- •Электроника и микросхемотехника Курс лекций
- •Введение
- •1. Полупроводниковые диоды
- •1.1. Принцип работы диода
- •1.2. Вольт-амперная характеристика диода
- •1.3. Выпрямительные диоды
- •1.4. Высокочастотные диоды
- •1.5. Импульсные диоды
- •1.6. Стабилитроны и стабисторы
- •2. Биполярные транзисторы
- •2.1. Общие принципы
- •2.2. Основные параметры транзистора
- •2.3. Схемы включения транзисторов
- •2.3.1. Схема с общим эмиттером
- •Ключевой режим работы
- •Усилительный режим работы транзистора
- •Делитель Rсм1, Rсм2 задаёт потенциал базы
- •2.3.2. Схема включения транзистора с общим коллектором
- •2.3.3. Схема с общей базой
- •3. Полевые транзисторы
- •3.1. Полевой транзистор с p-n переходом
- •3.1.1. Входные и выходные характеристики полевого транзистора с p-n переходом и каналом n-типа
- •3.1.2. Схема ключа на полевом транзисторе с p-n переходом
- •3.2. Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •3.2.1. Входные и выходные характеристики моп - транзистора с каналом n -типа (кп 305)
- •3.2.4. Ключ на кмоп - транзисторах с индуцированным каналом
- •3.2.5 Биполярные транзисторы с изолированным затвором (igbt). Устройство и особенности работы
- •3.2.6 Igbt-модули
- •4. Тиристоры
- •4.1. Принцип работы тиристора
- •4.2. Основные параметры тиристоров
- •4.3. Двухполупериодный управляемый выпрямитель
- •4.4. Регулятор переменного напряжения
- •5. Интегральные микросхемы
- •5.1. Общие положения
- •5.2. Аналоговые микросхемы. Операционные усилители
- •5.2.1. Свойства оу
- •Практическая трактовка свойств оу
- •5.2.2. Основы схемотехники оу
- •Входной дифференциальный каскад
- •Современный входной дифференциальный каскад
- •Промежуточный каскад
- •Выходной каскад
- •5.2.3. Основные схемы включения оу. Инвертирующее включение
- •Применение инвертирующего усилителя в качестве интегратора
- •5.2.4. Неинвертирующее включение
- •5.2.5. Ограничитель сигнала
- •5.2.6. Компараторы
- •Широтно-импульсного регулирования
- •Триггер Шмитта
- •5.2.7. Активные фильтры
- •Фильтры первого порядка
- •Фазовращатель
- •Логарифмические схемы
- •Выводы:
- •6. Генераторы электрических сигналов Теоретические сведения и расчетные соотношения
- •Контрольные задания
- •Методика выполнения задания
- •Интегральный таймер 555 (к1006ви1)
- •6. Цифровые интегральные микросхемы
- •6.1. Общие понятия
- •6.2. Основные свойства логических функций
- •6.3. Основные логические законы
- •6.4. Функционально полная система логических элементов
- •6.5. Обозначения, типы логических микросхем и структура ттл
- •Основные параметры логических элементов
- •6.6. Синтез комбинационных логических схем
- •6.6.1. Методы минимизации
- •Минимизация с помощью карт Карно
- •Изменим запись закона
- •6.6.2. Примеры минимизации, записи функции и реализации
- •6. 7. Интегральные триггеры
- •6.7.1. Rs асинхронный триггер
- •6.7.2. Асинхронный d - триггер
- •6.7.3. Синхронный d - триггер со статическим управлением
- •6.7.4. Синхронный d -триггер с динамическим управлением
- •6.7.5. Синхронный jk - триггер
- •6.7.7. Вспомогательные схемы для триггеров.
- •Формирователь импульса
- •Триггер Шмитта
- •7.1 Цап с матрицей резисторов r-2r
- •7.2 Биполярный цап
- •4.3 Четырехквадрантный цап
- •7.4 Ацп поразрядного уравновешивания (последовательных приближений)
- •7.5 Ацп параллельного типа
- •7.6 Задачи и упражнения
- •8. Практические занятия
- •8.1. Однофазная однополупериодная схема выпрямления
- •8.2. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления
- •8.3. Работа однофазного двухполупериодного выпрямителя при прямоугольном питающем напряжении
- •8.4. Стабилизатор напряжения на стабилитроне
- •8.5. Схема триггера на биполярных транзисторах
- •8.6. Мультивибратор на транзисторах
- •8.7. Ждущий одновибратор на транзисторах
- •Литература
Контрольные задания
Задание 6.1. Дан LC-автогенератор гармонических колебаний, построенный на биполярном транзисторе по схеме, указанной в табл. 6.1. Выполнить:
Построение схемы генератора.
Выбрать напряжение источника питания, рассчитать элементы смещения.
Рассчитать элементы резонансного контура и сопротивления обмотки катушки индуктивности.
Из условий самовозбуждения определить величины элементов обратной связи.
Определить амплитуду стационарных колебаний.
Расчет одноконтурного LC-автогенератора состоит из расчета режима работы транзистора и расчета контура. В большинстве случаев рассчитывается критический режим работы генератора, характеризующийся наибольшей полезной мощностью при высоком к.п.д. Угол отсечки коллекторного тока в критическом режиме составляет = 90°.
Таблица 6.1
Номер варианта
|
Тип схемы генератора
|
Частота fГ |
Рвых (вт)
| ||
а (кГц) |
б (МГц) | ||||
1 2 |
Индуктивная трехточка Емкостная трехточка |
200 400 |
1 2 |
0,15 0,13 0,5 0,14 0,17 0,3 0,17 0,14 0,2 0,17 | |
3 4 5 |
С трансформаторной ОС Индуктивная трехточка Емкостная трехточка |
300 500 700 |
3 4 5 | ||
6 7 8 |
С трансформаторной ОС Индуктивная трехточка Ёмкостная трехточка |
800 600 550 |
1 2 3 | ||
9 10 |
С трансформаторной ОС Индуктивная трехточка |
600 800 |
4 5 |
Методика выполнения задания
1. Тип транзистора выбирается из условия, что при заданном значении Рвых мощность PK , которую должен отдать транзистор в контур, составляет PK= Pвых/K , где K = 0,5 ... 0,8 — к.п.д. контура (при повышенных требованиях к стабильности частоты к.п.д. контура выбирают в пределах 0,1 ... 0,2), при этом у выбранного
Транзистора PKmax PK ; tmax > fГ .
2. Коэффициент использования коллекторного напряжения выбирают из соотношения
=1-2PK /( E2K sK 1K ),
где sK = IK /UKЭ —крутизна линии критического режима (рис. 6.17, а) выбранного транзистора; 1K ,0K —коэффициенты разложения импульса коллекторного тока для (рис. 6.17, б); EK=6...12 В—напряжение источника питания цепи коллектора
3. Основные электрические параметры режима: амплитуда переменного напряжения на контуре UmK = EK ; амплитуда первой гармоники коллекторного тока IK1m = 2PK / UmK ; постоянная составляющая коллекторного тока
IK0 = 0K IK1m / 1K ; максимальное значение импульса тока коллектора
IK.и max =IK1m / 1K ; мощность ,расходуемая источником питания в цепи коллектора, P0 = IK0 EK ; мощность, рассеиваемая на коллекторе,
PK.рас = P0 -PK < PKmax ;эквивалентное резонансное сопротивление контура в цепи коллектора Rрез = EmK/IK1m ; коэффициент передачи тока в схеме с ОБ на рабочей частоте h21Б (fГ)= h21Б /(1+(fГ/ fh21Б)), где h21Б — коэффициент передачи тока на низкой частоте; fh21Б —предельная частота коэффициента передачи гока биполярного транзистора выбранного типа;
h21Б = h21Э /(1+h21Э), где h21Э — коэффициент передачи тока биполярного транзистора в режиме малого сигнала в схеме с ОЭ; амплитуда первой гармоники тока эмиттера IЭ1m =IK1m /h21Б(fГ) ; амплитуда импульса тока эмиттера IЭ.и max =IЭ1m 1Э , где 1Э ,0Э — коэффициенты разложения импульса эмиттерного тока для угла отсечки Э тока эмиттера (рис. 6.17, б) определяемого по формуле Э =90°- fГ /fh21Б.
4. Амплитудное значение напряжения возбуждения на базе транзистора, необходимое для обеспечения импульса тока эмиттера IЭ.и max , определяют по формуле
UБЭm = IЭ и max /[(1-cosЭ)s0 ] ,
где s0 = IK /UБЭ при UKЭ = const — крутизна характеристики тока-коллектора (рис. 6.15, в).
5. Напряжение смещения на базе, обеспечивающее угол отсечки тока эмиттера, определяется по формуле
UБЭ.см = Ес + U1БЭ m * cos Э ,
где Ес = ± 0,1...0,3 В — напряжение среза, которое определяется по спрямленным характеристикам IK = f(UБЭ) при UKЭ = сопst (рис. 6.15, в), знак при Ес определяется типом биполярного транзистора (плюс для п-р-п, минус для р-п-р).
6. Для выполнения условия баланса амплитуд необходимо чтобы коэффициент обратной связи
Ксв = UБЭm / UmK Kсв min = 1 /( s0 *Rрез ).
7. Сопротивление резисторов R1 и R2 (рис. 6.1, а, б, в) определяется по формулам:
R2 = UБЭсм / Iд ; R1 =(EK - UБЭсм )/ Iд ,
где Iд 5 IБ0 =5 IК0 / h21Э - ток делителя; IБ0 — постоянная составляющая тока базы транзистора.
Мощность, рассеиваемая на резисторах R1 и R2, соответственно равна PR1 = = I2д R1 ; PR2 = I2д R2 .
Для схемы рис. 6.2, г сопротивление резистора RБ =UБЭ m / IБ0 = UБЭ h21Э/IК0.
8. Индуктивность дросселя Lдр в цени базы транзистора (рис.6.2,г) определяется из выражения Lдр =36* 10-2 /(С БЭ f2Г), где СБЭ —емкость эмиттерного перехода транзистора.
9. Емкость разделительного Ср и блокировочного Сф конденсаторов Ср = 10... 20 С БЭ ; Сф =15 *103 / fГ .
10. Элементы цепочки термокомпенсации (рис. 6.1,б) RЭ UЭ / IЭ0 ; СЭ (5... 30)* 103 /( fГ RЭ) , где UЭ (0,7... 1,5) В —падение напряжения на резисторе RЭ ; IЭ0 —постоянный ток эмиттера (IЭ0 IКо); СЭ выражается в микрофарадах, если fГ в мегагерцах, а RЭ в килоомах.
11. Добротность нагруженного колебательного контура подсчитывается по формуле Q'=Q (1 - k),
где Q —добротность ненагруженного контура; Q = 80... 120 при fГ = 0,3...3 МГц; Q =100...140 при fГ = 3...6мГц; Q = 150...200 при fГ = 6... 15 мГц; Q= 200...300 при fГ = 15... 30 мГц; Q= 200...300 при fГ 30 мГц.
12. Минимальная общая емкость контура
СK min (1...2) р(пФ),
где р = с/ fГ — рабочая длина волны колебаний; с — скорость света. В общую емкость входят емкость конденсатора Ск и вносимые (паразитные) емкости: выходная емкость транзистора, емкость катушки контура, емкость монтажа и др. Величина составляет десятки пикофарад.
Емкость конденсатора контура Ск СK min —С вн . Эта формула дает ориентировочное значение емкости Ск, которое затем уточняется в процессе настройки.
13. Индуктивность контура Lk= 0,282 2 р/С I2k min кгп1п, где Lк— в микрогенри; С I2k min — в пикофарадах; p — в метрах.
14. Волновое сопротивление Zс и сопротивление потерь Rп контура Zс = = 10 3 (L k / Ck min), где Zс —в омах; L k — в микрогенри ; С k min —в пикофарадах; Rп=
= Zс/Q'.
15. Сопротивление, вносимое в контур, Rвн = Rk k/(1— k).
16. Полное сопротивление контура R k =Rп +R вн .
Примечание. При расчете LС- автогенератора по схеме рис. 6.2, а необходимо определить параметры трансформатора TV (r1 ,r2 ,n, rос , Lk ,Lн , Loc , noc ): r1 = Rk(1 —TV)/2 — сопротивление первичной обмотки; TV -к.п.д. трансформатора, зависящий от мощности трансформатора (при РTV< 1Вт TV = 0,7... 0,82; РTV= 1. • • 10 Вт, TV = 0,8...0,9; РTV = 10... 100 Вт, TV_= 0,9... 0,94; РTV > 100 Вт, TV= 0,96...0,98); n Uвых2 /UmK — коэффициент трансформации; полагая М = Kи Lk , находим r2 из выражения
Rk = r1+ 2Г М2 (r2 + Rн), где Ки — коэффициент связи между обмотками трансформатора: Ки = 0,5 ... 0,9 при сильной связи; Ки =0,01 ... 0,5 при слабой связи. Сн = 1/(2Г Lн), где Lн =n2 Lk ,
nос UБЭm / UmK ; Loc = n2oc Lk ; Moc = Ки ос М.
17. Амплитуда колебательного тока в нагруженном контуре определяется выражением Imн. к = (2 Pk /R k).
18. Определяем индуктивность L2 (емкость конденсатора С2) связи контура с базой транзистора
L2 = Kсв Lk , С 2=Ск(1+1/Kсв).
19. Находим индуктивность (емкость) связи контура с базой транзистора L1
= Lk — L2 ; C1= Ск (1 + Kсв).
20. Емкость конденсатора С2 (рис. 6.1, а) выбираем из условия, чтобы на частоте генерации его сопротивление составляло 0,05 от R2:
С 2 = 20/( Г R2).
21. Для схемы рис. 6.1, а проверяем условие амплитуды
h11Э Rk Ck + Мос
Мос Lk
Задание 6.2. Дан RС- автогенератор гармонических колебаний, построенный на операционном усилителе К140УД7 по схеме, указанной в табл. 6.2.
Используя справочные данные усилителя К, U+вых , U-вых , Rвх, Rвых и данные табл. 6.2, необходимо:
1. Построить схему генератора.
2. Рассчитать элементы схемы генератора.
Таблица 6.2
Номер вариан- та |
Тип генератора
|
Частота fГ |
Uвых(В)
| |
а(кГц) |
б(кГц) | |||
1 |
С фазосдвигающей RС-цепью |
0,1 |
0,2 |
2 |
2 |
С фазосдвигающей сR-цепью |
0,4 |
0,6 |
4 |
3 |
С мостом Вина |
0,8 |
1,0 |
6 |
4 |
С двойным Г-мостом |
1,2 |
1,5 |
8 |
5 |
С фазосдвигающей RС- цепью |
2,0 |
2,5 |
3 |
6 |
С фазосдвигающей СR-цепью |
3,0 |
4,0 |
5 |
7 |
С мостом Вина |
5.0 |
7,0 |
7 |
8 |
С двойным Г-мостом |
8,0 |
10,0 |
4 |
9 |
С фазосдвигающей СR-цепью |
10 |
15 |
6 |
10 |
С мостом Вина |
20 |
30 |
5 |