Ќурстыќ жўмыстарды

Коммерциялық емес акционерлік

қоғам АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ

БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ Электроника

кафедрасы

АНАЛОГТЫ ҚҰРЫЛҒЫЛАРДЫҢ СҰЛБАТЕХНИКАСЫ МЕН ЭЛЕМЕНТТЕРІ 5В071600 – Приборлар жасау мамандығы студенттері үшін курстық жұмыстарды орындау бойынша әдістемелік нұсқаулықтар

Алматы 2014

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Жолшараева Т.М., Абдрешова С.Б. Аналогты құрылғылардың сұлбатехникасы мен элементтері. 5В071600 – Приборлар жасау мамандығы студенттері үшін курстық жұмыстарды орындау бойынша әдістемелік нұсқаулықтар. – Алматы: АЭжБУ, 2013. – 33 б.

Әдістемелік нұсқаулықта электрондық аналогты құрылғыларды өндіру мәселелері қарастырылған, курстық жұмыстың міндеті мен мақсаттары қалыптастырылған, жобаланған тапсырмалар тізімі ұсынылған, курстық жұмысты орындау реті жайында деректер келтірілген, оның мазмұнына қойылатын талаптар, сұлбаларды есептеу мысалдары және тематикалық әдебиеттер тізімі көрсетілген. Қосымшаларда принципиалды сұлбаларды орындау мысалдары берілген.

Курстық жұмысты орындау бойынша әдістемелік нұсқаулық 5В071600 – Приборлар жасау мамандығы студенттеріне арналған.

Кесте - 1, ил. - 6, әдеб.көрсеткіші – 31 атау.

Пікір беруші: доц. Қалиева С.А.

«Алматы энергетика және байланыс университеті» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2013 жылғы жоспары бойынша басылды.

© «Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2014 ж.

Мазмұны

Кіріспе 4

1 Курстық жұмыстың мақсаты 4

2 Курстық жұмыстың мәні 4

3 Курстық жұмыстың тапсырмасы 4

4 Курстық жұмыстың көлемі мен мазмұны 4 5 Принципиалды электрлік сұлбаларды орындауға қойылатын талаптар 5 6 Электрорадиоэлементтерді (ЭРЭ) таңдау 6 7 Электрондық сұлбаларды есептеу мысалдары 8 А қосымшасы 22

Б қосымшасы 24

В қосымшасы 25

Г, Д қосымшасы 26

Әдебиеттер тізімі 27

Кіріспе

Берілген әдістемелік нұсқаулықтарда оқу жоспарында электрондық аналогты құрылғылар бойынша курстық жұмысты орындау қарастырылған, 5В071600 – Приборлар жасау мамандығының студенттеріне арналған.

Әдістемелік нұсқаулықтарда жинақты түрде, студенттің жұмысты ретімен орындауы және дұрыс безендірумен қорғау үшін барлық қажетті деректер келтірілген. Қосымша деректерді, сонымен қатар жұмыс барысында туындайтын бақылау сұрақтарына жауаптарды, студент кеңес беру уақытында ала алады. Жұмыстағы қосымша құжаттар келесідей бөлімдерден тұрады:

номиналды кедергілер мен сыйымдылықтар қатары, принципиалды электрлік сұлбаның орындалу үлгісі.

1 Курстық жұмыстың мақсаты

Студенттердің өз бетімен арнайы техникалық және анықтамалық әдебиеттермен жұмыс істеуді, электрондық сұлбаларды талдай және синтездей білуді, электрондық аппаратураларды құрау және есептеуді үйренуі болып табылады.

Курстық жоба курсты оқудың аяқтаушы кезеңі болып табылады және студенттерге электрондық құрылғыларды өңдіргенде туындайтын есептерді өз бетінше шешуге мүмкіндік туғызады.

2 Курстық жұмыстың мәні

Курстық жұмысты орындау студенттерге келесідей мүмкіндіктер береді:

 ғылыми-техникалық әдебиеттермен, мемлекеттік және фирмалақ стандарттар жүйесімен жұмыс істеуге дағдылануға;

 электрондық құрылғылар мен аппараттардың негізгі кезеңдерімен танысуға;

 электрондық құрылғыларды есептеу әдістерінің білімін нықтауға;

 электрондық құрылғылар элементтік базасын меңгеруге.

3 Курстық жұмыстың тапсырмасы

Студенттерге тапсырма қатаң жекелей Г және Д қосымшаларындағы кестелерде беріледі және тапсырмалар оқу пәнінің жұмыс бағдарламасына сәйкес келу қажет.

4 Курстық жұмыстың көлемі мен мазмұны Курстық жұмыс келесі бөлімдерден тұру қажет:

а) есептеме - түсіндірме жазбасының көлемі 25 – 35 бет;

б) сызба бөлімі А4 форматындағы беттерде.

4.1 Түсіндірме жазба

Түсіндірме жазба келесі бөлімдерден тұру қажет:

а) бірінші бет, титулды парақ;

ә) тапсырма;

б) мазмұны;

в) кіріспе;

г) берілген кластың электрондық құрылғыларына шолу, олардың артықшылықтарымен кемшіліктерінің талдауларымен - (10-15) бет;

ғ) принципиалды электрлік сұлбаны таңдауды негіздеу – (2-3) бет;

д) электрондық сұлбаның электрлік есептеуі – (10 - 15) бет;

е) қорытынды;

ж) әдебиеттер тізімі;

и) қосымшалар.

Қолданыста бар ұқсас электрондық құрылғыларға шолу отандық және шетелдік әдебиеттердің, авторлық куәліктердің, патенттермен басқада көздердің берілгендері бойынша жүргізіледі. Шолу қысқа әрі нұсқа, тапсырманың тек негізгі аспектілерін ескере отырып, жасалады.

Принципиалды электрлік сұлбаны таңдау, қолданыстағы сұлбалардың электрлік, конструктивті, технологиялық және басқада көрсеткіштері бойынша, салыстырмалы талдауының нәтижелеріне негізделуі қажет.

Принципиалды электрлік сұлбаны есептеуді екі кезеңде жүргізген тиімді: алдымен шамалас, келтірілген есептеу орындалады (каскадтар саны анықталады, каскадтардың жұмыс істеу режимдері таңдалады, олардың кіріс және шығыс көрсеткіштері жуықтап есептеледі). Егер оның нәтижелері курстық жұмыстың алғашқы берілгендерімен келісілген болса, онда сұлбаның элементтерінің бөлшекті, әрі ақырғы есептеуіне ауысады. Сонымен бірге элементтердің табылған номиналдарын, радиотехникалық бөлшектермен элементтерге қойылған техникалық шарттарға сәйкес таңдау қажет (А қосымшасы).

4.2 Графикалық бөлімі

Графикалық бөлім, элементтер қатары бар принципиалды электрлік сұлбадан (Б қосымшасы) немесе спецификациядан (В қосымшасы), тұруы қажет. Егер спецификация принципиалды сұлбаның негізгі сызбасына кірмесе, онда оны бөлек А4 форматты парақта орындауға болады.

5 Принципиалды электрлік сұлбаларды орындауға қойылатын талаптар

Принципиалды электрлік сұлбаларды орындау және тұрғызу ережелері ЕСКД (ГОСТ 2.701 – 76, 2.705 – 75) стандарттарымен орнатылған.

Электрондық құрылғының барлық элементтері сұлбада, ЕСКД стандарттарында орнатылған, шартты графикалық белгілер түрінде бейнеленеді.

Курстық жұмыстар үшін әдеттегі масштабтар: кішірейту 1:2, үлкейту 2:1.

Элементтердің шартты белгіленулері мен байланыс сызықтары тік және көлденең бойынша біркелкі түзетілген болу керек.

Элементтердің графикалық белгіленулерін, байланыс сызықтарының қалыңдығы сияқты, сызықтармен орындаған жөн.

ГОСТ 2.751–73 сәйкес электрлік байланыс түйіндерінде, нүктелерді қарайтылған домалақ түрінде көрсету керек.

Кірістері және шығыстары бар сұлбаларды орындау кезінде, әдеттегідей, кірістерін сол жақтан, ал шығыстарын оң жақтан жайғастырады.

6 Электрорадиоэлементтерді (ЭРЭ) таңдау

Жобалау кезінде аса кең үлгілерден ЭРЭ таңдау мәселесі туындайды.

Төменде ЭРЭ негізгі типтерін таңдау бойынша ұсыныстар берілген. Мысалы, стандартты ЭРЭ дұрыс таңдалған делік, егер оның көрсеткіштерінің номиналды мәндері, бұл көрсеткіштердің есептелген мәндерімен, рұқсат етілген қатынастарда (тең, үлкен, кіші) жатса.

Транзисторлар

Төменгі жиілікті электрондық құрылғыларда жоғары жиілікті транзисторларды қолдану тиімсіз, өйткені олар қымбат, екіншілік тесілудің өсуіне және өздік қозу процесіне жақын келеді, сонымен қатар пайдалану қорлары аз.

Аз қуатты транзисторлар қолдануға болатын жерде, қуатты транзисторларды қолдану қажет емес.

Егер германилік транзисторды қолдануға ерекше себеп қажет болмаса, кремнилік транзистор қолданған жақсы.

Егер германилік транзисторды қолдану аса қажет болмаса, онда кремнилік транзисторды қолданған дұрыс.

Жартылай өткізгіш диодтар

Диодтарды анықтамада көрсетілген тағайындалуы бойынша қолдану қажет.

Диодтағы кері кернеумен оның бойынан ағатын тогы, максималды рұқсат етілген мәннен 70 – 80 % аспауы керек.

Жұмыс жиілігі анықтамада көрсетілген шектік мәннен аспауы қажет.

Резисторлар

Курстық жұмыста тұрақты тағайындалған МЛТ типті резисторлар қолдану ұсынылады.

Тұрақты арнайы резисторлар (прецизионды, жоғары омды және басқалары), бұларды, ортақ тағайындалудағы резисторлардың сәйкес көрсеткіштерінің мәндері жеткіліксіз болған кезде қолданған жөн.

Айнымалы резисторларды тек тағайындалуы бойынша қолданған жөн.

Конденсаторлар

Конденсатордың типін, оның номиналды сыйымдылығымен жұмыс кернеуінің мәндерінің жиынтығы бойынша таңдайды.

Жұмыс кернеуінен шамалы артық болатын, номиналды кернеуі бар конденсаторды мүмкіндігінше қолданбаған жөн, өйткені бұйымның салмақты- өлшемдік және құндық көрсеткіштері нашарлайды.

Оксидті конденсаторлар екі типті болып дайындалады: полярлы және полярсыз. Полярлы конденсаторларды тек, конденсатордағы кернеудің тұрақты құраушылары, айнымалы құраушылар амплитудасынан үлкен болған тізбектерде орнатуға болады.

Микросұлбалар

Микросұлбаларды қолданудың басты шарты, таңдалған микросұлбаға техникалық шарттарында ұсынылған жұмыс режимдерін қатаң сақтау болып табылады. Бұл, бірінші кезекте қоректену кернеуінің шамасына, жүктеме кедергісіне және температура аумағына қатысты.

Аналогтық микросұлбаларды қолдану бойынша ұсыныстар анықтамаларда келтіріледі. Ал төменгі жиілік күшейткіштерінің толықтай талаптарын қанағаттандыратын микросұлбалардың топтамалары келесілер:

140, 153, 157, 544, 553, 574, 1040, 1053, 1401, 1417, 1418, 1420, 1424, 1435, 1450.

Интегралдық сұлбалардың (ИС), монтаждау мен пайдалану кезінде ескеру қажет болатын кейбір ерекшеліктерін атап өтейік.

Микросұлба таңдаған кезде әртүрлі топтамалардан алынған ИС қолданудан алшақтау қажет. Егер бұл мүмкін болмаса, онда бірдей қоректену кернеуі бар микросұлбаларды қолданған дұрыс. Олардың шиналарындағы әр операциялық (амалдық) күшейткіштің (ОК) жанындағы, қоректену тізбектері бойынша паразиттік генерацияны жою үшін, сыйымдылығы (0.01 – 0.05) мкФ болатын конденсаторлар орнату ұсынылады. ОК кіріс көздерінің арасындағы өтпелі үрдістер кезінде, дифференциалдық сигналдың әсерінен қорғану үшін, қарама қарсы параллель диодтарды қосуға болады.

Егер ОК-тің шығысында қысқа тұйықталудан ішкі қорғанысы болмаса, онда шығыс қысқыштарына тізбектей 200 Ом кедергілі резистор қосу қажет,

R1 - Rk1

Rэ1 R4

VT1 R3

R2

VT3

Ek

+ - R⁴

VT² + Ek

С

ал кері байланыс тізбегі резистордың басқа шықпасына жалғанады. Мұндай қосылыс ОК шығыс кедергісін әдетте ұлғайтпайды.

7 Электрондық сұлбаларды есептеу мысалдары

7.1 суретте көрсетілген, екі тактілі трансформаторсыз қуат күшейткішін есептеңіз, егер оның келесідей көрсеткіштері берілген болса: жүктемедегі қуаты Pж =2 Вт және жүктемедегі кедергісі Rж =10 Ом. Күшейткіш сигналдар көзінен қоректеніп, келесі көрсеткіштерге ие: Eг=600 мВ және Rг=10 Ом.

7.1 сурет Шешуі:

а) каскадтың екі иығындағы транзисторлардан бөлінетін қуатты аз ғана қормен (запаспен) анықтаймыз

P = 1,1Pж = 2,2 Вт;

ә) қажетті коллекторлық токтың максимал мәні

2 2 2, 2

0,66 ;

km 10

н

I P А

R

   

б) коллектор – эмиттер тізбегіндегі максимал кернеуді транзисторлардың шығыс сипаттамалары бойынша анықтаймыз. Қалдық кернеу Uқалд. сипаттаманың сызықсыз бөлігін қиып өту керек. Uқалд.  1В деп алайық.

в) жүктемедегі қажетті кернеудің амплитудасын U_шығ. келесі формуладан табамыз

2 2 2, 2

6,6 ;

km 0,66

km

U P В

I

   

г) қоректендіру көзінің қажетті кернеуі Е_к  U_қалд. + Ukm = 6,6+1 = = 7,6 B. Е_к = 8 В деп запаспен алайық.

ғ) VТ₁ және VТ3 қуатты транзисторларын беретін қуатының Р мәні және коллектордағы максимал кернеуі бойынша таңдаймыз. Өткізгіштігі қарама-

қарсы типті (комплементарлы жұп) сәйкес келетін транзисторлар болып, КТ814А және КТ815А типті транзисторлары табылады. Ток бойынша күшейту коэффициентінің орташа мәні  =25 деп, алайық.

Онда, I_бm =I_km /  =0,6 / 25 = 0,015 A = 15мА;

д) R₁R4 базалық бөлгіш тізбегін есептейміз. Тыныштық күйдегі VТ2

транзисторының база потенциалын, VТ₂ және VТ3 транзисторларынан аққан қажетті бастапқы ток мәнінен және кіріс сипаттамалар түріне қарай таңдаймыз. Iк.баст. = 10мА болса, онда Iб.баст. = 0,4мА. Кіріс сипаттамалардан Uбэ.баст. = 0,45 В табамыз. Бөлгіш тогын Iбөл. 0,8 мА тең деп қабылдаймыз, онда

е) VТ₁ транзисторындағы алдын ала күшейту каскадын есептейміз. VТ₁ транзисторындағы каскадтың күшейту коэффициенті келесі теңдеу арқылы анықталады:

/ ,

) (

|| ||

1 1 1

2 2

1 1

2 1

1 1

э э Г

ж к

кір Г

k кір

U R r R

R R R

R R

R K R





 

 



 

мұндағы R_кір1= r_б1 + (r_э1+R_э1) (1+1), R_кір2  2R_ж + R2, егер R1 және R4 жеткілікті жоғары омды резисторлары болса және VТ₂ мен VТ3 транзисторларының базасының ток беру коэффициенті 2= 25 болса. Бір шетінен, VТ1

транзисторындағы каскад келесі күшейтуді қамтамасыз ету қажет: К_U1 = u_km / EГ = 6,6 / 0,6 = 11. Мұндай күшейтуді VТ1 транзисторының тыныштық тогын 5 мА тең етіп орнатып алуымызға болады. R_к1 = 2 кОм таңдап, Uкэ1 = 5 В режимдік мәнін қамтамасыз етеміз. Формуладан r_э1 = 5 Ом және 1 = 50 кезінде К_U1 үшін, VТ1. транзисторындағы каскадтың күшейтуін реттейтін Rэ1

эмиттерлік резистордың кедергісін табамыз. R_э1=47 Ом кедергісі VТ₁ транзисторындағы алдын ала күшейту каскадының қажетті күшейту коэффициентін қамтамасыз етеді;

ж) VТ1 транзисторының кіріс тогының амплитудасы

мА R А

r E R

R I U

э э

Г кір

Г

кірm кірm 0,23 10 0,23

) 47 5 ( 50

6 , 0 )

(

3 1

1 1 1





 

 

 

 ^

 ^;

к) есептеп отырған күшейткіштің қуат бойынша күшейту коэффициенті .

10 2 , 10 3

3 , 2 6 , 0

2 , 2 2

2 ₄

. 4 .



 



 

 _

т кір т кір

ж кір

P ж

I U

Р Р

K P

Симметриясыз кірісі және тұрақты ток генераторы (ТТГ) бар биполярлық транзистор негізіндегі дифференциалдық күшейткішті (ДК) есептеу. Кіріс сигналдың ЭҚК E_г =10 мВ, кедергісі Rг =0,1 кОм. Талап етілген күшейту коэффициенті K_Uд =20, кедергісі Rкір >=5 кОм. Қоректендіру

; 56

, 8 0 , 0

45 ,

. 0

3 .

2 кОм

I R U

R

б баст

бэ  





; 3

, 4 6 , 0 8 , 0

45 , 0 8

. .

. . 4

1 кОм

I I

U R E

R

баст б б

баст бэ

k 



 



 



көздерінің кернеулерінің мәндерін таңдап, сұлбаның элементтерін есептеп, Kкб.сф шамасын, сонымен қатар, егер транзистордың кернеулері мен токтарының температуралық өсімшелерінің абсолюттік мәндері 5%

ажыратылса, күшейткіштің келтірілген дрейфін бағалау қажет.

7.2 сурет Шешуі.

ДК аз дрейфін қамтамасыз ету үшін, өте аз жылулық тогы және айтарлықтай жоғары күшейту коэффициенті  бар КТ312А транзисторын таңдаймыз. Шектік кернеуі U_кэ.max  15В. Сәйкесінше, Ек1=Е_к27,5 В. Шығыс кернеуінің амплитудасы U_шығ. = КUдЕ_r = 20*10 = 200 мB, егер Е_к1 = Е_к2 = 6,3B болса, қамтамасыз етіледі. Е_к аз мәндері ТТГ тұрғызуды қиындатады.

7.2 сурет бойынша ДК сұлбасында Ек1,2 екі қоректену көздерін қолданған кезде VТ₁, VТ₂ транзисторларының эмиттерлерінің потенциалдарын тыныштық режимінде нольге тең деп есептеуге болады. Бұл, VТ₁, VТ₂ транзисторларының базалар тізбегіндегі құлау кернеуі б01R_r тыныштық тогынан және өте аз кішкене кіріс токтарының шамаларына байланысты, сонымен қатар, транзистордың базасы тұрақты ток бойынша жерленген болып есептеледі. Сонда, эмиттер потенциалы жер потенциалынан кремнилік транзисторлар үшін Uбэ01,2= 0,5÷0,7 В шамасына ерекшеленеді.

Сондықтан бірінші жуықтауда (-Е_к2) төменгі қоректену көзінің кернеуі ТТГ- на, ал жоғарғы қоректену көзінің кернеуі (+Е_к1) - VТ1 (VТ2) және R_к резисторына, түсірілген деп есептеуге болады.

VT1 және VT2 транзисторлары үшін Uкэ0 = 3В, Iк0=1мА, U_бэ0 =0,45 В дан жұмыс нүктесін таңдаймыз. Онда R_к резисторының номиналы келесі мәнді құрайды:

U кОм R E

к кэ k

K 3,3

1 3 3 , 6

0 0

1   



  .

Таңдалған режимде h_11э=2кОм, =35, онда

к мА

б 0,029

35

0 1

0   

  ^.

Rкір шамасын үлкейту және VT1 мен VТ2 транзисторларының токтарын теңестіру үшін, транзисторлардың ток бойынша жергілікті ТКБ беретін Rэ

резисторын енгіземіз. Әдетте R_э шамасын ондаған немесе жүздеген Ом қатарында таңдайды.

R_э =40 Ом деп есептейік, онда

     

h R

R_{КІР Д э} ^э 1 22 10 20 35 1 5,44

2 ₁₁ 2 ³

.      



 



  

  ,

яғни R_кір 5 кОм.

ДК қателігінің токтық құраушысын азайту үшін, VT₂ транзисторының базалық тізбегіне R_б=Rr резисторын қосамыз. ДК, КUд қажетті мәнін қамтамасыз ете алама, соны тексереміз. Симметриясыз шығысы және R_ж =  болған кезде.

К_Uд= 20,4

77 , 2 1 , 0

3 , 3 35 2 1 2

1

.

 

 

 



пл вх r

к

R R

R

, қажетті шамадан аз ғана артық болады.

ТТГ есептейміз, ол үшін бастапқыда VТ3 транзисторының ортақ шинаға қатысты коллекторының потенциалын анықтаймыз





3 01 01 01 29 10 0,1 0, 45 20 1 10 0, 46 .

2

к б r бэ к э

U  R U R  ^{ } B

               

 

Сәйкесінше, VТ₃ транзисторы мен R₃ резисторында құлау кернеуі келесі шаманы құрайды

Е_к2–U_к3=6,3–0,46=5,84 В.

ДК жұмысы кезінде ТТГ VT₃ транзисторының қалыпты жұмыс істеуі үшін, келесі теңсіздік орындалу қажет

U_кб  0 және Uкб3 Uкэ қан.

VТ₃ транзисторының базасының потенциалын ортақ шинаға қатысты таңдаймыз U_б3 = – 4,5 В, ол U_кб3  4В қамтамасыз етеді, онда R4 резисторы мен VД диодындағы құлау кернеуі

U = Eк2–U_б3=6,3–4,5=1,8 В;

UR3=U–Uбэ03=1,8–0,5=1,3 В.

Мұндағы Uбэ03=0,5 В, Iк03=Iк01= Iк02=2мА болғанда. Онда R3

резисторының кедергісі

R3=UR3/I_к03=1,3/2=0,65 кОм.

R₄, R₅ бөлгішінің тогын, VТ₃ транзисторының коллекторлық тогына тең етіп таңдаймыз, яғни I_бөл = 2 мА. Сонда

R5= (Ек2 –U)/I_бөл=4,5/2=2,25 кОм.

R4 резисторының номиналын анықтау үшін, алдымен VД диодын таңдау қажет. Диодтың және VT3 транзисторының бірдей КТК салдарынан VТ3

транзисторының U_бэ өзгерісінің жақсы температуралық компенсациясын қамтамасыз ететін, диодтық қосылудағы КТ312А транзисторын диод ретінде қолданған тиімді болып табылады. КТ312А транзисторының кіріс

сипаттамасы бойынша I_э = 2 мА болғанда, Uд = Uбэ0 =0,5 В шамасына тең болады, сондықтан

65 , 2 0

5 , 0 8 ,

0 1

4     

бол БЭ

I U

R U кОм.

ДК симметриясыз шығысында ТТГ бар, ДК сұлбасында R_э резисторының орнына R₃ резисторы арқылы ток бойынша теріс кері байланыс енгізілген VТ₃ транзисторының Rшығ3 кедергісін есепке алу керектігін ескере отырып, Кu сф симм.сыз синфазалық сигналдың күшейту коэффициентін есептейміз.

), 1

( ₃

3 3

. k б

ш r

R  ^  

мұнда

.

5 4 3 3 3

3 , 3

R R R r r

R r

э б б э









 



Элементтердің кедергілерінің мәндерінде r Ом

r_к ^к

35 10⁶

3

3  



 ^{; R3} = 650 Oм;

I Ом r

э

э Т 12,5

2 25

03

3    

; rб3 = 100 Ом және R4||R5=2,25||0,65=0,505 кОм;

R_шығ3=  

505 550 100 650 5 , 12

650 5 , 12 1 35

35 10⁶

 



 











  кОм.

Сонда

Кu сф сим-сыз= ³

3

10 550 3

2 3 , 3 2

 

 



ш к

R

R және

К_кб.сф= ₃ ³

.

10 6 , 10 6

3

20  

 





сыз  сим Uсс

UД

немесе К_кб.сф = 76,4 дБ.

VТ₁ және VТ2 транзисторларының Uбэ0 мен Iб0 температуралық өсімшелердің 5% айырмасын есептей отырып, ДК келтірілген дрейфін есептейміз.

Жұтаңдау жағдайлар үшін, ток пен кернеудің ауытқулары қосылған кезде алатынымыз

. / 17 , 0 10 ) 02 , 0 1 , 0 ( 029 , 0 1 , 0 005 , 300 0

45 , 0 1 , 0

2 ) ( 1 , 1 0

, ) 0 (2

0 3

' 0 0

. 0 .

С мВ R R

I Т b

R U R dT dI Т

е^кір_ДКдр U^{ы б} _r ^бэ _б ^э _r











 

















Кең жолақты күшейткішті есептеу.

Кең жолақты күшейткіштер көп жағдайларда, жиіліктердің кең спектрімен сипатталатын күрделі пішінді сигналдарды күшейтуге арналған.

Сондықтан бұл күшейткіштердің амплитудалы жиіліктік сипаттамасы бірден ондаған герц және жүздеген мегагерцке дейінгі аумақта бірқалыпты болуы керек.

Интегралдық электрониканы пайдалы қолданудың заманауи кезеңінде, кең жолақты күшейткіштерді жобалау кезінде, импульстік күшейткіштердің (К218УИЗ, К224УСI, К175УСI, және басқа), не арнайы интегралдық микросхемаларын (ИС), не болмаса теріс кері байланысы бар амалдық күшейткіштер қолданады. Сонымен қатар, сұлбаны өндіру аз ғана мөлшерде ИС дұрыс таңдаумен анықталады және күшейту режимінде оның төзімді жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

Есептеу жүргізу үшін негізгі деректер ретінде әдетте келесі көрсеткіштер беріледі:

 жүктеме кедергісі, RЖ;

 күшейту коэффициенті, k;

 жұмыс жиіліктер аумағы, f_Т, f_Ж, мұндағы f_Т – төменгі жұмыс жиілігі;

fЖ – жоғарғы жұмыс жиілігі;

 сигнал көзінің Er кернеуі мен Rr кедергісі;

 жиіліктік бұрмалану коэффициенті, М.

ОК негізіндегі кең жолақты күшейткішті есептеудің негізгі кезеңдері болып, келесілер табылады.

