Разработка интегрального усилителя

Федеральное государственное бюджетное  учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Кафедра технической электроники

КУРСОВАЯ РАБОТА

«РАЗРАБОТКА ИНТЕГРАЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ»

Вариант №109

Выполнил: ст.гр МП-38

Проверил:  к.т.н., доцент

Новосибирск, 2015

Введение

В курсовой работе решается задача проектирования интегрального усилителя постоянного тока. Разрабатываемое устройство предназначено для усиления электрических сигналов с минимальной частотой, близкой к нулю.

В задачу входит расчёт активных (транзисторов) и пассивных (резисторов) элементов усилителя, определение их параметров по характеристикам или путем измерения, а также   анализ частотных характеристик полученного устройства.

Кроме того необходимо рассчитать емкость корректирующего конденсатора, определяющего верхнюю граничную частоту полосы пропускания усилителя, и построить его амплитудно-частотную характеристику.

Для возможной реализации усилителя в виде гибридной интегральной микросхемы необходимо разработать технологический чертеж микросхемы с пленочными пассивными элементами и с навесными бескорпусными активными элементами.

В завершении необходимо привести итоговую принципиальную электрическую схему усилителя, спецификацию его элементов и таблицу сравнения заданных и рассчитанных параметров усилителя.

1 Заданные параметры

2 Разработка структурной и принципиальной схем устройства

УПТ выполняется на основе дифференциального усилителя с заземленным входом.

Рисунок 1  - Структурная схема УПТ

Усилитель состоит из трех каскадов (рис. 1):

Дифференциальный каскад (ДК). Он  предназначен для усиления разности двух напряжений  U_{ВЫХ ДК}=К_{U ДК}(U_ВХ2-U_ВХ1).При равенстве одного из них нулю происходит усиление входного сигнала с инверсией (символ « –»), или без инверсии (символ « +») знака выходного сигнала.. Каскад должен обеспечивать заданное входное сопротивление.

Схема смещения уровня (ССУ), Она  предназначена для исключения постоянной составляющей в выходном напряжении усилителя при нулевом входном напряжении.

Эмиттерный повторитель (ЭП). Он служит для согласования выходного сопротивления усилителя  при работе с низкоомной нагрузкой. 

Коэффициент усиления УПТ рассчитывается по формуле  K_U=K_{U ДУ}K_UCCK_{U ЭП}

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

K_UCC– коэффициент передачи схемы смещения;

K_{U ЭП} – коэффициент передачи эмиттерного повторителя.

Для обеспечения заданного коэффициента усиления, исходят из того, что K_{U ЭП} ≈1 и K_UCC≈1 .

Рисунок 2  - Принципиальная схема всего усилителя

3 Расчет элементов принципиальной схемы

Расчет усилителя начинается с расчета выходного каскада, т.е. с эмиттерного повторителя.

3.1 Эмиттерный повторитель

Определяем ток нагрузки:

Ток эмиттера ЭП, должен превышать ток нагрузки в 2-3 раза

Резистор в цепи эмиттера ЭП должен иметь сопротивление :

Определяется мощность рассеивания на коллекторе транзистора VT6: 

где можно принять I_К0≈ I_ЭП-

Выбирается бескорпусный БТ, у которого максимальная мощность рассеивания на коллекторе Р_{К max} больше, чем рассчитанная выше.

По выходным характеристикам транзистора в рабочей точке при

U_КЭ=U_П1=6  В определяем ток базы:I_{Б VT6} = 145 мкА,

 Выходные характеристики.

Входные характеристики.

По входным характеристикам определяю входное сопротивление транзистора, т.к. входные характеристики приведены при U_КЭ=10 В, они практически не отличаются от характеристик при  U_КЭ=6 В, то ими и воспользуемся:

А также постоянное напряжение «база – эмиттер» транзистора:

U_БЭП-=0,78 В

Рассчитываю R_НЭ:

Рассчитываю коэффициент передачи ЭП по формуле :

входное сопротивление

3.2 Рассчитываю параметры схемы смещения уровня ССУ

Схема смещения уровня

Схема смещения уровня представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе VT4, принцип работы и параметры которого будут рассмотрены ниже. Эмиттерная цепь состоит из резистора R6 и источника стабильного тока на транзисторе VT5, обеспечивающего постоянство тока I_К VT5. Уровень постоянной составляющей напряжения на выходе ССУ по сравнению с ее значением на входе сдвинут на величину: