Министерство РФ по связи и информатизации

Сибирский государственный университет

Телекоммуникаций и информатики

Кафедра технической электроники

Разработка интегрального усилителя

постоянного тока

Руководитель проекта:

Савиных В.Л.

Факультет МРМ группа РТ-14

Разработал:

Качесов С.П.

Новосибирск 2013

Содержание

1 Техническое задание……………………………………………………………2

2 Введение…………………………………………………………………………3

3 Разработка структурной и принципиальной схем устройства……………….4

4 Расчет элементов принципиальной схемы…………………………………….5

4.1 Эмиттерный повторитель…………………………………………………….5

4.2 Схема смещения уровня ……………………………………………………..8

4.3 Дифференциальный усилитель……………………………………………..11

5 Разработка интегральной микросхемы……………………………………….16

5.1 Расчет амплитудно-частотной характеристики……………………………16

6.Заключение……………………………………………………………………...18

Список используемой литературы……………………………………………...19

1 Техническое задание

Усилитель постоянного тока (УПТ) без инверсии сигнала Uп= +- 15

Входное сопротивление - R_вх ≥ 105кОм,

Коэффициент усиления – K_u ≥ 25,

Сопротивление нагрузки – R_н=300 Ом,

Амплитуда напряжения на выходе – U_вых=1,8 В,

Верхняя частота спектра сигнала – f_в=2 МГц,

Коэффициент частотных искажений на верхней частоте – M_в= 2,2 дБ

2 Введение

Курсовая работа посвящается разработке интегрального усилителя постоянного тока. Данный интегральный усилитель будет реализован в виде тонкопленочной гибридной интегральной микросхемы (ГИМС).

Гибридные ИМС (ГИМС) – это интегральные схемы в которых применяются пленочные пассивные элементы и навесные элементы (резисторы, конденсаторы, диоды, оптроны, транзисторы) называемые компонентами ГИМС. Электрически связи между элементами и компонентами осуществляются с помощью пленочного или проволочного монтажа.

Разрабатываемое устройство предназначено для усиления электрических сигналов с сохранением постоянной составляющей в соответствии с техническим заданием. Данное устройство предназначено для применения в спец аппаратуре. Реализация УПТ в виде ГИМС целесообразна в связи с необходимостью получить надежный функциональный элемент обладающий достаточной стабильностью параметров и выпускаемый малыми сериями.

3 Разработка структурной и принципиальной схем устройства

УПТ выполняется на основе дифференциального усилителя с заземленным входом.

ДУ

ССУ

ЭП

Вх1 Вых

Вх2

Рисунок 1 - Структурная схема УПТ

ДУ – дифференциальный усилитель. Предназначен для усиления входного переменного сигнала. Должен обеспечивать заданное входное сопротивление.

ССУ – схема смещения уровня.

ЭП – эмиттерный повторитель. Обеспечивает работу устройства на заданное выходное сопротивление нагрузки.

Коэффициент усиления УПТ рассчитывается по формуле

K_U=K_{U ДУ}K_{U CC}K_{U ЭП} (1)

где K_{U ДУ} – коэффициент передачи дифференциального усилителя;

K_{U CC} – коэффициент передачи схемы смещения;

K_{U ЭП} – коэффициент передачи эмиттерного повторителя.

Для обеспечения заданного коэффициента усиления, исходя из того что K_{U ЭП} ≈0.9 и K_{U CC} ≈0.9, коэффициент передачи дифференциального усилителя должен иметь значение K_{U ДУ} ≈43.

Принципиальная схема усилителя постоянного тока приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Принципиальная схема усилителя.

4 Расчет элементов принципиальной схемы

4.1 Эмиттерный повторитель

Проектирование начинается с расчета выходного каскада, т.е. выходного эмиттерного повторителя.

Схема ЭП представлена на рисунке 3. Обозначения элементов выбраны в соответствии с окончательной схемой устройства приведенной на рисунке 2.

Рисунок 3 – Принципиальная схема эмиттерного повторителя

Определим постоянную составляющую тока эмиттера ЭП, который должен превышать ток нагрузки в 2-3 раза. Определяем ток нагрузки

(1)

Тогда постоянная составляющая тока ЭП составит I_{Э0 VT6}= 12 мА. Отсюда сопротивление в цепи эмиттера составит Rэ составит

(2)

Мощность рассеивания на коллекторе транзистора VT6 составит

(3)

Из [1] выбираем безкорпусной БТ типа КТ397А у которого мощность рассеивания коллектора составляет P_{k max}=180 мВт.

По выходным характеристикам транзистора (рисунок 4) в рабочей точке (РТ) при U_кэ≈ U_П1=15В и I_К0≈ I_Э0=12 мА определяем ток базы, который составляет I_Б0≈170 мкА.

Рисунок 4 – Определение параметров транзистора для ЭП (VT6)

Затем в этой же точке определяем коэффициент передачи тока базы

(4)

По входным характеристикам (рисунок 5) при токе базы I_Б0=105мкА определяем входное сопротивление транзистора VT6 (т.к. входные характеристики приведены при U_КЭ=10В, они практически не отличаются от характеристик при U_КЭ=12В, то ими и воспользуемся). Там же определяем и постоянное напряжение база-эмиттер транзистора, которое составляет U_{БЭ ЭП}≈0,83В.

Рисунок 5 Определение параметра h_11Э для ЭП (VT6)

(5)

Рассчитаем коэффициент передачи по напряжению ЭП

(6)

где R_НЭ – эквивалентное сопротивление нагрузки, которое состоит из параллельно включенных сопротивления R8 и сопротивления нагрузки R_Н. (7)

Входное сопротивление ЭП равно

(8)