Корнев В.А. Схемотехника: Курс лекций

Подождите немного. Документ загружается.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1 Программа курса 5

1.1 Общие сведения 5

1.2 Краткое описание курса 6

1.3 Распределение часов курса по разделам 7

1.4 Содержание дисциплины 7

2 Расчет транзисторных усилителей 14

2.1 Общие принципы проектирования усилителей на

биполярных транзисторах 14

2.2 Расчет низкочастотных усилителей малой мощности

на биполярных транзисторах 18

Литература 29

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время практически невозможно найти сферу человеческой

деятельности, особенно в системах управления, где бы не использовалась

электроника. Первичная информация о состоянии процесса управления,

представленная в форме электрических сигналов, вырабатываемая

соответствующими датчиками подлежит усилению, фильтрации,

преобразованию и т.д. В связи с тем, что сигналы, вырабатываемые датчиками,

как правило, имеют низкий энергетический уровень, то возникает

необходимость их предварительного усиления. Усилитель – это электронное

устройство, управляющее потоком энергии, поступающей от источника

питания. Усилители по своему функциональному назначению и другим

требованиям делятся на множество типов. По природе усиливаемого сигнала

усилители подразделяются на: усилители постоянного тока, усилители

переменного тока, усилители импульсных сигналов. По частоте усиливаемых

сигналов они делятся на низкочастотные (УНЧ) от десятков герц fн до сотен

килогерц fв, широкополосные от сотен килогерц до десятков мегагерц,

селективные усилители и др.

К условия применения УНЧ следует отнести диапазон изменений

температур окружающей среды, в котором усилитель должен сохранять

полную работоспособность, вид механических воздействий, требования к

весовым и энергетическими показателями и т.д.. Так как, одно из основных

требований к усилителю состоит в увеличении энергетических показателей

усиливаемого сигнала, к которым относятся усиление по напряжению (току,

мощности), без искажения формы сигнала, то появляется необходимость

контроля степени искажения формы сигнала. Одним из источников больших

нелинейных искажений на выходе усилителя является нелинейность

вольтамперных характеристик транзистора. Так как датчики имеют довольно

широкий спектр технических параметров, например, величина выходного

сопротивления, то возникает специальное требование к высокому входному

сопротивлению усилительного каскада.

Усиления сигнала, в зависимости от сформулированных требований,

осуществляется в несколько этапов: предварительное усиление (усилитель

малой мощности), промежуточное усиление (усилитель средней мощности) и

конечное усиление мощности. В данном курсовом проекте решается задача

проектирования маломощного усилителя низкой частоты.

Выбор компонентов при проектировании усилителя следует

осуществлять таким образом, чтобы их параметры обеспечивали максимальную

эффективность устройства по заданным характеристикам, а также его

экономичность с точки зрения расхода энергии питания и себестоимости

компонентов.

1 ПРОГРАММА КУРСА

1.1 Общие сведения

Краткое описание дисциплины: дисциплина «Основы электроники»

изучается на 2 курсе студентами очной и заочной формы обучения

специальности “050716 «Приборостроение»” и предполагает знакомство

студентов с основными типами современных элементов электронной техники,

студенты изучают основные виды полупроводниковых приборов, их

особенности, характеристики, схемы включения. Кроме того, происходит

знакомство с основными понятиями микроэлектроники, особенностью

изготовления и параметрами пассивных и активных элементов интегральных

микросхем. Изучаются также и базовые устройства аналоговой и цифровой

электроники.

Цель курса – дать представление о системной методологии исследования

и проектирования сложных электронных устройств.

Задачи изучения дисциплины:

- ознакомить обучающихся с этапами развития электроники, показать

специфику данного направления электротехники, выявить роль в развитии

цивилизации;

- дать твердые знания о принципах действия элементной базы

электроники;

- развивать у студентов умение самостоятельно расширять и углублять

знания, полученные при изучении курса;

- усилить прикладную направленность курса для самостоятельного

использования при разработке различных электронных устройств;

- развить навыки использования электронной измерительной

аппаратуры при выполнении лабораторных работ и в профессиональной

деятельности при решении самых разнообразных инженерных задач

техники, анализа, планирования и прогнозирования.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

- знать основные понятия о принципах действия электронных приборов,

структуру и технологию изготовления интегральных микросхем, различные

аспекты применения элементной базы электроники в практической

деятельности инженера;

- уметь определять основные характеристики и параметры электронных

приборов и микросхем, строить простейшие электронные схемы на

электронных приборах и микросхемах;

- приобрести навыки снятия основных характеристик электронных

приборов, уметь выбрать элементную базу для конкретного применения

приборов.

Пререквизиты: системотехника; основы проектирования; разделы

математики, в том числе: интегральное и дифференциальное исчисление,

теории вероятностей, математической статистики; общая физика и физика

твердого тела, оптика, термодинамика; электротехника и теоретические основы

электротехники.

Постреквизиты: схемотехника аналоговых и цифровых устройств,

микроконтроллеры, основы автоматики, проектирование систем контроля и

автоматизации, электромеханика, электронная измерительная техника, расчет и

проектирование приборов, автоматизация технологических процессов и т.д.

Использование этих знаний полезно при изучении смежных дисциплин. Знания

по основам электроники необходимы при выполнении курсовых проектов по

основам электроники, электронной измерительной техники, проектированию

систем контроля и автоматизации

1.2 Краткое описание курса

Данная дисциплина предусматривает изучение следующих разделов:

1 Физические основы полупроводниковых приборов

1.1 Электропроводность полупроводников

1.2 Свойства p-n перехода

2 Полупроводниковые приборы

2.1 Полупроводниковые диоды

2.2 Полупроводниковые стабилитроны, варикапы, диоды Шоттки,

туннельные диоды, динисторы, тиристоры, оптроны.

2.3 Устройство и принцип действия биполярного транзистора

2.4 Характеристики и применение биполярного транзистора

2.5 Принцип действия и параметры полевых транзисторов

2.6 Полевые транзисторы металл - окисел - полупроводник (МОП)

3 Электронные усилители

3.1 Назначение и основные параметры электронных усилителей

3.2 Режимы работы усилителей

3.3 Порядок проектирования усилительных трактов

3.4 Усилительный каскад по схеме с общим эмиттером

3.5 Усилительный каскад с общим коллектором, дифференциальный

усилитель, усилители на полевых транзисторах, схема Дарлингтона

3.6 Обратная связь в усилителях, избирательные усилители

3.7 Каскады усиления мощности, многокаскадные усилители

3.8 Частотные характеристики усилителей

4 Вторичные источники питания

4.1 Выпрямители

4.2 Параметры стабилизаторов напряжения. Параметрические

стабилизаторы

4.3 Компенсационные стабилизаторы

5 Генераторы

5.1 Генераторы сигналов. Определение и основные соотношения

5.2 Генераторы сигналов различной формы

6 Микросхемы

6.1 Интегральные микросхемы. Аналоговые и цифровые микросхемы.

Основные определения и классификация

6.2 Операционные усилители

1.3 Распределение часов курса по разделам

На дисциплину выделено за семестр 2 кредит часа. Из них аудиторных в

неделю: 1 час лекций, 1 час лабораторных занятий и 2 часа СРС(п). На

самостоятельную работу студентов отведено 2 часа в неделю.

Наименование раздела Кол-во часов

Лекц. Лаб.раб СРС(п)

1 Физические основы

полупроводниковых

приборов

1 - 2

2 Полупроводниковые

приборы

4 5 6

3 Электронные усилители 5 5 10

4 Вторичные источники

питания

3 5 9

5 Генераторы 1 - 2

6 Микросхемы 1 - 1

Всего за семестр 15 15 30

Итого за семестр: 60 часов

1.4 Содержание дисциплины

1.4.1 Лекционные занятия, их содержание и объем в часах

№

недели

Тема Кол-во

часов

1 Физические основы полупроводников.

Полупроводниковые материалы. Электронно-

дырочный переход и его свойства. ВАХ р-n-перехода

2 Полупроводниковые диоды: выпрямительный,

стабилитрон, варикап, диоды Шоттки, туннельные

диоды, фотодиод, светодиод. Аналитическое

выражение ВАХ диода

Тиристор – управляемый полупроводниковый

прибор с несколькими p-n-переходами. ВАХ

тиристора и статические параметры прибора

Биполярные транзисторы: p-n-p и n-p-n.

Принцип усиления и схемы включения транзисторов.

Классификация приборов и их параметры. h-

параметры транзистора

5 Полевые транзисторы: с управляющим p-n-

переходом, со встроенным и с индуцированным

каналом. Устройство, принцип действия, параметры и

статические характеристики полевых транзисторов.

Сравнительная оценка полевых и биполярных

транзисторов

Построение усилительных каскадов:

однокаскадные усилители на биполярном и на

полевом транзисторах. Назначение элементов

усилителя. Понятие обратной связи. Выбор режима

работы по постоянному току. Основные параметры

усилителя

7 Многокаскадные усилители: с конденсаторной

связью, с трансформаторной связью, с

непосредственной связью между каскадами.

Принципы построения многокаскадных усилителей.

Основные параметры

Усилители постоянного тока: назначение,

особенности построения, принцип действия.

Дифференциальный усилитель

Усилители мощности: назначение, принцип

действия, особенности построения 1

Избирательные усилители: назначение, принцип

действия, особенности построения 1

Вторичные источники питания: классификация,

назначение, принципы построения, структурная схема,

назначение функциональных узлов 1

Выпрямители: классификация

(однополупериодные, двухполупериодные;

однофазные, трехфазные; управляемые и

неуправляемые). Использование сглаживающих

фильтров. Основные параметры. Применение.

Стабилизаторы напряжения. Параметрические

стабилизаторы. Компенсационные стабилизаторы. 1

Назначение, принцип действия, основные параметры.

Электронные генераторы и формирователи

импульсов. Основные схемы и принципы работы

генераторов гармонических колебаний. Понятие о

релаксационных автогенераторах (генераторах

несинусоидальных колебаний): мультивибраторах

(генераторах прямоугольных импульсов)

Микроэлектроника. Понятие интегральной

схемы (ИС). Классификация интегральных схем: по

функциональной сложности (ИС, СИС, БИС, МБИС),

по технологии изготовления (полупроводниковые,

совмещенные, гибридные и пленочные), по

функциональному назначению (цифровые и

аналоговые)

Всего за семестр 15

1.4.2 Лабораторные работы, их содержание и объем в часах

№ Тема Кол-во

часов

1 Исследование свойств п-р-перехода на примере

полупроводниковых диодов

2 Исследование биполярного транзистора 2

3 Исследование полевого транзистора с управляющим

п-р-переходом

4 Исследование однокаскадного усилителя на

биполярном транзисторе

5 Исследование однокаскадного усилителя на

полевом транзисторе

6 Исследование схем выпрямителей 4

Всего за семестр 15

1.4.3 Самостоятельная работа, содержание и объем в часах

(СРС(п))

№ Тема Кол-во

часов

1 Изучение электрофизических свойств

полупроводниковых материалов. Носители заряда в

полупроводнике, собственная и примесная

электропроводность

2 Понятие электронно-дырочного перехода, его 1

основные свойства. п-р-переход в прямом и обратном

включении. ВАХ п-р-перехода

3 Полупроводниковые диоды: классификация,

основные параметры, условное графическое обозначение

на электрических схемах, маркировка

4 Биполярные транзисторы: классификация, основные

параметры, условное графическое обозначение на

электрических схемах, маркировка

5 Схемы включения транзисторов: ОЭ, ОК, ОБ.

Расчет h-параметров транзистора

6 Полевые транзисторы: классификация, основные

параметры, условное графическое обозначение на

электрических схемах, маркировка.

7 Резисторы конденсаторы: система условных

обозначений, ряды номиналов и допустимые отклонения

от номиналов

8 Конденсаторы: система условных обозначений,

ряды номиналов и допустимые отклонения от номиналов

9 Формирование электрической принципиальной

схемы однокаскадного усилителя и ее расчет

10 Расчет узлов усилительных устройств согласно

заданию курсовой работы

11 Формирование электрической принципиальной

схемы выпрямителя и ее расчет

12 Расчет узлов вторичного источника питания

радиоаппаратуры согласно заданию курсовой работы

13 Построение схемы генератора гармонических

колебаний

14 Классификация микросхем и их условные

обозначения

Всего за семестр 30

1.4.4 Самостоятельная работа студентов, содержание и объем в

часах (СРС)

Самостоятельная работа студентов включает:

- выполнение курсовой работы: ИДЗ (индивидуальные домашние

задания)

- подготовка к выполнению и защите лабораторных работ (тесты, устный

коллоквиум)

- проработка тестов то текущим темам

- подготовка к текущим рубежным и итоговым контролям

- самостоятельное изучение тем, не вошедших в аудиторные часы

1) ИДЗ (индивидуальные домашние задания) выполняются в

соответствии с вариантом указанным преподавателем в методическом пособии

по выполнению курсовой работы и контролируются преподавателем на СРС(п):

№ Выполненная

работа

Номер

раздела

Кол-во баллов Неделя

выполнения

1 Получение

задания на курсовую

работу

- - 1

2 Подбор

литературных

источников,

составление

библиографического

списка

1 - 4

3 Анализ

существующих

способов решения и

формирование

структурной схемы

устройства

2 - 6

4 Расчет

электрической

принципиальной схемы

устройства

3 - 13

5 Моделирование

электроической

принципиальной схемы

на ПЭВМ и описание

принципа действия

4,5 - 14

6 Оформление

курсовой работы

- - 15

2) Подготовка к тестовому контролю проводится самостоятельно,

тестовый опрос проводится в часы лабораторных занятий. Банк тестовых

вопросов предоставляется согласно календарному плану освоения дисциплины.

№ Тема

Номер

теста

Кол-во баллов Неделя

выполнения

1 Исследование

свойств п-р-перехода на

примере

полупроводниковых

диодов

Тест №1 5 2

2 Исследование

биполярного

транзистора

Тест №2 5 4

3 Исследование

полевого транзистора с

управляющим п-р-

переходом

Тест №3 5 6

4 Исследование

однокаскадного

усилителя на

биполярном

транзисторе

Тест №4 5 9

5 Исследование

однокаскадного

усилителя на полевом

транзисторе

Тест №5 5 11

6 Исследование

схем выпрямителей

Тест

№6

5 15

3) Коллоквиум (устный опрос) проводится при защите лабораторных

работ. Перечень вопросов для защиты лабораторных работ приведен ниже:

1 Нарисуйте ВАХ диода и объясните на ее примере свойства р-п-

перехода. Запишите аналитическое выражение ВАХ идеального диода.

2 Укажите на ВАХ стабилитрона рабочий участок. Назовите основные

параметры стабилитрона.

3 В каком направлении смещают р-п-переход светодиода в рабочем

включении?

4 Объясните конструкцию биполярного транзистора и назначение его

электродов.

5 Какие схемы включения биполярного транзистора используются на

практике?

6 Что называют входными и выходными характеристиками транзистора?

7 Какова взаимосвязь между токами эмиттера, коллектора и базы

транзистора?

8 Что такое h-параметры транзистора?

9 Что такое схема замещения транзистора и для каких целей она

используется?