ФГО БУ ВПО

«СибГУТИ»

Кафедра ТЭ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу электроники

тема: Разборка интегрального цифрового устройства

Выполнил: ст.гр. _____

Кирсанов Н.

Проверил:

___________________

Новосибирск, 2011

Техническое задание

Техническое задание определяется величинами параметров устройства по варианту № 97 исходных данных:

• Напряжение питания: U_пит = -15 В;

• Коэффициент усиления по напряжению: K_u = 4;

• Входное сопротивление: R_вх = 10 Мом;

• Сопротивление нагрузки: R_н = 2 кОм

• Номинальное напряжение: U_ном = 3 В;

• Нижняя рабочая частота: f_н = 100 Гц;

• Верхняя рабочая частота: f_в = 6,3 кГц;

• Коэффициент частотных искажений на верхней частоте: М_в = 2 дБ;

• Коэффициент частотных искажений на нижней частоте: M_н = 3 дБ;

• Тип входа – Н – несимметричный – источник сигнала имеет гальваническую связь с общим проводом (землёй);

• Тип выхода – Н – несимметричный – нагрузка имеет гальваническую связь с общим проводом (землей).

Введение

Разрабатываемое изделие относится к области технике, получившей широкое распространение в различных областях человеческой деятельности: в промышленности, индустрии развлечений, в науке, в быту и других применениях.

Микроэлектроника позволяет резко повышать надежность электронной аппаратуры, значительно уменьшить габариты, массу, потребляемую энергию и стоимость.

Применение интегральных схем и микропроцессоров позволяет уменьшить габариты и массу аппаратуры на два порядка и более.

Основой современных аппаратов являются интегральные микросхемы (ИМС).

ИС – изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигналов и имеющее высокую плотность упаковки (~10⁷ эл/см²) электрически соединенных элементов, которое с точки зрения жизненного цикла изделия (от научных исследования – до утилизации) рассматривается как единое целое.

Разрабатываемая в данном проекте схема производит усиление сигналов низкочастотного диапазона – от 20 Гц до 20 кГц.

Такие схемы чаще всего используются в аппаратуре голосовой связи (телефония, радио).

1. Разработка структурной и принципиальной схем устройства

Используя указания и рекомендации [1,3]¹ составим структурную схему ИМС (рис.1).

Рис.1 Структурная схема ИМС

Г – генератор входного сигнала;

1 – входной узел;

2 – первый каскад;

3 – второй каскад;

4 – выходной узел;

5 – нагрузка;

6 – источник питания.

Составим принципиальную схему устройства.

При разработке принципиальной схемы воспользуемся рекомендациями [1,3]¹

В качестве входного узла, в соответствии с [3] выбираем по формуле:

,

где R_г = 50 кОм – типовое значение источника;

R_вх = 10 Мом – заданное значение

Первый каскад должен обеспечивать высокое входное сопротивление, что определяет целесообразность применения в качестве усилительного элемента – полевой транзистор (например, транзистор типа 2П201Д имеет при t = 358 К R_вх = 10⁷ Ом).

Кроме того, выгодно, для обеспечения лучшего соотношения сигнал/шум иметь максимальное усиление напряжения в первом каскаде.

В связи с этим задаемся усилением в первом каскаде, равным K_U1:

В первом каскаде K_U1 = 5 (с некоторым запасом).

Второй каскад обеспечивает малое выходное сопротивление, что достигается применением биполярного транзистора, включенного по схеме с общим коллектором.

Коэффициент усиления близкий к K_U2 = 1. Для этого используется транзистор с высоким значением h_21э 100.

Выходной узел должен передавать в нагрузку полезный (переменный) сигнал и не пропускать постоянную составляющую, что обеспечивается при K_Uв 1.

Здесь целесообразно применение эмиттерного повторителя.

С учетом высказанных соображений принципиальная схема изделия принимает вид, показанный на рис.2.

Рис.2 Принципиальная схема усилителя с несимметричным входом и несимметричным выходом и БТ включенным по схеме с общим коллектором.

2. Расчет элементов принципиальной схемы

В качестве активных компонентов схемы выбираем полевой транзистор с каналом р-типа 2П201Д, имеющий допустимое напряжение U_си = -15 В, крутизну характеристики 3 мА/В при U_си = 15 В, I_с = 5 мА и биполярный транзистор со структурой p-n-p типа 2Т3704-1 бескорпусной конструкции, с допустимым напряжением U_{кэ доп} = 10 мА.

Расчет элементов выходного каскада:

При несимметричном выходе заданной схемы на сопротивлении резистора R_э падает напряжение нагрузки:

Здесь U_ном = 3 В – номинальное выходное напряжение.

Напряжение в рабочей точке ПТ:

U_СИА = U_Rэ + 0,7 В = U_н + 0,7 = 4,94 В

Сопоставляя полученную величину с выходными характеристиками ПТ, отмечаем, что при U_СИА = 3,7 В рабочая точка ПТ находится в области, близкой к крутой области (Рис.3 прямая 1).

Поэтому выбираем рабочую точку ПТ на уровне U_СИА = 5 В (точка А).

Рис.3 Семейство ВАХ транзистора 2П201Д с каналом р-типа

Выбранная точка обеспечивает работу выходного каскада с усилением, несколько большим, чем требуется по уровню выходной нагрузки.

Коэффициент усиления при выбранных параметрах режима составляет для 1-го каскада:

,

где - (нормированное значение).

Коэффициент усиления по напряжению для 2-го каскада составляет:

K_U2 = K_ЭП

Для расчета K_U2 определяем ток покоя:

Принимаем I_К0 = 4,5 мА

Тогда (нормированное значение)

По этим величинам находим:

Входное сопротивление эмиттерного повторителя определяем по формуле:

Коэффициент

Общий коэффициент усиления по напряжению:

Расчет мощностей, рассеиваемых на сопротивлениях:

Пренебрегая потерями входного каскада, составляющими ~ 3 ∙ 10^-8 Вт, рассчитаем потери в R_С:

,

где - переменная составляющая тока в ПТ.

Определяем рассеиваемые мощности R_Н и R_Э:

.