ИС типін және күшейту каскадтарының санын таңдау.

ИС типін таңдау, берілген күшейту коэффициентін k және жоғарғы жиіліктерде f_Ж қоса, күшейткіштің төзімді жұмысын қамтамасыз ету шарттарынан жасалады.

Білетініміздей, егер кері байланыс тұзағында қосындыланған (толық) фазалық ығысу 2πn тең немесе үлкендеу болса, күшейткіштің өздік қозуы туындайды, сәйкесінше ОК АЖС иілуі, жоғарғы жиілік аймағында 20 дБ/декадасына немесе 6 дБ/октавасына. (Сонымен бірге, тұзақтық күшейту коэффициенті kæ>1, k₀ – кері байланыссыз ОК күшейту коэффициенті, æ – кері байланыс коэффициенті). Сондықтан ОК типін таңдаған кезде, АЖС иілулері барлық жиілік аумағында 20 дБ/декадасына тең болатын түзетілген күшейткіштерге мән беру керек. Қарсы жағдайда, берілген ИС типі үшін өндіруші заводпен көрсетілген түрі және номиналдары бар, сыртқы түзету тізбектерін қолданған жөн.

Жартылай логарифмдік масштабта тұрғызылған ОК АЖС, Боде диаграммасы деп атайды және анықтамаларда келтіріледі. Гипотетикалық күшейткіш үшін, оның түрі 7.3 а суретке сәйкес келеді.

Егер анықтамада АЖС болмаса, оны өзбетінше ОК белгілі көрсеткіштері f_Т және k0 бойынша тұрғызуға болады.

k·f = k₀·f_шек (k₀ және f_шек – ОК көрсеткіштері) қатынасынан, f_β жиілігінде ТКБ бар берілген ОК бір каскадын қамтамасыз ете алатын максимал күшейту коэффициентін k анықтауға болады

k1=( k0·f_шек)/ fβ.

Талап етілген бір текті каскадтар саны, тізбектелген жуықтау әдісімен келесі түрде анықталады. Шамамен таңдалған каскадтар саны n үшін және барлық күшейткіштің берілген f_β бойынша каскадтың f_β1 көрсеткіші келесі қатынас бойынша есептеледі

f_β1=f· n .

ОК ЛАЖС және f_β бойынша, fβ1 жиілігінде бір каскадтың максимал мүмкін болатын күшейту коэффициенті анықталады. k₁< kmax етіп таңдалады және берілген мәннен аз болмайтындай болып, k= k₁ немесе kβ1=nk1

есептеледі. Қарсы жағдайда каскадтар санын үлкейтіп және тексеруді қайталау қажет.

Күшейтілетін сигналдың бір бөлігі каскад аралық байланыс элементтерінде жоғалатындықтан, n-ді артығымен таңдау қажет.

n санын таңдау кездерінде жеке каскадтардың әртүрлі күшейту коэффициенттерін k_1, k2, …, k_n алған жөн. Сонымен бірге екі жағдайды ескеру керек:

 ТКБ бар каскадтың күшейту коэффициенті неғұрлым аз болса, соғұрлым оның жоғарғы жұмыс жиілігі үлкен болады;

 аз сигнал режимінде жұмыс істейтін бірінші каскадтардың әдетте үлкен күшейту коэффициенттері k болады.

Сұлбаны таңдау және сұлбаның элементтерін есептеу.

ОК негізіндегі үш каскадты күшейткіштің мысалы 7.3, б суретінде келтірілген.

R1, R2, R4, R5, R7, R8 резисторлары каскадтардың күшейту коэффициенттерін анықтайды

k1=1+R2/R1; k2=1+R5/R4; k3=1+R6/R7. (7.1) R1, R4, R7 резисторлары күшейткіш каскадтардың кіріс кедергілерін анықтайды, сондықтан олар әжептеуір үлкен болуы керек (бірақ RКІР ОК тен үлкен емес). Әдетте бұл резисторлардың мәндері ондаған килом шамаларында беріледі. (7.1) теңдеуі бойынша R2, R5, R8 резисторлары есептеледі.

k₀ 60

20 дБ/дек 40

20

0 f, Гц

10² fгр 10³ 10⁴ 10⁵ а)

б) 7.3 сурет

R3, R6, R9 симметриялаушы резисторлары ∆IКІР ОК синфазалық бөгетті азайтады және келесі теңдеуден анықталады

R3=R1R2/(R1+R2); R6=R4R5/(R4+R5); R9=R7R8/(R7+R8).

Күшейткіштің әр каскады кернеу бойынша тізбектей ТКБ қамтылғандықтан, оның кіріс және шығыс кедергілері жуықтап алынған формулалармен есептеледі

RКІР=RКІР ОК·k₀/к; R_ШЫҒ=RШЫҒ ОК·k/k₀, мұндағы к0 – ОК көрсеткіші;

R_{КІР ОК}, R_{ШЫҒ ОК} – ИС құжаттық деректері (құжаттық берілгендері);

k/k0=1+æk0≈ æk0 – ілгектік күшейту.

С₁÷С₄ алшақтатқыш конденсаторлардың номиналдарын анықтау үшін, берілген төменгі жиіліктік бұрмалану коэффициентін төмендегі теңдеуге сай, тарату(бөлу) қажет

МН=МНС1ММС2ММС3ММС4.

Содан соң конденсаторлардың номиналдары келесі формулалар бойынша есептеледі

; 1 )

2 /(

1 _{1 1}²

1  f_Т R_КР М_НС 

C  R_КІР1≈R3;

; 1 )

2 /(

1 _{1 2} ²

2  f_Т R_ШЫ R_КР М_НС 

C  RКІР2≈R₆;

; 1 )

2 /(

1 _{2 3 3}²

3  f_Ж R_ШЫГ R_КІР М_НС 

C  RКІР3≈R9;

. 1 )

2 /(

1 ₃ ² ₄

4  f_Ж R_ШЫГ R_Ж М_НС 

С 

±ЕН қоректену кернеуі, ИС құжаттық деректерінен таңдалады.

ИС таңдау дұрыстығын және сұлба элементтерін есептеуін тексеру.

UШЫҒ қамтамасыз етуін тексеру

.

3 3 2

3 3 2

1 2 2 1

1 1

ж ш

ж кір

ш кір кір

ш кір UГ кір

кір Г

ш R R

R R

R

k R R

R

k R R

R

k E R

U  



 



 



 

U_ШЫҒ ≤ U_{ШЫҒ ОК} болу керек.

IШЫҒ қамтамасыз етуін тексеру

IШЫҒ=UШЫҒ/RЖ+UШЫҒ/R3≤I_{ШЫҒ ОК}.

Күшейткіштің жоғарғы шекаралық жиілігін тексеру

ш жОК

ж f f

f  / 3 . Күшейткіштің төменгі шекаралық жиілігін тексеру

f_т = 1/2τт ЭКВ≤f_т.бер., мұндағы 1/ τ_{т ЭКВ}=1/τт1+1/ τт2+1/ τт3+1/ τт4;

τТ1=C1(RГ+RКІР1);

τТ2=C2(RШЫҒ1+RКІР2);

τ_Т3=C₃(R_ШЫҒ2+R_КІР3);

τ_Т4=C₄(R_ШЫҒ3+R_Ж).

V (В/мкс) шығыс кернеуді өсу жылдамдығына тексеру V = 2 f_ЖU_ШЫҒ ≤ V_ОК

Келесі берілген деректер бойынша: f₀ =10 кГц, K0 ≥ 10, n = – 40 дБ/дек, максимал жазық сипаттамасы бар төменгі жиілік сүзгісін есептеу керек.

Шешуі.

а) n = – 40 дБ/дек (7.4 суретті қараңыз), АЖС шектеу жолағында берілген иілуді қамтамасыз ете алатын көп тармақты кері байланысы бар ОК негізіндегі сүзгі сұлбасын таңдаймыз.

7.4 сурет

б) fТОК≥ f0K0= 100 кГц бірлік күшейту жиілігі бойынша ОК таңдаймыз.

140УД6 fт =1 МГц типті ОК үшін, яғни соңғы теңсіздік артығымен орындалады. Анықтама бойынша R_{КІР ОК}=2000 кОм, R_{ШЫҒ ОК}=200 Ом;

в) С₂=2200 пФ сыйымдылығының мәнін ала отырып, таңдалған шамамыз сұлбада мүмкін болатын паразиттік сыйымдылықтардан әлдеқайда көп екенін байқаймыз. КМ-6 конденсаторлары, мұндай сыйымдылықты конденсаторлар аз өлшемділігімен және жақсы тұрақтылығымен ерекшеленеді (ТКЕ П33 және М47 бойынша топтар);

г) көмекші коэффициенттің мәнін табамыз К=2πfoC₂=6,281010³220010^-12 =13,810^-5. Осыдан сыйымдылық шамасы С₁, α= 2 кезде

С₁ =(4/α²)(Н+1)С₂=

24 (10+1)2200=40000 пФ, мұндағы Н=К0; д) сүзгі сұлбасындағы резисторлардың мәнін анықтаймыз

, 10 500

8 , 13 10 2

2

2 ⁵

1 Ом

R HK 





 

  _

,

2 ¹ 5

2 HR кОм

R  K  

. ) 480

1 (

3 2 Ом

K

R H 

 

R₁ және R₃ резисторларының кедергілері 2 кОм аз болып шықты.

Сондықтан С₂ сыйымдылығын шамамен төрт есеге азайтамыз, С2=510 пФ шамасын аламыз және сұлбаға қайта есептеу жүргіземіз.

Алатынымыз К=3,210^-5, С1=9300 пФ, R1=2150 Ом, R2 =21500 Ом, R3=2000 Ом;

е) алынған кесу жиілігінің мәнін тексереміз R кГц

R C

f C 10,9

2 5 , 21 510 9300 28

, 6

1 2

1

3 2 2 1

0 





 

  ^.

және өткізу жолағында күшейту коэффициентін

; 10

1 2

0  

R K R

ж) 140УД6 типті ОК үшін, анықтама бойынша I_КІР = 40 нА кіріс тогының мәніне көңіл бөлейік. Шамасын есептейік.

U_КІР = I_КІР (R3+R1R2) =40·10^-9·4·10^-3 =160 мкВ. Бұл кернеуді ОК терістемейтін кірісі мен ортақ шинаның арасына R₄ 4 кОм резисторын қосып, теңестіруге болады.

7.5 суреттегі сұлба бойынша 10 кГц жиілікке Вин көпірі бар генераторды есептеңіз. С=0,001 мкФ мәнін алыңыз.

7.5 сурет

Шешуі.

квазирезонанстық жиілік

f0 =1/2πRC.

Осыдан R анықтаймыз

R=1/2 πf0C= 15

10 001 , 0 10 10 2

1

6

3 







 ^

 кОм.

Кері байланыс тізбегінің беру коэффициенті

3

 1

 – Вин көпірінің, онда күшейткіштің күшейту коэффициенті келесідей болу керек

1 1 п 3.

R R

К R

  

Мысалы, R₁=25 кОм, бұдан R_п=50 кОм.

7.6 суретте келтірілген Шмитт триггерінің сұлбасы үшін, көрсеткіштерін есептеңіз. Гистерезис 2 В, +U=15 В, –U= –15 В, +U қан =14 В және –U _қан = –14 В құралған болсын.

Шығарылуы. Гистерезис 2 В тең болып берілгендіктен, бұл сұлба үшін жоғарғы аударылу нүктесі кернеуі U_жан төменгі аударылу нүктесі кернеуіне Uтан тең болады.

|Uжан | = |U_жан|, және, сәйкесінше, Uжан = 1 В, ал Uтан= –1 В.

IR1=IR2=0,1 мА болсын. I_R1>>Iығ болғандықтан, ығысу тогының Iығ мәнін елемеуге болады.

Нәтижесінде, R1=(|U_қан|-U_жшн)/IR1=(14-1)/0,110^–3=130 кОм, R2=Uтшн/IR2=1/0,110^–3=10 кОм аламыз.

7.6 сурет

а) б)

UШЫҒ=8 В шектік мәнінде генерация жиілігі f_ген=1 кГц болатындай етіп, 7.7 суретте көрсетілген тік бұрышты пішінді сигналдар генераторының компоненттерін есептеңіз.

Шешуі.

Стабилитрондар үшін тура кернеудің шамасын 0,7 В, ал тесілу кернеуін 7,3 В тең болатындай етіп аламыз. R₁ шамасын R₃+ R₄ қарағанда үлкен етіп таңдаймыз. Мысалға, R₁ = 100 кОм делік, онда R3+ R4<< 100 кОм. Егер UR4 = 0,473 UШЫҒ, онда τ = 2 RКБС.

7.7 сурет

Осымен тоқтаймыз. Мысалға, IR4 = IR3 = 1мА делік;

R4 = UR4/IR4 = 0,473 U_ШЫҒ/IR4 =0,473 (8 )/1 = 3,784 /10^–3 = 3,78 кОм.

R₃ = (U_ШЫҒ -U_R4)/I_R3 =(8–3,784)/ 10^–3 = 4,22 кОм.

Мысалға С = 0,01 мкФ делік, онда R_КБ = τ /2С = 50 кОм.

Ақырында, егер I_Ж = 3 мА, UШЫҒ.МАКС.ОК = 14 В және IТҰР = 5 мА, онда R5

= (U_{ШЫҒ.МАКС} – U_ШЫҒ)/(I_ТҰР + I_Ж + IR3 + IR КБ)= 6/9,2410^–3 = 649 Ом.

2 мА кезінде, шығыс кернеуінің шектік мәні 10 В болатын, периоды 10 мс және қайту уақыты 0,1 мс тең ара тектес кернеу генераторын тұрғызыңыз (7.8 сурет) U = 10 В беріңіз.

Шешуі.

Егер ДА₁ күшейткішінен берілетін максимал токтың шамасы 20 мА құраса, ал тұрақтандырғышты ығыстыруға 4 мА және RКБ қоректендіруге 0,1 мА кетсе, онда қайту уақытында С конденсаторды разрядтауға болатын, үлкендеу токтың шамасы 15,9 мА құрайды. IR2 = 12 мА болсын, онда резистордың кедергісі R₂ =(U_ТҰР–U_Д)/I_R2=775Ом тең болады, сәйкесінше, С=It/U=12(10^–30,110^–3) /10=0,12 мкФ. R1 шамасын конденсатор С 10 мс ішінде 10 В дейін зарядталатындай етіп, таңдаймыз.

IR1=CU/t=(0,1210^–6 10)/1010^–3= 0,12 мА;

R1=|–U|/IR1 = 15/ 0,1210^–3=125 кОм.

а)

б) 7.8 сурет

ДА1 күшейткішінің шығыс кернеуінің полюсі, ДА2 күшейткішінің шығыс кернеуі U_ШЫҒ = 10 В және оңнан теріске U_ШЫҒ=0 болғанда, терістен оңға ауысу керек. U₂, RКБ және R'КБ мәндерін табу үшін, төмендегі теңдеулерді қолдану керек.

UШЫҒОП=2UТҰР[(1/К)–1)]; 1/К = (U_ШЫҒ.ОП./2UТҰР)+1;

1/К=(10/20)+1=1,5; К = 0,667.

К=R'_КБ/(R_КБ+R'_КБ) болғандықтан, R_КБ=(R'_КБ – КR'_КБ)/К болады. Мысалы, R'КБ=100 кОм делік, онда R'_КБ=[(100–0,667100) 10³]/0,667=49,9 кОм.

Енді ДА2 күшейткішінің терістейтін кірісінде кернеу табылғандай. Ол кернеу бөлгіштен алынуы мүмкін. U_ШЫҒ = 0 және U₁=+10 В болғанда, ДА₁

операциялық күшейткішінің шығыс кернеуі теріске ауысып қосылуы керек.

U2/(UШЫҒ+U1)=RКБ/(RКБ+R'КБ) болғандықтан, U2 = R_КБ(U_ШЫҒ+U1)/(R_КБ+R'_КБ)=3,33 В болады.

Ақырында, егер ДА1 күшейткішінің максимал шығыс кернеуі 14В тең болса, онда

R3 = (UШЫҒ. МАКС. ДА1–UСТ)/(IR2+IШЫҒ+IR'КБ)=(14–10)/(12+2+0,133) 10^-3=283 Ом.