Операционный микроэлектронный усилитель
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
Введение
Современная радиоэлектронная аппаратура (РЭА) характеризуется тремя основными чертами:
резким возрастанием количества компонентов и в связи с этим значительным уплотнением аппаратуры;
мобильностью, так как РЭА устанавливается на объектах, движущихся с космическими скоростями;
количественным ростом выпуска аппаратуры и, следовательно, резким увеличением производства.
Использование средств микроэлектроники - основа современного этапа развития всех отраслей радиоэлектроники. Процессы производства и применения интегральных микросхем (ИС) является совокупным отражением передовых научно-технических достижений в области физики, радиотехники, электроники, автоматики, кибернетики, машиностроения, металлургии. Применение ИС позволило существенно улучшить параметры РЭА и открыло долговременную перспективу ее потенциального усовершенствования.
Переход к ИС дает возможность существенно усложнить РЭА без усложнения технологии производства и эксплуатации, обеспечивает выпуск РЭА нового поколения в требуемых количествах при минимальных трудовых затратах.
ИС, используемые в радиотехнических устройствах, могут быть условно разделены на три класса: аналоговые, аналого-цифровые и цифровые. В составе аналоговых ИС преобладают операционные усилители (ОУ), аналоговые перемножители сигналов (ПС) и стабилизаторы напряжений.
За последние годы область применения операционных усилителей очень расширилась. Практически все аналоговые и цифро-аналоговые электронные устройства, в которых ранее применялись дискретные транзисторы, строятся теперь с использованием микроэлектронных операционных усилителей. Операционные усилители являются основным элементом аналоговых и аналого-цифровых вычислительных систем, различных информационно-измерительных и управляющих систем и приборов, устройств связи ЭВМ с объектом.
Операционные усилители широко используются в различных радиотехнических устройствах, в аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователях, коммутаторах, функциональных преобразователях, устройствах сжатия информации, активных фильтрах, генераторах, источниках питания и ряде других устройств.
Задачей данного курсового проекта является расчет операционного усилителя с защитой от короткого замыкания с оптимально скорректированной амплитудно-частотной характеристикой на основе данных, установленных техническим заданием.
1.Выбор и обоснование структурной и принципиальной схем ОУ
Современные ОУ реализуются преимущественно по двухкаскадной схеме-модели, включающей два каскада усиления и эмиттерный повторитель (ЭП). Коэффициент передачи по напряжению каждого из каскадов составляет примерно 300-1000, а ЭП - несколько меньше единицы. В связи с этим общий коэффициент передачи ОУ без ООС обычно находится в пределах от до ().
Таким образом, в разрабатываемый операционный усилитель будут входить следующие блоки:
1.Входной дифференциальный усилитель (ДУ).
.Формирователь (усилитель) амплитуды (ФА).
.Эмиттерный повторитель (ЭП).
Схема ДУ, используемая в данном ОУ, также находит применение в большинстве современных ОУ. Ее существенным достоинством является отсутствие эффекта модуляции ширины базовой области (эффекта Эрли) транзисторов дифференциальной пары, проявляющегося в базовой схеме ДУ из-за разных величин коллекторных напряжений при балансе.
Второй каскад операционного усилителя - формирователь (усилитель) амплитуды, практически не отличающийся от аналогичного каскада базовой модели ОУ. Он выполнен на ТС, в качестве которой работают транзисторы Т13 и Т15, и ДТС на транзисторах Т12 и Т14 в качестве динамической нагрузки.
Третий каскад ОУ - эмиттерный повторитель. Он представляет собой модифицированную схему двухтактного усилителя мощности с защитой от случайных КЗ. Второй каскад ЭП является двухтактным, работающим в режиме класса В с параллельным возбуждением однофазным напряжением.
В выбранной нами схеме ОУ также осуществляется автоматическое согласование по постоянному току выхода формирователя амплитуды и входа ЭП. Так, в статическом режиме при сбалансированном ДУ потенциал на выходе ЭП отсутствует, и это позволяет соединять выход ОУ с инвертирующим входом ДУ непосредственно или через элементы отрицательной обратной связи (ООС) без нарушения его режима работы.
2.Расчет принципиальной схемы ОУ
В качестве данных на проектирование операционного усилителя примем следующие:
1.Коэффициент передачи ;
.Максимальное выходное напряжение ;
.Максимальный выходной ток в режиме КЗ ;
.Сопротивление нагрузки ;
.Сопротивление входное дифференциальное ;
.Сопротивление входное синфазное ;
.Коэффициент ослабления синфазного сигнала .
Расчету подлежат:
1.Частота единичного усиления ;
.Скорость нарастания выходного напряжения ;
.Напряжение смещения нуля ;
.Входной ток (средний)
.Температурный дрейф напряжения смещения нуля
.Температурный дрейф входного тока
.Разность входных токов
.Температурный дрейф разности входных токов
Постоянные величины, используемые при расчете:
1.Температурный потенциал ;
.Напряжение база-эмиттер всех используемых транзисторов:
;
3.Напряжение Эрли для транзисторов структуры p-n-p:
;
4.Напряжение Эрли для транзисторов структуры n-p-n:
.
2.1Последовательность расч?/p>