Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Курсовое проектирование

1.1 Цель курсового проектирования

курсовой проектирование электронный устройство

Основной целью курсового проектирования по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств» является углубление и закрепление знаний студентов по лекционному курсу, приобретение опыта самостоятельной работы по проектированию современных усилителей.

Студент должен получить опыт не только расчета отдельных каскадов усилителей, но и обоснованного выбора структурной схемы усилителя, элементов и узлов, удовлетворяющих заданным требованиям на усилитель в целом.

Вместе с тем, курсовое проектирование должно научить студента работать со справочной литературой и ГОСТом, использованию при расчете характеристик элементов, а также графиков и таблиц, облегчающих инженерные расчеты.

1.2 Содержание и тематика проекта

Каждый студент выполняет курсовой проект согласно индивидуальному заданию, которое получает от преподавателя-консультанта.

Задание предусматривает выбор и обоснование функциональной схемы усилителя, расчет выходного и предвыходного каскадов и одного или двух каскадов предварительного усилителя. При наличии цепей ООС производится расчет этих цепей.

Задание содержит перечень исходных данных для проектирования. Некоторые частные исходные данные по указанию консультанта могут быть выбраны студентом самостоятельно при обязательном обосновании такого выбора на основании предъявленных к усилителю более общих требований.

Учитывая, что в современной радиоэлектронной аппаратуре используются как полупроводниковые, так и электровакуумные приборы, тематика курсовых проектов включает:

- усилители звуковой частоты (УЗЧ) с трансформаторным выходным каскадом;

- УЗЧ с бестрансформаторным выходным каскадом;

- УЗЧ для заданной группы сложности с выбором типа выходного каскада;

- УЗЧ на интегральных микросхемах и операционных усилителях;

- импульсные усилители на дискретных полупроводниковых усилительных элементах с нагрузкой различного типа.

Кроме перечисленных тем студенту может быть предъявлен проект на разработку, изготовление и отладку действующего макета усилителя, используемого в учебных целях или научно- исследовательских работах (НИР) на кафедре. Если объем задания в этом случае выходит за рамки курсового проекта, разработка такого устройства может поручиться нескольким студентам.

1.3 Правила выполнения и оформления курсового проекта

Курсовой проект должен представлять законченное описание спроектированного усилителя, содержащее техническое задание, обоснование схемы и отдельных ее каскадов, расчет элементов схемы (за исключением элементов интегральных схем), сравнение полученных результатов с техническим заданием.

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части.

Пояснительная записка к курсовому проекту должна содержать следующие материалы:

- титульный лист;

- оглавление;

- техническое задание;

- функциональную схему усилителя и ее обоснование;

- ориентировочную принципиальную схему;

- распределение ожидаемых частотных или временных искажений по отдельным каскадам и цепочкам;

- обоснование выбора типа активных элементов и таблицу параметров этих элементов;

- выбор режима каждого каскада;

- расчет нелинейных искажений (для УЗЧ);

- выбор и расчет цепей ООС (если они необходимы);

- расчет результирующих характеристик усилителя;

- технические требования к источнику питания;

- сравнение заданных и полученных при расчете характеристик усилителя и заключение о результатах проектирования;

- список используемой литературы.

Пояснительная записка должна быть написана разборчиво или набрана на одной стороне листа стандартного размера А4. Текст пояснительной записки (20-30 листов) следует разбить на разделы, снабженные заголовками. Страницы нумеруются и должны иметь поля: слева - 25 мм и справа - 5 мм.

В текст каждого раздела необходимо включить принципиальную или упрощенную схему рассчитываемого каскада (или узла) и соответствующие характеристики усилительного элемента с необходимыми построениями. Схемы и характеристики могут быть выполнены на миллиметровой бумаге. Они должны быть пронумерованы и иметь пояснительные надписи.

Выбор каждого усилительного элемента или номинал детали должен быть обоснован.

Формулы, по которым ведется расчет, должны быть приведены в тексте полностью с объяснениями буквенных обозначений, которые в тексте используются впервые. Окончательный результат должен быть вычислен с точностью до трех значащих цифр (545000 или 5,45, или 0,545) и снабжен основной или производной единицей размерности (мА, Ом, кОм и т.п.).

В тексте записки указывается литература, из которой заимствован используемый метод расчета данного каскада или элемента.

Графическая часть проекта состоит из двух документов: структурной и принципиальной схем.

Принципиальная схема усилителя вычерчивается в карандаше (или туши) на листе чертежной бумаги (формат А2) в соответствии с ГОСТом.

Элементы принципиальной схемы нумеруются сверху вниз направо в порядке возрастания номера элемента каждого типа. Графическую часть можно оформить в компьютерном варианте.

Спецификация составляется согласно ГОСТу.

Выполненный курсовой проект (пояснительная записка и графическая часть) представляется на рецензию руководителю-консультанту. Замечания, отмеченные в рецензии, можно устранить до защиты проекта. Защиту проекта принимает комиссия, в состав которой входит руководитель-консультант проекта.

1.4 Организация работ и последовательность проектирования

Примерное распределение времени при выполнении курсового проекта:

1) изучение литературы по теме и выбор функциональной схемы 15%

2) расчет функциональной схемы 15%

3) покаскадный электрический расчет 40%

4) оформление пояснительной записки 10%

5) выполнение графической части 10%

6) подготовка к защите 10%

Примерная последовательность проектирования:

- ознакомление с заданием, подбор и изучение литературы по теме;

- выбор способа включения нагрузки, выбор схемы и режима оконченного каскада;

- предварительный расчет выходного каскада;

- составление структурной схемы усилителя, распределение ожидаемых частотных или временных искажений по каскадам;

- составление ориентировочной принципиальной схемы усилителя;

- электрический расчет каскадов усилителя;

- расчет нелинейных искажений (для УЗЧ);

- расчет цепей обратной связи (если она есть);

- сравнение необходимого и расчетного входного напряжения;

- расчет частотных или временных искажений спректированного усилителя;

- составление окончательной принципиальной схемы усилителя;

- составление таблицы сравнения заданных и полученных характеристик усилителя.

По курсовому проекту проводится дифференцированный зачет с выставлением оценки.

При защите проекта студент должен коротко (7-10 мин) изложить суть проделанной работы и ответить на вопросы по теме курсового проекта. В случае неудовлетворительной оценки студент с разрешения деканата может быть допущен к повторной защите выполненного проекта. В случае неудовлетворительной повторной защиты ликвидация академической задолженности может быть произведена после выполнения нового курсового проекта.

Подробные методические указания по выполнению курсового проекта изложены в [13].

2. Обратная связь в аналоговых электронных устройствах

2.1 Классификация видов обратной связи

Обратной связью (ОС) называют такую электрическую связь, посредством которой передается энергия сигнала с выхода усилителя на его вход. Структурные схемы усилителей с обратной связью приведены на рис.13.1,а, б.

Рис. 13.1 Структурные схемы усилителей а - с последовательной ОС по напряжению; б - с параллельной ОС по току

На вход усилителя воздействует результирующий сигнал, отличающийся от входного сигнала .

(13.1)

Часть выходного сигнала по цепи ОС поступает во входную цепь. Соответственно, меняется и входное напряжение . По существу никаких перемен в работе усилителя не происходит, а меняется сигнал на его входе.

Если напряжение, поступающее по цепи обратной связи, совпадает по фазе с входным напряжением источника сигнала, то обратная связь называется положительной, .

Если фаза противоположна фазе , то обратная связь отрицательная. В этом случае . В усилителях широко применяется отрицательная обратная связь (ООС), так как она улучшает все качественные показатели усилителя, кроме коэффициента усиления. Коэффициент усиления с учетом обратной связи К_оос уменьшается. Уменьшение К_оос компенсируется увеличением числа каскадов.

Положительная обратная связь (ПОС) увеличивает К_пос, но ухудшает все качественные показатели, в том числе устойчивость. Усилитель может самовозбудиться, т.е. усилитель превращается в автоколебательную систему, поэтому положительная обратная связь находит ограниченное применение.

Кроме искусственно вводимых обратных связей могут образовываться паразитные обратные связи через паразитные индуктивности и емкости, через общие цепи питания. Эти паразитные обратные связи могут нарушать нормальную работу усилителя, поэтому они всегда нежелательны.

По способу снятия напряжения различают обратную связь по напряжению и по току. В структурной схеме, приведенной на рис.13.1,а, напряжение обратной связи снимается непосредственно с нагрузки и пропорционально выходному напряжению. Такая обратная связь называется обратной связью по напряжению. Если напряжение обратной связи снимается с дополнительного сопротивления, рис. 13.1,б, включенного последовательно , то в этом случае пропорционально току в выходной цепи. В этом случае обратную связь называют обратной связью по току.

По способу подачи напряжения обратной связи во входную цепь различают параллельную и последовательную обратные связи. Параллельная и последовательная обратные связи проиллюстрированы соответственно на рис.13.1,а, б.

