Разработка интегрального устройства (напряжение питания -15 В, коэффициент усиления - 7)

Федеральное агентство связи

Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики

кафедра ТЭ

КУРСОВАЯ РАБОТА

По твердотельной  электронике

Разработка интегрального устройства

Выполнил: Осадшая Н.

Проверил: Игнатов А. Н.

Новосибирск 2012

Оглавление:

Введение

Техническое задание

1.  Разработка структурной схемы

1.1   Определим Кu1

1.2  Определим Кu2

1.3  Расчет мощности, рассеиваемой на резисторах

2.  Расчет амплитудно-частотной характеристики

3.  расчет элементов ГИМС

3.1   Расчет пленочных элементов.

3.2  Расчет навесных элементов

3.3  Составление топологии ГИМС

Заключение

Список используемой литературы

Введение:

Разрабатываемое изделие относится к сфере технике, получившей широкое распространение в различных областях человеческой деятельности: в промышленности, индустрии развлечений, в науке, в быту и других применениях.

Микроэлектроника позволяет резко повышать надежность электронной аппаратуры, значительно уменьшить габариты, массу, потребляемую энергию и стоимость.

Применение интегральных схем и микропроцессоров позволяет уменьшить габариты и массу аппаратуры на два порядка и более.

Основой современных аппаратов являются интегральные микросхемы (ИМС).

ИС – изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигналов и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов.

Разрабатываемая в данном проекте схема производит усиление сигналов низкочастотного диапазона – от 50 Гц до 10 кГц.

Такие схемы чаще всего используются в аппаратуре голосовой связи (телефония, радио).

Техническое задание:

U_пит= -15 В

К_u=7 раз

R_вх=0,47 Мом

R_н=2 кOм

U_ном=2В

F_н= 300 Гц

F_в= 3,4 кГц

М_н=2 дБ

М_в=2дБ

Тип входа несимметричный

Тип выхода симметричный

1.  Разработка структурной схемы

Распределение коэффициентов передачи между входным узлом, первым каскадом, вторым каскадом и выходным узлом.

Коэффициент усиления всего устройства:

,                   

где К_{U ВХ} – коэффициент передачи входного узла;

К_U1 – коэффициент усиления первого каскада;

К_U2– коэффициент усиления второго каскада;                                                                                         

К_{U ВЫХ} – коэффициент передачи выходного узла.

Входной узел.  Предназначен для того, чтобы  переменная составляющая тока  полезного сигнала попала в нагрузку, а постоянный ток, появляющийся вследствие влияния помехи – нет, чтобы не нарушался режим  работы транзистора первого каскада.

В качестве входного узла можно использовать трансформаторы, оптроны, RC- цепи. В ГИМС предпочтительней использовать RC – цепь.

Коэффициент передачи входного узла определяется входным сопротивлением первого каскада и сопротивлением генератора:.                                         

Первый каскаддолжен обеспечивать высокое входное сопротивление, следовательно, его целесообразно выполнять на ПТ. С точки зрения соотношения сигнал-шум выгодно, чтобы первый каскад обеспечивал максимальное усиление напряжения. 

Второй каскад должен обеспечивать малое выходное сопротивление, что достигается применением в нем БТ, в частности, включенного по схеме с общим коллектором (ОК). Такой каскад обеспечит К_U2 » 2 в схеме с симметричным выходом.

Выходной узел предназначен для передачи в нагрузку полезного сигнала и непропускания постоянной составляющей. Желательно не иметь потерь в выходной цепи, т.е., чтобы К_{U ВЫХ} ® 1, а это обеспечивается при R_ВЫХ << R_Н. Малым выходным сопротивлением обладает, например, эмиттерный повторитель (его выходное сопротивление составляет примерно ).

Рисунок 1.

Схема усилителя с несимметричным входом и симметричным выходом

1.1.Определим К_u1

Для каскада с разделённой нагрузкой лучшим вариантом будет являться  следующее распределение напряжения питания между нагрузками и транзистором:

U_пит = U_Rэ + U_Rк + U_КЭ = -15 В;

U_Rэ + U_Rк = 0,5 * U_КЭ, следовательно, R_К = R_Э.

U_Rэ = -3,75 В = U_Rк;

U_КЭ = -7,5 В.

На семействе выходных ВАХ транзистора 2П201А с каналом р-типа по оси –U_СИ отмечаем точку U_СИА и проводим через неё параллельную линию оси I_c.

На пересечении с U_ЗИ = 0 В выберем точку А

(U_ЗИ = 0 В, | U_СИА | = 4,45 В, I_c  = 1,10*10^-3 А)

Рисунок 2.

Семейство выходных ВАХ транзистора 2П201А с каналом p-типа

Найдём коэффициент крутизны S =   

S– крутизна ПТ в рабочей точке (находится по семейству стоковых характеристик)

Далее рассчитаем сопротивление с цепи стока

Тогда  коэффициент усиления по напряжению первого каскада рассчитывается по формуле: ,

Так как  K_общ = К_вх * К_u1 * К_u2 * К_{вых. ,}    

  К_вых → 1, К_u2→2, K_u1=11,25 и  K_общ, то К_вх=0,311.

_1.2  Рассчитаем К_u2

   . 

Коэффициент усиления каскада с разделенной нагрузкой складывается из коэффициента передачи эмиттерного повторителя и коэффициента усиления транзистора,  включенного по схеме с общим эмиттером:

К_эп =         К_оэ =

Для определения К_эп  необходимо рассчитать h_21Э , которое  определяется с использованием семейства выходных характеристик в районе точки покоя, которая определяется пересечением нагрузочной прямой и прямой, проведенной через значение напряжения, падающего в нагрузке каскада по постоянному току. Нагрузкой в схеме с ОК является сопротивление в цепи эмиттера, а в схеме с разделенной нагрузкой – сумма сопротивлений в цепи эмиттера и коллектора.

Для определения К_оэ  необходимо знать значение параметра h_11Э, который определяют по входной характеристике БТ. Входной ток должен соответствовать выбранной точке покоя БТ, указанной на выходной характеристике БТ.

По графикам характеристик БТ 2Т3704-1 со структурой p-n-n определили параметры h_21Э и h_11Э :

Рисунок 3.

h_21Э =  =  ≈ 80 А

h_11Э =   =  ≈ 3 кОм

R_ЭЭ =  =  ≈ 1,47 кОм

R_Э = R_К =  =  ≈ 2,24 кОм

R_кэ =  = ≈ 1,06 кОм

К_эп =  =  =  ≈ 0,975

К_оэ =  =  =  ≈ 0,695

Таким образом получаем

К_u2 = К_эп + К_оэ = 0,975 + 0,695 = 1,67

Уточним K_вх

7= K_Uвх *11,25*1,67*1;  получаем K_вх =0,371

И тогда  K_общ = К_вх * К_u1 * К_u2 * К_вых. = 0,371 * 11,25*1,67*1 =6,97(7)

Расхождение 99,59%

Далее рассчитаем входное сопротивление эмиттерного повторителя, которое определяется по формуле:

==122,07 кОм

И сопротивление генератора