Проектирование электронных типовых устройств

 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

по дисциплине: Промышленная электроника

на тему: Проектирование электронных типовых устройств 
 
 

. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

ЗАДАНИЕ ДЛЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ: 

1. Для  усилительного транзисторного каскада:

1.1. Выбрать  транзистор, определить напряжение источника питания U_п, рассчитать сопротивление резисторов и выбрать их номиналы.

1.2. Определить h-параметры, h_11э, h_21э в рабочей точке транзисторного каскада, его входное и выходное сопротивления R_вх и R_вых.

1.3. Найти  амплитуды напряжения и тока базы U_бт, 1_бт, коэффициенты усиления каскада по току, напряжению и мощности K₁, K_V, K_P и амплитуду напряжения источника сигнала U_Gm.

1.4. Рассчитать  емкости конденсаторов, выбрать их номинал.

2. Задана  схема на операционном усилителе,  необходимо:

2.1. Рассчитать сопротивления резисторов и емкости конденсаторов, выбрать их номиналы.

2.2. Выбрать  операционный усилитель (ОУ).

2.3. Определить  максимальные амплитуды источников  сигнала.

3. Для логической  функции необходимо:

3.1. Упростить  функцию, пользуясь алгеброй логики.

3.2. Составить  таблицу истинности.

3.3. Разработать  функциональную электрическую схему  на базовых элементах (И, ИЛИ, НЕ).

 

Содержание 

1. Введение………………………………………………………………..3
2. Расчет усилительного каскада…..…………………………………….5
3. Расчет суммирующего усилителя постоянного тока………….…….16
4. Упрощение логической функции и ее реализация на логических эле        ментах……………………………………………………………..….…21
5. Заключение………………………………..............................................23
6. Литература……………………………………..……………………….24

 

Введение

      Электроника охватывает обширный раздел науки и техники, связанный с изучением и использованием различных физических явлений, а также разработкой и применением устройств, основанных на протекании электрического тока в вакууме, газе и твердом теле. Промышленная электроника (применение электроники в промышленности, на транспорте, в электроэнергетике) и радиоэлектроника (применение электроники в радиотехнике и телевидении) являются важнейшими составными частями электроники, рассматриваемой в широком смысле.

      В свою очередь, в промышленную электронику, обеспечивающую разнообразные виды техники электронными устройствами измерения, контроля, управления и защиты, а также электронными системами  преобразования электрической  энергии,  входят:

      1)    информационная электроника,   к  которой   относятся    электронные системы и устройства, связанные c измерением, контролем и управлением   промышленными объектами  и   технологическими   процессами;

      2)     энергетическая   электроника   (преобразовательная   техника), связанная с преобразованием вида электрического тока для  целей электропривода,  электрической  тяги,  электротермии, электротехнологии, электроэнергетики и т. д.

      Промышленная  электроника постоянно развивается. Это определяется в первую очередь непрерывным совершенствованием ее элементной базы. Элементная база промышленной электроники прошла несколько  этапов   развития.

      Начало  развития промышленной электроники  было положено созданием электровакуумных и газоразрядных приборов. Низкая надежность, сложность эксплуатации, большая потребляемая мощность, громоздкость реализации явились в последующем тормозящими факторами расширения областей применений электроники. Электровакуумные приборы в настоящее время находят ограниченное применение в промышленной электронике, а газоразрядные приборы используются преимущественно в виде элементов индикации.

      Дальнейшему развитию информационной электроники  способствовало создание в 1948 г. транзистора, а энергетической электроники — разработка и последующее совершенствование силовых полупроводниковых   приборов   (диодов,   тиристоров   и   транзисторов).

      Применение  транзисторов позволило на определенном этапе значительно повысить надежность, уменьшить потребление мощности, габариты, а также затраты на производство и эксплуатацию электронной аппаратуры. Однако общая тенденция улучшения указанных показателей в условиях возрастающей сложности электронной аппаратуры, связанной с усложнением возлагаемых на нее задач, вызвала необходимость перехода от аппаратуры на дискретных компонентах к ее интегральному исполнению. Начиная с 70-х годов, все большая часть электронной аппаратуры стала производиться на интегральных микросхемах. Современный этап развития информационной электроники характеризуется широким использованием компонентов микроэлектроники,  включая большие интегральные схемы.

      Развитие  энергетической электроники стимулируется  всевозрастающим требованием повышения удельного веса электроэнергии, потребляемой на постоянном токе и на переменном токе нестандартной частоты, а также непрерывным совершенствованием элементной базы (увеличением единичной мощности силовых полупроводниковых приборов, улучшением их динамических показателей, появлением приборов новых типов). Все это позволяет создавать более эффективные условия генерирования, передачи и распределения электроэнергии, повышать электровооруженность труда, а также использовать более производительную технологию в различных отраслях промышленности. 

 

1. Расчет  усилительного каскада

          Дано:

          
 
 

 
 

Рис. 1 –  Принципиальная электрическая схема  усилительного каскада 
 
 
 
 

 

Рассчитаем сопротивление резистора в цепи  коллектора транзистора: 

  

     Выбираем  номинал сопротивления резистора Ом 

   Определим эквивалентное  сопротивление нагрузки  каскада: 

  

 

   Найдем амплитуду коллекторного тока: 

  

 

   Рассчитаем ток покоя транзистора:

 

k₃ – коэффициент запаса,

k₃ =0,7÷0,95

 

   Определим минимальное напряжение коллектор – эмиттер в рабочей точке транзистора:

  

т.к. меньше типового значения , принимаем  

   Рассчитываем напряжение источника питания: 

 

Выбираем  напряжение питания 

 

   Определяем сопротивление резистора:

 

Ом

принимаем номинал  резистора  Ом 

    Выбираем транзистор КТ315Б: 

 
 

Вычертим  выходные и входные  характеристики транзистора КТ315Б (рис. 2) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  На выходных характеристиках транзистора КТ315Б построим нагрузочную прямую постоянного тока по точка А и В. 

                  Точка А: , 

                  Точка В:  ,   

Нанесем рабочую  точку С на нагрузочную прямую с координатой  , уточним напряжение в точке покоя.

 

   Рассчитаем мощность в точке покоя транзистора: 

  

 

   Определим наибольшую мощность рассеивания транзистора при максимальной рабочей температуре: 

  

 

, следовательно, транзистор КТ315Б выбран правильно. 
 
 

Находим координаты рабочей  точки С на входной  характеристике транзистора:

,  

Определим ток базового делителя , : 

  

 

Рассчитаем сопротивление  резистора базового делителя: 

  

 

принимаем номинал сопротивления резистора 

 

Определяем сопротивление резистора базового делителя: 

  

 

принимаем номинал резистора 

 
 

Найдем  эквивалентное сопротивление  базового делителя: 

 

 
 

По выходным характеристикам транзистора (рис. 2) определим , в рабочей точке транзистора: 

 

 

По  входным характеристикам (рис.2) найдем в рабочей точке: 

 

Ом 
 

Найдем входное сопротивление каскада: 

  

 

Рассчитаем  выходное сопротивление  каскада: 

 

Построим  на выходных характеристиках  транзистора нагрузочную прямую по переменному току, проходящею через рабочую точку С и имеющую наклон: 

 

Находим амплитуду тока базы по выходным характеристикам: 

 

 

Определим по выходным характеристикам амплитуду входного напряжения транзистора: 

 

 

Определим коэффициент усиления каскада по току: 

 

Найдем  коэффициент усиления каскада по напряжению: