Uploaded by boyarenko.elvira

Ust lec

advertisement
Дисциплину «Схемотехника»
ведет:
Профессор кафедры Радиотехнических устройств
САФОНЕНКОВ
ЮРИЙ ПАВЛОВИЧ
Содержание дисциплины
• Настоящая дисциплина изучается на третьем курсе
дневной и заочной формы обучения.
• В течение 5 семестра дневного и заочного обучения
предусмотрено выполнение курсовой работы.
• Виды контроля: экзамен, защита курсовой работы.
• Количество часов лекционных занятий у студентов
дневного обучения − 54, у студентов заочного обучения −
12.
• Практические занятия (у студентов дневной формы
обучения) – 8 часов.
• Лабораторные занятия у студентов дневного обучения
занимают 28 часов, у студентов заочного обучения − 16
часов.
Цель изучения дисциплины
• Дисциплина "Схемотехника" обеспечивает базовую
подготовку радиоинженеров в изучении теории и принципов
построения электронных схем различного назначения,
анализе их работы, приобретении навыков проектирования
схем, необходимых специалисту для грамотной эксплуатации
радиоэлектронного оборудования. Она подготавливает
студентов к освоению профилирующих дисциплин
специальности, рассматривающих теорию и технику
радиотехнических систем.
Содержание дисциплины
Дисциплина "Схемотехника" необходима для понимания принципов
построения основных узлов радиоэлектронных устройств.
Любое радиотехническое устройство может быть представлено как
совокупность узлов, работающих в линейном (аналоговом) или близком к
нему режиме и нелинейном (режиме переключения). В первом случае
изменение входного сигнала вызывает пропорциональное (или близкое к
нему) изменение выходного сигнала. Второй случай характеризуется
быстрым (скачкообразным) переходом устройства из одного состояния в
другое с выдачей определенных амплитуд выходного напряжения (цифровых
сигналов), которые условно принимаются за логическую единицу или ноль.
Изучению первых из упомянутых устройств и устройств, позволяющих
осуществить переход от аналоговых сигналов к цифровым и обратно
посвящена первая часть курса "Схемотехника".
Она состоит из следующих основных разделов:
- усилительные устройства (т.е. устройства, работающие в линейном или
близком к нему режиме),
- аналого-дискретные устройства переходного типа, служащие связующим
звеном между чисто аналоговой и цифровой частями системы,
- устройства электропитания.
Содержание дисциплины
В процессе изучения материала нужно получить представление об:
- основах и особенностях эксплуатации аппаратуры, построенной на базе
аналого-дискретных схем,
- конкретной технике, использующей аналого-дискретные схемы;
Надо знать:
- структуру, особенности аналого-дискретных схем, их области применения,
роль аналого-дискретных устройств в обеспечении безопасности и
регулярности полетов;
- принципы работы, физические процессы, происходящие в схемах аналогодискретных устройств, назначение элементов, инженерные методы их расчета;
- сравнительные технико-экономические характеристики изучаемых схем;
- методы диагностики и поиска неисправностей в аппаратуре;
- основы применения вычислительной техники и современные средства
автоматизированного проектирования изучаемых схем;
- руководящие документы ГА, Государственные стандарты, нормы ЕСКД,
используемые при эксплуатации аналого-дискретных схем;
- правила техники безопасности при работе с изучаемой аппаратурой.
Содержание дисциплины
Нужно уметь:
- работать с научно-технической литературой;
- ориентироваться в современной аналого-дискретной аппаратуре, методах ее
расчета;
- работать с измерительной аппаратурой при исследовании характеристик и
ремонте изучаемой техники;
- определять место отказа и выявлять отказавший элемент схемы в аналогодискретных устройствах;
- работать с вычислительной техникой и грамотно ее применять при
проектировании, производстве и эксплуатации аналого-дискретных устройств.
По результатам изучения дисциплины студент должен приобрести
опыт:
- проектирования аналого-дискретных устройств;
- работы с вычислительной техникой;
- работы с измерительной аппаратурой при исследовании характеристик
изучаемой техники.
Литература
6Ф2.12.О76 Остапенко Г.С. Усилительные устройства. М.: Радио и связь, 1989.
621.3800064 Kоломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых
сигналов. М.: Радио и связь, 1991.
6Ф2.14.Э455 Электропитание радиоустройств. О.А.Доморацкий, А.С.Жерненко,
А.Д.Kратиров и др. М.: Радио и связь, 1981.
6Ф3.А465 Александрова T.С. Проектирование усилителей телевизионных сигналов.
М.: Связь, 1971.
6Ф2.123.B188 Bаршавер Б.А. Расчет и проектирование импульсных усилителей. М.:
Высшая школа, 1975, 1967.
6Ф2.123.П791 Проектирование усилительных устройств на транзисторах. Под ред.
Г.B.Bойшвилло. М.: Связь, 1972.
6Ф2.12.С21 Сафоненков Ю.П. Схемотехника. Часть 1. Основы теории аналоговых схем:
Тексты лекций. - М., МГТУ ГА, 2006.
6Ф2.12.С21 Сафоненков Ю.П. Схемотехника. Часть 1. Аналого-дискретные устройства:
Тексты лекций. – М.: МГТУ ГА, 2007.
1301 Сафоненков Ю.П. Схемотехника. Часть 1. (Основы аналого-дискретной
схемотехники). Пособие к изучению дисциплины. – М.: МГТУ ГА, 2007.
1314 Сафоненков Ю.П. Схемотехника, часть 1. Пособие к выполнению курсовой
работы. – М.: МГТУ ГА, 2007.
805 Сафоненков Ю.П. Схемотехника, часть 1 Пособие к выполнению лабораторных
работ. М.: МГТУ ГА, 2003.
Вспомогательные материалы
Для практического использования в учебном процессе вычислительной техники
студентами дневного и заочного отделений сформированы дидактические
материалы. Они предназначены для самостоятельной работы по дисциплинам
“Схемотехника, часть 1” и “Проблемно-ориентированные пакеты прикладных
программ в радиотехнике”. С этой целью студентам – дневникам и заочникам
выдается диск DVDROM со всеми необходимыми программами и учебными
материалами. Этот диск студенты самостоятельно размножают таким образом, чтобы
у каждого из них имелись все необходимые программные средства, учебная,
методическая и справочная документация, предназначенная для подготовки к
занятиям, экзаменам и зачетам, выполнению заданий. Материалы также могут быть
использованы при изучении смежных дисциплин и выполнении выпускных
квалификационных работ. При адаптации некоторых, наиболее важных, программ
выполнены работы по введению в них библиотек русских элементов и приведению
графических изображений элементов к начертаниям, отвечающим нормам ЕСКД.
Демонстрационное программное обеспечение по радиотехнике, представленное на
диске, современное, наиболее полно отвечающее требованиям подготовки
радиоинженеров по специальности 160905.
