Разработка и характеристика электрических схем аналоговых устройств на основе биполярных и полевых транзисторов. Исследование принципов работы гибридных интегральных микросхем. Ознакомление с особенностями структурной схемы двухкаскадного усилителя.
Аннотация к работе
В курсовой работе будет производится разработка двухкаскадного усилителя, который используется для усиления гармонических сигналов в диапазоне звуковых частот, выполняемый в виде гибридной интегральной микросхемы (ГИМС). Гибридные интегральные микросхемы представляют собой микросхемы, которые содержат кроме элементов, неразрывно связанных с подложкой, компоненты, которые могут быть выделены как самостоятельное изделие (выносные элементы).В нашем случае техническому заданию соответствует двухкаскадная схема усилителя с использованием полевого и биполярного транзистора.Входное устройство (ВХУ) дает обеспечение передачи сигнала от источника сигнала к входу первого усилительного каскада. Его используют, если невозможно непосредственное подключение выхода источника сигнала, к входу каскада усилителя. В нашем усилителе будет собран на одном полевом транзисторе, что в полной мере дает обеспечение высокого входного сопротивления и необходимого коэффициента усиления. Выходное устройство (ВЫХУ) служит для сопряжения выходного каскада усилителя с нагрузкой, следовательно, чтобы в нагрузку передавалась необходимая мощность.Схемы включения биполярного транзистора определяются по электроду, общему как для входной, так и выходной цепи биполярного транзистора. Биполярный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, применяется в качестве усилителя тока, напряжения или мощности; используются в основном, применительно для всех частотных диапазонов.На рисунке представлена принципиальная схема устройства, расшифровка обозначений: - напряжение генератора; емкость коррекции, формирующая АЧХ в области верхних частот; сопротивление в цепи эмиттера биполярного транзистора;Для первого усилительного каскада выбираем канальный полевой транзистор 2П202Д и строим для него выходную динамическую характеристику. Далее рассчитываем значение по формуле: (1) где крутизна ПТ в рабочей точке и рассчитывается по формуле: (2) Сопротивление резистора в цепи стока определяется по формуле: (3) , Внутреннее сопротивление полевого транзистора рассчитывается по формуле: (4) Транзистор выходного каскада выбирается по току покоя , который должен в 2?3 раза превышать ток нагрузки: (6)Сравнительный анализ усилительных устройств приводится, используя понятие относительного усиления , представляющего собой отношение коэффициента усиления схемы на данной частоте к ее коэффициенту усиления в области средних частот : , Для оценки частотных искажений используют обратное отношение, обозначаемое через и называемое коэффициентом частотных искажений: , Относительное усиление и коэффициент частотных искажений выражают как в относительных, так и в логарифмических единицах. Частотная характеристика усилителя в области нижних частот рассчитывается выбором емкостей разделительных конденсаторов. Производится расчет по формулам: , , , , Частотная характеристика усилителя в области верхних частот зависит от выбора емкости конденсатора , рассчитываемой по формуле: , , Расчет АЧХ в области нижних частот производится по формуле: , Возьмем для расчета частоты: Рассчитаем частоту , По примеру, подставляя остальные частоты, получаем данные и сведем их в таблицу 1. Расчет АЧХ в области верхних частот будем определять по формуле: , Рассчитаем для частот: Рассчитаем частотуС выбора материала резистивной пленки и проводящей пленки для выводов начинается расчет пленочных резисторов. Следовательно, для резисторов: , При использовании термического напыления сплава коэффициенты формы рассчитываются по формуле: , , , . Для , , выбранный материал удовлетворяет условию, так что величина не превышает 50 для резистора с самым большим сопротивлением. Следовательно, общая площадь, которую, будут занимать резисторы равна: При изготовлении пленочных конденсаторов будем использовать окись тантала, удельная емкость которого составляет . Для емкостей и будем использовать навесные конденсаторы типа К10 - 17 с номиналом и соответственно при размерах и площади .Изготовление ГИМС это определенный комплекс мероприятий, направленный на создание комплекта конструкторской документации, предназначенного для изготовления, контроля и хранения микросхем. На подложку наносится сплошные пленки требуемых материалов (хрома, нихрома и других материалов для изготовления резисторов и поверх него - проводящий слой; для обкладок конденсаторов используют в основном алюминий). Особое место среди диэлектриков занимают Ta2O5 и Al2O3, которые изготавливают методом анодирования нижних металлических обкладок. Затем поверхность покрывают фоторезистором и с помощью определенного фотошаблона создают в нем требуемый рисунок для проводящего слоя. Снова наносят фоторезистор и при помощи другого фотошаблона создают рисунок полоски резистора.Оптимальность конструкции разработанного устройства в большей степени зависит от выполнения всех исходных схемотехнических (электрических), технологических, конструктивных и эксплуатационных требований и ограничений.
