Файл: Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине Электроника и цифровая схемотехника.doc

Электрические схемы необходимо выполнять в соответствии с требованиями государственных стандартов. Принципиальная схема усилителя обязательно должна иметь рамку и штамп. Выбор каждого усилительного прибора должен быть обязательно обоснован. После обоснования следует выписать из справочника и ввести в текст записки основные параметры выбранного элемента. Элементы схемы выбирают с учетом требований стандартов. Например, резисторы выбирают по номинальным значениям, близким к расчетным величинам сопротивлений, и величине мощности, которая рассеивается на резисторе в рабочем режиме. Конденсаторы выбирают по номинальным значениям емкости, ближайшим к расчетным величинам и величиною рабочего напряжения.

Общий объем курсовой работы, включая список литературы и приложения, не должен превышать 30–35 страниц, напечатанных через два интервала.

1.4. Порядок защиты курсовой работы и критерии оценок
В результате выполнения курсовой работы к защите должны быть представлены:

- расчетно-пояснительная записка;

- электрическая принципиальная схема УНЧ;

- результирующие характеристики усилителя ( по возможности могут быть уточнены с помощью пакетов Electronics Workbench, Multisim и др.).

Защита курсовой работы проводится в форме собеседования, в ходе которой студент должен:

показать знание принципа работы схемы УНЧ и назначение ее элементов;

обосновать правильность выбора транзисторов и их режимов работы для решения поставленной задачи;

знать основные характеристики и параметры усилителя и доказать, что они отвечают требованиям ТЗ;

уметь пояснить влияние элементов схемы и обратной связи на основные характеристики и параметры усилителя.

Оценка “ Отлично” выставляется студенту, если он глубоко и твердо владеет материалом, исчерпывающе и последовательно его излагает.

Оценка “Хорошо” выставляется студенту, если он глубоко и твердо владеет материалом, грамотно и последовательно его излагает, однако допускает не существенные не точности.

---

Оценка “Удовлетворительно” выставляется студенту, который имеет знания по основному материалу, однако не овладел его деталями, допускает не точности, затрудняется в практическом применении теоретических знаний.

Оценка “Неудовлетворительно” выставляется студенту, который не знает значительной части учебного материала, допускает существенные ошибки в практическом применении теоретических знаний.
1.5. Список рекомендованной литературы

Основная

1. Павлов, В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов – 2-е изд., испр. [Текст]/ В.Н. Павлов, В.Н. Ногин. - М.: Горячая линия- Телеком, 2001.- 320 с.: ил.

2. Валенко В.С. Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств [Текст]/ В.С. Валенко; Под ред. А.А. Ровдо.– М., 2001.–368 с.

3. Опадчий, Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника ( Полный курс): Учебник для вузов [Текст]/ Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И Гуров; Под ред. О.П. Глудкина. – М.: Горячая Линия - Телеком, 1999.- 768 с.: ил.

4. Королев Г.В. Электронные устройства автоматики. Учебное пособие.- 2-е изд. перераб. и доп. [Текст]/ Г.В. Королев. - М.: Высш. шк.- 1991.- 256 с. ил.

5. Остапенко Г.С. Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов [Текст]/ Г.С. Остапенко.- М.: Радио и связь, 1989.- 400 с.: ил.

6. Варакин Л.Е. Бестрансформаторные усилители мощности [Текст]/ Л.Е. Варакин.- М.: Радио и связь, 1984 – 128 с.

Дополнительная

7. Гусев, В.Г. Электроника [Текст] /В.Г.Гусев, Гусев Ю.М.– М.: Высшая школа, 1991.

8. Справочник по расчету электронных схем [Текст] / Б.С. Гершунский. – Киев: Высшая школа; Изд-во при Киев. ун-те, 1983. – 240 с.

9. Транзисторы для аппаратуры широкого применения [Текст]: Справочник. Под ред. Б.Л. Перельмана.- М.: Радио и связь, 1981.- 656 с.

2. 
   Методические рекомендации по выполнению курсовой работы
   

Выполнение курсовой работы необходимо начинать с выяснения задания, последовательности и объема конкретных вопросов, которые подлежат разработке. После этого составляется примерный план работы, который утверждается руководителем. Затем необходимо ознакомиться с рекомендованною литературой.
2.1. Теоретические сведения
УНЧ предназначены для усиления непрерывных периодических сигналов, частотный спектр которых находится в пределах от десятков герц до десятков килогерц. Функция УНЧ состоит в получении на заданной величине сопротивления нагрузки, сигнала необходимой мощности. Источником сигнала может быть микрофон фотоэлемент, индукционный датчик и др. В

---

качестве нагрузки может служить громкоговоритель, измерительный прибор (вольтметр, осциллограф), следующий каскад усиления и др. Для получения больших значений коэффициента усиления используют многокаскадные УНЧ, построенные путем последовательного соединения нескольких одиночных каскадов. Типовая структурная схема многокаскадного УНЧ приведена на рис. 1.



Рис. 1. Типовая структурная схема УНЧ
Входной каскад ( ВхК ) предназначен для согласования УНЧ с источником входного сигнала и предварительного усиления сигнала. Основное требование к нему - обеспечение требуемого входного сопротивления.

Каскады предварительного усиления (КПУ) осуществляют основное усиление сигнала. Число каскадов определяется требуемым коэффициентом усиления.

Выходной каскад (УМ – усилитель мощности) обеспечивает необходимую мощность и амплитуду выходного сигнала в нагрузке.

В усилителях обычно используется отрицательная обратная связь (ООС), охватывающая отдельные каскады, группы каскадов или усилитель в целом. Это позволяет стабилизировать параметры усилителя, уменьшить величины линейных и нелинейных искажений, уменьшить уровень шумов и наводок.

При построении современных УНЧ используют большое число схем и схемотехнических приемов.

Выходные каскады УНЧ строятся по одно- или двухтактным схемам, с трансформаторной или бестрансформаторной связью с нагрузкой.

В однотактных усилителях обе полуволны входного сигнала усиливаются одним транзистором, который работает в линейном режиме - класса А. К достоинствам такого усилителя относят: простота схемы и малые искажения, а к недостаткам – низкая экономичность.

В двухтактном усилителе мощности усиление сигнала происходит за два такта. В течение одного полупериода входного сигнала усиление осуществляется одним транзистором, другой транзистор в течение этого полупериода закрыт. При следующем полупериоде входного сигнала усиление осуществляется вторым транзистором, а первый закрыт. Такие УНЧ работают в экономичном режиме класса АВ или В при высоком КПД.

На сегодняшний день широко применяются двухтактные бестрансформаторные выходные каскады усиления. Это, во-первых, позволило упростить схемы усилителей и, во-вторых, исключить из них крупногабаритные трансформаторы.

По этой причине остановимся только на принципах построения бестрансформаторных схем УНЧ. Такие УНЧ строятся преимущественно на биполярных и полевых транзисторах в дискретном или интегральном исполнении. Выходные каскады УНЧ выполняют на комплементарных парах транзисторов разного типа проводимости с близкими по величине параметрами или на составных транзисторах.

---

Схема простейшего выходного каскада усиления на комплементарных парах транзисторов, с питанием от одного источника питания, приведена на рис.2,а.







а) б)

Рис. 2. Бестрансформаторные выходные каскады усиления:

а) на комплементарных парах транзисторов;

б) на составных транзисторах.
Каждый из транзисторов в схеме, вместе с нагрузкой и источником питания образуют схему с общим коллектором (ОК). Эти двухполюсники принято называть плечами двухтактного усилителя. Режим работы по постоянному току, соответствующий режиму работы класса АВ, обеспечивается делителем R₁,VD,R₂. Сопротивление диода создает необходимое напряжение смещения между базами транзисторов VT_1,2, а также выполняет функции элемента схемы термокомпенсации. Нагрузка подключается через разделительный конденсатор С_р достаточно большой емкости. При идентичных параметрах транзисторов, напряжение накапливаемое на емкости С_р составляет E_к ∕ 2 и является источником питания для транзистора VT₂.

С увеличением выходной мощности устройства возрастают трудности в выборе типа комплементарных транзисторов, которые преодолеваются путем включения непосредственно на его выходе составных транзисторов. При этом находят применение как составные каскады на транзисторах одного, так и различного типов проводимости.

Типовая схема двухтактного бестрансформаторного выходного каскада усиления на составных транзисторах, приведена на рис.2,б. Транзисторы одинаковой проводимости VT_3,4 образуют выходной каскад, а транзисторы VT_1,2 – фазоинверсный. Резисторы R₁,R₂ и диод VD служат для создания режима работы по постоянному току. Резисторы R₃,R₄ являются резисторами нагрузки транзисторов VT_1,2 соответственно. Верхнее плечо схемы представляет собой составной эмиттерный повторитель, охваченный глубокой ООС через R_н. Нижнее плечо схемы состоит из двух каскадов с общим эмиттером (ОЭ), охваченных общей цепью ООС также через резистор R_Н. Несмотря на неидентичность схемных построений плеч усилителя, их асимметрия не сказывается на нелинейных искажениях сигнала из-за наличия глубокой ООС.

К преимуществам рассмотренных схем бестрансформаторных выходных каскадов усиления УНЧ следует отнести:

---

- малый вес и габариты;

- малый коэффициент асимметрии, что существенно влияет на снижение нелинейных искажений;

- малый ток покоя;

- высокий К.П.Д.;

- малое выходное сопротивление и относительно большое входное;

- высокая температурная стабильность.

К недостаткам – малый коэффициент усиления по напряжению схемы с ОК и трудность в подборе комплементарной пары.

Входные каскады и каскады предварительного усиления, как правило, выполняют на биполярном транзисторе по схеме с ОЭ (рис. 3,а) или полевом транзисторе по схеме с общим истоком (ОИ) (рис. 3,б).



а) б)

Рис. 3. Каскады предварительного усиления:

а) на биполярном транзисторе; б) на полевом транзисторе.
Схема каскада усиления на биполярном транзисторе с ОЭ является наиболее распространенной. Такой каскад, по сравнению с каскадами с общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК), имеет наибольший коэффициент усиления по мощности.

Каскад усиления с ОИ нашел широкое применение во входных цепях интегральных усилителей.

Во входном и промежуточных каскадах усиления возможно применение интегральных микросхем (ИМС).

Проектирование УНЧ необходимо проводить в два этапа. На первом этапе проводится предварительный (эскизный) расчет УНЧ. На другом этапе – окончательный расчет УНЧ.
2.2. Предварительный расчет УНЧ
Содержанием предварительного расчета УНЧ являются:

1) Разработка ТЗ, то есть определение основных показателей, которые должен иметь проектируемый УНЧ.

В ТЗ приводятся: напряжение источника входного сигнала U_вх; диапазон частот усиливаемого сигнала (f_н-f_в); напряжение U_выхили мощность Р_выхна выходе усилителя; сопротивление нагрузки R_н; коэффициенты частотных искажений на нижней М_н и верхней М_в частоте диапазона; система питания усилителя.

Эти основные выходные данные могут быть дополнены специальными требованиями, обусловленными назначением и условиями роботы УНЧ.

2) Разработка структурной схемы УНЧ с приведением технических требований к отдельным узлам: ориентировочно выбирают типы транзисторов отдельных каскадов, распределяют по каскадам общий коэффициент усиления, частотные и нелинейные искажения, определяют регулируемые параметры – усиление, тембр и др.
2.2.1. Разработка технического задания

---