Вспомогательные материалы
Содержание каталогов и подкаталогов на диске:
\Books – подборка учебников по изучаемым дисциплинам (содержание в самом
подкаталоге).
\DOCS – учебная документация:
- \Konotch – контрольные отчеты к лабораторным работам по курсу
“Схемотехника, часть 1”;
- \Lectures – конспект лекций (две части) по курсу “Схемотехника, часть 1”;
- \Metod – методические материалы по изучаемым дисциплинам:
- Elanix.doc – методические указания к практическим занятиям по дисциплине
“Проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ в радиотехнике”
(Изучение программы System View фирмы Elanix);
- Laboads.doc – пособие к выполнению лабораторных работ по курсу “Схемотехника,
часть 1”;
- Labpop - пособие к выполнению лабораторных работ по курсу “Проблемноориентированные пакеты прикладных программ в радиотехнике”;
- Lecpop.doc – конспект лекций по курсу “Проблемно-ориентированные пакеты
прикладных программ в радиотехнике”;
- Metcont.doc – пособие к выполнению контрольной работы по курсу “Схемотехника,
часть 1” для студентов-заочников (в настоящее время отменена, но может
использоваться как справочное пособие);
Вспомогательные материалы
- Metiz.doc – пособие к изучению дисциплины “Схемотехника, часть 1”;
- Metizp.doc – пособие к изучению дисциплины и выполнению контрольного задания
по курсу “Проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ в
радиотехнике”;
-Metkr.doc – пособие к выполнению курсовой работы по дисциплине “Схемотехника,
часть 1”;
- \Ur – справочные материалы по учебной работе:
- Bankzad.doc – банк заданий по курсу “Схемотехника, часть 1”;
- Et_com.doc – эталонный комплект литературы по курсу “Схемотехника, часть 1”;
- Form1.doc – форма 1 по ГОСТ2.104-68;
- Form2.doc - форма 2 по ГОСТ2.104-68;
- Form2a.doc - форма 2а по ГОСТ2.104-68;
- Kmop1.doc – таблица зарубежных аналогов по микросхемам КМОП серии;
- Kr_titul.doc – титульный лист курсовой работы по дисциплине “Схемотехника, часть
1”;
- Lit.doc – список литературы по курсу “Схемотехника, часть 1”;
- Litpop – список литературы по курсу “Проблемно-ориентированные пакеты
прикладных программ в радиотехнике”;
Вспомогательные материалы
- Per1.doc - форма титульного листа перечня элементов по ГОСТ2.104-68;
- Per1a.doc - форма последующих листов перечня элементов по ГОСТ2.104-68;
- Prooads.doc – программа курса “Схемотехника, часть 1”;
- Propop.doc – программа курса “Проблемно-ориентированные пакеты прикладных
программ в радиотехнике”;
- Quesall.doc – вопросы к экзамену по курсу “Схемотехника, часть 1”;
- Quespop.doc – вопросы к зачету по дисциплине “Проблемно-ориентированные пакеты
прикладных программ в радиотехнике”;
- Rabpro.doc – рабочая программа дисциплины “Схемотехника, часть 1” для ДФ;
- Rabproz.doc - рабочая программа дисциплины “Схемотехника, часть 1” для ЗФ;
- Rabprpop.doc – рабочая программа дисциплины “Проблемно-ориентированные пакеты
прикладных программ в радиотехнике” для ДФ;
- Raprpopz.doc - рабочая программа дисциплины “Проблемно-ориентированные пакеты
прикладных программ в радиотехнике” для ЗФ;
- Task.doc – задания на курсовую работу по дисциплине “Схемотехника, часть 1”;
-Ttl1.doc - таблица зарубежных аналогов по микросхемам ТТЛ серии.
Вспомогательные материалы
Программное обеспечение
\MCad14-20 – Программа математических вычислений MathCad (англоязычная
версия).
- \MathCad14_Ru – русификатор к MathCad14Eng. Следовать инструкциям в
файле readme.mht (запуск из Windows).
\Handbook - Электронные книги для программы MathCad14.
\Multisim 11 - Программа моделирования электрических схем MultiSim (старое
название Electronics Workbench);
\Lab_multisim – лабораторный практикум по схемотехнике в среде Multisim.
\MC9 - Программа моделирования электрических схем MicroCAP9.
\Orcad_16.2 – программа САПР Orcad по проектированию радиотехнических
устройств. Выполняет весь цикл производства, начиная с составления схем, проверки
работоспособности, разводки печатных плат и, кончая технологическим
сопровождением производства.
\Orcadlib – библиотеки отечественных элементов для программы Orcad.
\Svu5 – программа моделирования радиотехнических систем SystemView (версия 5).
\Svu2009 – программа моделирования радиотехнических систем SystemVue 2009.
Варианты заданий для курсовой работы по дисциплине
«Схемотехника» ч.1.
Задания выбираются из табл. 1 ... 4 методических указаний по первой букве фамилии
и двум последним цифрам номера студенческого билета. Задания на курсовую работу
для студентов дневного обучения могут выдаваться индивидуально.
В таблицах приведены лишь основные исходные данные. Все необходимые
дополнительные параметры выбираются или рассчитываются и обосновываются в
процессе проектирования.
Начальные буквы
фамилии студента
А...И
Тип проектируемой схемы с источником питания
Усилитель звуковых частот (Табл. 2)
К...Р
Широкополосный усилитель (Табл. 3)
С...Я
Импульсный усилитель (Табл. 4)
Исходные данные для курсовой работы
Исходные данные для расчета усилителя звуковых частот
Пр.
цифра
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
10
8
-
15
12
10
30
8
20
14
15
2
4
1
5
2.5
Пос.
цифра
1
2
3
4
5
5
2
1
8
6
-
12
6
4
10
5
0.8
6
2.5
3
0.5
6
7
8
9
0
Рвых,Вт Uвых макс, В
Rн,
Ом
Кг,
%
Мн
Ес макс,
мВ
Rс,
кОм
1.5
2.5
1.4
1.6
2
2.5
1.5
3
1.2
1.6
40
30
5
6
8
10
68
3
5
33
1.8
2.2
1.2
1.3
3
1.4
1.8
1.3
2
2.2
20
15
10
25
2
0.2
0.8
0.5
1
39
fв ,
кГц
fн ,
Гц
Мв
22
4
20
16
14
16
100
20
50
40
10
18
8
6
25
22
15
200
32
30
Диап.
раб.
темп.
Исполнение
-10...
+40
Биполярные
и
полевые
транзисторы
-20...
+50
Транзисторы
и
микросхемы
Исходные данные для курсовой работы
Исходные данные для расчета широкополосного усилителя
Пр.
цифра
1
2
3
4
5
Uвых
макс,
В
14
6
8
10
9
6
7
8
9
0
5
11
15
12
4
Сн, пФ
Rн
Ом
Кг
%
39
51
-
300
75
100
4
3
6
1
2
Пос.
цифра
1
2
3
4
5
47
43
-
60
150
50
1.7
1.5
2.5
5
0.8
6
7
8
9
0
Мн
Ес макс
мВ
Rс
кОм
2
2.5
2.2
1.2
1.5
2.5
2
1.5
3
2.2
35
5
12
25
6
1
3
1.5
0.1
0.3
3
1.6
2.4
3.5
1.8
2
3.5
1.8
3.5
4
10
20
30
8
15
5
8
14
12
10
fв,
МГц
fн ,
Гц
Мв
4
3.5
1.2
2
2.5
70
1005
5
65
25
5
3
4.5
1.5
1.8
33
80
30
50
60
Диап.
раб.
темп.
Исполнение
-20...
+50
Транзисторы
и
микросхемы
-10...
+40
Биполярные
и полевые
транзисторы
Исходные данные для курсовой работы
Исходные данные для расчета импульсного усилителя
Пр.
цифра
Uвых
макс,
В
Сн,
пФ
Rн,
Ом
Т,
мс
Пос.
цифра
tи,
t , нс
мкс у
Выбр.
, %
Спад
,
%
Ес,
мВ
Rс,
кОм
Сс,
пФ
1
2
3
4
5
6
8
10
12
15
100
75
62
50
100
-
10
25
4
3
1
1
2
3
4
5
20
18
14
5
20
250
450
200
300
350
3
5
3.5
1.5
2.5
1.2
1.3
1.6
2.5
2.2
35
15
10
25
12
5
12
8
6
10
47
15
10
33
22
6
7
8
9
0
16
18
20
25
30
47
33
-
75
150
300
6
50
5
15
2
6
7
8
9
0
8
15
10
30
12
360
280
380
220
260
1.8
2.2
45
6
1.8
1
3
1.5
1.8
2
20
30
18
45
8
0.1
3
6
1
0.8
12
6
10
8
5
Диап.
раб.
темп.
Исполнение
-10...
+40
Биполярные
и
полевые
транзисторы
-20...
+50
Транзисторы
и микросхемы
Электронная книга по проектированию аналого-дискретных устройств
Электронная книга по проектированию аналого-дискретных
устройств
Электронная книга по проектированию аналого-дискретных
устройств
Электронная книга по проектированию аналого-дискретных
устройств
Электронная книга по проектированию аналого-дискретных
устройств
Электронная книга по проектированию аналого-дискретных
устройств
Электронная книга по проектированию аналого-дискретных
устройств
Электронная книга по проектированию аналого-дискретных
устройств
Электронная книга по проектированию аналого-дискретных
устройств
Пример выполнения электрической схемы
Лабораторные занятия
В ходе домашней подготовки
надо проработать
соответствующие теоретические
разделы курса, изучить описание
лабораторной работы, продумать
методику измерений,
ознакомиться с правилами
эксплуатации используемых
измерительных приборов,
выполнить расчеты, указанные в
описании, заготовить форму для
отчета, оставив в ней место для
размещения графиков, таблиц,
выводов.
Для каждой работы на диске
имеются заготовки отчетов,
включающие расчетные
формулы, схемы лабораторных
установок, таблицы и места для
размещения графиков.
Лабораторная работа в среде Multisim
Порядок выполнения курсовой работы
Процесс проектирования устройства складывается из нескольких этапов,
основными из которых являются:
- подбор и изучение литературы;
- определение и обоснование технических требований к разрабатываемому
устройству, исходя из задания на курсовую работу и анализа аппаратуры
аналогичного назначения, применяемой в гражданской авиации;
- предварительный расчет устройства, определение исходных данных к
покаскадному расчету и составление его структурной схемы;
- определение задач, решаемых на ПЭВМ;
- покаскадный электрический расчет элементов и параметров схемы в том числе и
на ПЭВМ;
- расчет результирующих характеристик устройства и сравнение их с заданными;
- коррекция схемных решений с целью оптимизации параметров устройства;
- составление принципиальной электрической схемы с перечнем элементов;
- оформление работы и ее защита.
Содержание работы
Курсовая работа представляется на рецензию в виде пояснительной записки
объемом до 15...25 страниц текста, написанного, а, лучше всего, напечатанного на
одной стороне стандартной писчей бумаги (формат А4), и электрической схемы,
выполненной на чертежном листе формата А4 или А3 по ГОСТу 2.301-68 с рамкой и
основной надписью по ГОСТу 2.104-68 (см. рисунок).
Графическая и текстовая документация должна выполняться с соблюдением
правил ЕСКД. Общие требования к текстовым документам содержатся в ГОСТе 2.10579, общие требования к выполнению схем – в ГОСТе 2.701-84, правила выполнения
электрических схем – в ГОСТе 2.702-75.
Сведения из государственных стандартов обобщены и конкретизированы
применительно к учебному процессу в стандартах МГТУ ГА СТП 113221-208-85
"Документы текстовые учебные" и СТП 113221-106-85 "Курсовое проектирование«.
Содержание работы
Первый (заглавный) после титульного лист должен иметь рамку и основную
надпись, выполненную по форме 2 из ГОСТа 2.104-68.
Нумерация страниц начинается с первого (заглавного) после титульного листа.
Титульный лист в нумерацию страниц не включают.
Все последующие листы пояснительной записки (исключая находящиеся в
приложениях самостоятельные документы) должны иметь рамки и основные надписи,
выполненные по форме 2а, указанной в упомянутом выше документе.
В пояснительной записке на первом (заглавном) и при необходимости на
последующих листах помещают содержание, включающее номера и наименование
разделов и подразделов с указанием номеров листов (страниц).
Оформление принципиальной электрической схемы
На принципиальной схеме изображают все электрические элементы, необходимые
для осуществления и контроля в изделии заданных электрических процессов и все
электрические связи между ними, а также электрические элементы (разъемы, зажимы
и т.д.), которыми заканчиваются входные и выходные цепи.
Схемы вычерчиваются, как правило, для изделий, находящихся в отключенном
состоянии.
Элементы изображают в виде условных графических обозначений, установленных
стандартами ЕСКД.
При вычерчивании схем, насыщенных условными графическими обозначениями,
разрешается все обозначения пропорционально уменьшать.
Для упрощения схемы допускается несколько электрически не связанных линий связи
сливать в общую линию, но при подходе к контактам (элементам) каждую линию связи
изображают отдельно.
При слиянии линий связи каждую линию помечают в месте слияния, а при
необходимости и на обоих концах, условными обозначениями (цифрами, буквами или
сочетаниями букв и цифр).
Характеристики входных и выходных цепей разрабатываемого устройства, а также
адреса внешних подключений, рекомендуется записывать в таблицы, помещенные
взамен условных графических обозначений входных и выходных элементов - разъемов,
плат и т.д..
Оформление принципиальной электрической схемы
Каждой таблице присваивают позиционное обозначение элемента, взамен
условного графического обозначения которого она помещена.
Каждый элемент или устройство, входящие в изделие и изображенные на схеме,
должны иметь позиционные обозначения в соответствии с требованиями ГОСТа 2.71081.
Позиционные обозначения элементам (устройствам) следует присваивать в пределах
изделия.
Порядковые номера элементам (устройствам) следует присваивать, начиная с
единицы в пределах группы элементов (устройств), которым на схеме дано одинаковое
буквенное позиционное обозначение, например, R1, R2, R3 и т. д.
Порядковые номера должны быть присвоены в соответствии с последовательностью
расположения элементов или устройств на схеме сверху вниз в направлении слева
направо.
Позиционное обозначение проставляют на схеме рядом с условным графическим
обозначением элементов и (или) устройств с правой стороны или над ними.
Данные обо всех элементах, изображенных на схеме, должны быть записаны в
перечень элементов. При этом связь перечня с условными графическими
обозначениями элементов должна осуществляться через позиционные обозначения.
Оформление Электрической схемы
Электрическая схема оформляется с
элементами коммутации.
Оформление перечня элементов
Перечень элементов располагают на схеме или выполняют в виде самостоятельного
документа, помещаемого в приложении пояснительной записки. Перечень элементов
оформляют в виде таблицы.
Если перечень элементов помещают на схеме, то его располагают, как правило, над
основной надписью.
Перечень элементов в виде самостоятельного документа выполняют на формате А4.
Основную надпись и дополнительные графы к ней выполняют по ГОСТу 2.104-68.
В графах перечня указывают следующие данные:
- в графе "Поз. обозначение" – позиционное обозначение элемента, устройства или
функциональной группы;
- в графе "Наименование" – наименование элемента (устройства) в соответствии с
документом, на основании которого этот элемент (устройство) применен, и
обозначение этого документа (основной конструкторский документ, государственный
стандарт, технические условия).
Оформление перечня элементов
Элементы в перечень записывают группами в алфавитном порядке буквенных
позиционных обозначений.
В пределах каждой группы, имеющей одинаковые буквенные позиционные
обозначения, элементы располагают по возрастанию порядковых номеров.
Элементы одного типа с одинаковыми электрическими параметрами, имеющие на
схеме последовательные порядковые номера, допускается записывать в перечень в
одну строку. В этом случае в графу "Поз. обозначение" вписывают только позиционные
обозначения с наименьшим и наибольшим порядковыми номерами, например, R3, R4
или C8...C12, а в графу "Кол." – общее количество таких элементов.
При записи элементов, имеющих одинаковую первую часть позиционных
обозначений, допускается:
- записывать наименование элементов в графе "Наименование" в виде общего
наименования (заголовка) один раз на каждом листе перечня;
- записывать в общем наименовании (заголовке) обозначение документов, на
основании которых эти элементы применены.
Если позиционные обозначения присвоены элементам в пределах устройств или в
изделие входят одинаковые функциональные группы, то элементы, относящиеся к
устройствам и функциональным группам, записываются в перечень отдельно.
Оформление перечня элементов
После электрического расчета каскадов проектируемого устройства для составления его
перечня элементов необходимо выбрать типы пассивных элементов. Выбор конденсаторов
и резисторов производится по справочникам, достаточно полным и наиболее поздним
по времени издания на момент проектирования.
По виду диэлектрика
конденсаторы делятся на группы.
Условное обозначение состоит
из букв и цифр. Первая буква
обозначает подкласс конденсатор:
К - постоянной емкости, КТ подстроечные, КП - переменной
емкости. Второй элемент
обозначает группу конденсатора в
зависимости от вида диэлектрика.
Третий элемент пишется через
дефис и соответствует
порядковому номеру разработки.
Оформление перечня элементов
Значения сопротивлений,
конденсаторов и дросселей определяются
по стандартному ряду номинальных
значений. Конденсаторы величиной менее
10 нФ, сопротивления широкого
применения и дроссели выбираются по
ряду Е24; конденсаторы номиналом более
10 нФ обычно изготавливаются по ряду Е6.
В нерезонансных усилителях
умеренных частот чаще всего
используются
электролитические
конденсаторы. Параметры
некоторых из них приведены
в таблице.
Оформление перечня элементов
В справочниках приводятся сведения о разнообразных резисторах. В каскадах
аналого-дискретных устройств основное применение имеют постоянные
непроволочные резисторы. Используются также переменные резисторы. Наиболее
массовыми являются постоянные непроволочные металло-диэлектрические резисторы
общего применения с широкоизвестным, но устаревшим обозначением МЛТ. Более
современные обозначения С2.
К этой же группе относятся
более дорогие и по некоторым
показателям более
совершенные резисторы ОМЛТ
и МТ. Металлодиэлектрические резисторы
выпускаются на номинальные
мощности рассеяния от 0,062
(1/16 Вт) до 2 Вт. Параметры
некоторых типов
непроволочных резисторов
приведены в таблице.
Оформление перечня элементов
Порядок работы с электронной книгой
Курсовую работу можно выполнять в среде Word, но гораздо проще воспользоваться
электронной книгой, выполненной в среде MathCad. При этом распечатка работы
ведется в два этапа. Сначала в среде Word, вызвав документ Kr_titul.doc, хранящийся на
диске в каталоге Docs  Ur, заполняют титульный лист. Из файлов, Form1.doc (1 шт. для
электрической схемы), Form2.doc (1 шт. для первого листа пояснительной записки),
Form2a.doc (по количеству листов пояснительной записки), распечатывают форматки,
которые в дальнейшем используются как пустые листы для вставки текстов из
программы MathCad. На листах Per1.doc (1 шт.), Per1a.doc (по количеству листов)
составляют перечень элементов разработанного устройства. После установки на
компьютер самой программы все файлы, которые имеются на диске в каталоге
Handbook, переписываются в аналогичный каталог установленной программы.
После запуска программы сначала устанавливают формат документа и формат
текстовых примечаний. Для этого по команде File  Page Setup входят в окно задания
параметров страницы и заполняют его (рис. 1), оставляя по 25-30 мм для подшивки и
нижней основной надписи (которую студенты называют штампом), и по 10 мм для
рамки.
Порядок работы с электронной книгой
Затем по команде Format  Style заходят в окно
Text Styles, выбирают стиль Normal и по команде
Modify  Font попадают в окно Text Format (рис.
2).
Рис. 1
Здесь выбирают шрифт Times
New Roman 12 размера,
кириллического начертания.
Рис. 2
Порядок работы с электронной книгой
Нажимая последовательно кнопки Ок, Ок, Close, закрывают окна.
Раскрывая электронную книгу “Проектирование Аналого-дискретных устройств” (рис.
3), через разделы и подразделы “Усилители электрических сигналов”,
”Предварительный расчет усилительного устройства”, “Примеры предварительных
расчетов усилителей” находят в ней пример расчета усилителя тех сигналов, который
записан в задании. Этот пример будет использован как заготовка для выполнения
предварительного расчета устройства.
Рис. 3
Порядок работы с электронной книгой
Используя команду Edit  Select All, выделяют весь текст примера. Устанавливая
указатель курсора на любой выделенный блок, нажимая левую клавишу “мыши”,
сдвигают весь текст примера на пустую станицу Вашего будущего документа. Учтите,
что в формате листа уже предусмотрены все отступы. Поэтому фрагмент размещают у
края листа. Удаляют верхние элементы навигации электронной книги. Поставив
курсор на любую переменную и затем число, надо изменить шрифты на 12 номер у
переменных и чисел.
Не надо “тупо” воспроизводить примеры, подставив только свои исходные данные.
Примеры в электронной книге составлены таким образом, что не могут без
дополнительных действий быть использованы в работе. Это учтено в заданиях на КР.
Студенту необходимо осуществить правильный выбор структуры проектируемого
устройства, того или иного усилительного элемента, схемы его включения, режима
работы, аппроксимацию его вольтамперных характеристик, согласовать соседние
каскады, получить линейные и нелинейные искажения, не превышающие заданные
величины, правильно решить нелинейные уравнения, сопутствующие методикам
расчета и т.п.
Порядок работы с электронной книгой
Порядок работы с электронной книгой
Работая с примерами необходимо иметь в виду, что структура разрабатываемого
устройства не зависит от вида сигналов. Поэтому, анализируя цифры задания и
сравнивая их с примерами, необходимо уяснить логику выбора структуры усилителя.
Особое внимание следует обратить на параметры нагрузки и источника сигналов.
Именно они определяют тип входного и выходного каскадов устройства. Для
выходных каскадов еще имеет значение выходная мощность, частотный диапазон
усилителя, его искажения. Все это, так или иначе, обосновывается в примерах. Если
Ваши цифры задания по каким-то параметрам не совпадают с примером, посмотрите
в соседних примерах как осуществляется выбор структуры устройства по
приближенным к Вашему варианту данным.
Рисование электрической схемы усилителя проще всего осуществить в программе
Micro-Cap (при этом в соответствии с рекомендациями файла rukcdrom.doc диска
необходимо осуществить коррекцию программы в части воспроизведения условных
графических изображений элементов по ЕСКД и установку библиотек отечественных
элементов). Порядок работы с программой описан в конспекте лекций по дисциплине
“Проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ в радиотехнике” и
описании лабораторных работ по этой же дисциплине.
Порядок работы с электронной книгой
После определения структуры усилителя, распределения исходных цифр по каскадам
приступайте к электрическому расчету каскадов. Методики расчетов различных
каскадов имеются в разделах электронной книги:
- Электрический расчет низкочастотных и широкополосных усилителей;
- Электрический расчет каскадов усилителей импульсных сигналов;
- Справочные данные по расчетам  Расчет параметров усилителей на
микросхемах.
Так как параметры нагрузки даны только для выходного каскада, проектирование
усилителя начинают с выходного каскада. Он работает в режиме больших сигналов, и
расчет следует вести с использованием вольтамперных характеристик усилительных
приборов (в случае использования на выходе каскада с общим коллектором
предвыходной каскад работает также в режиме больших сигналов, так как каскад с
общим коллектором не усиливает по напряжению). Транзисторы выбирают по
четырем параметрам: допустимой мощности, току, напряжению и частотным
свойствам (критической частоте). Для ряда транзисторов характеристики и другие
данные имеются в разных примерах. При необходимости использования других
элементов их данные можно найти в справочниках и программах (например, MicroCap).
Порядок работы с электронной книгой
В разделе Справочные данные по расчетам более подробно отражены операции
по вводу в компьютер вольтамперных характеристик транзисторов.
Так как примеры расчетов автономны, то исходные данные даются со ссылкой на
предварительный расчет. У Вас он есть, поэтому исходные данные по расчету того
или иного каскада формируются из цифр задания и распределенных на каскады
общих данных. Не забывайте использовать полученные в предварительном расчете
цифры!
Порядок работы с электронной книгой
Графики в работе должны занимать всю плоскость чертежа, так, чтобы по ним можно
было определить любую величину, примерно так, как показано на рис. 4.
Рис. 4
Недопустимо, чтобы график располагался так, как показано на рис. 5-7.
Порядок работы с электронной книгой
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Координатная сетка должна иметь такие деления, которые позволят легко отсчитать
координаты любой точки. Количество расчетных точек, по которым производятся
вычисления, не должно быть менее 8 – 10. Нагрузочная прямая переменного тока
должна вся покрываться ветвями вольтамперной характеристики транзистора. Для
этого корректируют значения базовых токов транзистора (рис. 8).
Вычисление ряда значений производится с использованием решения нелинейных
уравнений. При этом важно установить начальное значение, возле которого машина
начнет искать решение. Для этого надо посмотреть на график, описывающий
поведение той или иной величины и указать примерное ее положение (рис. 9).
Порядок работы с электронной книгой
Рис. 8
Рис. 9
Если рабочая точка выбрана неправильно (рис. 10), то появляются искажения
сигнала или уменьшается амплитуда выходного напряжения. Поэтому нужно
тщательно подходить к этому выбору.
Порядок работы с электронной книгой
Рис. 10
Важно знать, от чего зависят нелинейные
искажения усилителя. Конечно, в первую
очередь они определяются нелинейностью
вольтамперных характеристик транзистора, а
именно, снижением усиления при возрастании
тока. Поэтому надо искать транзисторы, у
которых это явление сказывается меньше.
Второй фактор – неправильный выбор рабочей
точки при малых запасах по напряжению питания
каскада. Третий фактор – довольно большое
выходное сопротивление предыдущего каскада.
Нелинейные искажения могут возрасти при
большой разнице между сопротивлением
каскада по постоянному и переменному току. В
этом случае нагрузочная линия переменного тока
займет более вертикальное положение, что
уменьшит амплитуду одной из полуволн. Важно
помнить, что нелинейные искажения появляются
только при больших выходных сигналах.
Порядок работы с электронной книгой
При невозможности уменьшить нелинейные искажения, используют
отрицательную обратную связь. Расчет элементов обратной связи дан в разделе
Справочные данные по Расчетам  Обратная связь в транзисторных усилителях.
Сигнал передается от одного каскада к другому. Следовательно, предыдущий
каскад является источником сигналов для последующего и, наоборот, предыдущий
каскад работает на нагрузку, состоящую из входного сопротивления и входной
емкости последующего каскада. Поэтому расчет предыдущего каскада базируется на
полученных к моменту расчета данных последующего каскада, а первоначально
установленное ориентировочное значение сопротивление источника сигналов
последующего каскада нуждается в уточнении после расчета выходного
сопротивления (т.е. сопротивления нагрузки) предыдущего каскада.
Расчет малосигнальных усилителей ведется без привлечения вольтамперных
характеристик по среднестатистическим справочным параметрам транзисторов. Эти
расчеты затруднений не вызывают, если придерживаться рекомендаций, указанных в
соответствующих методиках расчетов.
Порядок работы с электронной книгой
Относительно схем коррекции частотных и переходных характеристик. В основном
они используются для расширения полосы пропускания усилителя в области высоких
частот широкополосных и импульсных усилителей. Низкочастотные искажения чаще
всего компенсируют увеличением номиналов реактивных элементов. Так как
высокочастотные искажения зависят, в основном, от внутренних емкостей активных
элементов, то проблема решается путем использования корректирующих элементов (L
в коллекторной цепи – коллекторная коррекция и RC – цепочка в эмиттерной цепи –
эмиттерная коррекция). Коллекторная коррекция расширяет полосу пропускания
усилителя без снижения усиления каскада. Эмиттерная коррекция базируется на
использовании отрицательной обратной связи, которая снижает усиление и искажения
усилителя, в том числе нелинейные. Что важнее – решает разработчик. Можно вообще
пожертвовать усилением и решить вопрос расширения полосы пропускания за счет
снижения сопротивления нагрузки.
Отдельный вопрос – рациональное проектирование выходных каскадов усилителей
однополярных импульсных сигналов. В этом случае в выходном каскаде рабочую точку
устанавливают внизу нагрузочной характеристики, т.е. он должен открываться
приходящим коротким импульсом. Это снижает потребление усилителя и улучшает его
быстродействие.
Порядок работы с электронной книгой
Особый случай, когда на выходе усилителя необходим эмиттерный повторитель
(каскад с общим коллектором). Ведь если выходной каскад открывается импульсом, то
предыдущий каскад с общим эмиттером, на транзисторах той же полярности, будет все
время открыт, и закрываться на короткий промежуток. Чтобы избежать этого
предыдущий транзистор должен быть обратной полярности.
По справочным данным громадного большинства интегральных схем их нагрузка не
должна быть меньше 1 – 2 кОм. Это нужно учитывать, сопрягая микросхемы с
последующими каскадами усилителя. Повышение входного сопротивления любого
каскада с общим эмиттером можно осуществить за счет использования
последовательной отрицательной обратной связи по току.
Относительно применения операционных усилителей. Это устройство может
проявлять свои свойства только на сравнительно низких (звуковых) частотах.
Операционные усилители для построения широкополосных и импульсных усилителей
неэффективны. Это нужно учитывать.
Проверочный расчет может быть выполнен двумя способами. Первый и самый
простой – подтверждение по результатам расчета выполнения поставленных
требований по усилению и высокочастотным искажениям (искажениям фронтов
импульсов).
Второй способ – моделирование работы схемы с подтверждением исходных
данных, например, в среде Micro-Cap.
Порядок работы с электронной книгой
Не следует забывать о расчете источника питания. Первая часть расчета – сам
выпрямитель. Напряжение на выходе самого выпрямителя должно быть больше на
(0.5 – 1) В для учета падения напряжения на индуктивностях и (3 – 5) В для учета
падения напряжения на RC-фильтрах. Ток, потребляемый усилителем, складывается из
токов покоя каскадов, базовых токов каскадов, токов делителей напряжения
смещения, амплитуды выходного напряжения, деленному на  в усилителе
гармонических сигналов или деленному на скважность импульсов.
Вторая часть – расчет сглаживающего фильтра.
На электрической схеме источник сигналов и нагрузка отсутствуют. Для их
подключения должны быть предусмотрены разъемы.
В перечень элементов записываются все электрорадиоэлементы разработанного
устройства в порядке латинского алфавита позиционных обозначений и строго по
возрастанию порядковых номеров.
Определение структуры усилителя
Структура усилителя определяется, прежде всего, параметрами источника сигналов
и нагрузки. Она не зависит от вида усиливаемых сигналов.
Целью предварительного расчета усилителя является ориентировочное
определение состава схемы и ожидаемых ее характеристик, а также выработка
требований и исходных данных к расчету отдельных каскадов.
Предварительный расчет проектируемого устройства следует начинать с задания
числа каскадов схемы на основе распределения общего усиления устройства, учета
особенностей каскадов и возлагаемых на них функций. При этом обосновывают
способ включения, тип усилительных элементов и класс усиления каскадов.
Прежде всего, решают вопрос о схеме оконечного каскада, зависящей от выходной
мощности, частотного диапазона, характера нагрузки, уровня частотных и нелинейных
искажений, и схеме первого каскада, определяемой данными источника сигналов.
При усилении гармонических и двухполярных импульсных сигналов каскады малой
мощности (средняя мощность выходного сигнала Pвых < (1...2) Вт) обычно выполняют
по однотактной схеме, работающей в режиме класса А. Усиление однополярных
импульсов предпочтительно осуществлять каскадом, работающим в классе В, таким
образом, чтобы он открывался приходящим сигналом. Это уменьшает
энергопотребление и запаздывание сигнала вследствие устранения насыщения
транзистора.
Определение структуры усилителя
Для получения больших мощностей в нагрузке с целью увеличения КПД желательно
применение двухтактных схем, работающих в режимах класса В или АВ. На входы
двухтактных схем нужно обеспечить подачу сигнала так, чтобы каждая из половин
каскада (плеч) могла работать от разных его полуволн. Это достигается применением
согласующих трансформаторов, каскадов с разделенной нагрузкой,
дифференциальных каскадов или каскадов с транзисторами различного типа
проводимости (комплементарными транзисторами).
Если диапазон усиливаемых частот не очень широк (от десятков Герц до 10...14 кГц,
т. е. отношение верхней fв и нижней fн граничных частот не выше 800), то в усилителе
возможно применение согласующих трансформаторов. Это дает возможность
получить максимальное усиление на каскад, позволяет уменьшить общее число
каскадов и упростить схему.
При отсутствии особых соображений в выходных (а также и в промежуточных
каскадах) предпочтительно использовать биполярные транзисторы, имеющие по
сравнению с полевыми транзисторами большую крутизну, а, следовательно, и лучшее
усиление.
Определение структуры усилителя
С уменьшением сопротивления нагрузки (ориентировочно ниже (100...200) Ом)
потери на выходном сопротивлении каскада растут, и они будут наименьшими у тех
схем, которые обладают низким выходным сопротивлением. Среди них следует
упомянуть каскады, где одиночный транзистор или составные транзисторы,
соединенные по схеме Дарлингтона, включены с общим коллектором, схемы с
обратной связью по напряжению, схемы с использованием трансформаторов. Им и
следует отдать предпочтение в данной ситуации. При емкостной нагрузке схему с
общим коллектором не используют из-за ее склонности к самовозбуждению.
Надо также учитывать, что наибольшими нелинейными искажениями обладает
схема с общим эмиттером (в два - три раза выше, чем у схемы с общей базой и
общим коллектором). Ориентировочное значение коэффициента гармоник для этого
включения можно принять на уровне (6 ... 8)%.
Так как нелинейные искажения сильно зависят от амплитуды выходного
напряжения, то в маломощных каскадах они невелики и их обычно не учитывают.
Если выбранный способ включения усилительного элемента обеспечивает
коэффициент гармоник и Кг' он будет больше заданного Кг, то в усилитель вводится
обратная связь с глубиной:
Кос = Кг' / Кг ;
Кос дБ = 20  lg(Кос).
Определение структуры усилителя
Необходимость введения в усилитель схем высокочастотной коррекции оценивают
коэффициентом коррекции
Кк = 0.7  fт / (h21э  fв) или Кк = 2  fт  tу / h21э,
где fт - критическая (или граничная) частота транзистора, предполагаемого к
использованию в каскаде,
fв - верхняя рабочая частота,
tу - время установления импульса, отведенное на каскад,
h21э - коэффициент усиления тока для транзистора с общим эмиттером.
Критическую частоту находят по справочным данным коэффициента усиления по
току биполярного транзистора Вf на высокой частоте f
fт = Вf  f.
Она должна удовлетворять условию
fт = (20...50) fв;
fт = (2...5) / tу.
В схемах широкополосных и импульсных усилителей с полевыми транзисторами
применение индуктивной частотной коррекции желательно, так как позволяет
увеличить усиление каскада, которое в связи с малым значением крутизны
транзистора невелико. Этому также способствует выбор следующего каскада с
повышенным входным сопротивлением.
Если коэффициент коррекции оказался меньше единицы, то в каскаде желательно
применить схему высокочастотной коррекции. При Кк  1 ее применение не
обязательно, но может дать выигрыш в усилении.
Определение структуры усилителя
Выбирая схему включения транзистора первого каскада, необходимо учитывать,
что во входной цепи происходят потери мощности на внутреннем сопротивлении
источника сигнала Rc.
Для уменьшения этих потерь надо строить схему так, чтобы ее входное
сопротивление Rвх было не менее внутреннего сопротивления источника сигналов
Rс. При этом коэффициент передачи входной цепи будет равен:
 = Rвх / (Rвх + Rс);
дБ = 20  lg ().
Таким образом, если Rс > (1...3) кОм, то в качестве первого каскада используют
схемы, обладающие повышенным входным сопротивлением:
1) эмиттерный повторитель,
2) схему с полевым транзистором, включенным с общим истоком или стоком,
3) схему Дарлингтона,
4) схему с общим эмиттером и последовательной по току отрицательной обратной
связью.
Ориентировочно в предварительных расчетах входной цепи принимают для схем
с общим эмиттером Rвх = (300...500) Ом, а для схем с общим коллектором Rвх =
(5...10) кОм.
Определение структуры усилителя
Транзистор в схеме должен выбираться не только по частотным свойствам.
Нужно, чтобы максимальные значения токов, напряжений, импульсной и средней
мощности, действующие в схеме, не превышали допустимых для него значений. Не
рекомендуется выбирать ток покоя транзистора менее одного миллиампера, так как
при малых токах падает h21э и ухудшается стабильность положения точки покоя
(рабочей точки). Нельзя использовать мощные транзисторы в маломощных
каскадах из-за малых входных и выходных сопротивлений, больших
межэлектродных емкостей и больших неуправляемых токов.
Граница зоны неуправляемых токов может быть найдена из соотношения
Iну = (0.01 ... 0.05)  Iк макс доп,
где Iк макс доп - максимально допустимый ток через транзистор. При работе каскада
сигнал не должен заходить в зону неуправляемых токов, так как это приведет к
появлению нелинейных искажений.
Если принято решение о видах каскадов в схеме, то затем решают вопрос о
количестве промежуточных каскадов, которые обычно полагают однотипными.
Определение структуры усилителя
Нужно определить усиление, приходящееся на эти каскады. Для этого вычисляют
общее усиление устройства путем деления выходного напряжения Uвых на входное Uвх
Кобщ = Uвых / Uвх ;
Кобщ дБ = 20  lg ( Кобщ ).
Если вместо Uвх задана ЭДС входного сигнала, то Кобщ вычисляют как
К е общ = Uвых / Ес ;
К е общ дБ = 20  lg ( К е общ ).
Затем находят ориентировочное усиление первого К1 дБ, оконечного Кок дБ и
промежуточных каскадов Кпр дБ по таблице ориентировочных коэффициентов усиления
каскадов.
Тип каскада
Включение
Усиление по
транзистора напряжению (в дБ)
ОЭ
15 ... 25
Оконечный резисторный
ОИ
10...15
ОК
2...3
ОС
0.5...1
ОЭ
25...35
Оконечный трансформаторный
ОИ
15...25
ОК
1...2
ОС
0...1
ОБ
12...15
ОЭ
20...30
Предварительный резисторный
ОИ
15...20
ОК
2...3
ОС
0.5...1
Фазоинверсный с разделенной нагрузкой
3...5
ОЭ
30...40
Предварительный трансформаторный
ОИ
20...30
Входная
цепь
в
режиме
согласования
3
сопротивлений
Определение структуры усилителя
Число каскадов n предварительного усиления определяют в соответствии с
формулой
Кобщ дБ  дБ  Кок дБ  К1 дБ + Кос дБ  Кк вых дБ  Кк 1 дБ
n =  ,
Кпр дБ + Кк пр дБ
где Кк 1 дБ, Кк пр дБ, Кк вых дБ – коэффициенты коррекции первого, предварительных и
выходного каскадов, если коэффициент коррекции оказался меньше единицы (т. е. в
децибелах отрицателен).
Полученное значение n округляют до большего ближайшего целого числа.
Распределение искажений по каскадам усилителя
Составив принципиальную электрическую схему усилителя, надо затем
распределить допущенные на все устройство частотные, переходные и нелинейные
искажения. Лучше всего это делать сразу, задавая на отдельные элементы те
искажения, которые они могут вносить.
Известно, что низкочастотные искажения (и связанные с ними искажения плоской
вершины импульсов) вносят емкости связи, емкости в цепях эмиттерной или
истоковой термостабилизации, индуктивности первичных обмоток
трансформаторов.
