Консультация № 186615
23.09.2012, 08:21
300.00 руб.
0 13 1
Здравствуйте! У меня возникли сложности с таким вопросом:
Техническое задание на разработку интегрального устройства
Е = +9В, Кu = 10, Rвх = 1,1 Мом, Rн = 0,6 кОм, Uном = 1В, fн = 15 Гц,
fв = 15 кГц, Мн = 1дБ, Мв = 1дБ.
Тип входа – несимметричный, тип выхода – несимметричный.
Укажите назначение разрабатываемого устройства, и опишите возможности его применения. Обоснуйте необходимость реализации устройства в виде гибридной интегральной микросхемы.
Распределите коэффициент передачи между входным узлом, первым каскадом, вторым каскадом и выходным узлом;
распределите коэффициенты частотных искажений между узлами;
выберите активные элементы усилителя на основе справочной литературы;
обоснуйте выбранную в соответствии с заданием принципиальную схему устройства.

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
27822
2370
23.09.2012, 11:26
общий
Скорей всего, понадобится ссылка на методичку - чем раньше, тем больше вероятности получить ответ в срок.
Неизвестный
23.09.2012, 11:51
общий
23.09.2012, 23:14
скачать файл Rekomendacii_po_sostavleniyu_st.doc [556.0 кб]
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
24.09.2012, 03:33
общий
Простейший вариант: Спроектировать усилитель без каких-либо особых Входного и Выходного узлов на 2х транзисторах: Усилитель и Повторитель.

Уточните, как трактовать заданное "Кu = 10" - просто усилить в 10 раз (игнорируя инверсию сигнала в 1 усилитель-каскаде) или усилить в "+10" раз (тогда придётся инвертированный в 1 каскаде сигнал проинвертировать повторно во 2м каскаде)?
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
24.09.2012, 03:41
общий
Уважаемые SFResid и эксперты: Если кто-то из вас уже готовит Ответ, я не буду мешать и тратить своё дефицитн время.
Неизвестный
24.09.2012, 05:50
общий
2. UПИТ – напряжение питания, [В]. Знак обуславливает тип транзистора (n-p-n или p-n-p для БТ и с p- или n-каналом для ПТ).
3. КU – коэффициент усиления по напряжению, [раз]. В основном усиливает первый каскад, то с малым усилением справится любой транзистор, а для реализации большого усиления необходимо выбирать транзистор, работающий с малыми токами и с высоким значением крутизны.
4. RВХ – входное сопротивление, [МОм]. Высокое входное сопротивление обеспечивают полевые транзисторы.
5. RН – сопротивление нагрузки, [кОм]. На нагрузку работает выходной кас-кад. Легко реализовать устройство, работающее на высокоомную нагрузку, а при условии низкоомной нагрузки необходимо выбирать транзистор выходного каскада, работающий с большими токами. Для лучшего согласования с низкоомной нагрузкой необходимо выходной каскад строить на БТ.
6. UНОМ – номинальное напряжение, [В]. То напряжение, при котором каче-ственные показатели остаются в норме.
7. fН – нижняя рабочая частота, [Гц].
8. fВ – верхняя рабочая частота, [кГц].
9. МН, МВ – коэффициенты частотных искажений на нижней и верхней частоте соответственно, [дБ]. На искажение характеристики в области нижних частот влияют разделительные емкости, включенные последовательно со входом и выходом транзисторов, а в области верхних частот – емкости, включенные параллельно входу и выходу транзисторов, емкости самих транзисторов, а также емкости нагрузки и монтажа.
10. Тип входа Н – несимметричный – источник сигнала имеет гальваниче-скую связь с общим проводом (землей).
11. Тип выхода С – симметричный – нагрузка не имеет гальванической связи с землей. Тип выхода симметричный (парафазный, фазоинверсный или с разделенной нагрузкой) – в этом случае у транзистора две нагрузки – одна включена в цепь эмиттера, другая – в цепь коллектора.

нужно несколько предложений о назначение разрабатываемого устройства, и опишите возможности его применения. Обоснуйте необходимость реализации устройства в виде гибридной интегральной микросхемы.
как я понимаю - это двухкаскадная схема усилителя с использованием полевого и биполярного транзистора. Трудности вызывает выбор транзисторов и обоснование выбранной в соответствии с заданием принципиальной схемы устройства.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
24.09.2012, 16:12
общий
Ваше проектное задание содержит слишком много вопросов. По Правилам Портала из Ваших 115руб ответившие эксперты получат 40…45%. Если ответят 2 эксперта, то эти 50 руб поделятся м-ду ними. При скромной тарификации работы инженера в 100руб\час Вы ограничили трудозатраты эксперта над Вашим проектом всего в полчаса. За 30мин я могу успеть ответить т-ко на 1 Ваш вопрос по моему выбору (см МультиКонсультация).
Предлагаю Вам 5-кратно поднять цену за разработку проекта, либо выполните Ваше задание самостоятельно, оставив экспертам работу над ошибками.
Неизвестный
25.09.2012, 01:41
общий
по поводу выбора полевого транзистора я препологаю (напряжение со знаком + значит будет транзистор с типом n-каналом) поэтому это 2П202Д или 2П202Е. Биполярные транзисторы выбор из 2Т307-1; 2Т370А-1; 2Т366Б-1.
Принципиальная схема по моему предположению схема усилителя с несимметричным входом и несимметричным выходом и БТ включенным по схеме с общим коллектором (ОК) (схема в методичке) или БТ включенным по схеме с общим эмитером (ОЭ).
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
25.09.2012, 03:11
общий
Вы добавили доп-работу экспертам, указав выбранные Вами транзисторы БЕЗ их технич-характеристик (они наверняка есть у Вас). В совместной работе с преподавателем и коллегами надо всегда обосновывать свой вариант краткими параметрами и мотивами предпочтения своего выбора. Теперь я вынужден ходить по интернету, чтоб найти указанные Вами транзисторы и поддержать либо оспорить Ваш выбор.
Так, на http://radiospravka.narod.ru/vt/vt0133.htm я нашёл 2Т366 в группе "Транзисторы малой мощности СверхВысокоЧастотные" - это неподходящий выбор для применения в низкочастотных узлах (у Вас задано fв = 15 кГц всего, а СВЧ-транзисторы склонны к самовозбуждению без принятия спец-мер).
Я продумаю для Вас краткий Ответ в течение суток согласно добавленной стоимости МультиКонсультации.
Неизвестный
25.09.2012, 06:23
общий
Адресаты:

предложенный мной выбор транзисторов можно сказать был наобум. Извините, если я только добавила вам лишней работы.
давно
Мастер-Эксперт
27822
2370
25.09.2012, 10:28
общий
Адресаты:
Посмотрите тут
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
25.09.2012, 14:38
общий
Адресаты:
Спасибо, коллега! Полезная статья, а главное: Вовремя!
Схема и расчёт у нас уже имеются. Чтоб убедиться на 100% в работоспособности проекта я установил программу-эмулятор Multisim10.1ru, в которой будут отображаться осциллограммы макета. Осталось подобрать для рус-транзисторов импорт-аналоги, с кот-ми работает Multisim.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
26.09.2012, 04:36
общий
Извините, не уложился в обещанный срок. В наших поселениях по вечерам проблемы с интернетом ч-з сотового оператора МегафонДВ. Надеюсь закончить ч-з 6 часов.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
27.09.2012, 14:17
общий
это ответ
Здравствуйте, Вера Михайловна!
Следуя пунктам Вашего Технического задания, определяем класс разрабатываемого устройства: Маломощный усилитель звуковой частоты. Несимметричные типы входа и выхода, небольшое значение коэффициента усиления Кu = 10 позволяют обойтись двумя какадами: Усилитель напряжения на полевом транзисторе с общим истоком и Эмиттерный повторитель на биполярном транзисторе.

За основу берём простейшую Типовую схему из Рисунка2 приложенной Вами "методички" (см Рис1 Ответа).


Далее выполняем пункт задания "Распределите коэффициент передачи между входным узлом, первым каскадом, вторым каскадом и выходным узлом". Входной узел C1R1 практически не поглощает сигнал, поскольку выходное сопротивление источника сигнала (обозначено как Ri на схеме) обычно меньше 50 кОм. Принимаем для расчётов Квх=1.
Второй каскад Q2R4 усиливает сигнал по току (и, стало быть, по мощности), его коэффициет передачи по напряжению K2=1.
Выходной узел C3Rн также передаёт всё усиленное напряжение в нагрузку, его Kвых=1. Лишь на нижних частотах заданного в условии диапазона fн=15 Гц … fв=15 кГц этот узел должен обеспечить "завал" Мн=1дБ.

Таким образом, заданный Кu=10 должен реализоваться в первом усилительном каскаде. Применение в нём полевого транзистора обеспечивает высокое входное сопротивление и хорошее согласование с источником сигнала.

Пункт задания "выберите активные элементы усилителя на основе справочной литературы" трудно и неэффективно реализовать на практике ввиду отсутствия либо дороговизны подробной справочной литературы с Вольт-Амперными характеристиками (далее: ВАХ). За 40 лет конструирования электронной аппаратуры я ни разу не видел, чтоб кто-то из коллег пользовался этими ВАХ. Обычно выбирают наиболее подходящую схему из ранее-разработанных и корректируют её под имеющиеся (или популярно-доступные) радио-элементы с учётом особенностей назначения устройства. В сложных расчётах обычно всегда бывают ошибки или неучтённые погрешности. Лучший способ застраховаться от неудач - спаять макет и проверить-наладить его работу.

В последние годы появились программы, имитрующие работу готового электронного устройства. Они избавили разработчиков от необходимости приобретать комплектующие и инструменты для создания-опробования макета. База данных программы содержит огромный перечень характеристик наиболее популярных радио-элементов, позволяет быстро сымитировать проект и поправить его.

В пункте "обоснуйте выбранную в соответствии с заданием принципиальную схему устройства" осталось пояснить назначение добавленных элементов. Предельную простоту схемы из "методички" не удалось реализовать в макете в сочетании с заданными Кu = 10 и Uном = 1В. Если "Uном" трактовать, как Действующее значение синусоидального выходного напряжения на выходном Rн = 0,6 кОм, то амплитудное значение этого напряжения должно быть в [$8730$]2 раз больше, а размах (peek-to-peek) - двойная амплитуда, то есть: ~3Вольта.
При довольно низком заданном напряжении питания Е=+9В трудно подобрать полевые транзисторы, обеспечивающие указанный размах и нужное усиление на линейном участке вольт-амперной характеристики (чтоб выходная синусоида НЕ искажалась). Пришлось в большом поиске отбраковать многие полевые транзисторы со "слабыми" параметрами.

"Полевики" с высокой крутизной ВАХ, наоборот, обеспечивали усиление сверх заданного или "насыщались" при нулевом смещении Затвор-Исток. Мне пришлось добавить в схему стабилизирующие пассивные элементы (такой метод широко применяется в промышленности). Поясняю их назначение:

Зададим типовое значение тока покоя Io=1мА для транзистора Q1 (при малом токе уменьшается Крутизна ВАХ, при большом - приходится уменьшать значение R2 для предотвращения "насыщения" и нелинейных искажений. В обоих случаях падает усиление каскада). Для достижения максимального размаха неискажённого усиленного сигнала надо, чтоб на резистре R2 "падала" ровно половина напряжения раскачки Up=(E-Uнас)=8В. Тогда, сопротивление R2=Up/2/Io=4 кОм. Ближайший номинал из "ряда 20%" - 3,9кОм.

Резистор R2 управляет Током покоя Io транзистора Q1. Ток покоя зависит от изменения типа и даже экземпляра транзистора Q1, от температуры и напряжения питания… От трудоёмкого поиска ВАХ и долгих расчётов выручает изящный метод проб в программе-эмуляторе. После назначения/замены транзистора Q1 подбираем значение R2 такое, чтоб постоянное напряжение на затворе примерно равнялось +5В (точность 20% достаточна). Это - косвенная настройка режима каскада по постоянному току (позволяет обойтись без милли-амперметра в разрыве цепи).

Однако, резистор R2 вносит глубокую Отрицательную обратную связь. Цепь R5C4 снижает глубину ООС по переменной составляющей тока и нормирует коэффициент усиления каскада (и всего устройства) под заданный Кu=10. При значении R5=0 усиление будет максимально-возможным. При R5=0 можно регулировать усиление ёмкостью C5, но тогда усиление будет частото-зависимым. Рассчитываем значение C5 из расчёта Xc=R5+R3 на частоте ниже fн с небольшим запасом, а R5 подбираем под нужный Кu=10 на примерно средней частоте дипазона.

Высокое значение R4 позволит сэкономить на энерго-потреблении устройства. Но слишком малый ток выходного каскада обрежет отрицательные полуволны выходного напряжения.

Значение R1 - практический компромисс. Увеличение его снижает помехозащищённость от длинных входных линий, уменьшение - приводит к потерям мощности сигнала во входном узле при согласовании с высокоомным источником.

Ваш усилитель проверен на макете (63.2 кб) программы Multisim10.1ru (298МБ). К сожалению, в базах программы отсутствую российские активные элементы, и приходится использовать их импортные аналоги. Так, полевой транзистор 2SK170 - это аналог отечественного КП303А , а 2N2712 - аналог нашего КТ315Б.

На скрин-осциллограмме (см ниже) 2х-канального осциллографа отображены входной (зелёный канал A, 50мВ/деление по вертикали) и усиленный (красный канал B, 500мВ/деление) сигналы спроектированного усилителя на средней рабочей частоте 1кГц.

Расчёт коэффициентов частотных искажений с формулами выполнен в отдельном файле (9.0 кб).
По пункту "Укажите назначение разрабатываемого устройства, и опишите возможности его применения" - везде, где пригодится маломощный усилитель звуковой частоты с высокоомным входом и небольшим коэффициентом усиления, работающий на нагрузку с сопротивлением не менее 600 Ом. Например: микшеры аудио-аппаратуры, линейный усилитель датчиков шума и вибрации, микрофонный усилитель абонентских переговорных устройств, работающих на длинный кабель связи в больших производственных цехах…

"необходимость реализации устройства в виде гибридной интегральной микросхемы" возникает при массовом производстве изделия в миниатюрном исполнении, когда затраты на проектирование технологии микросхемы окупаются её спросом и сбытом.

Если Ваш преподаватель потребует произвести расчёт устаревшим и никем не востребованным способом от Мин-Образования, то уважаемый модератор SFResid предложил в минифоруме Вашей консультации ссылку, полезную именно для такого случая.
5
спасибо
Форма ответа