Курсовая работа цифровая техника

метки: Цифровой, Техник, Коэффициент, Выходной, Входной, Частота, Элементный, Прибор

Роль электроники в современной науке и технике трудно переоценить. Она справедливо считается катализатором прогресса. Спектр ее применения прости­рается от фундаментальных исследований до прикладного ис­пользования. Микроэлектроника влияет на все народное хозяй­ство, но не непосредственно, а через целый ряд специфических отраслей таких, как вычислительная техника, информационно-измерительные системы, робототехника, микропроцессоры. Микроэлектроника очередной исторически обусловленный этап развития электроники и одно из ее основных направле­ний, обеспечивает принципиально новые пути решения назрев­ших задач.

Электроника — это область науки, техники и производства, охватывающая исследование и разработку электронных прибо­ров и принципов их использования.

Микроэлектроника — это раздел электроники, охватываю­щий исследования и разработку качественно нового типа элект­ронных приборов — интегральных микросхем — и принципов их применения.

В основе развития электроники лежит непрерывное усложне­ние функций, выполняемых электронными устройствами. На опре­деленных этапах становится невозможным решать новые задачи старыми электронными средствами, или, как говорят, средствами на основе существующей элементной базы, например с помощью электронных ламп или дискретных транзисторов. Таким образом, появляются предпосылки для дальнейшего совершенствования элементной базы. Основными факторами, вызывающими необхо­димость разработки электронных устройств на новой элементной базе, являются повышение надежности, уменьшение габаритов, массы, стоимости и потребляемой мощности.

В зависимости от применяемой элементной базы можно выде­лить четыре основных поколения развития промышленной элек­троники, а вместе с ней, соответственно, и электронных устройств.

I поколение

Электронный электровакуумный прибор — прибор, в котором электрический ток создается только свободными электронами.

Ионный электровакуумный прибор — прибор с электрическим разрядом в газе или парах. Этот прибор называют также газо­разрядным.

II поколение (1950—начало 60-х годов) характеризовалось применением в качестве основной элементной базы дискретных полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов и тиристоров).

Полиграфическая промышленность как материально-техническая база ...

... них логотипом, от визитных карточек до фирменных воздушных шаров. Полиграфическая промышленность является материально-технической базой развития издательского дела. Печатание - это многократное получение идентичных ... интересной, образной и эмоциональной. Один элемент всегда должен доминировать. 2. Полиграфические технологии Говоря о технологии печатного процесса, можно добавить немного истории. ...

Сборка электронных устройств II-го поколения осуществлялась обычно автоматически с применением печатного монтажа, при котором полупроводниковые приборы и пассивные элементы располагались на печатной плате — диэлектрической пластине с металлизированными отверстиями (для подсоединения полупро­водниковых приборов и пассивных элементов), соединенными между собой проводниками. Проводники выполнялись путем осаждения медного слоя на плату по заранее заданному печатному рисунку, соответствующему определенной электронной схеме.

III поколение электронных устройств (1960—1980 гг.) связано с бурным развитием микроэлектроники — раздела электроники, охватывающего исследование и разработку качественно нового типа электронных приборов — интегральных схем — и принципов их применения. Основой элементной базы этого поколения элек­тронных устройств стали интегральные схемы и микросборки.

Интегральная схема представляет собой совокупность несколь­ких взаимосвязанных элементов (транзисторов, резисторов, кон­денсаторов и др.), изготовленных в едином технологическом цикле, т. е. одновременно, на одной и той же несущей конструкции (подложке), и выполняющих определенную функцию преобразования информации. Микросборка представляет собой ИС, в состав которой входят однотипные элементы (например, только диоды или только транзисторы).

Широкое развитие находит блочная конструкция электронных устройств — набор печатных плат, на которые монтируют ИС и микросборки.

IV поколение

Техническое задание

Требуется спроектировать измерительный усилитель, согласно следующим техническим параметрам:

Коэффициент усиления по напряжению	6000
Нижняя граница диапазона частот, Гц	0
Верхняя граница диапазона частот, Гц	400
Минимальное сопротивление нагрузки, Ом	100
Погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот на холостом ходу, не более, %	1
Дополнительная погрешность коэффициента усиления при подключении нагрузки, не более %	1
Максимальное выходное напряжение, В	10
Максимальное входное напряжение, В	12
Входное сопротивление в полосе рабочих частот, МОм	10
Погрешность входного сопротивления, не более, %	10
Приведенный температурный дрейф нуля, не более, мкВ/ 0 С	1
Дополнительный фазовый сдвиг в полосе рабочих частот, не более, °	120
Рабочий диапазон температур, °С	+10…+60
Напряжение питания, В	220
Частота, Гц	50

Так как в техническом задании есть специальные требования для входной и выходной части, то следует ввести специальную входную и выходную части. Эти части могут быть самостоятельными усилителями, охваченными обратной связью, для получения необходимых заданных параметров.

