Разработка интегрального усилителя

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Разрабатываемое изделие относится к области техники, 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. Техническое задание

Задание на курсовую работу включает составление и электрический расчет схемы интегрального усилителя в соответствии с заданными величинами параметров устройства по варианту № 28 исходных данных:

- Напряжение питания: Uпит = -15 В;

- Коэффициент усиления по напряжению: Ku =20;

- Входное сопротивление: Rвх = 60 Kом;

- Сопротивление нагрузки: Rн = 0,25 кОм

- Номинальное напряжение: Uном = 3 В;

- Нижняя рабочая частота: fн = 100 Гц;

- Верхняя рабочая частота: fв = 1,4 кГц;

- Коэффициент частотных искажений на верхней частоте: Мв = 2,6 дБ;

- Коэффициент частотных искажений на нижней частоте: Mн = 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).

2. Разработка структурной и принципиальной схем устройства

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

Усилитель состоит из трех каскадов (рис. 1):

1. Дифференциальный каскад (ДК) предназначен для усиления разности двух напряжений UВЫХ ДК=КU ДК(UВХ2 - UВХ1) или при равенстве одного из них нулю происходит усиление входного сигнала с инверсией или без инверсии.

2. Схема смещения уровня (ССУ): т.к. напряжение на выходе ДК не равно нулю, то назначение этого каскада исключить постоянную составляющую в выходном напряжении.

3. Эмиттерный повторитель (ЭП) служит для согласования устройства с низкоомной нагрузкой.

Рис. 1

Табл. 1. Параметры и характеристики бескорпусных транзисторов

3. Расчет усилителя

Вычисляем ток нагрузки:

Определим постоянную составляющую тока эмиттера (он превышает ток нагрузки в 2ч3 раза), следовательно:

Отсюда сопротивление в цепи эмиттера ЭП составит:

=

Мощность рассеивания на коллекторе транзистора:

Выбираем бескорпусных транзистор на БТ, у которого максимальная мощность на коллекторе больше чем рассчитанная мощность => выбирая из таблицы А1

Табл. 2

4. Входные характеристики транзистора

По условию

Определяем ток базы: определяем рабочую точку.

Находим ток базы:

Находим коэффициент передачи тока базы в этой же точке:

Определяем коэффициент передачи тока базы, для этого рассматриваем следующую характеристику.

;

= 20;

;

Входное сопротивление транзистора:

5. Дифференциальный каскад на БТ

Принципиальная схема ДК на биполярных транзисторах приведена на рисунке 2. В зависимости от того, на какой вход подан сигнал, выходное напряжение будет инвертировано или неинвертировано относительно входного. тогда, коэффициент передачи каскада определяется как:

КU ДК= h21Э •RК Э /2• h11Э, =

где RКЭ эквивалентное сопротивление нагрузки в цепи коллектора, состоящее из параллельно включенных R2 и RВХ ССУ. Т.к. RВХ ССУ>> R2 , то можно принять RК Э? R2.

Рис. 2. Дифференциальный каскад

Входное сопротивление ДК равно:

RВХ Д=2• h11Э= = 20 Ом;

,

нам известно отсюда находим входной ток на первом каскаде.

Теперь мы можем решить какой Биполярный транзистор нам, выбрать через который сможет протекать ток 33,333 мА.

Чтобы выбрать Транзистор необходимо найти мощность, которую он может через себя пропустить, а для этого воспользуемся формулой:

транзистор КТ331А выбран правильно.

Из этих формул видны противоречия:

1. увеличение входного сопротивления (параметра h11Э) приводит к снижению коэффициента усиления;

2. для увеличения входного сопротивления надо брать малые токи базы, а это также приводит к снижению h21Э и, следовательно, коэффициента усиления.

Большое входное сопротивление усилителя позволяет снизить потери входного напряжения на внутреннем сопротивлении источника входного сигнала.

6. Составной транзистор

транзистор биполярный эмиттер дифференциальный

Биполярный составной транзистор (схема Дарлингтона) состоит из двух транзисторов, включенных, как показано на рисунке 3. Такая схема применяется для создания входных сопротивлений усилителя в пределах RВХ=60 кОм;

Рис 3. Составной транзистор

Коэффициент передачи по току составного транзистора равен

h21Э=IК/ IБ= h21Э(1)+ h21Э(1) h21Э(2)+ h21Э(2),

а входное сопротивление:

h11Э= h11Э(1)+ (1+h21Э(1)) h11Э(2),

индексы (1) и (2) соответствуют параметрам первого и второго транзисторов соответственно.

Для расчетов можно принять упрощенные формулы:

h21Э ? h21Э(1) h21Э(2) (3а) и h11Э h21Э(1) h11Э(2).

Таким образом, входное сопротивление и коэффициент передачи по току составного транзистора увеличивается примерно в h21Э(1) раз. Заменяя в ДК транзисторы VT1 и VT2 на составные, получим значительное увеличение входного сопротивления ДК (сотни кОм), однако, коэффициент усиления при этом почти не изменится.

Дальнейшее увеличение входного сопротивления ДУ можно получить, используя полевые транзисторы.

Размещено на Allbest.ru