Проектирование аналоговых устройств (стр. 1 из 7)

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;