Методика расчета схем

1. Вычертить заданную принципиальную электрическую схему усилителя и обозначить все элементы.

2. Рассчитать сопротивления резисторов и конденсаторов (при наличии их в схеме). При этом расчет значений величин элементов схемы производить в порядке, приведенном в таблице 6, для усилителей переменного и постоянного тока (рис. 3, а, б, 4, б, 5) или в таблице 7, для сумматора (рис. 4, а). После расчета каждого значения величины следует выбирать номинал по приложениям 2. 3. Номиналы сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов (до 1 мкФ) выбирают из приложения 6 методических указаний. Если емкость конденсатора выше 1.0 мкФ - применять электролитические конденсаторы, номиналы которых указаны в приложении 7 методических указаний. Сопротивления резисторов на входе ОУ выбираются в 5 – 10 раз выше сопротивления источника сигнала, чтобы избежать значительного шунтирования источника. Для компенсации смещения нулевого напряжения на выходе ОУ вызванное входными токами ОУ, общие сопротивления резисторов, подключенных к различным дифференциальным входам, равны (R2 = R1; рис. 4,а; 4,6; 4,г; 4,д; R3 = R1 || R2; рис. 4,в).

3. Выбрать операционный усилитель (ОУ). Выбирать ОУ по приложению 4 следует исходя из коэффициента усиления по напряжению К_uoy >> К_u1 + K_u2 (для схем рис. 4 а, б, г, д; K_u2 = 0) и сопротивления источника сигнала:

R_G £ 10 кОм 140УД7, 140УД6

10 кОм < R_G < 75 кОм 140УД6, 140УД14

75 кOм < R_G < 600 кОм 140УД14, 140УД8, КР544УД1

600 кОм < R_G 140УД8, КР544УД1.

Необходимо проверить выбранный ОУ.

Операционный усилитель должен обеспечить требуемый динамический диапазон выходных напряжений

;

где D – динамический диапазон, дБ;

Uвых max – максимальное выходное напряжение, В;

U_{вых min} – минимальное выходное напряжение, В.

Минимальное выходное напряжение ОУ ограничено напряжением смещения нуля, вызванное разностью входных токов внутренним смещением ОУ и их тепловыми дрейфами.

Порядок проверки ОУ по напряжению смещения нуля приведен в таблице 8.

В формулах таблицы 7 использованы обозначения:

Di_вх – разность входных токов ОУ, А;

– тепловой дрейф разности входных токов, А/°С;

Т_m - наибольшая температура окружающей среды, °С;

Т₀ - температура, при которой измеряются параметры ОУ, 25°С;

U_{вых max ОУ} - максимальное выходное напряжение ОУ при номинальном питании, В;

D - динамический диапазон выходного напряжения, дБ;

U_смв – внутреннее смещение на входе ОУ, В;

– тепловой дрейф внутреннего смещения на входе ОУ, В/°С.

Если U_{см доп} ³ U_{см S}, то ОУ выбран правильно. В противном случае, необходимо выбрать другой ОУ из приложения 4 второй части методических указаний и выполнить вновь пункт 3 задания. Напряжение питания схемы типовое для ОУ.

4. Определить максимальные амплитуды напряжений источников сигнала. Максимальная амплитуда входного сигнала для усилителей постоянного и переменного токов (рис. 3,a, 6, рис. 4,б и рис. 5):

;

В суммирующем усилителе (рис. 4, б) предполагается одинаковое влияние входных напряжений на выходное:

;

.

Таблица 6

№ п/п	Расчетные величины	Инвертирующий усилитель постоянного тока (рис. 3, а)	Неинвертирующий усилитель постоянного тока (рис. 3, б)	Инвертирующий усилитель переменного тока (рис. 4, б)	Неинвертирующий усилитель переменного тока (рис. 5)
	Сопротивление резистора R1	R1=(5¸10)RG1	R1=(5¸10)RG1	R1=(5¸10)RG1	R1=(5¸10)RG1
	Сопротивление резистора R2	R2 = R1	R2 = R1	R2 = R1	R2 = R1
	Сопротивление резистора цепи обратной связи R3	R3 = KU 1 R1	R3 = = (KU 1-1) R1	R3 = KU 1 R1	R3 = (KU 1-1) R1
	Емкость разделительного конденсатора C1	¾	-

Таблица 7

№ п/п	Расчетная величина	KU1 RG1 ³ KU2 RG2	KU1 RG1 < KU2 RG2
	Сопротивление резистора R1	R1=(5÷10)RG1
	Сопротивление резистора R2   Сопротивление резистора R3   Сопротивление резистора цепи обратной связи R4	R4 = KU 1 R1

Таблица 8

№ п/п	Расчетная величина	Схема
рис. 3, а	рис. 3, б	рис. 4, а	рис. 4, б	рис. 5
	Сопротивление по постоянному току, подключенное между входом ОУ и нулевой точкой Rвхо	Rвхо=R2	Rвхо=R2	Rвхо=R3	Rвхо=R2	Rвхо=R2
	Допустимое напряжение смещения, приведенное к входу ОУ Uсм доп	Uсм (= Uсм i + Uсм u
	Напряжение смещения ОУ, вызванное разностью входных токов и ее тепловым дрейфом Uсм i
	Напряжение смещения, вызванное внутренним смещением ОУ и его тепловым дрейфом Uсм u
	Суммарное напряжение смещения, приложенное между входами ОУ Uсм (

Пример расчета сумматора на рис. 4.а

Исходные данные:

R_G1 = 12 кОм; R_G2 = 47 кОм; К_U1 = 25; K_U2 = 12; Тмакс = +40 ºС; D = 30 дБ.

Расчет:

1. Расчет входного резистора с максимальным значением сопротивления источника сигнала (в данном случае RG2).

Для обеспечения минимального влияния сопротивления источника сигнала на значение коэффициента усиления K_U2 необходимо, чтобы входное сопротивление схемы, которое определяется сопротивлением резистора на входе ОУ, было много больше сопротивления источника сигнала. Отсюда выбираем

и округляем до стандартного значения

2. Расчет резистора цепи отрицательной обратной связи:

выбираем .

3. Расчет сопротивления резистора на первом входе ОУ:

выбираем

4. Расчет компенсирующего резистора на втором входе ОУ:

выбираем

5. Выбор ОУ производится с учетом условий:

,

где - входное, выходное сопротивление и максимальное суммарное, приведенное ко входу, смещение ОУ; - допустимое, приведенное ко входу, смещение в схеме сумматора. Для сумматора рассчитывается по эквивалентному коэффициенту усиления

и заданному динамическому диапазону D:

,

где - допустимое смещение на выходе сумматора; - максимальное выходное напряжение ОУ.

Таким образом, в рассматриваемом примере должны выполняться условия:

;

.

При этом .

Из приложения 3 выбираем ОУ типа К140УД6 с параметрами: R_вх=10⁹ Ом; R_вых =1 кОм; DI_вх=10 нА; ; U_см=5 мВ; . Условия пригодности ОУ по входному и выходному сопротивлению выполняются. Проверим условие по напряжению смещения.

Суммарное, приведенное ко входу, смещение ОУ рассчитывается по формуле

.

Компоненты в правой части формулы:

- от разницы входных токов;

- от температурного дрейфа разницы входных токов;

- от напряжения смещения;

- от температурного дрейфа напряжения смещения.

Таким образом суммарное напряжение смещения ОУ составляет

.

Это значение меньше U_смдоп, поэтому ОУ удовлетворяет требованию применения в схеме сумматора.

6. Найдем максимально допустимую амплитуду напряжений источников сигнала, полагая, что напряжение U_выхmax формируется входными сигналами поровну:

.

.

К пункту 3.1

Упрощают заданную логическую функцию, пользуясь правилами и законами алгебры логики:

а) Инверсия

если Х = 0, то = 1,

если Х= 1, то = 0.

б) Логическое сложение (дизъюнкция)

Х + 0 = Х,

Х + 1 = 1,

Х + Х = Х,

Х + = 1,

0 + 0 = 0,

1 + 0 = 1,

1 + 1 = 1.

в) Логическое умножение (конъюнкция)

0 × 0 = 0,

0 × 1 = 0,

1 × 1 = 1,

Х × 0 = 0,

Х × 1 = Х,

Х × = 0.

г) Переместительный закон

Х + Y = Y +Х, ХY = YХ.

д) Сочетательный закон

(Х + Y) + Z = Х + (Y + Z), (XY)Z = X(YZ).

е) Распределительный закон

X × (Y + Z)= XY + XZ.

ж) Правило склеивания

Х × (Х + Y) = Х; Х + ХY = Х.

з) Правило двойного отрицания

() = X

и) Теорема де Моргана:

,

К пункту 3.2

Таблица истинности логической функции F составляется из всех комбинаций логических переменных (X, Y, Z, …), входящих в функцию и соответствующих этим комбинациям значений логической функции F.

К пункту 3.3

Вычертить функциональную электрическую схему, реализующую логическую функцию F, используя базовые элементы: (И, ИЛИ, НЕ). Условные графические обозначения базовых элементов даны в приложении 5.

Пример к пункту 3

Задана логическая функция:

Упростим данную функцию, пользуясь методом карты Карно

Минимальное покрытие по карте Карно (рис.6) дает:

Составим таблицу истинности.

Таблица 8 – Таблица истинности логической функции

На рис. 7 представлена функциональная электрическая схема, реализующая функцию F =X (Y + Z).

Для перевода логической функции в универсальный базис И-НЕ воспользуемся правилом двойного отрицания и теоремой де Моргана:

Функциональная электрическая схема в универсальном базисе И-НЕ представлена на рис.8
ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Таблица 8 - Параметры и характеристики некоторых широко применяемых транзисторов

Транзистор   Параметр	КТ315Б	КТ315Г	КТ375А	КТ375Б
Предельно допустимое напряжение коллектор-эмиттер Uкэ доп, В
Максимальный постоянный ток коллектора Iк доп, мА
Допустимая мощность рассеивания на коллектора Рк доп, мВт
Статический коэффициент усиления тока базы в схеме с ОЭ	50¾350	50¾350	10¾100	50¾140
Обратный ток коллекторного перехода IKO, мкА
Максимальная температура перехода Тп мах, ºС

Приложение 2

НОМИНАЛЫ СОПРОТИВЛЕНИИ РЕЗИСТОРОВ

И ЕМКОСТЕЙ КОНДЕНСАТОРОВ

(НЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ)

Номинальное сопротивление резистора выбирается по расчетному из номиналов ряда Е24:

R = K × 10 ⁿ Ом,

где К - множитель ряда Е24 (см. табл. 9);

n - степенной множитель.

Номинал емкости конденсатора выбирается по расчетной из номиналов ряда Е24:

C = K × 10 ⁿ Ф.

Таблица 9

Приложение 3

НОМИНАЛЫ ЕМКОСТЕЙ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ К50-6, К50-16

Номиналы электролитических конденсаторов К50-6, К50-16 и их рабочее напряжение в таблице 10.

Таблица 10

Приложение 3

ПАРАМЕТРЫ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ ШИРОКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Таблица 11

ПРИМЕРНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К СДАЧЕ ЭКЗАМЕНА

ПО КУРСУ

«ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА»

1. Классификация твердых тел по электропроводности.

2. Собственная примесная и электропроводность полупроводников.

3. Эффект компенсации примесей.

4. Уравнение плотности токов.

5. Р-n- переход в равновесном и неравновесном состояниях.

6. Параметры диодов.

7. Разновидности диодов.

8. Полевой транзистор. Устройство. Параметры.. Принцип действия. ВАХ.

9. Понятие о полевом транзисторе с изолированным затвором.

10. Общие сведения о биполярных транзисторах (БТ).

11. Режимы работы и схемы включения БТ.

12. Принцип работы БТ в отсечке и активном режиме.

13. Эффект усиления мощности.

14. Принцип работы БТ в насыщенном и инверсном режимах.

15. Статические характеристики БТ в схемах с ОБ и ОЭ.

16. Малосигнальные модели и параметры БТ в схемах с общей базой и общим эмиттером.

17. H -параметры транзистора. Графический метод определения h-параметров.

18. Тиристоры (динистор и тринистор).

19. Тиристоры (симистор и фототиристор)

20. Структурная схема источников вторичного электропитания.

21. Однофазные выпрямители переменного тока. Схемы. Принцип действия.

22. Трехфазный мостовой выпрямитель. Схема. Принцип действия. Нагрузочная характеристика выпрямителя.