Произведение коэффициентов усиления входной и выходной частей усилителя обычно меньше требуемого. Для того чтобы обеспечить этот показатель необходимо ввести промежуточную часть.

Необходимо также провести оценку частотных искажений вносимых усилителем. Эти искажения вносятся всеми частями усилителя. При проектировочных расчетах принято задавать частотные искажения на уровне 15-20%.

Пусть:

М = 1,15.

Наибольшая часть частотных искажений приходится на выходную часть.

Пусть для выходной части:

М_вых = 1,1;

Для промежуточной части:

М_пром = 1,03.

Тогда для входной части:

1. Проектирование входной части

1. 1. Выбор схемы включения операционного усилителя

Т. к. входное сопротивление большое, выбираем неинвертирующее включение операционного усилителя (рис. 1).

Рис 1. Неинвертирующее включение ОУ

1. 2. Выбор операционного усилителя

Выбираем ОУ К140УД17А. Его параметры:

• минимальный коэффициент усиления ;
• напряжение смещения мкВ;
• частота единичного усиления МГц;
• входной ток нА;
• напряжение питания В;
• ;
• ток питания мА.

1.3. Выбираем резистор R3

1.3.1. Оценим допустимое значение входного сопротивления

Возьмём резистор номиналом R3 = 9,87 МОм.

1.4. Строим логарифмическую амплитудно-частотную характеристику для выбранного ОУ и определяем по ней коэффициенты усиления на нижней и верхней частоте

1.5. Частотные искажения

Для надежного прохождения сигнала берем

4. Пусть R1 =100 кОм

Тогда и

Берём R2 = 898 кОм.

5. Коэффициент усиления входной части

2. Проектирование выходной части

2. 1. Рассчитаем ток на нагрузке

А;

Ориентировочно рассчитаем ток на выходе ОУ

мА.

Так как ток на нагрузке больше тока на выходе ОУ, для выходной части проектируем усилитель мощности на эмиттерном повторителе, согласно схеме:

Рис 2. Электрическая схема усилителя мощности

Ориентировочное значение коэффициента передачи эмиттерного повторителя по току:

Применим двухкаскадный эмиттерный повторитель.

Выбираем транзисторы VT1 и VT2, VT3 и VT4:

• VT1, VT3: КТ819БМ;

VT2, VT4: КТ818БМ,

для которых:

• максимально допустимый ток на коллекторе А;
• коэффициент передачи по току ;
• граничная частота .

Выбираём диоды, которые обеспечат нам работу транзисторов VT1…VT6 в режиме АВ. Для перехода транзисторов в режим АВ необходимо создать напряжение смещения, которое будет определяться как:

В;

Задаёмся ориентировочно током покоя коллектора транзистора:

мА.

Тогда ток покоя базы транзистора:

мА.

Определим значения сопротивлений и . Получаем:

Ом.

Выбираем резисторы номиналом Ом.

Тогда:

мВ.

Получили:

мВ.

Ориентировочное значение токов, протекающих через диоды:

мА.

Выбираем диоды VD1 и VD2. Требуется, чтобы они при токе 0,25 мА обеспечивали напряжение 600 мВ. Подходят диоды КД226.

Рассчитаем сопротивления резисторов и , которые обеспечивают требуемый ток через диоды.

кОм.

Выбираем резисторы номиналом кОм.

2. 2. Выбор операционного усилителя

Для выходной части выбираем ОУ с высоким значением выходного напряжения. Подходит ОУ К1408УД1, у которого:

• минимальный коэффициент усиления ;
• напряжение смещения мВ;
• частота единичного усиления МГц;
• входной ток нА;
• скорость нарастания сигнала на входе 2 В/мкс;
• коэффициент ослабления синфазного сигнала дБ;
• изменение напряжения смещения под влиянием температуры мкВ/°С;
• максимальное выходное напряжение В;
• напряжение питания В.
• ток питания I _пит = 40 мА.

2. 3. Проверка годности выбранного ОУ

Определим коэффициент передачи эмиттерного повторителя по напряжению

Вычислим входное напряжение УМ

В;

Найдём входное сопротивление каждого плеча УМ

Ом.

Пусть кОм.

Тогда выходное напряжение ОУ

В.

Выбранный ОУ обеспечивает такое выходное напряжение.

Проверим выбранный ОУ на быстродействие.

На верхней границе рабочего диапазона частот максимальное выходное напряжение, которое устанавливается без задержки:

• В > В.

Выбранный ОУ обеспечивает работу без задержек при наших условиях.

2. 4. Определение коэффициента обратной связи

Коэффициент усиления выходной части усилителя можно определить по формуле

Строим логарифмическую амплитудно-частотную характеристику для выбранного ОУ и определяем по ней коэффициенты усиления на нижней и верхней частоте

Тогда:

;

• Рассчитаем коэффициент ОС, при котором частотные искажения не превысят допустимого значения. Можем записать:

Отсюда .

Примем: .

2.5. Выбираем резисторы и .

Их нужно выбрать так, чтобы каскад не нагружался. Для этого должно выполняться условие:

2 кОм, где

мА

Получаем:

2 кОм;

2 кОм кОм;

• Выбираем резистор номиналом кОм;

Тогда:

кОм.

Подбираем резистор номиналом R ₁ = кОм.

Коэффициент усиления выходной части

Входной и выходной каскады обеспечивают требуемый коэффициент усиления, поэтому введение промежуточной части не требуется.

3. Проектирование промежуточной части

3. 1. Требуемый коэффициент усиления промежуточной части

3. 2. Выбор операционного усилителя

Для промежуточной части используем ОУ КР140УД26.

• минимальный коэффициент усиления ;
• частота единичного усиления МГц;
• входной ток нА;
• напряжение питания В.
• ток питания I _пит = 4,7 мА.

3. 3. Проверим, сможет ли один ОУ обеспечить требуемый коэффициент усиления.

Требуемый коэффициент ОС для операционного усилителя

;

Строим логарифмическую амплитудно-частотную характеристику для выбранного ОУ и определяем по ней коэффициенты усиления на нижней и верхней частоте

Тогда частотные искажения промежуточной части

= .

3. 3. Выбираем резисторы:

Примем: кОм.

Тогда:

кОм.

Выбираем резистор номиналом 200 кОм.

4. Оценка погрешности коэффициента усиления

4. 1. Действительное значение коэффициента усиления ОУ можно определить по формуле

Для входной части:

;

Для выходной части:

;

Для промежуточной части:

;

4. 2. Относительная погрешность коэффициента усиления будет определяться по формуле

5. Оценка влияния температуры

5. 1. Предельная температура

°С.

5. 2. Изменение выходного напряжения из-за влияния температуры можно определить по формуле

5. 3. Оценим влияние температуры для выходной части

мкВ.

Получили

В.

6. Проектирование источника питания

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/tsifrovaya-tehnika/

6. 1. Рассчитаем мощность, потребляемую каскадами

ОУ входной части:

• мВт;

ОУ выходной части:

• мВт;

Усилитель мощности:

Вт.

Тогда общая потребляемая мощность усилителя

Вт;

Габаритная мощность:

Вт.

Рис 3. Упрощенная электрическая схема источника питания

6. 3. Выбираем трансформатор Tr1. Подходит Т17-220-50 (ШЛМ 10х25)

Его параметры:

Но т.к. вторичная обмотка не обеспечивает требуемых параметров, то мы берем тот, же сердечник и первичную обмотку и у нас получится трансформатор с параметрами:

Первичная обмотка				Вторичная обмотка
Выводы обмоток	U, В	I хх , А	I ном , А	Выводы обмоток	I ном , А	U хх , В	U ном , В
1,2	220	0,038	0,056	3,4	0,142	20	19,25
				5,6	0,142	20	19,25

6. 4. Выбор диодов для мостов VDS1 и VDS2. Выбираем по току:

мА.

Подходят диоды КД521А.

6. 5. Подбираем стабилизаторы для источника питания

Их параметры:

6. 6. Подбираем стабилизаторы для помещения между промежуточным и выходным частями усилителя

мА.

Их параметры: