Разработка усилительного устройства
Краткое сожержание материала:
Размещено на
Размещено на
Задание
Основанием для разработки является задание по курсу «Электроника и микросхемотехника». Разработка предназначена для усиления электрических сигналов низкой частоты. Область применения - радиоэлектронная аппаратура.
1. Условия эксплуатации системы:
а) температура окружающего воздуха от -10 до +350 С;
б) относительная влажность до 95% при температуре +200 С;
в) атмосферное давление 750 30 мм рт. ст.
2. Эксплуатационно-технические характеристики системы:
а) источник сигнала……………………………..;
б) нагрузка………………………………………….., ;
в) частотный диапазон…………………………., ;
г) линейные искажения.………………………;
д) нелинейные искажения……………………………...
Введение
Усилительные устройства находят применение в самых различных областях науки, техники и производства, являясь либо самостоятельными устройствами, либо частью сложных приборов и систем.
В настоящее время основными элементами большинства радиоэлектронных устройств являются полупроводниковые приборы. Техника усиления электрических сигналов непрерывно развивается. Это связано в первую с развитием и совершенствованием радиоэлектроники и технологии, разработкой новых усилительных приборов. Появление новых полупроводниковых приборов и технологических процессов позволило объединить множество транзисторов, диодов, резисторов в одно устройство - интегральную микросхему (ИМС). Всё это значительно повысило надёжность электронной аппаратуры.
При развитии линейных ИМС значительно расширились возможности использования усилительных устройств. Применяя в качестве усилительного прибора ИМС, можно решать ряд задач, связанных с аналоговой обработкой сигналов.
Однако реализовать достоинства полупроводниковых приборов можно только при знании их физических свойств, параметров, характеристик и эксплуатационных особенностей.
Полупроводниковые приборы способны работать с большой эффективностью при низком напряжении источников питания и в отдельных случаях при малом рабочем токе. В то же время они весьма чувствительны к перегрузкам, поэтому при проектировании схемы необходимо правильно выбирать рабочие режимы.
Большая чувствительность транзисторов и диодов к изменению температуры и режимов, а также разброс параметров, изменение их величин во время хранения и работы являются особенностями полупроводниковых приборов.
1. Расчет оконечного каскада
Рисунок 1.1 - оконечный каскад УНЧ
1. Выберем транзисторы по допустимой мощности рассеяния на коллекторе , максимальной амплитуде коллекторного тока и по верхней граничной частоте :
;
;
Выбираем транзисторы BDW93B и BDW94B
По характеристикам выбранного транзистора определяем его рабочую область:
Рисунок 1.2 - выходные характеристики транзистора
Определяем максимальный ток базы и напряжение насыщения
;
Рисунок 1.3 - входная характеристика транзистора по входной характеристике определяем
,
Отсюда
2. Определяем максимальное напряжение на нагрузке и напряжение питания :
3. Определяем глубину отрицательной обратной связи по формуле:
;
4. Рассчитываем резисторы делителя:
Так как мы берем четыре диода, то на каждом из них падение напряжения будет равно:
Выбираем диод 1N4934.
По ВАХ диода определяем Iд = 2мА и находим значение сопротивления делителя напряжения :
.
5. Рассчитаем входное сопротивление усилителя :
6. Рассчитаем амплитудные значения входного сигнала, обеспечивающие заданную мощность на выходе:
2. Расчет входного каскада
1. Определим необходимый коэффициент усиления Ku:
;
Выберем операционный усилитель OP183G.
Fоу=5 МГц
;
- следовательно, условия по заданной граничной частоте не выполняются, и необходимо взять второй ОУ.
.
;
- следовательно, условия по заданной граничной частоте выполняются
2. Зададим
Откуда найдем R4 = R5 = R7
усилитель частота полупроводниковый
3. Расчет надежности
Таблица 3.1 - интенсивность отказов элементов принципиальной схемы
|
ТИП |
i, 10-6 (интенсивность отказов) |
N (кол - во) |
|
|
Диоды |
0.2 |
4 |
|
|
Транзисторы |
0.5 |
2 |
|
|
МС |
0.5 |
2 |
|
|
Резисторы |
0.04 |
10 |
|
|
Соединения |
0.004 |
46 |
Вероятность безотказной работы в течении t часов вычисляется:
Вероятность безотказной работы в течение тысячи часов:
Как видим, вероятность безотказной работы в течение тысячи часов достаточно велика и можно утверждать, что схема не выйдет из строя с вероятностью 99,7%.
Вероятность безотказной работы в течение миллиона часов:
Можно утверждать, что в течение миллиона часов схема примерно с вероятностью 97% выйдет из строя.
Заключение
В данном курсовом проекте был разработан усилитель электрических сигналов первичных измерительных преобразователей систем автоматического регулирования, который представляет собой усилитель переменного тока низких частот (0..14 кГц).
В схеме используются резисторы, диоды, транзисторы, операционные усилители, которые не могут осуществлять работу схемы от одного источника, поэтому было использовано 4 источника энергии: 2 во входном и 2 в оконечном каскадах.
В качестве входного каскада использован операционный усилитель, что значительно облегчило расчет и проектирование. Однако в процессе расчёта входного каскада выяснилось, что одна микросхема не может дать должный коэффициент усиления из-за верхней граничной частоты (при необходимом коэффициенте усиления = 703.56, она в 2 раза меньше заданной), поэтому пришлось использовать два последовательно соединенных операционных усилителя.
В результате, разработанный прибор полностью удовлетворяет данным, представленным в техническом задании (Rнагрузки = 18 Ом, Pр.на нагр. = 11 Вт), а вероятность безотказной работы в течение 1000 часов равна 99.7%.
Перечень ссылок
Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем / Гершунский Б.С. - 1987.
Гершунский Б.С. Основы электроники и микроэлектроники / Гершунский Б.С. - 1987.
Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам / Лавриненко В.Ю. - 1984
Булычев А.Л. Аналоговые интегральные схемы / Булычев А.Л., Галкин В.И., Прохоренко В.А. - 1993.
Размещено на Allbest.ru
...Расчет апериодического каскада усилительного устройства
Разработка цифрового спидометра для ГИБДД
Актуальность задачи. Разработка функциональной схемы устройства. Радиолокационная установка (РЛУ). Микропроцессорная часть. Обоснование алгоритма рабо...
Разработка устройства идентификации близлежащих объектов для автомобиля
Создание специального устройства для информирования водителя о преградах и обзора территории. Значение импульсной акустической локации. Проектирование...
Разработка устройства контроля ячеек ПЗУ
Основные этапы проектирования контрольной аппаратуры. Анализ цифрового вычислительного комплекса. Разработка устройства контроля ячеек постоянного зап...
Разработка операционного устройства
Разработка устройства, выполняющее следующие операции: загрузку операндов, алгебраическое вычитание чисел с фиксированной точкой в модифицированных до...
