………….30
Приложение Б Бланк задания на проектирование ИУ………………………...31
Приложение В Варианты заданий на курсовое проектирование……………..32
Приложение Г Форма титульного листа пояснительной записки…………….33  
Приложение Д Пример оформления содержания………………………………34
Приложение Е Пример оформления перечня элементов………………………35
Приложение Ж Пример оформления введения…………………………………36
Приложение И Пример оформления остальных листов ПЗ…………………..37
Приложение К Пример оформления реферата…………………………………38
1 ВВЕДЕНИЕ
         Данное методическое пособие посвящено вопросам курсового проектирования усилительных устройств (УУ) как одного из классов аналоговых электронных устройств (АЭУ).
         Проектирование УУ - многофакторный процесс, во многом зависящий от интуиции, знаний и опыта разработчика.
         Это обстоятельство вызывает определенные трудности у начинающих разработчиков, к которым, собственно, и относятся студенты. Эти трудности усугубляются еще и тем, что учебная литература по курсовому проектированию УУ в значительной степени устарела, содержит много спорных моментов и взаимоисключающих выводов.
         В данной разработке делается главный упор на рассмотрение непосредственных вопросов эскизного проектирования УУ, полагая, что необходимые теоретические сведения и практические навыки получены студентами на лекционных, практических и лабораторных занятиях.
         Следует отметить, что одной из составляющих успешной работы над курсовым проектом является ритмичность. Для самооценки проделанной работы следует ориентироваться  на приблизительные объемы основных этапов выполнения проекта:
         ¨ знакомство с литературой, выбор структурной схемы УУ - 10%;
         ¨ расчет оконечного каскада - 20%;
         ¨ расчет предварительных каскадов - 20%;
         ¨ полный электрический расчет УУ - 20%;
         ¨ расчет результирующих характеристик - 10%;
         ¨ оформление пояснительной записки - 20%.
2 ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
При проектировании УУ решают ряд задач, связанных с составлением схемы, наилучшим образом удовлетворяющей поставленным требованиям технического задания (ТЗ), с расчетом этой схемы на основании выбранных параметров и режимов работы ее элементов.
         В данном пособии даются рекомендации по эскизному расчету широкополосных усилителей (ШУ) с  порядка десятков мегагерц и импульсных усилителей (ИУ) с временем установления фронта импульса порядка десятков наносекунд, работающих в низкоомных согласованных трактах передачи и выполненных  на биполярных транзисторах.
         Режим согласования обычно предусматривает равенство внутреннего сопротивления источника сигнала, входного и выходного сопротивления УУ, сопротивления нагрузки волновому сопротивлению тракта передачи сигнала.
         В ТЗ на расчет ШУ обычно задают коэффициент усиления по напряжению K, верхнюю и нижнюю граничные частоты  и    при заданных коэффициентах частотных искажений   и  , уровень нелинейных искажений, требования к стабильности характеристик в диапазоне температур и т.д.
         Эскизный расчет ШУ состоит в выборе усилительного элемента, определении числа каскадов, распределении по каскадам частотных искажений так, чтобы их суммарная величина  не превосходила заданную.
         Предварительно частотные искажения распределяют по каскадам равномерно. В процессе расчета их обычно приходится перераспределять для ослабления требований к какому-либо каскаду, чаще всего к предоконечному.
         Основное внимание при проектировании ИУ обращается на сохранение формы усиливаемого сигнала. Специфическими для ИУ являются искажения формы импульса, характеризующиеся временем установления фронта , выбросом переходной характеристики  d  и спадом плоской вершины  D. Использование известной связи [1, 2] между   и  D  и граничными частотами   и   позволяет проектировать ИУ частотным методом.
         В настоящее время для целей проектирования УУ широко используются  ЭВМ с различными пакетами программ схемотехнического проектирования. Однако первый этап машинного проектирования представляет собой ручной эскизный расчет, дающий приближенное решение поставленной задачи, уточнение которого проводится далее на ЭВМ.
 3 РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ
 
         3.1  Определение числа каскадов
         Для многокаскадного усилителя (рис.3.1)


 .                                    (3.1)
где    K  -  коэффициент усиления усилителя, дБ;
          K - коэффициент усиления i-го каскада, дБ, i=1,...,n;
           n  -  число каскадов усилителя.
         С учетом коэффициента передачи входной цепи коэффициент усиления определится как:
,
где      Е    -    э.д.с. источника сигнала;
            R -    внутреннее сопротивление источника сигнала;
            R -    входное сопротивление УУ.
         Для ШУ диапазона ВЧ  и ИУ с временем порядка десятков наносекунд ориентировочно число каскадов можно определить, полагая в (3.1) все каскады одинаковыми с К =20 дБ, т.е.
.
         Для импульсных усилителей следует учитывать полярность входного, выходного сигналов и способ включения усилительного элемента. При часто используемом включении транзистора с общим эмиттером (ОЭ) число каскадов должно быть четным при одинаковой полярности входного и выходного сигналов, нечетным - при разной.
         3.2  Распределение искажений по каскадам
         Для многокаскадного ШУ результирующий коэффициент частотных искажений в области верхних частот (ВЧ) определяется следующим образом:
,                                           (3.2)
где   М -результирующий коэффициент частотных искажений в области ВЧ, дБ;
  М   -        коэффициент частотных искажений   i-го каскада, дБ.
         Суммирование в выражении (3.2) производится (n+1) раз из-за необходимости учета влияния входной цепи, образованной  R ,R  и С  (см.рис.3.1).
         Предварительно распределить искажения можно равномерно, при этом
         В последующем, исходя из результатов промежуточных расчетов,  возможно перераспределение искажений между каскадами.
         Частотные искажения УУ в области нижних частот (НЧ) определяются следующим соотношением:
,                                             (3.3)
где          М    -   результирующий коэффициент частотных искажений в области НЧ, дБ;
                  М    -   искажения, приходящиеся на i-й элемент, дБ;
                  N       -   количество элементов, вносящих искажения на НЧ.
         Количество элементов, вносящих искажения на НЧ (обычно это блокировочные в цепях эмиттеров и разделительные межкаскадные конденсаторы), становится известным после окончательного выбора топологии электрической схемы УУ, поэтому распределение искажений в области НЧ проводят на этапе расчета номиналов этих элементов. Из (3.3) следует, что при равномерном распределении низкочастотных искажений, их доля (в децибелах) на каждый из N элементов определится из соотношения:

         На практике, с целью выравнивания номиналов конденсаторов, на разделительные конденсаторы распределяют больше искажений, чем на блокировочные.
         Для многокаскадных ИУ результирующее время установления фронта равно:
,                             (3.4)
где              -   время установления для входной цепи;
                     -   время установления для i-го каскада, i=1,...,n;
                    n    -   число каскадов усилителя.
         Если результирующее установление фронта импульса для ИУ напрямую не задано, то оно может быть определено из следующего соотношения:
,
где                 - заданные искажения фронта входного сигнала;
                     - заданные искажения фронта выходного сигнала.
         Результирующая неравномерность вершины прямоугольного импульса равна сумме неравномерностей, образующихся за счет разделительных и блокировочных цепей:
  ,
где                 -    неравномерность вершины за счет i-й цепи;
                    N     -    число цепей.
         Искажения фронта импульса связаны с частотными искажениями  в области ВЧ, а искажения вершины импульса - с частотными искажениями в области НЧ [1,2]. Поэтому все указанные выше рекомендации по распределению частотных искажений для ШУ остаются в силе и для ИУ.
         В связи с возможным разбросом номиналов элементов и параметров транзисторов необходимо обеспечить запас по основным характеристикам УУ в 1,2-1,5 раза.
4  РАСЧЕТ ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА
         4.1  Выбор транзистора
 
         Выбор транзистора для оконечного каскада осуществляется с учетом следующих предельных параметров:
         ¨ граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ
   для  ШУ,
  для ИУ;
         ¨ предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер
 для ШУ,
 для ИУ;
         ¨ предельно допустимого тока коллектора (при согласованном выходе)  
          для ШУ,
       для ИУ.
         Если ИУ предназначен для усиления импульсного сигнала различной полярности (типа “меандра”) либо сигналов с малой скважностью (меньше 10), то при выборе транзистора оконечного каскада  следует ориентироваться на соотношения для ШУ.
         Тип проводимости транзистора может быть любой для ШУ и ИУ сигналов малой скважности. Если ИУ предназначен для усиления однополярного сигнала, то из энергетических соображений рекомендуется брать транзистор проводимости p-n-p для выходного сигнала положительной полярности, n-p-n  -  для отрицательной.
         Обычно при U =(1...5)В  и R =(50...150)Ом для выходного каскада берутся кремниевые ВЧ и СВЧ транзисторы средней мощности типа КТ610 и т.п.
         4.2  Расчет требуемого режима транзистора
        
         Существуют графические методы расчета оконечного каскада, основанные на построении динамических характеристик (ДХ) [1,2]. Однако для построения ДХ необходимы статические характеристики транзисторов, которые в современных справочниках по транзисторам  практически не приводятся.
         Рассмотрим методику нахождения координат рабочей точки транзистора без использования его статических характеристик.
         Типичная схема оконечного каскада приведена на рис.4.1.
         Задаемся сопротивлением в цепи коллектора:
R =(1...2) R ,  если требуется согласование выхода УУ с нагрузкой,
R =(2...3)R - в остальных случаях (рекомендация только для низкоомной нагрузки, R =(50...150)Ом).
         Задаемся падением напряжения на R (либо на R + R , если R  присутствует в схеме):
 .
         Определяем эквивалентное сопротивление нагрузки:
 .                                             (4.1)
        


Определяем требуемое значение тока покоя коллектора в рабочей точке (плюс 10%-й запас с учетом возможной его термонестабильности) для ШУ и ИУ сигналов различной полярности (рис.4.2,а):
 .


         Для ИУ однополярных сигналов с большой скважностью (Q 10), рис.4.2,б:
 .
         Для ИУ однополярных сигналов с малой скважностью (Q<10), (рис.4.2.в):
 .
         Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке для ШУ, ИУ сигналов различной полярности и ИУ однополярных сигналов с большой скважностью (см. рис.4.2,а,б):
 ,
где U    -   напряжение начального нелинейного участка выходных статических характеристик транзистора, U =(1...2)В.
         Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке для ИУ однополярных сигналов с малой скважностью (см. рис. 4.2,в):
 .
Рекомендуется учесть для U  необходимый запас на термонестабильность (обычно не более 10...15%).
         Постоянная мощность, рассеиваемая на коллекторе,   не должна превышать предельного значения, взятого из справочных данных на транзистор.
         Требуемое значение напряжения источника питания Е  для рассмотренных выше случаев равно:
,                                        (4.2)
где U    -   падение напряжения на R  , U =I R  .
         Напряжение источника питания не должно превышать U  данного транзистора и должно соответствовать рекомендованному ряду:
Е =(5; 6; 6,3; 9; 10; 12; 12,6; 15; 20; 24; 27; 30; 36)B.
         Если в результате расчета Е  не будет соответствовать значению из рекомендованного ряда, то путем вариации   в формуле (4.2) следует подогнать значение Е  под ближайшее из рекомендованного ряда. Значение Е  можно существенно снизить, если параллельно R  включить дроссель с такой индуктивностью, чтобы X >(10...20)R (на , для ИУ ,  - длительность импульса). В этом случае U =0. Такая мера также позволяет повысить КПД каскада. Следует отметить, что применение дросселя не всегда технологически оправдано, особенно при исполнении УУ в виде ИМС.
         4.3  Расчет эквивалентных параметров транзистора
 
         При использовании транзисторов до (0,2...0,3)  возможно использование упрощенных эквивалентных моделей транзисторов, параметры элементов эквивалентных схем которых легко определяются на основе справочных данных, приведенных, например, в [3].

         Эквивалентная схема биполярного транзистора приведена на рис.4.3.
         Параметры элементов определяются на основе справочных данных следующим образом:
         ¨ ,
где  - постоянная времени цепи внутренней обратной связи в транзисторе на ВЧ;
    ¨ ,
1 2 3 Следующая страница


Проектирование аналоговых устройств

Скачать курсовую работу бесплатно


Постоянный url этой страницы:
http://referatnatemu.com/213



вверх страницы

Рейтинг@Mail.ru
Copyright © 2010-2015 referatnatemu.com