Проект операционного усилителя с учётом влияния радиации - Дипломная работа

Проект операционного усилителя с учетом влияния радиацииПровести расчет каскадов UA741 с использованием ORCADИ получить его характеристики. Определить параметры моделей БТ для схемотехнического моделирования в САПРБЕЗ и с учетом гамма-излучения. Провести схемотехническое МОДЕЛИРОВАНИЕUA741 с использованием полученных моделей биполярных транзисторов без и с учетом гамма-излучения и сравнить с экспериментальными данными. Оценить радиационную стойкость UA741 и определить влияние гамма-излучения на каскады и режимы работы ОУ. Для схемотехнического моделирования UA741 необходимо создать его модель в программе PSPICE пакета САПР ORCAD с использованием ранее разработанных SPICE моделей БТ без учета воздействия гамма-излучения.Операционные усилители (ОУ) получили широкое распространение в современной электроники и входят в состав радиоэлектронной аппаратуры, работающей в условиях воздействия проникающей радиации. В настоящее время для разработки интегральных схем используются схемотехнические системы автоматизированного проектирования (САПР), позволяющие учитывать влияние различных воздействующих факторов, таких как температура, радиация и т.п.Схема включения дифференциального усилителя представлена на Рис. Данная схема предназначена для получения разностидвух напряжений, при этом каждое из них предварительно умножается на коэффициент,который зависит от отношения номиналов резисторов и определяется по следующему выражению: Входное сопротивление (между входными выводами) равно и , В случае, когда и , имеем: Следующей распространенной схемой является инвертирующий усилитель, схема которого приведена на Рис. Инвертирующий усилитель позволяет одновременно усиливать или ослаблять входной сигнал на определенную величину коэффициента и преобразовывать входной сигнал на противоположный, т.е. инвертировать. Абсолютная величина коэффициента усиления определяется по следующему выражению: Входное сопротивление инвертирующего усилителя определяется резистором Rin. Входное сопротивление такой схемы определяется коэффициентом усиления реального ОУ и сопротивлением обратной связи по формуле: , ГДЕКА-коэффициент усиления операционного усилителя.Дифференциальный каскад (ДК) - это схема, используемая для усиления разности напряжений двух входных сигналов. Схема содержит два плеча, включающих транзисторы VT1 и VT2 и резисторы Rk1 = Rk2и токозадающий РЕЗИСТОРR0. В общем случае дифференциальный каскад имеет два входа и два выхода, напряжения на которых Uвх1, Uвх2, Uвх1, Uвх2 отсчитываются от общей точки. При дифференциальном включении входной сигнал делится пополам между одинаковыми транзисторами VT1 и VT2, причем составляющие напряжений на входах ДК относительно общей точки противоположны по знаку, или и Дифференциальный каскад должен эффективно усиливать дифференциальные сигналы и ослаблять синфазные. Кроме того, часто используют однофазный выход - снимают выходное напряжение между одним из выходов и общей точкой, при этом половина полезного сигнала, действующего на оставшемся выходе, не используется.При этом гама кванты, возникшие в переходах между возбужденными состояниями атомных ядер, имеют энергию от единиц КЭВ до десятков МЭВ, а гамма-кванты, встречаемые в космическом пространстве, могут иметь энергию больше сотен ГЭВ [10]. При прохождении через вещество рентгеновского и гамма-излучения с энергией, не превышающей 10 МЭВ, существенны следующие процессы: 1) фотоэлектрическое поглощение квантов излучения; Фотоэлектрическое поглощение представляет собой поглощение всей энергии излучения связанным электроном атома, при этом эта энергия, за вычетом энергии связи электрона в атоме, становится кинетической энергией электрона. В результате всех этих процессов квант первичного излучения перестает существовать, но возникает электрон вылетающий изотропно из атома который имеет кинетическую энергию близкую к энергии первичного кванта. В результате чего образуется электрон с повышенной энергией, полученной от кванта излучения и квант с меньшей энергией.Токовое зеркало используется в ОУ для выставления рабочих режимов транзисторов каскадов ОУ. 13представлена схема токового зеркала UA741, где транзисторы Q11, Q12 ИQ13 задают рабочие токи для второго и третьего каскада, транзисторы Q10, Q9, Q8 задают рабочие токи дифференциального каскада. При этом транзистор Q13 является двух коллекторным транзистором и изза его конструктивных особенностейколлектор Q13B пропускает 75% от протекающего тока, а коллектор Q13A 25% от протекающего тока. Токи Iref, I1, I2, I3определяются в основном транзисторами Q11, Q12, Q13 исопротивлением R5, значение которых находятся следующими выражениями: Iref=(Vcc-Vee-2VBE)/R5=733МКА; Ток через резистор R9, ток базы Q17 и ток через Q16имеет следующие значения: IR9=VB17/R9=14,3МКА;Полное описание SPICE модели UA741 приведено в приложении А. На Рис. показано напряжение смещения нуля до облучения гамма-квантами. 18 приведены сигналы, подаваемые на входы UA741, а также сигнал, снимаемый с выхода ОУ.

Содержание

Техническое задание

Анализ технического задания

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Принципы работы ОУ в различных схемах включения

1.2 Анализ основных каскадов ОУ

1.3 Анализ влияния гамма-излучения на основные характеристики ОУ

2. Специальная часть

2.1 Принципы работы ОУ

2.2 Исследование режимов работы ОУ с помощью САПР

2.3 Схемотехническое моделирование характеристик ОУ с учетом влияния гамма-излучения

2.4 Анализ влияния гамма-излучения на характеристики ОУ

3. Конструкторско-технологическая часть

3.1 Описание конструкции транзисторов

3.2 Описание конструкции ОУ

4. Экологическая часть

4.1 Исследование возможных вредных факторов при эксплуатации ЭВМ и их влияние на пользователя

4.2 Эргономические требования к рабочим местам пользователей

5. Решение задач на ЭВМ

5.1 Обработка экспериментальных данных, полученных из литературных источников, с помощью MICROSOFTOFFICEEXCEL

5.2 Создание модели БТ с использованием ORCAD без и с учетом влияния радиации

5.3 Определение радиационно-зависимых SPICE параметров макромодели БТ для учета воздействия влияния гамма-излучения

5.4 Сравнение результатов моделирования и экспериментальных данных до и после воздействия гамма излучения в MICROSOFTOFFICEEXCEL

5.5 Подготовка текста ВКР в программе MICROSOFTOFFICEWORD

Заключение

Список литературы