Импульсный усилитель, активные фильтры, логика на комплементарных полевых транзисторах

Задание на курсовую работу
Вариант T4(9)-24-24
Разработать импульсный усилитель. Исходные данные по таблице 4:
вариант 9;
амплитуда входных импульсов 20 мВ;
внутреннее сопротивление источника 5000 Ом;
полярность входных импульсов отрицательная;
скважность импульсной последовательности 1000;
длительность импульсов 800 мкс;
входное сопротивление усилителя 0,4 кОм;
полярность выходных импульсов положительная;
амплитуда (размах) выходных импульсов 3 В;
Подпись и дата
нагрузка RH = 10 кОм; СН = 15 пФ;
время установления импульсов 60 нс;
допустимый выброс вершины 2,0 %;
допустимый спад вершины 3,0 %;
Инв. № дубл.
температура окружающей среды 5 … 45 С.
При проектировании усилительных устройств необходимо:
Взаим. инв №
выбрать и обосновать электрическую принципиальную схему усилитель- ного устройства;
выполнить предварительный (эскизный) расчет усилителя;
Подпись и дата
определить оптимальные режимы работы активных элементов и выпол- нить расчет всех каскадов усилителя по постоянному и переменному току;
Инв. № подп.
разработать или подобрать схему аналогичного усилителя в интегральном исполнении.
Повести расчет активного фильтра.
Исходные данные по таблице 5 для 24 варианта для ФНЧ и ФВЧ:
тип амплитудно-частотной характеристики – Чебышева;
коэффициент затухания фильтра
порядок фильтра – 2;
  0,866
дБ;
неравномерность амплитудно-частотной характеристики 2,0 дБ;
частота среза для ФНЧ (ФВЧ) – 2,5 МГц;
коэффициент усиления K = 10;
Исходные данные для ППФ и РФ:
нижняя частота среза fH = 0,8 МГц;
верхняя частота среза fB = 0,9 МГц;
коэффициент усиления K = 20.
При проектировании активных RC-фильтров необходимо:
Подпись и дата
синтезировать электрические принципиальные схемы активных фильтров нижних и верхних частот, а также полосно-пропускающих фильтров;
рассчитать параметры пассивных компонентов активных фильтров.
Описать заданное цифровое устройство или элемент: описать назна- чение, основные характеристики и принцип работы.
Инв. № дубл.
24 вариант  логика на комплементарных полевых транзисторах.
Инв. № подп.
Подпись и дата
Взаим. инв №
В графической части выполнить чертежи схемы электрической принци- пиальной усилительного устройства на базе дискретных элементов и схемы электрической принципиальной усилительного устройства на базе инте- гральных микросхем, схемы электрические принципиальные активных фильтров, с перечнями элементов.
Содержание
Введение5
Выбор и обоснование схемы импульсного усилителя7
Расчет импульсного усилителя12
Импульсный усилитель в интегральном исполнении28
Расчет активных фильтров32
Виды активных фильтров32
Фильтр нижних частот34
Фильтр верхних частот39
Полосно-пропускающий фильтр44
Полосно-заграждающий фильтр50
Логика на комплементарных полевых транзисторах55
Заключение71
Список литературы72
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата КНФУ.652711.000 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата Инв. № подп. Разраб. Орлова М.А. УСИЛИТЕЛЬ ИМПУЛЬСНЫЙ, ФИЛЬТРЫ АКТИВНЫЕ, ЛОГИКА НА КМОП ТРАНЗИСТОРАХ
Пояснительная записка Лит. Лист Листов
Пров. Бастракова М.И. 4 73
Н. контр. Утв. Введение
Усилительные устройства используются в самых различных областях науки, техники и производства, являясь либо самостоятельными устройства- ми, либо частью сложных приборов и систем. Как и все области электроники, техника усиления электрических сигналов непрерывно развивается. Это свя- зано в первую очередь с развитием и совершенствованием радиоэлектроники и технологии, разработкой новых усилительных приборов. Стремление к уменьшению габаритов приборов, появление новых полупроводниковых приборов и технологических процессов позволило объединить множество транзисторов, диодов, резисторов в одно устройство – интегральную микро- схему. Интегральные микросхемы в настоящее время нашли широкое приме- нение во всех областях техники.
Представляемая курсовая работа посвящена проектированию импульс- ного усилителя на транзисторах и интегральной микросхеме, активных фильтров на операционных усилителях и рассмотрены принцип работы и особенности демультиплексоров.
В первой главе описаны особенности импульсных усилителей, выбрана и обоснована структурная схема усилительного устройства.
Во второй главе выбраны схемы включения активного элемента, опре- делено число каскадов усилителя и рассчитаны номиналы всех элементов входящих в импульсный усилитель.
В третьей главе предложена схема импульсного усилителя на базе опе- рационного усилителя в интегральном исполнении на базе LM7171, выпус- каемой одной из ведущих мировых производителей National Semiconductor.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
5
Изм Лист № документа Подпись Дата В четвертой главе синтезированы схемы и проведен расчет всех элемен- тов активных фильтров: нижних частот (ФНЧ), верхних частот (ФВЧ), по- лосно-пропускающего (ППФ) и полосно-заграждающего (ПЗФ).
В пятой главе описано назначение, основные характеристики, принцип работы цифровых элементов (устройств) – логики на комплементарных по- левых транзисторах (КМОП) и приведены их электрические схемы.
В графической части приведены чертежи принципиальных электриче- ских схем и перечни элементов импульсного усилителя на транзисторах, на интегральной микросхеме и активных ФНЧ, ФВЧ, ППФ и ПЗФ с перечнями элементов.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
6
Изм Лист № документа Подпись Дата 1 Выбор и обоснование схемы импульсного усилителя
При усилении прямоугольных импульсов качество работы усилителя оценивается его переходной характеристикой. Переходная характеристика – зависимость от времени выходного напряжения при воздействии на вход усилителя напряжения ступенчатой формы. Из-за наличия реактивных эле- ментов, например, емкости, напряжение на выходе устанавливается посте- пенно. Для оценки переходных характеристик используют нормированную переходную характеристику
h(t)  uВЫХ (t) ,(1.1)
K0
при uВХ (t)  0 (t  0) , uВХ (t)  1 (t  0) . Искаженияформыимпульса можно определить, зная время нарас- тания переднего фронта tФ (время на- растания переходной характеристики от 0,1 до 0,9), выброс вершины , спад вершины а за время действия импуль- са длительностью tИ (рис. 1.1). АЧХ и
переходнаяхарактеристикасвязаныРисунок 1.1
равенствами:
f 0,35  1 ,(1.2)
Bt
Ф
fa.(1.3)
H2    t
И
При этом предполагается, что коэффициенты частотных искажений наПодпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
7
Изм Лист № документа Подпись Дата 42698124901178
низших и высших граничных частотах fH и fВ МН =  3 дБ; MB =  3 дБ.
Типовая структурная схема многокаскадного импульсного усилителя приведена на рис. 1.2.
R1Промежуточные каскады
ВходнойВыходной
~E1каскад1NкаскадU2R2 (Tin)(Tfn)
Рисунок 1.2  Типовая структурная схема многокаскадного импульсного усилителя
Проведем эскизный расчет усилителя. Выберем схемы, типы транзи- сторов для каскадов импульсного усилителя и определим число каскадов.
Каскады видео усилителя условно можно разделить на три группы: входной каскад, промежуточные каскады и оконечный (выходной) каскад. Основное усиление обеспечивается промежуточными каскадами, которые обычно выполняются по схеме с общим эмиттером и при необходимости с эмиттерной коррекцией для улучшения частотной характеристики в области верхних частот и переходной характеристики в области малых времен.
Выбор схем входного и оконечного каскадов определяется параметрами источника сигнала и выходными данными соответственно. В зависимости от величины внутреннего сопротивления источника сигнала R1 схему входного каскада следует выбирать согласно рекомендациям:
при R1 < 3 кОм – схема с общим эмиттером и эмиттерной коррекцией;
при R1 = 3 ÷ 10 кОм – схема с общим эмиттером;
при R1 > 10 кОм – схема с общим коллектором.
По условиям технического задания выбираем в качестве входного кас- када схему с общим эмиттером и эмиттерной коррекцией.
Оконечный каскад усилителя обычно выполняется по схеме ОЭ с эмит- терной коррекцией или без нее, а также по схеме ОК. Схему ОЭ рекоменду-
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
8
Изм Лист № документа Подпись Дата
ется применять при значениях R2  300 Ом. При выполнении оконечного кас- када по схеме ОК его коэффициент усиления можно принять равным 0,7 ÷ 0,9. Такого же порядка оказывается коэффициент усиления входного каскада по схеме ОК.
По условиям технического задания выбираем в качестве выходного кас- када схему с общим эмиттером.
Для определения коэффициента усиления промежуточных каскадов и их числа необходимо ориентировочно выбрать тип транзистора по максималь- ной площади усиления QT и предельно допустимому значению напряжения коллектор–эмиттер UCmax. Если применяются промежуточные каскады с вы- сокочастотной коррекцией, то
QT  5 10  fh или QT  1  3 tr .(1.4)
В случае некорректированных каскадов ОЭ
QT  15  20  fh или QT  3  6 tr ,(1.5)
где fh – высшая рабочая частота;
tr – время нарастания переходной характеристики усилителя.
Напряжение питания входного и промежуточных каскадов берется обычно несколько меньше значения E0, требуемого для оконечного каскада, а в случае выполнения оконечного каскада по схеме ОК меньше значения, тре- буемого и для предоконечного каскада. Необходимая величина обеспечива- ется включением в цепь питания усилителя гасящего резистора и стабили- трона.
Каскад с общим эмиттером имеет свойство инвертировать выходной сигнал, то есть при подаче на вход положительного импульса на выходе по- лучаем отрицательный и наоборот. По техническому заданию полярность входных импульсов отрицательная, выходных – положительная. В связи с этим количество каскадов усиления должно быть нечетным.
Коэффициент усиления по напряжению импульсного усилителя в целом согласно техническому заданию составит
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
9
Изм Лист № документа Подпись Дата
K UВЫХ .(1.6)
UU
ВХ
K UВЫХ 3 150.
UU20 103
ВХ
При заданном коэффициенте усиления попытаемся реализовать усили- тельный каскад на одном транзисторе.
Максимальный выходной ток нагрузки обеспечивается при максималь- ном размахе выходных импульсов и составляет (здесь не учитываем емкость нагрузки, моделируя наихудший режим работы)
I UВЫХ .(1.7)
maxR
Н
I UВЫХ 3 0,3 мА.
maxR10 103
Н
Высшая рабочая частота определится согласно (1.2)
f 0,35  1  0,351 5,833 МГц.
Bt60 109
Ф
По техническому заданию допустимый спад вершины – 3 %, следова- тельно, а = 0,03 (см. рис. 1.1).
Низшая рабочая частота определится согласно (1.3)
fa0,03 6 Гц.
H2   t2  800 106
И
При выборе транзистора необходимо учитывать:
максимально допустимый ток коллектора ( IKmax > Imax  0,3 мА );
максимально допустимая импульсная мощность рассеивания коллек- тора более
U 232
P ВЫХ  0,9 мВт;
HИR10 103
H
верхняяграницарабочегодиапазонатранзистораболее
15  20  fВ  20  5,833 10  116,7 МГц;
6
допустимое напряжение коллектор-эмиттер более 10 В;
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв №
Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
10
Изм Лист № документа Подпись Дата
коэффициент усиления более 150;
рабочая температура окружающей среды не уже +5 … +45 С.
Так как полярность входных импульсов отрицательная, то для того, что- бы рабочая точка на нагрузочной характеристике находилась в нижней части, что наиболее благоприятно с точки зрения повышения КПД каскада (в отсут- ствие импульса ток потребления минимален) выбираем транзистор обратной проводимости (отрицательное питание на коллекторе) – р-n-p.
Сделав обзор транзисторов, выбираем транзистор КТ3107К [3, стр. 150].
Транзистор КТ3107К кремниевый эпитаксиально-планарный усилитель- ный проводимостью p-n-p c нормированным коэффициентом шума. Предна- значен для усиления, генерирования и переключения сигналов высокой и низкой частоты.
Основные технические характеристики:
коэффициент усиления в схеме с общим эмиттером h21Э = 380 … 800;
обратный ток коллектор-база IКБ0  0,1 мкА;
обратный ток эмиттер-база IЭБ0  0,1 мкА;
верхняя граничная частота усиления fГР = 200 МГц;
емкость коллектора СК  7 пФ.
Предельно-допустимые эксплуатационные данные.
максимально допустимое напряжение коллектор-база UКБmax = -30 В;
максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер UКЭmax = -25 В;
максимально допустимое напряжение эмиттер-база UЭБmax = 5 В;
максимально допустимый ток коллектора IКmax = 100 мА;
максимально допустимый импульсный ток коллектора IК.И.max = 200 мА;
максимально допустимый ток базы IБmax = 50 мА;
максимально допустимая мощность рассеяния коллектора PКmax = 300 мВт. Допустимая рабочая температура окружающей среды от – 60 Сдо
+ 125 С.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
11
Изм Лист № документа Подпись Дата 2 Расчет импульсного усилителя
Импульсный усилитель имеет следующее параметры: fB  6 МГц; UВЫХ =
= 3 В; СН = 15 пФ; RH = 10 кОм; UВЫХ  3 В.
Задаемся UНАЧ = 2 B; UЭ = 3 В. При этом параметры транзистора должны удовлетворять условиям
UКЭ max  UВЫХ  UНАЧ  UЭ  4  2  3  9 В;
fT  5  fВ  5  6 10  30 МГц.
6
Выходная мощность
U 2
PВЫХ .(2.1)
ZН
Сопротивление нагрузки является комплексным. При параллельном включении сопротивления и емкости нагрузки на верхней частоте fB = 5,833 МГц получим:
X11 1819 Ом.
CH2   f  C2   5,833 106 15 1012
BH
 j  X R j 1819 10000
ZН CHH 
RH  j  XCH10000  j 1819
   j 1819 10000  10000  j 1819  320, 249  j 1761 Ом.
10000  j 1819  10000  j 1819
ZН 320, 249  1761  1790 Ом.
22
U 232
PВЫХ  5 мВт.
ZН1790
Для выбранного транзистор КТ3107K: rБ = 150 Ом; СК = 710-12 пФ;
f Y= 200 МГц (= 510с).
-9
21
В области невысоких частот, когда   0,1  0,3, Y-параметры УП имеют вещественный характер. При этом
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
12
Изм Лист № документа Подпись Дата
Y11  g11 ; Y21  g21 ; Y12  0 ; Y22  g22 ; g22  g21 ;(2.2)
F  1  g Z ; K K F ; gg11.
21fВХf1  g Z
21
В общем случае
g g1  g11  (Z  ZC ),(2.3)
ВЫХf22 1  g Z  g (Z  Z )2111C
где ZC – внутреннее сопротивление источника сигнала;
Z – сопротивление в цепи эмиттера.
В области частот, где   0,1  0,3, при нормальных температурных ус- ловиях (T  300 C) для биполярного транзистора в качестве приближения могут быть приняты следующие величины:
gIK[См],(2.4)
110,026  m  h
21Э
gIK[См],(2.5)
210,026  m
4
g22  5 10[См],(2.6)
где IK – постоянная составляющая тока коллектора;
m – параметр, величина которого лежит в пределах 1 – 2 при IK <
< 0,05IKmax и 2 – 5 при IK  0,05IKmax, где IKmax – паспортное значение максимально допустимого тока коллектора.
По формуле (1.7) на верхней частоте fB = 5,833 МГц,
I UВЫХ 3 1,7 мА = I .
maxНZ1790K
Н
Для транзистора КТ3107К - IKИ max = 200 мА.
ImaxН  IK  1,7 мА < 0,05IKmax = 0,0520010= 10 мА. Тогда выбираем
-3
m = 1,5.
I1,7 103
gK 0,043 См.
210,026  m0,026 1,5
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
13
Изм Лист № документа Подпись Дата
4
g22  10См.
Величина спада частотной характеристики в выходном каскаде задается равной
В ВЫХ  0,3  0,6  В ,(2.7)
где  В - допустимый спад частотной характеристики в области ВЧ.
Примем  В ВЫХ = 0,4В . Для  В = 0,3 (MB = 0,7) В ВЫХ = 0,40,3 = 0,12.
 1  fВ  .(2.8)

2  В  f Y
21 
 1  f 1  6 106 
 В 0,049.
2   f2  0,3  200 106 
В Y21 
Критерием приемлемости транзистора по коэффициенту частотных ис- кажений M Yпри Rf = 0 является соотношение
21
  0,02  0,2 ,(2.9)
где    Y B - коэффициент, учитывающий влияние транзистора на общий
21
спад частотной характеристики усилителя по частоте B .
Согласно (2.9)   0,049  0,1 условие выполняется, использование вы- бранного транзистора в каскаде возможно без коррекции.
Выходная емкость транзистора
C22  CK  7 пФ.
Задаемся емкостью монтажа СМ = 5 пФ.
Полная емкость, шунтирующая выходной каскад на частоте B
C ' ( )  C ( )  C ( )  C.(2.10)
2B22BHBM
C' ( )  C ( )  C ( )  C 7  15  5  27 пФ.
2B22BHBM
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
14
Изм Лист № документа Подпись Дата
Для улучшения частотной характеристики используем в каскаде высо- кочастотную эмиттерную коррекцию при d = 2; m = 1,2. Принципиальная электрическая схема приведена на рис. 2.1. По техническому заданию допус- тимый выброс вершины 2 %, что соответствует m = 1,2.

Рисунок 2.1Рисунок 2.2
По графикам рис. 2.2 для  0,06  спада частотной характеристики поC
техническому заданию, определим значение нормированной частоты ХВ = 2,2
и по нему вычисляем:
MC  1  C .(2.11)
MC  1  C  1  0,06  0,94 .
'2  C
R2    C ' () .(2.12)
B2
R 1 1.(2.13)
Кgg '  g g
K222Н
d  1  g21  Rf 
RКОР .(2.14)
g21
 ()  R' ()  C' () .(2.15)
222
1  d   2 (B )CКОР .(2.16)
d  m  Rкор
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
15
Изм Лист № документа Подпись Дата
'2  C2  0,06
R2    C ' ()  2  6 106  27 1012  350 Ом;
B2
g '  1 1 2,86 103 См;
2R'350
2
gH = 1/10000 = 10-4 См;
R11 360 Ом;
Кg '  g g2,86 103 104 104 222Н
g 1 1 2,66 103 См;
KR360
K
d  1  g21  Rf 21  0,043  0
RКОР  47 Ом.
g210,043
 ()  R' ()  C ' ()  350  27 1012  9,5 109 с.
222
1  d   ( )1  2  9,5 109
C2B 2,514 10 10  270 пФ.
КОРd  m  R2 1, 2  47
кор
Мощность, рассеивающаяся на сопротивлении RKОР = 47 Ом при паде- нии напряжения на нем UR КОР = 3 B составит
U 232
P RКОР  191 мВт.
RKОРR47
KОР
В качестве RKОР можно использовать сопротивление на 47 Ом с допус- тимой рассеиваемой мощностью более 0,25 Вт.
Рекомендуется выбирать
UКЭ  UНАЧ  UВЫХ ;(2.17)
I I U g '  g.(2.18)
КНАЧВЫХ222
Из экономических соображений желательно, чтобы правые и левые час- ти в неравенствах (2.17), (2.18) отличались незначительно.
Ранее было принято UНАЧ = 2 В, выбираем IНАЧ = 3 мА и находим
U КЭ  U НАЧ  2 В;
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
16
Изм Лист № документа Подпись Дата
I I U g '  g  2 103  3  2,86 103 104   10 мА.
КНАЧВЫХ222
Напряжение источника питания
EП  UКЭ  IК  RК  UЭ .(2.14)
E U I R U 2  10 103  360  3  9 В.
ПКЭККЭ
Мощность, рассеивающаяся на сопротивлении RK = 360 Ом при падении напряжения на нем IKRK = 1010-3360 = 3,6 B составитU 23,62
P RK  36 мВт.
RKR360
K
В качестве RK можно использовать сопротивление на 360 Ом с допусти- мой рассеиваемой мощностью более 0,125 Вт.
Нагрузочная прямая каскада при переменном токе проходит через ис- ходную рабочую точку ИРТ и точку I0 (рис. 2.3):
I0  IK  UКЭ   gK  gH   10 10 2  2,66 10 10  7, 2 мА.
334
I ,UКЭ = 5 ВIК, мА
Б30
мАIБ6 = 50 мкА
0,16IБ5 = 40 мкА
20
0,12
IБ4 = 30 мкА
0,08ИРТ
I10IБ3 = 20 мкА
0
0,04IK2IБ2 = 15 мкА
IБ2IБ1 = 10 мкА
IБ1UБЭ2IK1
-0,4-0,6UБЭ, В02468UКЭ, В
UБЭ1UНАЧUВЫХUПИТ = 9 ВРисунок 2.3
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
17
Изм Лист № документа Подпись Дата
По графикам рис. 2.3 при UВЫХ = 3 В определим величины:
33
I K1  4 10А; IK 2  6 10А; UБЭ1  0,52 В; UБЭ 2  0,55 В;
666
I Б1  10 10А; IБ 2  15 10А; IБ  15 10А.
Коэффициент усиления КВЫХ каскада
KUВЫХ.(2.15)
ВЫХU U  I I  R  R
БЭ 2БЭ1К 2К1fкор
KUВЫХ
ВЫХU U  I I  R  R
БЭ 2БЭ1К 2К1fкор
3 24, 2.
0,52  0,55  4 103  6 103 0  47
Усредненные параметры транзистора КТ3107К:
 IК 2  IК1   1  UВЫХ  g22 
 g21 f ;
UБЭ 2  UБЭ1   IК 2  IК1   Rf
g
 g21 ;
21 f
1  g21 f  Rf(2.16)
I I
 gБ 2Б1;
U U I I  R
11 f
БЭ 2БЭ1К 2К 1f
 g 1  g R .
g1111 f21f
 IК 2  IК1   1  UВЫХ  g22 
g21 f  U I I  R
UБЭ 2БЭ1К 2К1f
6 103  4 103  1  104 
33 0,067 См.
0,55  0,52  6 10 4 10 0
gg21 f0,067 0,067 См.
211  g R1  0,067  0
21 ff
gIБ 2  IБ1
11 fU U  I I R
БЭ 2БЭ1К 2К1f
15 106 10 106
4
0,55  0,52  6 103  4 103  01,67 10См.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
18
Изм Лист № документа Подпись Дата
Каскад можно рассматривать как разновид- ность усилителя рис. 2.4, в котором R' ( )  R' ;
2В2
R' ( )  R;
3ВКОР
С' ( )  С С( ) .
3ВКОР22В
Для схемы рис. 2.4 справедливы выраженияРисунок 2.4
g R' ()1
 К () 21 f3;
31  g R' () 2
21 f3( )1   f3
1  g21 f  R3 () 
'

1  g R'
M ()  К () 21 f3 ;33g R'
21 f3
   ()
 ()  arctg  f3;
31  g R' () 
21 f3

g R' ()11    ()2
К () 21 f23;
21  g R' () 21    ()2
21 f3( )2
1   f2
1  g21 f  R3 () 
'
1  g R'
M ()  К () 21 f3 ;22g R'(2.17)
21 f2
2 ()  3 ()  arctg   2 ()  arctg  3 (),
где R' () 1;R' () 1- эквивалентные ак-
3g ()  g()2g ()  g()
322 f222 f
тивные составляющие нагрузок транзистора на частоте , включающие вы- ходную проводимость g22 f транзистора;
g' , g' - проводимости g ' () и g ' () на средних частотах;
3232
 ()  R' ()C ' () ,  ()  R' ()C' ()- эквивалентные постоянные
333222
времени нагрузок;
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
19
Изм Лист № документа Подпись Дата 5245718797989
C' ()  C ()  C() , C' ()  C ()  C() - эквивалентные ем-
3322 f2222 f
кости нагрузок, включающие выходную емкость C22 f () транзистора.
 ()  R' ()  C' ()  R С С ( )  47  270 1012  27 1012  
333КОРКОР22B
 1, 2 108 с.
1 f1 200 106
Y21 5 109 с.
f1  g R1  0,067  0
21f
g R' ( )11    ( )2
К ( ) 21 f2BB3B
2B1  g R' ( ) 21    ( )2
21 f3Bf2 ( B )B2B
1  B  1  g R' ( ) 
21 f3B 
 0,067  3501
1  0,067  475 109  9,5 109 2
1   2   6 106 
1  0,067  47
1  2   6 106 1, 2 108 2
 5,8;
1  2   6 106  9,5 109 2
1  g R'1  0,067  47
M ()  К () 21 f3  34  1,02;
22g R'0,067  360
21 f2
g R' ( )1
К ( ) 21 f3B
3B1  g R' ( ) 2 21 f3B()
1   f3B
B 1  g R' ( ) 
21 f3B
0,067  471 1,02;
1  0,067  475 109  1, 2 108 2
1   2   6 106 
1  0,067  47
 ( )  arctg   f  3 (B ) 
3BB 1  g R' ( ) 
21 f3B 
 arctg  6  5 10 1, 2 10  o
98
 26 101  0,067  477, 4 .

Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
20
Изм Лист № документа Подпись Дата
2 (B )  3(B )  arctg B  2 (B )  arctg B 3(B ) 
=  7, 4o  arctg 2   6 106  9,5 109 ) 
arctg 2    6 106 1, 2 108   3,1o.
По формуле (2.7)
 2   f  2   6 106  5 109  0,183.
fBf
1 1 21 1 0,1832
r  gf150 1,67 104
g( )  gБ11 f 1,67104 
11 fB11 f1  21  0,1832
f
 3,8104 См.
  1  g5 109   1 1,67 104 
f r11 f  150
C( )  Б   30 пФ.
11 fB1  21  0,1832
f
C15 1012
C ( ) H  15 пФ.
KB1  21  0,1832
f
Находим входную проводимость и входную емкость каскада:
YВХ  gВХ ()  j   CВХ ()  g11 f ()  1  К3 ()  cos3 () 
   C()  K ()  sin ()    C ()  K ()  sin () 
11 f331222
        g()     (2.18)
j C( ) 1К ( ) cos( )11 fK ( ) sin( )
 11 f3333
 C12 ()  1  К2 ()  cos2 ().
где g11 f (), C11 f () - составляющие входной проводимости транзистора.
gВХ (B )  g11 f (B )  1  К3 (B )  cos3 (B )  B  C11 f (B )  K3 (B )  sin3 (B ) 
   C ( )  K ( )  sin ( )  1,67 104  1  0,752  cos7, 4o  
B12B2B2B
 2    6 106  30 1012  0,752  sin7, 4o   2    6 106 14 1012  5,76  sin3,1o  
 3,15 104 См.
R11 3174 Ом.
ВХg3,15 104
BX
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
21
Изм Лист № документа Подпись Дата
g11 f (B )CВХ (B )  C11 f (B )  1  К3 (B )  cos3 (B )    K3 (B )  sin 3 (B ) 
B
 C ( )  1  К ( )  cos ( )  30 1012  1  0,752  cos7, 4o  
12B2B2B
0,752 sin 7, 4o  14 10 12  1  5,76  cos3,1o   37 пФ.
3,8 104
2   6 106
Амплитуда входного тока при UВЫХ = 3 ВIВХ В   IБ 2  IБ1  15 10 10 10  0,005 мА.
66
Амплитуда входного напряжения при UВЫХ = 3 ВUВХ  UБЭ 2  UБЭ1   IК 2  IК1   Rf  Rкор  
 0,55  0,52  6 103  4 103  0  47  0,124 В.
Из расчета выходного каскада видно, что требуемого коэффициента усиления добиться не удалось. Поэтому используем еще два предваритель- ных каскада усиления по идентичной схеме выходного каскада. В среднем ожидаемый коэффициент усиления должен составить около 1000, поэтому после первого и второго каскада усиления предусмотрим регулировку вход- ного сигнала подстроечным резистором включенным последовательно во входные цепи. Число предварительных каскадов усиления берется равным трем, потому что по указанным ранее причинам количество каскадов должно быть нечетным.
После расчета выходного каскада переходим к расчету каскадов предва- рительного усиления. Эти каскады должны обеспечить коэффициент усиле- ния.
Число каскадов предварительного усиления n
КПР1  n KПР .(2.19)
При коэффициенте усиления каскада 10, для получения требуемого уси- ления необходимо три каскада усиления, так как требуется нечетное число каскадов. К3 = 24, КТР = 150  K1K2 = КТР/К3 = 250/24 = 6,25  К1 = К2 =
 6, 25  2,5.
При этом общий коэффициент усиления получим равным 2,52,510 =
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
22
Изм Лист № документа Подпись Дата
= 150 = КТР = 150, условие по усилению выполняется.
Допустимые частотные искажения в каждом каскаде в ВЧ области нахо- дят по формулам
      '
'BBВЫХBЭПBРЕГ ,'B ПР ,(2.20)
B ПР1nB ПР1n
где  ', , - допустимый спад частотной характеристики в облас-
B ПР1BЭПBРЭГ
ти ВЧ соответственно для одного каскада предварительного усиления, эмит- терных повторителей, схемы регулировки усиления.
Величины  BЭП ,  BРЭГ задают в следующих пределах:
BЭП  BРЕГ  0,95  0,99 .(2.21)
Следует отметить, что все каскады предварительного усиления выпол- няют на идентичных по типу транзисторах.
Таким образом, импульсный усилитель будет состоять из трех каскадов, так как необходимо на выходе получить импульс положительной полярности при воздействии на входе импульса положительной полярности при подаче на вход импульса отрицательной полярности. Все три каскада будут выпол- нены по схеме с ОЭ без цепей коррекции. Принципиальная электрическая схема приведена на рис. 2.5.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
23
Изм Лист № документа Подпись Дата XP1
ЦепьКонт.
Общий1
Выход2
Общий3
- 9 В4
Общий5
Вход6
R1R3R6R8R11R13
C2R5C4R10C6
+
C1
VT1VT2VT3
R2R7R12
R4C3R9C5R14C7
Рисунок 2.5
По расчетам, сделанным ранее имеем: R3 = R8 = R13 = 360 Ом; R4 =
= R9 =R14 = 47 Ом; С3 = С5 = С7 = 270 пФ. Подстроечные резисторы R5 = R10 =
= 10 кОм. Рассчитаем номиналы остальных элементов.
Емкость разделительного конденсатора С6 рассчитываем из условия, полгая fH  6 Гц.
C 1.(2.22)
61
R 
2   f C
0,1 2   fHH
H1
R
H2   f C
HH
C 1
61
RH 
0,1 2   f2   fН  CH
Н1
R
H2   f C
НH
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
24
Изм Лист № документа Подпись Дата
1 2,67 105  33 мкФ.
10 103 1
0,1 2   6 2   6 15 1012
10 103 1
2   6 15 1012
Емкость разделительного конденсатора С4 рассчитываем из условия, по- лагая что RВХ = 3174 Ом; СВХ = 37 пФ; fH  6 Гц
C 1.(2.32)
42
1
0,1 2   fR2 
 2   f C
HВХ
HВХ 
C 1
42
1
0,1 2   fR2 
 2   fH  CВХ 
HВХ
1 3,68 1010  390 пФ.
2
0,1 2   6 31742  1
 2   6  37 1012 

Так как каскады предварительного усиления выполнены на тех же тран- зисторах по аналогичной схеме включения, что и выходной каскад, то можно принять C1  C2  C4  390 пФ.
Напряжение питания  UПИТ = 9 В. Для выходного каскада обеспечиваем рабочую точку в окрестности минимального тока базы, так как на вход будет подаваться отрицательный импульс, то есть IБ0 = 10 мкА; UБЭ0 = 0,52 В.
Ток через делитель R11, R12 должен составлять 5IБ0, то есть
IДЕЛ = 50 мкА. Суммарное сопротивление R11, R12 будет составлять
R+ R= U ПИТ 9 180 кОм.
1112
I50 106
ДЕЛ
R UБЭ 0 0,52 10 кОм.
12I50 106
ДЕЛ
R 180 103  R 180 10  180 кОм.
1112
Каскады на транзисторе VT1, VT2 аналогичен выходному, поэтому можно
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
25
Изм Лист № документа Подпись Дата
принять R11 = R1 = R6 = 180 кОм; R12 = R2 = R7 = 10 кОм.
Мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R12 = 10 кОм при падении напряжения на нем UR12 = 0,52 B составитU 20,522
P R12  27 мкВт.
R12R10 103 12
В качестве R12, R2, R7 можно использовать сопротивления на 10 кОм с допустимой рассеиваемой мощностью более 0,125 Вт.
Мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R11 = 180 кОм при паде- нии напряжения на нем UR11 = 9  0,52 = 8,48 B составит
U 28, 482
P R11  0, 4 мВт.
R11R180 103 11
В качестве R11, R1, R6 можно использовать сопротивления на 180 кОм с допустимой рассеиваемой мощностью более 0,125 Вт.
Емкости в цепи эмиттеров должны обеспечивать усиление каскада на нижней частоте fH = 6 Гц.
C' 1.(2.33)
30,1 2    f R
H4
C' 11 5,674 103  6000 мкФ.
30,1 2   f R0,1 2   6  47
H4
Емкости C'  C '  C'  6000 мкФ включаются соответственно парал-
357
лельно емкостям С3, С5 и С7.
Современная тенденция перехода к уменьшению габаритов проектируе- мых устройств привела к широкому использованию радиоэлементов для по- верхностного монтажа. Для конструктивной реализации спроектированной схемы в качестве резисторов, емкостей и индуктивностей и используем эле- менты для поверхностного монтажа (ЧИП или SMD радио элементы).
С1, С2, С4: SMD0805391390 пФ50 В  5 %;
С3, С5, С7: SMD0805271270 пФ50 В  5 %;
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
26
Изм Лист № документа Подпись Дата
С'3, С'5, С'7: SMDECAPS1500 мкФ6,3 В  20 % (по 4 шт. соединенные параллельно);
С6: SMDECAPS33 мкФ16 В  20 %.
R1, R6, R11: SMD08051840,125 Вт180 кОм  1 %; R2, R7, R12: SMD08051030,125 Вт10 кОм  1 %; R3, R8, R13: SMD08053610,125 Вт360 Ом  1 %; R4, R9, R14: SMD12064700,25 Вт47 Ом  1 %;
R5, R10: SMD3214W1040,25 Вт100 кОм  20 %.
Чертеж принципиальной электрической схемы импульсного усилителя КНФУ.652711.000 Э3 на листе формата А4, с перечнем элементов КНФУ.652711.000 ПЭ3 на листе формата А4 приведены в графической части курсовой работы.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
27
Изм Лист № документа Подпись Дата 3 Импульсный усилитель в интегральном исполнении
При выборе микросхемы необходимо также учитывать, чтобы в типовом включении она обеспечивала параметры:
амплитуда входных импульсов до 20 мВ;
диапазон частот не уже полосы от 6 Гц до 6 МГц;
полярность входных импульсов отрицательная;
полярность выходных импульсов положительная;
амплитуда выходных импульсов 3 В;
нагрузка RH = 10 кОм; СН = 15 пФ;
время установления импульсов 60 нс;
температура окружающей среды 20 … 50 С.
В последнее время широкое распространение получили операционные усилители различных зарубежных производителей. Остановимся на такой известной компании как National Semiconductor. Сделав обзор по операцион- ным усилителям фирмы National Semiconductor, анализируя допустимый ра- бочий диапазон частот (более 6 МГц), выходное напряжение (не менее 3 В) и время задержки (установления) импульсов (не более 60 нс), выбираем микро- схему LM7171.
Его основные технические характеристики:
полоса рабочих частот до 200 МГц;
время установления импульсов 10 нс;
ток на нагрузке до 50 мА;
диапазон рабочих температур – минус 40 … + 85 С;
напряжение питания  15 В;
диапазон входных напряжений до 4 мВ;
коэффициент усиления по напряжению KU ИМС = 65 дБ.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
28
Изм Лист № документа Подпись Дата По техническому заданию входное сопротивление усилителя 0,4 кОм. Амплитуда входных импульсов 20 мВ, необходимо обеспечение максималь- ной амплитуды импульсов на входе 2 мВ (меньше максимально допустимого напряжения для микросхемы LM7171). Используем делитель напряжения 1 : 10 на входе микросхемы. Суммарное их сопротивление R1 + R2 = 400 Ом.
R  R1  R2  400  36 Ом.
21111
R1 = 400  R2 = 400  36 = 364  360 Ом.
При подаче импульсов амплитудой UВХ = 20 мВ на выходе делителя по- лучим:
U20 103
UВХ ИМС  R ВХ 36  1,818 мB < UВХ ДОП ИМС = 4 мВ - пе-
2R  R360  36
12
регрузки по входу не будет.
Полярность входных импульсов отрицательная, выходных - положи- тельная. Следовательно, необходимо операционный усилитель использовать в инверсном включении (рис. 3.1).
R4С4Вход C1
3DA1RНСН
R1+6
R32
-7
4+15 В+
R2С2С5
+
С3С6-15 ВРисунок 3.1
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
29
Изм Лист № документа Подпись Дата
65

KU ИМС  65 дБ  10 1778 раз  коэффициент усиления операционно-
20
го усилителя без цепи обратной связи.
Коэффициент усиления каскада с обратной связью
К   R4  K.(3.1)
RU ИМС
3
Для исключения шунтирующего влияния сопротивления R2, в качестве сопротивления R3 используем резистор сопротивлением 1 кОм. Расчет произ- водим без учета инвертирования.
RK  R 1650 103
К  4  K  R  3  928 Ом.
R U ИМС 4 K1778
3U ИМС
В качестве R4 используем подстроечный резистор на 1 кОм.
На входе схемы на последовательно включенные сопротивления R1 и R2
воздействует максимально напряжение UВХ = 20 мВ. Ток, протекающий через эти резисторы составитI UВХ.(3.2)
R1  R2
U20 103
I ВХ 3,13110 4 А.
R1  R2360  36
Мощности, рассеивающиеся на резисторах, составят
P  I 2  R .(3.3)
P  I 2  R  3,131104 2  360  35,3 мкВт.
R11
P I 2  R  3,131104 2  36  3,53 мкВт.
R22
В качестве сопротивлений R1 и R2 можно использовать резисторы с до- пустимой мощностью рассеивания более 0,125 Вт.
Максимальное напряжение на выходе составляет UВЫХ = 3 В. Ток, про- текающий через последовательно включенные сопротивления R4, R3, R2 со- ставит
IUВЫХ3 1,527 103 А.
4,3,2R  R  R928  1000  36
432
Мощности, рассеивающиеся на резисторах, составят
P I 2 R  1,527 103 2  928  2,165 мВт;
R44,3,24
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
30
Изм Лист № документа Подпись Дата
P I 2 R  1,527 103 2 1000  2,333 мВт;
R34,3,23
P I 2 R  1,527 103 2  36  84 мкВт.
R24,3,22
В качестве сопротивлений R4, R3 и R2 можно использовать резисторы с допустимой мощностью рассеивания более 0,125 Вт.
Величина емкости на входе
C 11 6,734 104  1000 мкФ.
10,1 2   f R0,1 2   6  396
HВХ
Величина емкости на выходе
C 1
41
RH 
0,1 2   f2   fН  CH
Н1
R
H2   f C
НH
1 2,67 105  33 мкФ.
10 103 1
0,1 2   6 2   6 15 1012
10 103 1
2   6 15 1012
В качестве элементов для реализации схемы используем элементы для поверхностного монтажа (ЧИП или SMD радио элементы).
С1: SMDECAPS1000 мкФ6,3 В  20 %; С2, С3: SMD08051040,1 мкФ50 В  5 %; С4: SMDECAPS33 мкФ16 В  20 %;
С5, С6: SMDECAPS100 мкФ25 В  20 %; R1: SMD08053610,125 Вт360 Ом  1 %; R2: SMD08053600,125 Вт36 Ом  1 %; R3: SMD08051020,125 Вт1 кОм  1 %; R4: SMD3214W1020,25 Вт1 кОм  20 %.
Чертеж принципиальной электрической схемы импульсного усилителя на операционном усилителе КНФУ.652711.001 Э3 на листе формата А4, с пе- речнем элементов КНФУ.652711.001 ПЭ3 на листе формата А4 приведены в графической части курсовой работы.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
31
Изм Лист № документа Подпись Дата
Расчет активных фильтров
Виды активных фильтров
Фильтр – это электрическая цепь, рассчитанная на пропускание сигна- лов в определенной полосе частот и подавления сигналов вне этой полосы. Электрические фильтры подразделяют на пассивные и активные. Пассивные фильтры содержат катушки индуктивности, конденсаторы и, если нужно, ре- зисторы.
Активные фильтры включают в себя кроме резисторов и конденсаторов операционные усилители и реже – катушки индуктивности, поскольку они громоздки и дорогостоящи. Достоинство активных фильтров – их компакт- ность, лучшие характеристики, в частности способность усиливать сигналы, дешевизна.
В области верхних частот рабочего диапазона активные фильтры усту- пают пассивным: практический предел рабочей полосы доходит до 10 МГц.
По взаимному расположению полос пропускания и задерживания разли- чают фильтры нижних частот (ФНЧ), имеющие полосу пропускания ниже заданной частоты среза, фильтры верхних частот (ФВЧ) с полосой пропуска- ния выше заданной частоты среза, полосовые фильтры (ПФ) с полосой про- пускания, расположенной между двумя частотами среза, и режекторные фильтры (РФ) с полосой задерживания, ограниченной двумя частотами среза и примыкающими к ней полосами пропускания.
Основная характеристика фильтра – его порядок, определяемый числом содержащихся в фильтре реактивных элементов.
Активные фильтры широко используются для усиления или ослабления определенных частот в звуковой аппаратуре, в генераторах, электронно- музыкальных инструментах, линиях связи, а также в научно- исследовательской работе для изучения частотного состава разнообразных сигналов, таких как биотоки человеческого организма, механические вибра- ции и т. д..
Для реализации активных фильтров необходимо выбрать операционный усилитель с рабочей частотой не менее 10 МГц.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
32
Изм Лист № документа Подпись Дата Выберем операционный усилитель К154УД3А, который можно исполь- зовать в заданном частотном диапазоне [6 ,стр. 20].
Микросхема К154УД3А представляет собой операционный усилитель средней точности с выходным напряжением  10 В. Предназначены для ра- боты на частотах до 15 МГц. Для обеспечения достаточно высокого входного сопротивления первый дифференциальный каскад работает в режиме малых коллекторных токов, в результате чего паразитные и корректирующие емко- сти ограничивают выходное напряжение на высокой частоте.
Корпус типа 301.8-2. Масса не более 1,5 г..Назначение выводов: 1, 8 – резистор баланса, средняя точка которого подсоединена к положительному питанию (вывод 7); 2 – инвертирующий вход; 3 – не инвертирующий вход; 4 – питание (- UП); 5 – общий вывод; 6 – выход; 7 – питание (+ UП).
Электрические параметры:
номинальное напряжение питания, В 15  10 %;
ток потребления, мА 6;
коэффициент усиления напряжения при UПИТ =  15 В,
UВХ = 0,1 В, RH = 5,05 кОм 2104;
время установления выходного напряжения, мкс 0,3;
входное сопротивление, кОм10;
выходное сопротивление, Ом150;
частота единичного усиления, МГц15;
температура окружающей среды, С ..................................................- 45 … + 85.
Типовая схема включения приведена на рис. 4.1.
R1R3С43DA1RС+6ННВходC1
2
-7
4+15 В+
R2С2С5
+
С3С6-15 ВРисунок 4.1
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
33
Изм Лист № документа Подпись Дата
4.2 Фильтр нижних частот
Для расчета ФНЧ второго порядка обладающего заданной частотой сре- за fC и коэффициентом усиления К необходимо:
Найти нормированные значения коэффициентов В и С из соответст- вующей таблицы в приложении А [7, стр. 70].
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики 2,0 дБ, тогда для характеристики Чебышева В = 0,803816; С = 0,823060.
Выбрать номинальное значение емкости С2 (предпочтительно близ- кое к значению 10 f ГР , мкФ) и номинальное значение емкости С1, удовле- творяющее условию (предпочтительно наибольшее возможное номинальное значение)
B2  4  C   K 1 C
С 2 .(4.1)
14  C
Если К > 1, вычислить значения сопротивлений
R  2;(4.2)
B  C2 B  4  C   K 1 C2  4  C  C1  C2 ГР
1
22
R 1;(4.3)
2С  С  С  R 2
121ГР
K   R1  R2 
R3 K  1;(4.4)
R4  K   R1  R2 .(4.5)
Выбрать номинальные значения сопротивлений как можно ближе к вычисленным значениям и реализовать фильтр в соответствии со схемой (рис. 4.2).
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
34
Изм Лист № документа Подпись Дата

Рисунок 4.2
С  10 10 4 106 мкФ.
2f2,5 106
ГР
Так как монтажная емкость составляет порядка 5  15 пФ, выбираем
С2 = 47 пФ.
B2  4  C   K 1 C0,8038162  4  0,82306  10 1 47 1012
С 2 
14  C4  0,82306
 4,32210-10 Ф.
По ряду Е24 выбираем емкость C1 = 430 пФ.
2
R1  22 
B  C B 4  C  K  1 C 4  C  C  C
2212ГР
2
 0,803816  473 1012 0,8038162  4  0,82306  10 147 1012 2 


 2, 26 103 Ом.

4  0,82306  430 1012  47 1012  2   2,5 106
По ряду Е24 выбираем R1 = 2,2 кОм.
R1
2С  С  С  R   2
121ГР
1 110,749 Ом.
0,82306  430 1012  47 1012  2, 2 103  2   2,5 106 2
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
35
Изм Лист № документа Подпись Дата
Для возможности точной настройки используем подстроечный много- оборотный резистор SMD-3214W в качестве R2 на номинальное значение со- противления 150 Ом.
K  R  R 10  2, 2 103  110,749
R 1 2 2,567 103 Ом.
3K 110 1
Для возможности точной настройки используем подстроечный много- оборотный резистор SMD-3214W в качестве R3 на номинальное значение со- противления 2,7 кОм.
R  K  R  R   10  2, 2 103  110,749  2,311104 Ом.
412
Для возможности точной настройки используем подстроечный много- оборотный резистор SMD-3214W в качестве R4 на номинальное значение со- противления 27 кОм.
Для выбора сопротивлений необходимо рассчитать мощности, рассеи- вающиеся на них и выбирать резисторы с допустимой мощностью рассеива- ния выше рассчитанных значений.
Мощность, рассеивающаяся на сопротивлении, определяется по форму-
ле
U 2
P  I U   R  I 2.(4.6)
R
Полагая, что максимальное напряжения питания 15 В, RИСТ = 50 Ом; RВХ = 10 кОм и учитывая последовательное включение сопротивлений рас- считаем мощности, рассеивающиеся на сопротивлениях.
Максимальное выходное напряжение UВЫХ = 10 В (см. параметры мик- росхемы К154УД3А).
С учетом того, что коэффициент передачи каскада К = 10, максимальное входное напряжение на входе составит UВХ = UВЫХ /К = 10/10 = 1 В.
Ток, протекающий через сопротивления R1, R2, RВХ и R3 определится из соотношения
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
36
Изм Лист № документа Подпись Дата
IUВХ1
1_1R  R  R R2, 2 103  110,749  10 103  2,567 103
12ВХ3
 6,72110-5 А.
Но через сопротивление R1 также протекает ток по цепи обратной связи равный
IUВЫХ10 4, 444 103 А.
1_ 2R  R2, 2 103  50
1ИСТТогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R1, составит
P R  I I2  2, 2 103  6,721105  4, 444 103 2  0,04 Вт.
R111_11_ 2
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Ток, протекающий через сопротивления R2, RВХ и R3 при воздействии напряжения по цепи обратной связи, определится из соотношения
I UВЫХ10 7,888 104 А.
2R  R R110,749  10 103  2,567 103
2ВХ3
Тогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R2, составит
P R  I I 2  110,749  6,721105  7,888 103 2 
R 221_12
 8,11105 Вт.
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Ток, протекающий через сопротивления R3 и R4 при воздействии напря- жения по цепи обратной связи, определится из соотношения
I  UВЫХ10 3,895 104 А.
3R  R2,567 103  2,311104
34
Тогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R3, составит
P R  I I  I 2  2,567 103  6,721105  7,888 104 
R331_123
 3,895 104 2  3,983 103 Вт.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
37
Изм Лист № документа Подпись Дата
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R4, составит
P  R  I 2  2,311104  3,895 104 2  3,5 103 Вт.
R 443
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
В качестве постоянных емкостей выбираем ЧИП конденсаторы на рабо- чее напряжение 50 В, сопротивлений  ЧИП резисторы, регулируемых со- противлений  многооборотные подстроечные резисторы 3214W:
сопротивление R1 SMD08052222,2 кОм  1 %;
 сопротивление R2 3214W11510,25 Вт150 Ом  10 %;
 сопротивление R3 3214W12720,25 Вт2,7 кОм  10 %;
 сопротивление R4 3214W12730,25 Вт 27 кОм  10 %;
 емкость С1 SMD0805431430 пФ50 ВNPO  1 %;
 емкость С2 SMD080547047 пФ50 ВNPO  0,5 %;
операционный усилитель К154УД3А.
