МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ХОЛОДА

Институт энергетики и экологии

Николенко И.Н. , Букарос А.Ю.

ЭЛЕКТРОНИКА и МИКРОСХЕМОТЕХНИКА

Пособие для самостоятельной работы

и выполнению курсового проэкта

Одесса – 2010

Николенко И.Н., Букарос А.Ю.Электроника и микросхемотехника.:Пособие к курсовому проектированию с дисциплины .Одесская государственная академия холода, 2010-40с.

Дисциплина”Электроника и микросхемотехника” есть нормативно професионально-ориентированым курсом. Цель курса – ознакомление студентов и приобритения ими навыков в расчёте интегрированных (диференцированных) устройств.

Пособие для самостоятельной работы и выполнения курсового проэкта предназначено для студентов по направлению подготовки”Автоматизация и компьютерно – интегрированные технологии”.

Рецензент: доцент кафедры электропривода ОНПУ, к.т.н. Чайковский В.П.

Заведующий кафедры электротехники и

электронных устройств Байдак Ю.В.

Предсидатель научно-методической комисии,

по направлению подготовки”Автоматизация

и компьютерно – интегрированные технологии”. Буданов В.А.

ОГАХ

2

ВВЕДЕНИЕ

Аналоговая и цифровая электроника представляет собой бурно развивающуюся область науки и техники. Она возникла на базе промышленной электроники. Электроника изучает принципы работы электронных устройств и позволяет синтезировать электронные схемы не только различных аналоговых и цифровых электронных устройств, приборов, компьютеров, но и вычислительных устройств и систем. Значительное место в устройствах электронной техники занимают электронные усилители. Качественные показатели усилительных устройств непрерывно улучшаются в результате использования современных технологий и новой элементной базы. Например, построение на базе интегральных микросхем (ИМС) различных усилительных, интегрирующих, дифференцирующих, логарифмических устройств, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей позволяет повысить их точностные характеристики не только в различных областях электронной, но и вычислительной техники. Для усиления мощных электрических сигналов разрабатываются также электронные усилители мощности, которые выполняются не только с использованием ИМС, но и на дискретных усилительных элементах – транзисторах.

В методических рекомендациях к курсовому проекту приводится методика расчёта интегрирующих и дифференцирующих устройств, которые работают на низкоомную нагрузку.

В курсовом проекте необходимо:

- выполнить расчёт интегрирующего (дифференцирующего) устройства, реализованного на базе ИМС с усилителем мощности, последний выполнен на биполярных транзисторах;

- провести графо-аналитический расчёт выходного каскада усилителя мощности.

3

Техническое задание

Разработать одно из устройств: первое состоит из интегрирующего усилителя реализованного на ОУ с усилителем мощности; второе – состоит из дифференцирующего усилителя реализованного на ОУ с усилителем мощности. Провести графо-аналитический расчет выходного каскада - усилителя мощности, реализованного на биполярных транзисторах.

Исходные данные:

• входное синусоидальное напряжение устройства, ~ U_вх.;

• выходное синусоидальное напряжение устройства, ~ U_вых., на максимальной рабочей частоте;

• сопротивление нагрузки на выходе устройства, R_н.;

• рабочий диапазон частот в котором функционирует устройство, f_р.;

• постоянная времени заряда интегрирующего или дифференцирующего усилителя, _з.;

• постоянная времени разряда интегрирующего усилителя, _р.

Содержание расчетно-пояснительной записки

1. Введение.

2. Теоретическая часть.

3. Расчетная часть.

4. Заключение .

5. Список основной использованной литературы.

6. Приложения.

Перечень графического материала

1. Схема электрическая принципиальная интегрирующего или диффееренцирующего электронного устройства с перечнем элементов.

2. Провести (выполнить) графо-аналитический расчет выходного каскада - усилителя мощности. 4

1 Теоретическая часть

1.1 Основные схемы включения операционных усилителей

Рассмотрим некоторые виды операционных усилителей (ОУ), которые часто используются в линейных электрических схемах. Линейными считаются схемы, в которых входной и выходной сигналы связаны линейным оператором. Примерами таких схемотехнических решений могут выступать: аналоговые интеграторы, дифференциаторы, преобразователи ток‑напряжение, стабилизаторы напряжения, инвертирующий и неинвертирующий усилители [1,2,3,4].

1.1.1 Инвертирующий операционный усилитель

На рис. 1.1 приведена схема инвертирующего усилителя, в котором ОУ DA1 охвачен параллельной отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению. Выход цепи ООС включён на инвертирующий вход ОУ. Коэффициент передачи связи такой цепи

где R_вх.д – дифференциальное входное сопротивление ОУ; К – статический коэффициент усиления ОУ; Z_oc, Z₁ – импедансы (полные сопротивления) соответственно цепи обратной связи и входной цепи.

На практике используют упрощенную формулу для расчета коэффициента передачи (усиления) ОУ охваченного цепью ООС при Z_ос = R_ос

5

Импеданс балансного резистора Z₁ можно рассчитать как параллельное соединение резисторов R₁ и R_ос:

Полное входное сопротивление схемы (в точках приложения напряжения U1)

Z_вх.св = Z₁ + Z_осR_вх.д (Z_ос + KR_вх.д)

Выходное сопротивление схемы

Z_вых.св = R_вых.д / (1 + KZ₁Z_ос )

Простейшей схемой, использования ОУ в инвертирующем включении является повторитель входного сигнала (напряжения) со сдвигом фазы, равным  радиан, при R₁ = R_ос = R.

При этом K_св = 1; Z_вх = R (1+K^-1)  R; Z_вых = R_вых (1+K)^-1.

1.1.2 Инвертирующий сумматор

Разновидностью инвертирующего ОУ является сумматор (рис. 1.2). Сумматор позволяет получать на выходе суммарное напряжение пропорциональное приложенным входным напряжениям. Через элемент цепи обратной связи Z_ос протекает суммарный ток, поэтому выходное напряжение при Z_i = R_i

6

Рисунок 1.1 - Схема электрическая принципиальная инвертирующего усилителя реализованного на ОУ

Рисунок 1.2 - Схема электрическая принципиальная сумматора реализованнного на ОУ

Рисунок 1.3 - Схема электрическая принципиальная неинвертирующего усилителя реализованного на ОУ

7

При выборе величин сопротивлений резисторов, задающих коэффициент усиления (передачи), следует руководствоваться неравенством

где C_пар = 0,1...0,5 пФ – паразитная ёмкость резисторов; f_max – наибольшая частота, на которой усилитель сохраняет свои свойства.

Величины сопротивлений резисторов R₁, R₂, …,R_n определяют как

R_i = R_ос / K_i, где i = 1,2,…, n. (1.3)

При проектировании сумматора необходимо учитывать, чтобы суммарное напряжение на его входе не превышало максимально допустимого выходного напряжения U_{вых max} для выбранного ОУ, т.е.

Величина сопротивления нагрузки R_Н для инвертирующего усилителя должна удовлетворять условию

R_Н  E_п / I_{вых max}, (1.4)

где I_{вых max} – максимально допустимый ток на выходе ОУ; Е_п- напряжение источника питания.

Таким образом, справедливы следующие положения для всех схем инвертирующего включения:

• суммирующая точка является «виртуальной землёй»;

• токи во входных цепях ОУ отсутствуют;

• токи, втекающие в суммирующую точку из входных цепей, равны току, протекающему в цепи ООС.

8