2.2 Влияние обратной связи на качественные показатели АЭУ

Рассмотрим структурную схему усилителя с последовательной обратной связью по напряжению (рис.13.1,а). В этой схеме введем следующие обозначения;

- коэффициент усиления усилителя без обратной связи;

- коэффициент усиления усилителя с учетом цепи обратной связи;

- коэффициент передачи цепи обратной связи;

- коэффициент передачи петли обратной связи.

Из выражения (13.1) можно записать

. (13. 2)

Учитывая (13.2), находим коэффициент усиления усилителя с обратной связью

(13.3)

Выражение в знаменателе зависит от знака коэффициента передачи цепи обратной связи. Если имеет место положительная обратная связь, то этот знак имеет "плюс" и выражение (13.3) для положительной обратной связи остается без изменения:

. (13. 4)

Значение в знаменателе 1-ЯК<1, следовательно, , т.е. положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления. Коэффициент передачи петли обратной связи ЯК может стремиться к единице, при этом . Последний случай соответствует самовозбуждению усилителя за счет положительной обратной связи.

В случае отрицательной обратной связи имеет знак "минус" и выражение (13.3) примет следующий вид;

(13.5)

Из выражения (13.5) видно, что отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления.

Под нестабильностью усиления будем понимать изменение коэффициента усиления во времени, который количественно характеризуется относительным коэффициентом нестабильности

. (13.6)

Коэффициент нестабильности усилителя с отрицательной обратной связью по аналогии с (13.6) можно выразить;

. (13.7)

Определив дифференциал , найдем:

. (13.8)

Из выражения (13.8) видно, что коэффициент нестабильности уменьшается в () раз.

2.3 Влияние ООС на входное и выходное сопротивления

На входное сопротивление усилителя не влияет способ снятия напряжения обратной связи в выходной цепи. Поэтому рассмотрим структурные схемы последовательной и параллельной способов подачи во входную цепь.

При последовательном способе передачи имеем (рис.13.1,б)

(13.9)

Таким образом, последовательная отрицательная обратная связь увеличивает входное сопротивление.

При параллельной обратной связи необходимо рассмотреть входные токи и проводимости (рис.13.1,б)

(13.10)

Проводимость с учетом обратной связи определяется суммой двух проводимостей

;

R_вхоос=R_вх/(1+ ЯК) (13.11)

При отрицательной параллельной обратной связи входная проводимость возрастает, следовательно, входное сопротивление уменьшается. Таким образом, предпочтительнее последовательный способ подачи во входную цепь.

На выходное сопротивление усилителя способ подачи во входную цепь усилителя не влияет, а влияет лишь способ снятия напряжения обратной связи. В случае применения отрицательной обратной связи по напряжению выходное сопротивление R_выхоос уменьшается R_выхоос= R_вых/(1+ ЯК), а в случае ООС по току R_выхоос увеличивается R_выхоос= R_вых(1+ ЯК). Таким образом, с точки зрения получения оптимальных и , желательно применять последовательную отрицательную обратную связь по напряжению.

2.4 Влияние ООС на амплитудно-частотную характеристику

Основными количественными параметрами частотной характеристики усилителя являются полоса пропускания и верхняя граничная частота.

Рассмотрим вначале этот вопрос качественно, рис.13.2.

Рис. 13.2 АЧХ усилителя с учетом цепи ООС

Если введем отрицательную обратную связь в усилитель с неравномерной частотной характеристикой, то коэффициент усиления уменьшается больше на той частоте, на которой коэффициент усиления максимален. За счет этого выравнивается частотная характеристика и увеличивается полоса пропускания.

Для количественного рассмотрения этого вопроса коэффициент усиления в области верхних частот К_в=К₀/(1+jщ_в) подставим выражение в

(13.12)

Введя в выражение (13.12) следующие обозначения

(13.13)

получим коэффициент усиления и частотную характеристику усилителя с обратной связью в области высоких частот:

(13.14)

В выражениях (13.14) присутствует постоянная времени усилителя с обратной связью. Из выражения (13.13) видим, что . Верхняя граничная частота усилителя определяется с учетом обратной связи

(13.15)

Таким образом, отрицательная обратная связь увеличивает верхнюю граничную частоту и полосу пропускания усилителя.

Надо отметить, что площадь усиления при этом остается постоянной

(13.16)

Из выражения (13.16) можно сделать вывод, что полоса пропускания усилителя с ООС увеличивается за счет проигрыша в коэффициенте усиления.

Размещено на Allbest.ru