23. Управляемый выпрямитель на тиристорах. Схема. Принцип действия. Временные диаграммы.

24. Сглаживающие L, C, RC, LC-фильтры, схемы, принцип действия.

25. Стабилизаторы напряжения. Назначение. Система параметров. Классификация.

26. Параметрические стабилизаторы напряжения.

27. Компенсационные стабилизаторы напряжения (с непрерывным и импульсным регулированием).

28. Усилители. Классификация. Характеристики и параметры усилителей.

29. Работа транзистора с нагрузкой. Нагрузочные характеристики, рабочая точка. Классы усиления А, В, АВ.

30. Усилительный каскад с общим эмиттером. Назначение элементов схемы. Принцип действия.

31. Эквивалентная схема и параметры усилителя по схеме с ОЭ.

32. Усилительный каскад по схеме с ОБ. Назначение элементов. Принцип действия.

33. Эквивалентная схема и параметры усилителя по схеме с ОБ.

34. Усилительный каскад по схеме с ОК. Назначение элементов. Принцип действия.

35. Эквивалентная схема и параметры усилителя с ОК.

36. Сравнительная оценка свойств усилителей по схеме с ОЭ, ОБ. ОК.

37. Усилительный каскад с общим истоком. Назначение элементов. Принцип действия. Параметры.

38. Усилительный каскад с общим стоком. Назначение элементов. Принцип действия. Параметры.

39. Многокаскадный усилитель напряжения с резистивно-емкостной связью. Схема замещения.. Принцип действия. Амплитудно-частотная характеристика.

40. Структурная схема усилителя с обратной связью. Классификация обратных связей.

41. Примеры схем с обратной связью. Коэффициент усиления по напряжению усилителя с обратной связью.

42. Входное сопротивление усилителя с отрицательной обратной связью (ООС).

43. Выходное сопротивление усилителя с ООС.

44. Влияние ООС на нелинейные искажения и полосу пропускания усилителя.

45. Общие сведения об операционных усилителях (ОУ).Понятие дифференциального и синфазного сигналов.

46. Схемы включения ОУ: дифференциальная, инвертирующая, неинвертирующая.

47. Выполнение математических операций на ОУ: суммирование, интегрирование, интегрирование, логарифмирование.

48. Общие сведения о компараторах.

49. Компаратор для сравнения однополярных и разнополярных сигналов.

50. Компаратор с гистерезисом (триггер Шмита на ОУ).

51. Мультивибратор на компараторе. Принцип действия. Временные диаграммы.

52. Структурная схема усилители мощности (УМ). Схемотехника выходного каскада в классах В и АВ.

53. Составные транзисторы на однотипных и разнотипных структурах.

54. Усилитель мощности на ОУ. Схема. Назначение элементов. Принцип действия.

55. Избирательный усилитель. Избирательный усилитель с LС–контуром. Схема. Принцип действия. Зависимость коэффициента усиления от частоты. Амплитудно-частотная характеристика.

56. Избирательный усилитель с двойным Т-образным мостом. Схема. Принцип действия. АЧХ.

57. Генераторы гармонических колебаний. Условия самовозбуждения.

58. LС – генератор с трансформаторной связью. Схема. Принцип действия.

59. RC – генераторы. Схемы. Условия самовозбуждения. Принцип действия.

60. Электронные ключи логическая схема.. Параметры. Транзисторный ключ.

61. Способы кодирования цифровой информации. Диодная

62. Функционально-полные системы элементов. Диодно-транзисторная логическая схема.

63. Транзисторно-транзисторная логическая схема. Принцип действия.

64. Интегральные триггеры: RS, Т, Д, JK

65. Регистры.

66. Счетчики импульсов.

67. Сумматоры

68. Мультиплексоры, демультиплексоры.

69. Назначение, функция преобразования и система параметров цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

70. Принципы построения ЦАП.

71. Назначение, функция преобразования и система параметров аналого-цифровых преобразователей (АЦП).

72. АЦП последовательного счета.

73. Системы счисления. Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

74. Арифметика в двоичном коде. Дополнительный код.

75. Архитектура микропроцессорной системы. Система общих шин.

76. Структура памяти микропроцессорной системы.

77. Архитектура микропроцессора.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: