Разработка структурной, принципиальной и интегральной микросхем аналогового устройства на основе биполярных и полевых транзисторов. Выбор типов и структур биполярных и полевых транзисторов, навесных элементов и расчёт конфигурации плёночных элементов.
Аннотация к работе
Усилитель электрических сигналов это устройство, увеличивающее (усиливающее) мощность подводимых к нему электрических сигналов путем управления ими энергией собственного источника питания усилителя при помощи усилительных элементов (УЭ), обладающих управляющими свойствами. Следует отметить, что при усилении возможны искажения формы сигналов, но они не должны превышать допустимых значений. Свойства усилителя и его конструктивно-технологические особенности зависят от свойств усиливаемого электрического сигнала, характеризуемых формой и спектром частот сигнала, и от назначения устройства и системы, в состав которых он входит. Поэтому усилители, прежде всего, классифицируют по свойствам усиливаемого электрического сигнала - по его форме и спектру частот. Усилители, предназначенные для усиления таких сигналов, называются усилителями гармонических сигналов или гармоническими усилителями.На схеме обозначено: ИС - источник сигнала; Вх. цепь - входная цепь усилительного устройства (УУ), не пропускающая постоянную составляющую и низкие частоты сигнала, 1 КАСКАД, 2 КАСКАД - два усилительных каскада УУ (1 каскад - усилитель напряжения, имеющий большой коэффициент усиления по напряжению и большое входное сопротивление, 2 каскад - усилитель мощности, усиливаемый мощность сигнала и уменьшающий выходное сопротивление схемы), Вых. цепь - выходная цепь УУ не пропускающая постоянную составляющую и низкие частоты сигнала, Нагрузка - нагрузка УУ.Предложенная сема работает следующим образом: Переменный сигнал поступает на вход схемы с генератора ЭДС равной UГ и внутренним сопротивлением RГ. Через резистор RЗ задается постоянная составляющая напряжения затвора (в нашем случае Uз0 = 0) и режим работы транзистора VT1 по постоянному току. Полевой транзистор VT1 с управляющим p-n переходом (n - канальный транзистор) работает в качестве усилителя напряжения с большим входным сопротивлением. Резистор RC совместно конденсатором СК задают постоянную времени ?= RC*СК, определяющую верхнюю рабочую частоту усилителя. Далее сигнал поступает на биполярный транзистор VT2 (n-p-n типа), который усиливает сигнал по мощности и уменьшает выходное сопротивление усилителя.Определяем ток нагрузки по формуле: Транзистор выходного каскада выбирается по току покоя, который должен в 2?5 раз превышать ток нагрузки: тогда пусть С помощью справочника [3] выберем транзистор. Коэффициент передачи эмиттерного повторителя определяется по формуле: Для дальнейших расчетов определим по семействам входных и выходных ВАХ h-параметры транзистора VT2 КТ331А: h21Э, h11Э. Семейство входных характеристик транзистора КТ331А Находим h-параметры в рабочей точке определенной в пункте 1. Параметр h11Э (входное сопротивление транзистора) определяется по формуле: DUБЭ и ІБ определяются на входных ВАХ (рис.4). Коэффициент усиления транзистора включенного по схеме с общим эмиттером определяется по формуле: Общий коэффициент усиления на транзисторе VT2: Ku2= 0,995 0,975 = 1,97Расчет АЧХ в области нижних частот производят по формуле: Рекомендуемые значения частот: 0,1FH, 0,2FH, 0,5FH, 0,7FH, FH, 1,5FH 2FH. а. Расчет АЧХ в области верхних частот проводят по формуле: Рекомендуемые значения частот:: 0,5FB, FB, 2FB, 5FB, 10FB.Последнее условие выполняют, заменяя взаимные пересечения пленочных проводников пересечением пленки и выводов навесных бескорпусных транзисторов. Каждый резистор должен выдержать мощность: , где Р0 - удельная мощность рассеяния (значения Р0 для различных материалов приведены в упомянутой выше таблице). Резистор займет много места, предпочтительней использовать навесной резистор: типа Р1-12. Мощность, которую выдержит резистор S = 0,08 мм2 равна: 1,6 МВТ << 36,3 МВТ, т.е. необходимо увеличить площадь резистора, одновременно увеличивая длину и ширину. Мощность, которую выдержит резистор S = 1,28 мм2 равна: 25,6 МВТ > 12 МВТ, следовательно резистор не перегревается. б.
План
Содержание
Введение
1. Разработка структурной схемы
2. Разработка принципиальной схемы
3. Разработка интегральной микросхемы
3.1 Выбор навесных элементов и расчет конфигурации пленочных элементов
4. Расчет первого каскада на VT1
5. Расчет емкостей СР1, СК, СР2, СР3.
6. Расчет АЧХ
7. Выбор навесных элементов и расчет конфигурации пленочных элементов
Литература
Введение
Среди устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения усилители электрических сигналов получили самое широкое распространение. Их роль и значение для радиосвязи, радиовещания и телевидения трудно переоценить. По существу, они являются основой построения всей аппаратуры радиосвязи, радиовещания и телевидения: усиление электрических сигналов является фундаментальным свойством всей аппаратуры обработки сигналов. То же самое можно сказать и о дальней проводной связи, измерительной технике, вычислительной технике и многих других областях современной науки и техники.
Усилитель электрических сигналов это устройство, увеличивающее (усиливающее) мощность подводимых к нему электрических сигналов путем управления ими энергией собственного источника питания усилителя при помощи усилительных элементов (УЭ), обладающих управляющими свойствами. Следует отметить, что при усилении возможны искажения формы сигналов, но они не должны превышать допустимых значений.
Свойства усилителя и его конструктивно-технологические особенности зависят от свойств усиливаемого электрического сигнала, характеризуемых формой и спектром частот сигнала, и от назначения устройства и системы, в состав которых он входит. Поэтому усилители, прежде всего, классифицируют по свойствам усиливаемого электрического сигнала - по его форме и спектру частот. По форме электрические сигналы принято подразделять на гармонические и импульсные.
К периодическим сигналам относят непрерывные периодические и квазипериодические сигналы различной формы и величины.
Усилители, предназначенные для усиления таких сигналов, называются усилителями гармонических сигналов или гармоническими усилителями. Примером гармонических усилителей являются усилители звуковых частот широко применяемые как в качестве важнейших функциональных узлов таких сложных устройств, как радиопередающие и радиоприемные устройства, так и в качестве самостоятельных или выделенных устройств (например, усилители всевозможной аудиоаппаратуры, усилители оконечных станций радиотрансляционных узлов и т.д.). Следует отметить, что к гармоническим сигналам относятся и радиосигналы, модулированные сигналами звуковой частоты, излучаемые радиопередающей антенной и принимаемые радиоприемной антенной.
Заданное разрабатываемое устройство является предварительным (входным) усилителем низкой частоты (УНЧ). Сравнительно невысокое качество параметров такого УНЧ (что определено его узкой полосой рабочих частот) предполагает использование разрабатываемого устройства в области телефонии, дешевых (невысокого качества) звукозаписывающих и звуковоспроизводящих устройств, диктофонах, слуховых аппаратах. Для достижения миниатюризации электронного устройства (что особенно важно в переносной радиоаппаратуре) и создания недорогого серийного производства наиболее целесообразно выполнять такую разработку в виде гибридной ИМС.
В соответствии с ГОСТ 17021 - 71 гибридной интегральной микросхемой (ИМС) называют интегральную микросхему, часть элементов которой имеет самостоятельное конструктивное оформление [1].
В современных гибридных ИМС пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, контактные площадки и внутрисхемные соединения) изготавливают путем последовательного нанесения на подложку пленок из различных материалов, а активные элементы (диоды, транзисторы и др.) выполняют в виде отдельных (дискретных) навесных деталей, например, катушки индуктивности, конденсаторы большой емкости, резисторы очень больших или маленьких величин сопротивлений.
В зависимости от толщины пленок различают толстопленочные (от 1 до 25 мкм) и тонкопленочные (до 1 мкм) гибридные микросхемы Существенным недостатком толстопленочных микросхем является нестабильность номинальных значений величин пассивных микроэлементов и относительно низкая плотность монтажа. Тонкие же пленки обеспечивают плотность монтажа до 200 элементов на кубический сантиметр и высокую точность элементов.
Основными конструктивными элементами гибридной интегральной микросхемы являются: подложка, на которой размещаются пассивные и активные элементы;
пассивная часть с планарным (в одной плоскости) расположением пленочных проводников, контактных площадок, резисторов и конденсаторов;
навесные бескорпусные полупроводниковые приборы с гибкими проволочными выводами или жестко фиксированной системой выводов;
навесные миниатюрные пассивные элементы (конденсаторы больших номиналов, катушки индуктивности, трансформаторы, дроссели), которые применяются как исключение;
корпус для герметизации микросхемы и закреплении ее выводов.
Гибридные ИМС имеют худшие технические показатели (размеры, массу, быстродействие, надежность), чем полупроводниковые ИМС [2]. В тоже время они позволяют реализовать широкий класс функциональных электронных схем, являясь при этом экономически целесообразными в условиях серийного и даже мелкосерийного производства. Последнее объясняется менее жесткими требованиями к фотошаблонами трафаретам с помощью которых формируют пленочные элементы, а также применением менее дорогостоящего оборудования. В составе пленочных ИМС возможно получить резисторы с точностью - 5%, конденсаторы - 10%, с применением подгонки - до десятых долей процента. Гибридно-пленочная технология позволяет реализовать практически любые функциональные схемы.