Курсовая Расчет электронных схем
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Министерство сельского хозяйства РФ
Федеральное государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Ижевская государственная сельскохозяйственная академия
Кафедра «ТОЭ»
Курсовая работа
По дисциплине: «Электроника микропроцессорные средства и техника связи»
Тема: Расчет электронных схем
Вариант № 103
Выполнил: студент
Проверил
Ижевск 2009
Содержание
Расчет усилителя напряжения на биполярном транзисторе 3
Расчет схемы на операционном усилителе 9
Синтез логической схемы 12
Заключение 16
Список литературы
1.1 Схема усилителя напряжения
Рисунок 1.1 –Схема усилителя напряжения
1.2 Исходные данные для расчета
Максимальная амплитуда напряжения холостого хода источника входного сигнала, EГМ =0,5 В;
Внутреннее сопротивление источника входного сигнала RГ= 200 Ом;
Максимальная амплитуда напряжения нагрузки Uнм=1 В;
Сопротивление нагрузки Rн=1500 Ом;
Нижняя частота усиления fн=20 Гц
Коэффициент частотного искажения на частоте fн Mн=1,6.
1.3 Назначение элементов схемы
VT1 – управляемый биполярный транзистор;
Rб1 и R,б2 – цепь смещения начальной рабочей точки транзистора для обеспечения активного режима работы и усиления в классе А;
RН – эквивалент нагрузки;
Rк – нагрузочный резистор по постоянному току
Rэ – резистор отрицательной обратной связи (ООС) по току;
RГ и ЕГ – эквивалент источника входного сигнала
С1 и С2 – разделительные конденсаторы, исключающие влияние усилителя на источник входного сигнала и нагрузку по постоянному току
1.4 Принцип работы схемы
Входной сигнал накладывается на постоянную составляющую, следовательно, напряжение базы увеличивается. От сюда следует, что транзистор дополнительно приоткрывается, что ведет к увеличению тока базы, так как увеличивается ток базы, то и увеличивается ток коллектора, а напряжение на коллекторе падает.
Конденсатор С2 отсекает постоянную составляющую сигнала, и на выходе получаем отрицательную полуволну. Усиление сигнала происходит за счет коэффициента усиления и больших значений сопротивлений Rk и RН.
При отрицательной полуволне потенциал на базе падает, следовательно, транзистор начинает закрываться. Это ведет уменьшению тока коллектора и тока базы, а так же уменьшается падение напряжения на сопротивлении Rk. Следовательно, напряжение на коллекторе увеличивается, на выходе получаем положительную полуволну.
1.5 Расчет схемы
1.5.1 Определение заданного коэффициента усиления по напряжению
1.5.2 Расчет сопротивления резистора коллекторной цепи транзистора, кОм
где
При Rн > 1 кОм, то
Округляем до стандартного значения Rк=3,9 кОм.
1.5.3 Расчет сопротивления нагрузки транзистора по переменному току, кОм
1.5.4 Расчет максимальной амплитуды переменного тока коллектора, мА
1.5.5 Ток коллектора в начальной рабочей точке (ток покоя),мА
где
принимаем
1.5.6 Минимальное напряжение в точке покоя, В
где U0 – граничное напряжение Uкэ транзистора между активным режимом и режимом насыщения.
Для транзисторов малой мощности U0=1 В
1.5.7 Напряжение коллектор-эмиттер в начальной рабочей точке, В
Так как минимальное напряжение в точке покоя удовлетворяет условию UКЭ min,< 5 В, следовательно, принимаем UКЭП =5 В
1.5.8 Сопротивление резистора отрицательной обратной связи(ООС)
Округляем до ближайшего меньшего стандартного значения Rэ=510 Ом
1.5.9 Рассчитаем напряжение источника питания, В
Принимаем Eп= 11 В.
1.5.10 Выбор транзистора по предельным параметрам из условий
Uкэ max > EП = 11В
Iк max > Iкn = 1,32 мА
Pк max >
Выбираем транзистор 2Т104Г со следующими параметрами
Uкэ max =30 В
Iк max =10 мА
Pк max =150 мВт
h21 э =10 - 60
Iэо» Iко =1 мкА
1.5.11 Определим ток базы покоя транзистора
1.5.12 Рассчитаем напряжение покоя базы –эмиттер, В. Для этого используем относительное выражение для ВАХ эмиттерного перехода транзистора из нелинейной модели Эбера-Молла.
где т =1,2…3 –поправочный коэффициент, учитывающий неидеальность электронного перехода. Рекомендуется
Iэо – обратный ток эмиттерного перехода.
φТ – температурный потенциал, принимаем равным 0,026 В
Uбэ>3тφТ = 150 мВт, поскольку эмиттер находится в режиме активного насыщения, то в этом случае единицей можно пренебречь.
IЭ ≈IКП,
1.5.12 Рассчитываем ток делителя цепи смещения, мА
1.5.13 Рассчитаем сопротивления цепи смещения:
Округляем до стандартного значения Rб2 =8,2 кОм
Округляем до стандартного значения Rб1 =75 кОм.
1.5.14 Рассчитаем эквивалентное сопротивление цепи смещения:
1.5.15 Рассчитаем входное сопротивление усилителя:
где RВХб – входное сопротивление базы.
1.5.16 Расчёт разделительных конденсаторов:
Принимаем вклады С1 и С2 в частотные искажения на частоте fН равными:
Мнс1=Мнс2=Мнс=
Принимаем С1 =1,8 мкФ.
Принимаем С2 =2 мкФ
1.5.17 Делаем проверку усилителя на соответствие заданному значению коэффициента усиления по напряжению КU:
где
Рассчитаем отклонение Кu от Кид:
1.5.18 Проверка режима работы усилителя по постоянному току:
EП = 11 В
1.5.19 Проверка работоспособности схемы по условиям:
UКП> Uбп – активный режим работы;
|
IКП RК> Uнт
|
UКП-Uбп = 5,8 – 1,05 = 4,75 В > Uнт = 1 В
В результате расчета получим схему со следующими заданными параметрами
Кu- 2;
RВХ = 5,8 кОм;
RВЫХ = RК = 3,9 кОм.
Работает в классе усиления А.
Параметры схемы:
Rб1 = 75 кОм;
Rб2 = 8,2 кОм;
Rэ =510 Ом;
Rк =3,9 кОм;
RН =1,5 кОм;
RГ =200 Ом;
С1 =1,8 мкФ;
С2 =2 мкФ;
VT1 – 2Т104Г.
1.5.20 Построим нагрузочные характеристики транзистора по постоянному и переменному токам
Берем
Построим нагрузочную характеристику по полученным выше данным
Раздел 2. Расчет схемы на операционном усилителе
2.1 Исходные данные
Внутренние сопротивления источников сигнала – RG1 =25 кОм, RG1=25кОм
Коэффициенты усиления по напряжению – Кu1 =30, Кu2=20
Динамический диапазон – D =28 дБ
Максимальная рабочая температура – Tм =30 ÅС
2.2 Схема неинвертирующего усилителя
Рисунок 2.1 – Схема неинвертирующего усилителя
2.3 Назначение элементов схемы
DA1 – усиливающий элемент
R1 ,R2 ,R4 – служат для получения требуемого коэффициента усиления
R3 - компенсационный резистор, служит для компенсации ошибки ОУ, которая возникает при протекании входного тока смещения ОУ через резисторы, подключенные к инвертирующему входу.
RG1 ,UG1 ; RG2 ,UG2 - Эквиваленты источников входного сигнала схемы по постоянному току.
2.4 Принцип действия схемы
Суммирующий усилитель является частным случаем инвертирующего усилителя, на выходе которого получается повернутый на 180º входной сигнал, пропорциональный алгебраической сумме входных сигналов. Поскольку точка суммирования токов А имеет нулевой потенциал (приняли потенциал инвертирующего входа равным нулю), можно записать I1=Uвх1/R1 I2=Uвх/R2. Ток в цепи обратной связи равен по 1 закону Кирхгофа сумме входных токов Iос=I1+I2. Тогда выходное напряжение сумматора
Из формулы видно, что усиление по каждому входу можно регулировать, меняя сопротивление входной цепи. Достоинством сумматора на ОУ является то, что суммирование напряжений производится независимо друг от друга, то есть без взаимных помех источников суммируемых сигналов, так как эти сигналы суммируется относительно земли.
2.5 Расчет схемы
2.5.1 Рассчитаем сопротивление R1, кОм так как Ku1RG1>Ku2RG2: 750>500
Для обеспечения минимального влияния сопротивления источника сигнала RG1 на значение коэффициента усиления Ku1 необходимо, чтобы входное сопротивление R1 было много больше сопротивления источника сигнала RG1 в 5…10 раз
Округляем полученное значение сопротивления до стандартного значения R1 = 130 кОм.
2.5.2 Рассчитаем значение сопротивления резистора обратной отрицательной связи R4.
Округляем полученное значение сопротивления до стандартного значения R4 = 3900 кОм
2.5.3 Рассчитываем значение сопротивления резистора R2
Округляем полученное значение сопротивления до стандартного значения R2 = 200 кОм
2.5.4 Рассчитываем значение компенсирующего резистора на втором входе ОУ
Округляем полученное значение сопротивления до стандартного значения R3=82кОм
2.5.5 Выберем операционный усилитель согласно следующих условий:
max{R1,, R2,, R3,} << Rвх ОУ,,
Rвых ОУ << R3 << Rвх ОУ , (2.3)
Uсм доп > U∑см ОУ
Выбираем операционный усилитель К140УД6 со следующими параметрами операционного усилителя
Коэффициент усиления
Входное сопротивление Rвх = 1 МОм;
Выходное сопротивление Rвых = 1 кОм;
Разность входных токов ∆Iвх = 10 нА;
Тепловая разность входных токов
Напряжение смещения Uсм =5 мВ;
Температурный дрейф напряжения смещения
Напряжение питания Uпит = í15 В.
Условия пригодности ОУ по входному и выходному сопротивлению выполняются. Проверим условие по напряжению смещения.
2.5.6 Рассчитаем Uсм доп по эквивалентному коэффициенту усиления KU экв
и заданному динамическому диапазону D:
где допустимое смещение на выходе усилителя находим следующим образом:
Uвых max =11 В,
Принимаем KU2 = 0, тогда
2.5.7 Рассчитаем суммарное, приведенное ко входу, смещение ОУ по следующей формуле
где
где T0 – температура при нормальных условиях T0 = 25 ÅС
2.6 Найдем максимально допустимую амплитуду напряжения источника сигнала:
Раздел 3. Синтез логической схемы
3.1 Исходные данные
Логическая функция: F =
Стоимость схемы :
где n –общее число координат;
r –размерность куба;
k –число кубов, на которых функция равна 1;
3.2 Минимизация логической функции
Составляем карту Карно, выделяем соседние минтермы и минимизируем функцию. При этом строим максимальные кубы на клетках, где функция равна 1. Находим клетки, которые покрываются только одним кубом, и удалив, из рассмотрения кубы, которые покрывали что-то из удаленных клеток, если клетки, покрываемые удаляемыми кубами, имеют покрытие в виде другого куба равной или большей размерности по сравнению с отбрасываемым кубом.
| X1 X2 X3 X4 X5 | 000 | 010 | 110 | 100 | | 101 | 111 | 011 | 001 |
| 00 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | | |
| 01 | 1 | | | | 1 | | | | |
| 11 | 1 | | | 1 | 1 | | | | |
| 10 | | 1 | | | 1 | | 1 | |
После минимизации функция имеет вид:
С min=
Её стоимость равна:
3.3. Факторизация покрытий.
Находим µ - произведения всех кубов с помощью таблицы изображенной ниже.
| | 1xx00 | 101xx | 01xx0 | X0011 |
| 1xx00 | ……. | | | |
| 101xx | 1мммм | ……. | | |
| 01xx0 | мммм0 | ммммм | ……. | |
| x0011 | ммммм | м0ммм | ммммм | ……. |
| 0000x | ммм0м | м0ммм | 0 мммм | м 00 мм |
Отбираем маскирующий куб См1= м00мм,имеющий максимальную стоимость. Таким образом исходное покрытие разбивается на три части. Вверху располагаются кубы, которые не покрываются маскирующим кубом. Затем записывается маскирующий куб. Под ним записываются отмаскированные кубы с прочерками на тех координатах, которые не равны µ в маскирующем кубе.
Далее повторяем все действия проделанные выше. Алгоритм заканчивается , когда не останется неотмаскированных кубов, либо маскирующий куб максимальной стоимости будет состоять только из одних µ.
| | 1хх00 | 101хх | 01хх0 |
| 1хх00 | ……. | | |
| 101хх | 1мммм | ……. | |
| 01хх0 | мммм0 | ммммм | ……. |
| М00мм | ммммм | м0ммм | ммммм |
Отбираем маскирующий куб См2 = 1мммм;
Получаем новое покрытие
Вновь строим таблицу и выявляем маскирующий куб.
| | 01хх0 | м00мм |
| 01хх0 | ……. | |
| м00мм | ммммм | ……. |
| 1мммм | ммммм | ммммм |
См = µµµµµ
По окончанию алгоритма получаем факторизованное покрытие
3.4 Построение функциональной схемы в булевом базисе.
При построении схемы факторизованного покрытия следуют правилам:
Построение схемы удобно вести по факторизованному покрытию снизу вверх.
Любой куб, находящийся под маскирующим, реализуется в виде элемента «И», входы которого, соответствуют координатам куба, равным нулю или единице.
Элементы «И», соответствующие отмаскированным кубам, объединяются элементом «ИЛИ».
Маскирующий куб соответствует элементу «И». Его входы образуются координатами маскирующего куба, равными нулю или единице, и выходом элемента «ИЛИ», объединяющего отмаскированные им кубы.
Маскирующий куб сам может объединяться другими кубами элементом «ИЛИ», если вместе с другими кубами он покрывается маскирующим кубом более высокого уровня.
Реализуем в виде схемы факторизованное покрытие согласно изложенных выше правил. Полученная схема изображена на рисунке 2.
Рисунок 2. Реализация факторизованного покрытия.
3.5 Перевод схемы в универсальный базис
При переводе схемы в универсальный базис И-НЕ необходимо придерживаться следующих правил:
Заменить все элементы булева базиса на элементы И-НЕ.
Все независимые входы, которые поступали на входы типа И оставить без изменения заменить на инверсные значения, а входы элементов типа ИЛИ заменить на инверсные значения.
Если выход снимался со схемы типа И, то на выходе установить инвертор.
3.6 Построение схемы в универсальном базисе.
Придерживаясь всех выше изложенных правил перехода схемы в универсальный базис, получаем следующую схему, которая приведена ниже на рисунке 3.
Рисунок 3. Перевод схемы в универсальный базис
4. Заключение.
В данной курсовой работе я провел расчеты усилителя напряжения переменного тока на биполярном транзисторе, схемы суммирующего усилителя постоянного тока на операционном усилителе, и провел синтез логической функциональной схемы.
В первой части работы произвел расчет усилителя напряжения переменного тока, и проверил работоспособность схемы по условиям класса А. Убедился в выполнении данных условий, следовательно рассчитанная схема работоспособна и пригодна к эксплуатации.
Во втором части провел расчет суммирующего усилителя постоянного тока, подобрал на основе расчета схемы подходящий для неё операционный усилитель и проверил его согласно вышеизложенных условий. На основании расчетов можно сделать вывод, что рассчитанная схема работоспособна и пригодна к эксплуатации.
В третьей части провел синтез логической функциональной схемы, определил первоначальную стоимость схемы и, проведя синтез этой функциональной схемы, как можно больше минимизировал стоимость первоначально заданной схемы. Произвел схемную реализацию и перевел ее в универсальный базис И-НЕ.
Список литературы
Арестов К.А Основы электроники и микропроцессорной техники. – М.: Колос, 2001
Забродин Ю. С. Промышленная электроника: - М.: Высшая школа, 1982
3. Куликов В. А., Покоев П. Н. Электроника, микропроцессорные средства и техника связи. Методы расчета электронных схем: Методические указания к курсовой работе: - Ижевск:
ИжГСХА, 2004
