Схемотехника аналоговых электронных

СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ

УСТРОЙСТВ.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ

САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

 

Красноярск 2007

УДК 621.38

Схемотехника аналоговых устройств: учебно-методическое пособие для самостоятельной работы./ Сост. А.Г.Григорьев, - Красноярск, ИПЦ СФУ. – 2007г. – 44 с.

 

 

Методические указания содержат темы для самостоятельного изучения с ссылками на рекомендуемую литературу, задание на курсовой проект и самостоятельную работу, и примеры расчета каскадов и секций, используемых при выполнении курсового проекта.

Учебное пособие подготовлено в рамках выполнения инновационной образовательной программы по направлению «Информатизация и автоматизированные системы управления», реализуемой в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г.

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1. ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ…………………………….4

2. КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ………………………………………….5

3. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА……………………………………………………8

4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА………………………………………………………..9

4.1. Расчет широкополосного усилителя…………………………………….9

4.2. Расчет усилительной секции ОЭ-КП…………………………………..22

4.3. Расчет усилительной секции ОЭ-ОБ………………………………….25

4.4. Расчет выходного каскада при работе на согласованную нагрузку…29

4.5. Расчет мощного выходного каскада импульсного усилителя

при работе на согласованную нагрузку……………………………….34

4.6. Расчет выходного каскада с высоким входным сопротивлением……39

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………44

ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Динамические характеристики усилительных устройств. [1, стр. 58-61]

Выходные динамические характеристики по постоянному и переменному току. Входные, проходные и сквозные характеристики.

Эквивалентные схемы и режимы работы усилительных элементов. [1, стр. 64 - 66,69- 72]

Эквивалентная схема полевого транзистора. Эквивалентная схема биполярного транзистора. Режимы работы усилительных элементов. Цепи питания транзисторов, обеспечивающие режим работы по постоянному току.

Температурная стабилизация режима работы усилителей. [1, стр. 75–77, 82 - 86]

Методы обеспечения температурной стабильности схем на биполярном транзисторе. Методы обеспечения температурной стабильности схем на полевом транзисторе.

Резистивный усилительный каскад. [1, стр. 105,106]

Коэффициенты чувствительности к изменению элементов схемы.

Вспомогательные цепи. Специальные схемы усилительных каскадов. [1, стр. 108-112]

Эмиттерный и истоковый повторители.

Широкополосные усилители. [1, стр. 123,124]

Низкочастотная коррекция.

Усилители мощности. [1, стр. 136-147]

Усилители мощности классов А, В, АБ и С.

Усилители постоянного тока. Дифференциальный каскад. [1, стр. 157,158]

Особенности схемотехники ДК: принцип построения схем “токового зеркала” и его основные свойства. Пример схемной реализации усилительного тракта типа операционный усилитель.

Операционные усилители. Функциональные устройства на операционных усилителях. [1, стр. 147-155]

Суммирующий и вычитающий усилители. Интеграторы и дифференциаторы сигналов. Детекторы. Компараторы и ограничители сигналов. Логарифмический и антилогарифмический усилители.

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 

В ходе выполнения курсового проекта необходимо рассчитать усилитель гармонических сигналов, удовлетворяющий требованиям, приведенным табл. 2.1 и 2.2. Номер варианта табл. 2.1 выбирается по предпоследней, а табл. 2.2 - по последней цифре зачетной книжки. В вариантах 1, 3, 5, и 9 (табл. 2.1) необходимо предусмотреть согласование выходного сопротивления усилителя с сопротивлением нагрузки, подключаемой через коаксиалъный кабель. В вариантах 1, 2, 3 (табл. 2.2) необходимо предусмотреть согласование входного сопротивления усилителя с внутренним сопротивлением источника сигнала. Для всех вариантов допустимая нестабильность коэффициента усиления в заданном диапазоне рабочих температур не должна превышать 10%.

При проектировании усилителя желательно максимально использовать интегральные микросхемы широкого применения.

Законченный курсовой проект должен содержать:

1. Пояснительную записку, объемом 25-40 с.;

2. Графическую часть в объеме трех листов (выполняются в соответствии с требованиями ЕСКЛ):

- схему электрическую структурную;

- схему электрическую принципиальную;

- графики частотных зависимостей коэффициента усиления в области низких (НЧ) и высоких (ВЧ) частот.

На свободном поле чертежей необходимо привести схемы электрические принципиальные используемых интегральных микросхем. Перечень элементов принципиальной схемы помещается в приложении к пояснительной записке. Пояснительную записку выполняют на стандартных листах формата А4. Текст записки должен располагаться на одной стороне листа и излагаться в обезличенной форме. Все иллюстрации в пояснительной записке должны быть пронумерованы и подписаны. Графический материал, приводимый в записке, выполняется на листах миллиметровой бумаги формата А4. Иллюстрации должны располагаться в тех местах, к которым они непосредственно относятся.

 

Табл. 2.1

№ варианта	ЭДС Вх. Сигн. Е, мВ	Нагрузка	Частотные искажения	Температура
Активная Rн, кОм	Емкость Сн, пФ	Н.Ч. Мн, дБ	В.Ч. Мв, дБ	Миним. Тн, С	Максим. Тв, С
		0.075	-	2.5	2.0
				2.0	2.5	-10
		0.050	-	1.5	1.8
				1.8	1.5
		0.150	-	2.2	2.4
				1.2	1.6
		0.075	-	1.0	2.8	-15
				2.8	3.0	-5
		0.050	-	3.0	2.2
				1.4	2.1

 

 

Табл. 2.2

№ варианта	Сопротивление источника (Ом)	Граничные частоты	Входное сопротивление (кОм)	Нелинейные искажения (%)	Амплитуда выходного сигнала (В)
Нижняя (Гц)	Верхняя (МГц)
			2.5	0.050
				0.075
				0.150		5.5
				-
				-		1.5
				-		3.5
				-		2.5
						4.5

 

Примерное содержание и расположение материала в пояснительной записке:

содержание;

техническое задание;

разработка и анализ технического задания;

разработка структурной и принципиальной схем усилительного устройства;

разработка схемы электрической принципиальной;

расчет результирующих характеристик;

оценка качества спроектированного устройства;

литература;

приложения.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

В качестве контрольной работы студент представляет полный электрический расчет выходного каскада согласно заданию на свой вариант курсового проекта. Перед тем как приступить к выполнению контрольной работы, студент должен выбрать исходные данные к курсовому проекту согласно п.2.1 и произвести расчет структурной и функциональной схем.

Работа включает следующие разделы:

выбор активного элемента, сопротивления нагрузки и напряжения источника питания;

определение рабочего режима и его стабильности;

построение нагрузочных характеристик;

определение параметров транзисторов в рабочей точке;

проверка каскада по допустимой площади усиления;

расчет сопротивления эмиттерной обратной связи и нестабильности коэффициента усиления;

расчет корректирующей емкости;

расчет амплитудно-частотных характеристик, на высоких частотах;

расчет переходных и блокировочных конденсаторов;

расчет амплитудно-частотных характеристик.

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

Библиографический список

1. Схемотехника аналоговых электронных устройств: учебное пособие для студентов безотрывной формы обучения по направлениям: «Приборостроение», «Радиотехника», «Телекоммуникации»./ Сост. А.Г.Григорьев, А.И. Громыко.- Красноярск: ИПЦ СФУ, 2007.-161 с.

2. Схемотехника аналоговых электронных устройств: учебно-методическое пособие по курсовому проектированию. / Сост. А.Г. Григорьев. - Красноярск: ИПЦ СФУ,2007.-64 с.

СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ

УСТРОЙСТВ.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ

САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

 

Красноярск 2007

УДК 621.38

Схемотехника аналоговых устройств: учебно-методическое пособие для самостоятельной работы./ Сост. А.Г.Григорьев, - Красноярск, ИПЦ СФУ. – 2007г. – 44 с.

 

 

Методические указания содержат темы для самостоятельного изучения с ссылками на рекомендуемую литературу, задание на курсовой проект и самостоятельную работу, и примеры расчета каскадов и секций, используемых при выполнении курсового проекта.

Учебное пособие подготовлено в рамках выполнения инновационной образовательной программы по направлению «Информатизация и автоматизированные системы управления», реализуемой в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г.

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1. ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ…………………………….4

2. КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ………………………………………….5

3. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА……………………………………………………8

4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА………………………………………………………..9

4.1. Расчет широкополосного усилителя…………………………………….9

4.2. Расчет усилительной секции ОЭ-КП…………………………………..22

4.3. Расчет усилительной секции ОЭ-ОБ………………………………….25

4.4. Расчет выходного каскада при работе на согласованную нагрузку…29

4.5. Расчет мощного выходного каскада импульсного усилителя

при работе на согласованную нагрузку……………………………….34

4.6. Расчет выходного каскада с высоким входным сопротивлением……39

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………44

ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Динамические характеристики усилительных устройств. [1, стр. 58-61]

Выходные динамические характеристики по постоянному и переменному току. Входные, проходные и сквозные характеристики.

Эквивалентные схемы и режимы работы усилительных элементов. [1, стр. 64 - 66,69- 72]

Эквивалентная схема полевого транзистора. Эквивалентная схема биполярного транзистора. Режимы работы усилительных элементов. Цепи питания транзисторов, обеспечивающие режим работы по постоянному току.

Температурная стабилизация режима работы усилителей. [1, стр. 75–77, 82 - 86]

Методы обеспечения температурной стабильности схем на биполярном транзисторе. Методы обеспечения температурной стабильности схем на полевом транзисторе.

Резистивный усилительный каскад. [1, стр. 105,106]

Коэффициенты чувствительности к изменению элементов схемы.

Вспомогательные цепи. Специальные схемы усилительных каскадов. [1, стр. 108-112]

Эмиттерный и истоковый повторители.

Широкополосные усилители. [1, стр. 123,124]

Низкочастотная коррекция.

Усилители мощности. [1, стр. 136-147]

Усилители мощности классов А, В, АБ и С.

Усилители постоянного тока. Дифференциальный каскад. [1, стр. 157,158]

Особенности схемотехники ДК: принцип построения схем “токового зеркала” и его основные свойства. Пример схемной реализации усилительного тракта типа операционный усилитель.

Операционные усилители. Функциональные устройства на операционных усилителях. [1, стр. 147-155]

Суммирующий и вычитающий усилители. Интеграторы и дифференциаторы сигналов. Детекторы. Компараторы и ограничители сигналов. Логарифмический и антилогарифмический усилители.

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 

В ходе выполнения курсового проекта необходимо рассчитать усилитель гармонических сигналов, удовлетворяющий требованиям, приведенным табл. 2.1 и 2.2. Номер варианта табл. 2.1 выбирается по предпоследней, а табл. 2.2 - по последней цифре зачетной книжки. В вариантах 1, 3, 5, и 9 (табл. 2.1) необходимо предусмотреть согласование выходного сопротивления усилителя с сопротивлением нагрузки, подключаемой через коаксиалъный кабель. В вариантах 1, 2, 3 (табл. 2.2) необходимо предусмотреть согласование входного сопротивления усилителя с внутренним сопротивлением источника сигнала. Для всех вариантов допустимая нестабильность коэффициента усиления в заданном диапазоне рабочих температур не должна превышать 10%.

При проектировании усилителя желательно максимально использовать интегральные микросхемы широкого применения.

Законченный курсовой проект должен содержать:

1. Пояснительную записку, объемом 25-40 с.;

2. Графическую часть в объеме трех листов (выполняются в соответствии с требованиями ЕСКЛ):

- схему электрическую структурную;

- схему электрическую принципиальную;

- графики частотных зависимостей коэффициента усиления в области низких (НЧ) и высоких (ВЧ) частот.

На свободном поле чертежей необходимо привести схемы электрические принципиальные используемых интегральных микросхем. Перечень элементов принципиальной схемы помещается в приложении к пояснительной записке. Пояснительную записку выполняют на стандартных листах формата А4. Текст записки должен располагаться на одной стороне листа и излагаться в обезличенной форме. Все иллюстрации в пояснительной записке должны быть пронумерованы и подписаны. Графический материал, приводимый в записке, выполняется на листах миллиметровой бумаги формата А4. Иллюстрации должны располагаться в тех местах, к которым они непосредственно относятся.

 

Табл. 2.1

№ варианта	ЭДС Вх. Сигн. Е, мВ	Нагрузка	Частотные искажения	Температура
Активная Rн, кОм	Емкость Сн, пФ	Н.Ч. Мн, дБ	В.Ч. Мв, дБ	Миним. Тн, С	Максим. Тв, С
		0.075	-	2.5	2.0
				2.0	2.5	-10
		0.050	-	1.5	1.8
				1.8	1.5
		0.150	-	2.2	2.4
				1.2	1.6
		0.075	-	1.0	2.8	-15
				2.8	3.0	-5
		0.050	-	3.0	2.2
				1.4	2.1

 

 

Табл. 2.2

№ варианта	Сопротивление источника (Ом)	Граничные частоты	Входное сопротивление (кОм)	Нелинейные искажения (%)	Амплитуда выходного сигнала (В)
Нижняя (Гц)	Верхняя (МГц)
			2.5	0.050
				0.075
				0.150		5.5
				-
				-		1.5
				-		3.5
				-		2.5
						4.5

 

Примерное содержание и расположение материала в пояснительной записке:

содержание;

техническое задание;

разработка и анализ технического задания;

разработка структурной и принципиальной схем усилительного устройства;

разработка схемы электрической принципиальной;

расчет результирующих характеристик;

оценка качества спроектированного устройства;

литература;

приложения.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

В качестве контрольной работы студент представляет полный электрический расчет выходного каскада согласно заданию на свой вариант курсового проекта. Перед тем как приступить к выполнению контрольной работы, студент должен выбрать исходные данные к курсовому проекту согласно п.2.1 и произвести расчет структурной и функциональной схем.

Работа включает следующие разделы:

выбор активного элемента, сопротивления нагрузки и напряжения источника питания;

определение рабочего режима и его стабильности;

построение нагрузочных характеристик;

определение параметров транзисторов в рабочей точке;

проверка каскада по допустимой площади усиления;

расчет сопротивления эмиттерной обратной связи и нестабильности коэффициента усиления;

расчет корректирующей емкости;

расчет амплитудно-частотных характеристик, на высоких частотах;

расчет переходных и блокировочных конденсаторов;

расчет амплитудно-частотных характеристик.

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА