Файл: Методические указания по выполнению курсовой работы Новосибирск 2022 удк 621. 383. 82.docx

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций

и информатики»

(СибГУТИ)


Савиных В.Л.
РАЗРАБОТКА ИНТЕГРАЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ 
Методические указания

по выполнению курсовой работы

Новосибирск

2022

УДК 621.383.82
Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ
Рецензент канд. техн. наук, доц.
Савиных В.Л. Разработка интегрального усилителя: методические указания / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики; каф. Технической электроники. - Новосибирск, 2022. – 30 с.
Приведены методические указания к выполнению курсовой работы на тему Разработка интегрального усилителя. В указаниях приводится структурная и принципиальная схемы проектируемого устройства и их описание. Приведена методика выбора элементной базы и рассмотрены особенности электрического расчета усилителя на полевых и биполярных транзисторах.


Ил. …, табл. …, список лит. - … назв.

Рецензент ктн доц.

Для направлений
Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве практикума
© Савиных А.Л., 2022

© Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики, 2022

Оглавление

	Стр.
Цель работы ..............................................................................................	4
Задание............................................................................................................	4
Содержание курсовой работы .....................................................................	7
Структурная схема усилителя.....................................................................	7
Порядок расчета усилителя.........................................................................	15
Приложение А. Параметры и характеристики бескорпусных транзисторов и диодов …............................................................................	2..
Приложение Б. …........................................................................................	2
Литература ………........................................................................................	2

---

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. 
   Научиться составлять электрические схемы интегрального усилителя по заданным параметрам.
   
2. 
   Осуществлять правильный выбор БТ и ПТ и определять их параметры по характеристикам или путем измерения.
   
3. 
   Проводить электрический расчет пассивных элементов схемы.
   

4 Рассчитывать элементы схемы для получения заданной АЧХ.

5 Составить топологию разработанной схемы.
ЗАДАНИЕ

В процессе выполнения курсовой работы студент должен составить принципиальную схему интегрального усилителя и провести электрический расчет её элементов. Затем составить топологический чертеж. Варианты задания даны в приложении А.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Перед выполнением курсовой работы студент должен изучить основные вопросы, касающиеся принципа работы и особенностей построения интегральных усилителей.

Курсовая работа состоит из введения, электрического расчета элементов принципиальной схемы, составления топологического чертежа и заключения.

Во введении необходимо кратко описать преимущества разработки электронных устройств с использованием в качестве элементной базы интегральных микросхем.

Основная часть проекта посвящена разработке и электрическому расчету принципиальной схемы усилительного устройства в соответствии с заданными параметрами, а также расчету АЧХ. Эта часть заканчивается приведением полной принципиальной схемы усилителя с указанием типов БТ и ПТ, номиналов пассивных элементов, а также АЧХ.

В соответствии с разработанной принципиальной схемой составляется топологический чертеж.

В заключении привести краткие выводы о проделанной работе, в частности можно коротко рассмотреть другие варианты разработки усилительного устройства и сравнить эти варианты конструктивно с точки зрения технологического исполнения ИМС.
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА УСИЛИТЕЛЯ
Усилитель состоит из двух каскадов (рисунок 1):

1 Усилительный каскад (УК), который должен обладать большим входным сопротивлением и необходимым коэффициентом усиления.

2 Эмиттерный повторитель (ЭП) служит для согласования УК с низкоомной нагрузкой.

---

Рисунок 1 - Структурная схема усилителя
Один из вариантов принципиальной схемы усилителя, соответствующий выше приведенной структуре, приведен на рисунке 2.

УК выполняется на ПТ, т.к. он обладает высоким входным сопротивлением. С1 разделительная ёмкость, не пропускающая постоянную составляющую от источника сигнала. R1 – сопротивление утечки, равное заданному входному сопротивлению. R2 сопротивление нагрузки в цепи стока с параллельно включенной ёмкостью С2, которая корректирует АЧХ на высоких частотах. R3 сопротивление смещения, задающее рабочую точку ПТ. С3 блокирующая ёмкость исключает снижение коэффициент усиления.



Рисунок 2 - Принципиальная схема усилителя

Выходной каскад – эмиттерный повторитель(ЭП). Он состоит из биполярного транзистора VT2, резистора в цепи эмиттера R4 и разделительного конденсатора С4 между эмиттером транзистора и нагрузкой.
Коэффициент передачи ЭП немного меньше единицы, но он обладает высоким входным и низким выходным сопротивлениями.
ПОРЯДОК РАСЧЕТА УСИЛИТЕЛЯ
1 Расчет усилителя начинается с расчета выходного каскада, т.е. эмиттерного повторителя (рисунок 3).

Вычисляем максимальный ток нагрузки

I_Н = U_{ВЫХ max} / R_Н (1)

Затем определяем постоянную составляющую тока эмиттера VT2, который должен превышать ток нагрузки в 2-3 раза

I_Э– = (2÷3)∙I_Н. (2)

Примечание. Индексы (–) и () указывают на постоянный или переменный ток либо напряжение.


Рисунок 3 - Эмиттерный повторитель
Отсюда сопротивление в цепи эмиттера ЭП составит

R4= 0,5·U_П /I_Э- (3)

Определяется мощность рассеивания на коллекторе транзистора VT2

---

P_К =U_КЭ–· I_К– =0,5·U_П· I_К0, (4)

где можно принять I_К– ≈ I_Э–.

Выбираем бескорпусной БТ, у которого максимальная мощность рассеивания на коллекторе Р_{К max} больше, чем рассчитанная выше и предельно допустимое напряжение U_{КЭ max} > U_П (приложение Б, таблица Б1).

Для расчета параметров ЭП необходимо найти параметры транзистора h_11Э и h_21Э и записать их в таблицу 2. Для определения параметров используем приложение В (рисунок В1).
Таблица 2 - Параметры транзистора VT2

UКЭ-, В	IК–, мА	РК, мВт	Тип БТ	IБ–, мкА	UБЭ-, В
IБ, мкА	UБЭ, мВ	IК, мкА	h11Э, Ом	h21Э

Рассчитываем параметры ЭП и результаты заносим в таблицу 3.

Таблица 3 - Расчетные параметры эмиттерного повторителя.

Тип БТ	R4, кОм	RНЭ, Ом	КU ЭП	RВХ ЭП, Ом	UВХ ЭП, В	IБ , мкА	UБЭ–, В	IБ–, мкА

Рассчитываем коэффициент передачи ЭП К_{U ЭП} по формуле



где R_{Н ЭКВ} эквивалентное сопротивление нагрузки ЭП, состоящее из параллельно включенных R₄ и R_Н.



Входное сопротивление ЭП равно

R_{ВХ ЭП}= h_11Э+ (h_21Э +1)·R_{Н ЭКВ} (7)

Напряжение сигнала на входе ЭП должно составлять

---

U_{ВХ ЭП}= U_ВЫХ / К_{U ЭП} (8)

Переменный входной ток ЭП составляет



Определяем также постоянное напряжение база-эмиттер транзистора U_БЭ- .

Выходное сопротивление ЭП равно



где R_ИСТ – сопротивление источника сигнала, стоящего перед ЭП. Так как перед ЭП стоит УК, то R_ИСТ = R2 || R_i ≈ R2. R_i – выходное сопротивление ПТ. Поскольку R_i >> R2, то им можно пренебречь. (Этот параметр определяется после расчета УК).
Расчет усилителя на ПТ
Принципиальная схема усилителя представлена на рисунке 4.



Рисунок 4 – Принципиальная схема усилителя
Коэффициент передачи усилителя на ПТ определяется формулой



Так как R_Н<i, то К_UПТ берем на 10-20% больше. А с учетом эмиттерного повторителя коэффициент передачи усилителя на ПТ принимаем равным



Выбирается бескорпусной ПТ, у которого предельно допустимое напряжение U_{СИ max} > U_П и



(приложение Б, таблица Б2). Тип транзистора заносим в таблицу 4.

Таблица 4 – Результаты расчета усилителя на ПТ

Тип ПТ	КUПТ	, мА	В	UСИ, В	В	IC, мА	S, мА/В	R1, кОм	R2, кОм	R3, Ом

  1   2   3   4

---