Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Основы электроники»

Оглавление

• Введение
• 1. Принципиальная электрическая схема усилительного каскада
• 2. Инвертирующий усилитель переменного тока
• 3 Упрощение функции
• Заключение
• Литература
• Введение
• Усилительные приборы применяются в измерительной технике, технике, связи, для усиления слабых электрических сигналов. Генераторные - для формирования электрических сигналов разнообразной формы. Импульсные и логические устройства используются в системах автоматического управления, вычислительной технике, силовой преобразовательной технике. Фундаментальным понятием в проектирование электронных устройств является понятие обратной связи. Обратная связь может дегенеративный характер - отрицательная обратная связь и генеративный характер положительная обратная связь.
• Отрицательная обратная связь (ООС) применяется в усилительных устройствах. ООС изменяет их параметры и характеристики (входные и выходные, коэффициент усиления, амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики).
• Усилительные устройства могут обеспечивать усиление по: току, напряжение, мощности.
• Разновидностями усилителей мощностей является двухтактные усилители (трансформаторные и безтрансформаторные ).
• Электронные усилители, параметры которых преимущественно определяется свойствами цепи обратной связи, получили название операционных усилителей. Операционные усилители (ОУ) в основном выполняется в интегральном исполнении. ОУ широко применяются в усилителях постоянного тока (УПТ), сумматорах, интеграторах, дифференциаторах, компараторах и других электронных устройствах обработки аналоговых сигналов.

1. Принципиальная электрическая схема усилительного каскада

Рис: 1. Принципиальная электрическая схема усилительного каскада

Исходные данные:

R_H=400 Ом; U_HM=2,5 В; R_G=350 Ом

F_H=150 Гц; M_H=1,41 ,Т_max=40⁰C.

Рассчитываем сопротивление резистора в цепи коллектора транзистора:

R_K= (1+K_R)= (1+1,2)400=880 Ом.

K_R=(1,2 ч1,5);

Выберем номинал сопротивление резистора R_K=910 Ом.

Определяем эквивалентное сопротивление каскада:

R'_H=R_H R_K / R_H+R_K=910 x 400/1310=277,86 Ом.

Найдем амплитуду коллекторного тока:

I_km=U_Hm/R'_H=1/277,86=3,6*10^-3 A

Рассчитаем ток покоя транзистора:

I_kп=I_km/K₃=3,6*10^-3/0,8=4,5*10^-3 A.

Определим минимальное напряжение коллектора-эммитера в рабочей точке транзистора:

U_кэпmin=U_Hm+U₀ =2,5+1=3,5 В

Т.к U_кэпmin меньше типового значения U_кэп=5 В, принимаем U_кэп=5 В.

Рассчитаем напряжение источника питания:

U_п=U_кэп+I_kпR_k/0,8 =(5+4,5*910*)/0,8=11,37 В

Выберем напряжение питания U_п=11 В.

Определим сопротивление резистора эмиторной цепи:

R_э=0,2*U_п /I_кп =0,2*11/0,0045=488,9 Ом.

Номинал резистора R_э=470 Ом.

Выбираем транзистор КТ315Б по параметрам:

U_кздоп= 15 В>U_п=11 В.

I_кдоп= 100 мА > I_кп= 4,5 мА.

Характеристики транзистора КТ315Б:

U_кздоп= 15 В ,I_кдоп= 100 мА,Р_{к доп}=150мВт,Т_{п max.}=120⁰С

На выходных характеристиках транзистора КТ315Б построим нагрузочную прямую постоянного тока по точкам А, В.

Точка А: Uк-э =0, Iк =Uп /(Rк +Rэ)=11/(470+910)=8*10^-3 А

Точка В: Uкэ=Uп, Iк = 0.

Нанесем рабочую точку С на нагрузочную прямую с координатой I_к= I_kп=8*10^-3 уточним напряжение U_кэ в точке покоя U_кэп = 5 В.

Рассчитаем мощность в точке покоя транзистора:

P_kп=I_kп U_кэп=8*10^-3 *5=40*10^-3 Вт.

Определим наибольшую мощность рассеивание транзистора при максимальной рабочей температуре:

P_kmax=P_kдоп *(T_пmax -T'_m)/(T_{пma x} -T₀)=150*10^-3 *(120-40)/(120-25)= =126,32*10^-3 Вт.

P_kп < P_kmax , следовательно, транзистор КТ315Б выбран правильно.

Находим координаты рабочей точки С на входной характеристике транзистора I_бп =0,1мА мА, U_бэп =0,706 В.

Определим ток базового делителя R_б1, R _б2:

I_D =(5) I_бп=5*0,1*10^-3 = 0,5* 10^-3 A.

Рассчитаем сопротивление резистора базового делителя:

R _б2 = (U_бэп+ I_kп R_э )/ I_D=(0,706+4,5*10^-3 *470)/0,5*10^-3 =5,6 кОм.

Номинал сопротивление резистора R _б2=5,6 кОм.

Определим сопротивление резистора базового делителя:

R_б1=R _б2(U_п/(U_бэп+ I_kп R_э) -1)=5,6*10^-3(11/(0,706+4,5*10^-3*470)-1 )= =16,24*10³ Ом.

Номинал резистора R_б1 = 16 кОм.

Найдем эквивалентное сопротивление базового делителя:

R_D= (R_б1 R _б2)/ (R_б1+ R _б2) = 16*10³ * 5,6*10³ /(16*10³+5,6*10³) 10³ =4,15*10³ Ом.

По выходным характеристикам транзистора определим h_21э в рабочей точке транзистора:

h_21э = ?I_k / ? I_б = 9,2*10^-3/0,1*10^-3= 92 Ом.

По входным характеристикам найдем h_11э= ?U_бэ /?I_б =0,94/0,6*10^-3=1567 Ом.

Найдем входное сопротивление каскада:

R_вх = h_11э R_D / (h_11э+ R_D) =1567*4,15*10³/(1567+4,15*10³)=1137,5 Ом.

Рассчитаем выходное сопротивление каскада: R_вых= R_K=910 Ом.

Построим на выходных характеристиках транзистора нагрузочную прямую по переменному току, проходящего через рабочую точку С и имеющую наклон:

?I_k /?U_К-Э=1/ R'_H=1/277,86 =3,6*10^-3 A/B. (73⁰).

Находим амплитуду тока базы по выходным характеристикам:

I_бm= ?I_б/2=0,1/2=0,05A

Определим по входным характеристикам амплитуду входного напряжения транзистора:

U_бm=?U_бэ/2=0,94/2=0,47 B.

Определим коэффициент усиления каскада по току:

K₁= h_21э * R'_H / R_H= 92*277,86/400=64

Найдем коэффициент усиления каскада по напряжению:

K_u = K₁ * R_H / (R_G + R_вх)=64*400/(350+1137,5)= 17,2

Рассчитаем коэффициент усиления каскада по мощности:

K_p = K_I * K_u=64*17,2= 1101

Определим амплитуду напряжения источника сигнала:

U_Gm= U_Hm / K_u =1/17,2=0,058 B.

Распределим частное искажение в области нижних частот, вносимые емкостями конденсаторов С_р1, С_р2, С_б1 равномерно между ними:

М_нс = М_н^1/3=1,41^1/3 =1,12.

Рассчитаем емкость разделительного конденсатора:

С_р1>=1/2ПF_H (R_G +R_вх)(М_нс²-1)^1/2=1/6,28*150*1487,5*(1.12²-1)^1/2 =1,4*10^-6 Ф.

Выберем номинал конденсатора С_р1=1,5*10^-6 Ф.

Определим емкость разделительного конденсатора:

С_р2>=1/2П F_H (R_вых+ R_H) (М_нс²-1)^1/2=1/6.28*1310*150*0.5=1.6*10^-6Ф

Выберем номинал емкости конденсатора С_р2=1,6*10^-6Ф.

Найдем емкость блокировочного конденсатора

С_б1=1/2П F_{H ==}1/6,28*150*277,86*0,5=7,5*10^-6Ф.

Выберем емкость конденсатора С_б1=7,5 мкФ.

2. Инвертирующий усилитель переменного тока

Требуется рассчитать схему инвертора (рис 2)

Исходные данные: R_G1=75 кОм, K_u1=50, Д=26 Дб, F_н =20 Гц

Определим произведение сопротивления источника сигнала на коэффициент усиления:

R_G1 K_u1=75*10³*50=3,75*10⁶ Ом.



Рис. 2. Инвертирующий усилитель переменного тока.

Рассчитываем сопротивление входного резистора R₁=5* R_G1=5*75*10³ =3,75*10⁵ Ом.

Выберем по приложению 2 номинал резистора R₁=3,6*10⁵ Ом.

Находим сопротивление резистора R₂ = R₁=3,6*10⁵ Ом.

Рассчитываем сопротивление резистора R₃ = (K_u1-1) R₁ =49*3,6*10⁵= 17,64*10⁶ Ом.

Выберем номинал резистора R₃= 18 МОм.

Так как К_uoy>>K_u1 и 10кОм<=R_G<=75 кОм выберем К140УД6

Из приложения 4 К140УД6 имеет следующее параметры:

K_uoy= 70 10³ - коэффициент усиления по напряжению;

?i_вх= 10 10^-9А - разность входных токов ОУ;

U_смв = 5*10^-3 В - внутреннее напряжение смещения;

??i_вх /?T=0,1 10^-9А/⁰C - тепловой дрейф разности входных токов;

?U_смв /?T= 20 10^-6 B/⁰C - тепловой дрейф внутреннего напряжения смещения;

U_{вых мах оу} =11 В - максимальное напряжение на выходе ОУ;

U_п= 15 В - типовое напряжения питания.

Принимаем напряжение питания ОУ сумматора U_п1= +15 В, U_п2= -15 В и проверим правильность выбора ОУ.

Рассчитываем допустимое напряжение смещение ОУ

U_{см доп}= U_{вых мах оу} / K_u1 *10^-D/20 =11/50*10^-26/20=4,4 В

Найдем напряжение смещение ОУ от разности входных токов:

U_см1=?i_вх*R_вхо+(??i_вх/?T)*R_вхо(T_m-T_о)=10^-8*3,6*10⁵+10^-10*3,6*10⁵*15= =4,14*10^-3В.

Определим напряжение смещение ОУ, вызванное внутренним смещением ОУ:

U_смII = U_смв+ (?U_смв /?T) ( T_m -T_о)=20*10^-6 *15+5*10^-3 =5,3*10^-3В.

Суммарное напряжение смещение:

U_см= U_смII + U_см1=(4,14+5,3) 10^-3 =9,44* 10^-3 В.

U_{см доп} > U_см , следовательно, ОУ К140УД6 обеспечивает заданный динамический диапазон выходного напряжения во всем интервале рабочих температур: ОУ К140УД6 выбран правильно.

Определим максимальную амплитуду источника сигнала:

U_Gm2 = U_{вых мах оу}/K_u1=11/50=0,22 B.

3. Упрощение функции

Задача логическая функция:

где А₁=, A₂=

Упростим данную функцию, пользуясь законами алгебры логики:

F=Y(Z+X)++=(YZ+)+()=+ZY= =Y(+Z)

Составим таблицу истинности:

Таблица 1

X	Y	Z	F
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	1
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	0
1	1	1	1

Рис. 3 Структурная схема.

Строим функциональную электрическую схему реализующую функцию.

Элемент И-НЕ-ИЛИ-И

Рис. 4 Базовый логический элемент.

каскад резистор конденсатор

Заключение

1.Для усилительного транзисторного каскада (Рис 1).

1.1 Выбран транзистор по приложению 1, определили напряжение источника питания U_п, рассчитали сопротивление резисторов и выбрали их номиналы по приложению 2.

1.2. Определили h-параметры, h_11э , h_21э в рабочей точке транзисторного каскада, его входные и выходные сопротивления R _{вх ,}R _вых.

1.3 Нашли амплитуды напряжение и тока базы U_б I _б, коэффициенты усиление каскада по току, напряжению и мощности K_1, K_{u ,}K_p и амплитуду напряжение источника сигнала U_Gm.

1.4 Рассчитали емкости конденсаторов, выбрали их номинал по приложению 2,3.

2. По заданной схеме на операционном усилитель:

2.1 Выбрали операционный усилитель К140УД6.

2.3 Определим максимальные амплитуды источников сигнала

3. Решаем логическую функцию:

3.1 Упростили функцию, пользуясь алгебры логики.

3.2 Составили таблицу истинности.

3.3 Разработали функциональную электрическую схему на базовых элементах.

Литература

1. В.И. Лачин, Н.С. Савелов - Электроника : Учебное пособие; издательство «Феникс», 2012.-576 стр.

2. Г.Н.Горбачев и др. Промышленная Электроника: Энергоатом издательство, Москва 2011 г; 320 стр.

3. Методические рекомендации;

4. Справочники по преобразовательной технике;

5. Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов, Москва,2012 г.

6. Основы промышленной электроники: Учебник для вузов. В.Г.Герасимов, Москва, 2009 г.

7. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Москва. Электроника, Высшая школа 1986 г.

8. Электронные вычислительные машины: Учебное пособие для вузов: Я. Савельев и др., Москва, 2009 г.

9. Токхайм Р., Микропроцессоры. Курс и упражнения., Москва: Энергоатомиздат, 2007 г.

Размещено на Allbest.ru