План
Оглавление
Задание
Введение
1. Разработка структурной схемы
1.1 Описание структурной схемы
2. Разработка принципиальной схемы
2.1 Описание принципиальной схемы
3. Разработка интегральной микросхемы
3.1 Выбор электронных элементов схемы
3.2 Расчет амплитудно-частотной характеристики
3.3 Разработка топологии ГИМС
3.4 Этапы изготовления устройства в виде гибридной интегральной микросхемы
Заключение
Литература
Введение
В курсовой работе будет производится разработка двухкаскадного усилителя, который используется для усиления гармонических сигналов в диапазоне звуковых частот, выполняемый в виде гибридной интегральной микросхемы (ГИМС).
Гибридные интегральные микросхемы представляют собой микросхемы, которые содержат кроме элементов, неразрывно связанных с подложкой, компоненты, которые могут быть выделены как самостоятельное изделие (выносные элементы).
Основные достоинства ГИМС состоят в том, что они имеют незначительные размеры и массу, по сравнению с дискретными элементами потребляют малую мощность от источника питания, обладают достаточно высокой надежностью и высоким быстродействием. Применение ГИМС вместо дискретных элементов в качестве элементной базы электронных устройств дает во многом, значительные преимущества по надежности, габаритам, стоимости и другим показателям. Это в основном связано с тем, что при использовании ИС отпадает необходимость в многочисленных паяных соединениях - главном факторе снижения надежности, при этом сокращаются габариты и масса электронных устройств, существенно снижается их стоимость за счет исключения множества сборочных и монтажных операций.
Гибридные микросхемы занимают главенствующее положение в схемах с большими электрическими мощностями, в устройствах СВЧ, в которых можно применять как толстопленочную технологию, не требующую жестких допусков и высокой точности нанесения и обработки пленок, так и тонкопленочную технологию для обеспечения нанесения пленочных элементов очень малых размеров.
Разнообразие ГИМС, различающихся по назначению, параметрам, конструктивному оформлению, ставит перед разработчиками непростую задачу их оптимального выбора.
В основном нашли свое применение в радиосвязи и радиовещании, радиолокации, радионавигации, телевидении, проводной связи, а также в телефонии.
Вывод
В ходе курсовой работы был спроектирован и реализован усилитель аналогового сигнала в виде ГИМС.
Оптимальность конструкции разработанного устройства в большей степени зависит от выполнения всех исходных схемотехнических (электрических), технологических, конструктивных и эксплуатационных требований и ограничений.
Теперь требуется провести определенные испытания, которые должны не только подтвердить безупречность электрических характеристик ИС, но и удостоверить стабильность ее температурных и механических свойств. ИС считается готовой к продаже только после успешного завершения электрических, тепловых и механических испытаний.
Список литературы
1. Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. - М.: Радио и связь, 1990.
2. Бакалов В.П., Игнатов А.Н., Крук Б.И. Основы теории цепей и электроники - М.: Радио и связь, 1989.
3. Бобровский Ю.Л. и др. Под редакцией Федорова Н.Д. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. -М.: Радио и связь, 1998.
4. Ефимов И.Е., Горбунов Ю.И., Козырь И.Я. Микроэлектроника. Проектирование, виды микросхем, функциональная электроника. -М.: Высшая школа, 1987.
5. Игнатов А.Н. Микроэлектронные устройства связи и радиовещания. -Томск: Радио и связь. Томское отделение, 1990.
6. Игнатов А.Н., Фадеева Н.Е. Методические указания к курсовой работе. Н.: 2006.