Высокочастотные искажения (искажения фронтов импульсов и выбросы)
обусловлены действием внутренних емкостей транзисторов и индуктивностей
рассеяния трансформаторов.
Следует иметь в виду, что внутри каскада наибольшее влияние на частотные и
переходные искажения оказывает трансформатор и емкость в цепи
термостабилизации. Выходные каскады, как правило, вносят большие частотные
искажения по сравнению с каскадами предварительного усиления. При этом
следует исходить из того, что не менее половины (в децибелах) от частотных
искажений вносится последним по схеме каскадом с общим эмиттером (истоком).
Распределение искажений по каскадам усилителя
Частотные искажения, создаваемые реактивными элементами усилителя и
выраженные в децибелах, арифметически складываются. Этим объясняется удобство
их использования, так как выраженные в относительных значениях частотные
искажения перемножаются.
Поэтому проще всего распределять частотные искажения, если выразить
коэффициенты частотных искажений на нижних Мн и верхних Мв частотах в
децибелах
Мн дБ = 20  lg Мн и Мв дБ = 20  lg Мв.
Тогда
Мн дБ = Мн1 дБ + ...+ Мнi1 дБ + Мнi дБ,
Мв дБ = Мв1 дБ + ...+ Мвj1 дБ + Мвj дБ,
где Мн1 дБ ... Мнi1 дБ, Мнi дБ – частотные искажения, отведенные на элементы,
вносящие эти искажения на низких частотах,
Мв1 дБ ... Мвj1 дБ, Мвj дБ – частотные искажения, отведенные на элементы,
вносящие эти искажения на высоких частотах.
Распределив частотные искажения, нужно вновь перейти к линейным значениям
Мнi дБ / 20
Мвj дБ / 20
Мнi = 10
,
Мвj = 10
,
которые и следует подставлять в расчетные формулы.
Распределение искажений по каскадам усилителя
Полученные результаты удобно записывать в виде таблицы.
НЧ искажения
Мнi
Мнi дБ
........
........
Элемент
...................
ВЧ искажения
Мвj
Мвj дБ
........
........
Аналогично распределяют переходные искажения в соответствии с выражениями
общ = 1 + ... i-1 + i,
tу общ =  tу 12 + ... + tу j-12 + tу j2 ,
 общ =  12 + ... + j-12 + j2,
где общ, tу общ, общ – спад плоской вершины, время установления и выброс усилителя,
1,  i-1,  i,
– спады плоской вершины, обусловленные влиянием i-ых
элементов,
tу 1, tу j-1, tу j,
 1,  j-1,  j
– времена установления и выбросы от влияния j-ых элементов.
Результаты оформляют в виде таблицы.
Элемент
.........
i
...
tу j
...
j
...
Распределение искажений по каскадам усилителя
Так как в импульсном усилителе наибольшие переходные искажения вносит, как
правило, оконечный каскад, то на него отводят большую часть из общих искажений.
При этом надо учитывать, что если, например, взять время установления оконечного
каскада tу ок = 0.8  tу общ, то, в силу приведенных выше соотношений, на остальные
каскады будет приходиться tу ост = 0.6  tу общ. При больших сопротивлениях источника
сигналов на время установления или полосу пропускания по высоким частотам может
существенно влиять входная цепь усилителя.
Если оконечный каскад выполнен по схеме с общим эмиттером (или общим
истоком), то все нелинейные искажения отводят на этот каскад. В тех случаях, когда
предоконечный каскад вносит значительные нелинейные искажения (например, если
он находится перед эмиттерным повторителем), то приходится распределять
нелинейные искажения между оконечным и предоконечным каскадами. При этом
общие нелинейные искажения усилителя Кг ус вычисляют по формуле:
Кг ус =  Кг2ус2 + Кг3ус2 + Кг4ус2,
где Кг ус, Кг2ус, Кг3ус, Кг4ус – коэффициенты гармоник всего усилителя и его
коэффициенты гармоник по второй, третьей и четвертой гармоникам, определяемые
из соотношений:
Кг2ус = Кг2' + Кг2", Кг3ус = Кг3' + Кг3", Кг4ус = Кг4' + Кг4".
Здесь буквами со штрихами обозначены коэффициенты гармоник по второй,
третьей, четвертой гармоникам первого и второго каскадов, вносящих заметные
нелинейные искажения.
Напряжения питания каскадов
Предпочтительно так проектировать усилитель, чтобы он имел один источник
питания. Напряжение источника питания Е зависит от максимального значения
выходного сигнала и схемы оконечного каскада.
Если в качестве выходного используется трансформаторный каскад, то
Е = (0.3...0.4)  Uмакс доп,
где Uмакс доп – максимально допустимое напряжение между выходными электродами
выбранного транзистора.
В остальных случаях Е < 0.8  Uмакс доп, причем величину Е определяют, учитывая вид
усиливаемых сигналов и способ связи с нагрузкой.
Если допустима постоянная составляющая на выходе усилителя (что не всегда
желательно), то:
Е = (2.2 ... 3)  Uвых м
– для гармонических сигналов;
Е = (1.1...1.5) Uвых общ
– для двухполярных импульсных сигналов с общей
амплитудой Uвых общ;
Е = (1.2...1.8) Uвых м
– для однополярных импульсных сигналов,
где Uвых м – максимальное значение сигнала на выходе усилителя.
Для гармонических сигналов оно связано со средним значением Uвых известным
соотношением
Uвых м =  2  Uвых.
Напряжения питания каскадов
Величина коэффициента при Uвых м выбирается тем большей, чем больше интервал
рабочих температур.
Если постоянная составляющая на выходе недопустима, то
Е = (4...8) Uвых м – для гармонических сигналов;
Е = (2...4) Uвых м – для импульсных сигналов.
В маломощных каскадах напряжение питания не критично, однако его не следует
брать менее (1.5 ... 3) В. Кроме того, для увеличения устойчивости в цепи питания этих
каскадов надо устанавливать элементы фильтрации питающих напряжений.
Итогом предварительного расчета является составление уточненной схемы с
заданием всех исходных данных для покаскадного электрического расчета
проектируемого устройства.
Покаскадный расчет устройства
Покаскадный расчет как самого усилителя, так и источника питания, осуществляется
по методикам, изложенным в электронной книге. Там сосредоточены примеры
расчетов различных каскадов, которые нужно трансформировать в соответствии с
требованиями задания и предварительного расчета, обратив особое внимание на
полученные показатели. Несоответствие хотя бы одного из параметров заданному
значению должно повлечь техническое решение по исправлению ситуации.
Особое внимание следует уделить обоснованию структуры устройства, сопряжению
его каскадов , их частотным, переходным, нелинейным искажениям, правильному
выбору элементов, их рабочих точек.
Download