Чертеж принципиальной электрической схемы фильтра нижних частот на операционном усилителе КНФУ.652711.002 Э3 на листе формата А4, с пе- речнем элементов КНФУ.652711.002 ПЭ3 на листе формата А4 для рассчи- танного фильтра приведены в графической части курсовой работы.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
38
Изм Лист № документа Подпись Дата 4.3 Фильтр верхних частот
Для расчета ФВЧ второго порядка с характеристикой Чебышева обла- дающего заданной частотой среза fC и коэффициентом усиления К необходи- мо:
Найти нормированные значения коэффициентов В и С из соответст- вующей таблицы в приложении А [7, стр. 70].
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики 2,0 дБ, тогда для характеристики Чебышева В = 0,803816; С = 0,823060.
Выбрать номинальное значение емкости С1 (предпочтительно близ- кое к значению 10 fГР , мкФ) и номинальное значения сопротивлений
4  СR2  .(4.7)
B B  8  C   K 1 ГР  С12
С
R1  С 2  R 2 ;(4.8)
12ГР
R  K  R2 ;(4.9)
3 K  1
R4  K  R2.(4.10)
Выбрать номинальные значения сопротивлений как можно ближе к вычисленным значениям и реализовать фильтр в соответствии со схемой (рис. 4.4).

Рисунок 4.4
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
39
Изм Лист № документа Подпись Дата
С  10 10 4 106 мкФ.
1f2,5 106
ГР
Выбираем С1 = 47 пФ.
4  СR2     2  8     1   С 
BBCKГР1
 4  0,82306
0,803816 0,8038162  8  0,82306  10 1
1 521,946 Ом.
2   2,5 106  47 1012
По ряду Е24 выбираем R2 = 510 Ом.
R С0,82306 2,961103 Ом.
1С 2  R 247 1012 2  510  2,5 106 2
12ГР
Для возможности точной настройки используем подстроечный много- оборотный резистор SMD-3214W в качестве R1 на номинальное значение со- противления 3,3 кОм.
R  K  R2  10  510  566,667 Ом.
3 K 110 1
Для возможности точной настройки используем подстроечный много- оборотный резистор SMD-3214W в качестве R3 на номинальное значение со- противления 680 Ом.
R  K  R  10  510  5,1103 Ом.
42
По ряду Е24 выбираем SMD0805  1 % в качестве сопротивления R2 на номинальное сопротивление 5,1 кОм.
Для выбора сопротивлений необходимо рассчитать мощности, рассеи- вающиеся на них и выбирать резисторы с допустимой мощностью рассеива- ния выше рассчитанных значений.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
40
Изм Лист № документа Подпись Дата
Полагая, что максимальное напряжения питания 15 В, RИСТ = 50 Ом; RВХ = 10 кОм и учитывая последовательное включение сопротивлений, рас- считаем мощности, рассеивающиеся на сопротивлениях.
Максимальное выходное напряжение UВЫХ = 10 В (см. параметры мик- росхемы К154УД3А).
С учетом того, что коэффициент передачи каскада К = 10, максимальное входное напряжение на входе составит UВХ = UВЫХ /К = 10/10 = 1 В.
Ток, протекающий через сопротивления R1, R4 и R3 определится из соот- ношения
IUВХ1 1,159 104 А.
1_1R  R  R2,961103  5,1103  566,667
143
Но через сопротивление R1 также протекает ток по цепи обратной связи равный
IUВЫХ10

1_ 2R  R R 510  10 103  566,667
R 2ВХ32,961103 
1R  R R510  10 103  566,667
2ВХ3
 2,901103 А.
Тогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R1, составит
P R  I I2  2,961103  1,159 104  2,901103 2 
R111_11_ 2
 0,03 Вт.
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Ток, протекающий через сопротивление R2 при воздействии входного напряжения, определится из соотношения
I UВХ 1 1,961103 А.
2_1R510
2
Тогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R2, составит
P R  I I2  510  2,901103  1,961103 2  0,01 Вт.
R 221_ 22 _1
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
41
Изм Лист № документа Подпись Дата
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Ток, протекающий через сопротивления R3 и R4 при воздействии напря- жения по цепи обратной связи, определится из соотношения
I UВЫХ10 1,765 103 А.
3_1R  R566,667  5,1103
34
Ток, протекающий через сопротивление R3 при воздействии входного напряжения, определится из соотношения
IUВХ1 9, 464 105 А.
3_ 2R R10 103  566,667
ВХ3
При воздействии напряжения обратной связи, напряжение на неинвер- тирующем входе будет определяться как
R   R R 510  10 103  566,667
U2ВХ310 

ВЫХR  R R510  10 103  566,667
UОС 2ВХ3 
R  RВХ  R 510  10 103  566,667
R 232,961103 
1R  R R510  10 103  566,667
2ВХ3
 1,411 B.
Ток, протекающий через сопротивление R3 при воздействии напряжения обратной связи, определится из соотношения
IUOC1, 411 1,336 104 А.
3_3R R10 103  566,667
ВХ3
Тогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R3, составит
P R  I I I2  566,667  1,765 103  9, 464 105 
R333 _13 _ 23 _ 3
1,336 104 2  2, 251103 Вт.
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R4, составит
P R  I2  5,1103  1,765 103 2  0,016 Вт.
R 443 _1
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
42
Изм Лист № документа Подпись Дата
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
В качестве постоянных емкостей выбираем ЧИП конденсаторы на рабо- чее напряжение 50 В, сопротивлений  ЧИП резисторы, регулируемых со- противлений  многооборотные подстроечные резисторы 3214W:
 сопротивление R1 3214W13320,25 Вт3,3 кОм  10 %;
сопротивление R2 SMD0805511510 Ом  1 %;
 сопротивление R3 3214W16810,25 Вт680 Ом  10 %;
сопротивление R4 SMD08055125,1 кОм  1 %;
 емкость С1 SMD080547047 пФ50 ВNPO  1 %;
 емкость С2 SMD080547047 пФ50 ВNPO  0,5 %;
операционный усилитель К154УД3А.
Чертеж принципиальной электрической схемы фильтра верхних частот на операционном усилителе КНФУ.652711.003 Э3 на листе формата А4, с пе- речнем элементов КНФУ.652711.003 ПЭ3 на листе формата А4 для рассчи- танного фильтра приведены в графической части курсовой работы.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
43
Изм Лист № документа Подпись Дата 4.4 Полосно-пропускающий фильтр
Для расчета полосно-пропускающего фильтра второго порядка, обла- дающих заданной центральной частотой f0, коэффициентом усиления звена К и добротностью Q необходимо выполнить следующие шаги.
Для расчета определяем нормированные коэффициенты фильтров второго порядка с чебышевской характеристикой В и С из соответствующей таблицы в приложении А [7, стр. 70].
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики 2,0 дБ, тогда для характеристики Чебышева В = 0,803816; С = 0,823060.
Выбрать номинальное значение емкости С1 (предпочтительно близ- кое к значению 10 fГР , мкФ) и вычислить значения сопротивлений
К
R1     С ,(4.11)
01
2  К 1
R2   2,(4.12)
          2  8     K 1    С K 1 01
1 11 
R3   2  С 2   R  R ,(4.13)
0112 
  K C ,(4.14)
Q
  D ,(4.15)
E
  D2,(4.16)
где
C  4  Q2 C  4  Q2 2  2  B  Q2
E  1 ,(4.17)
B2
1  B  E B  E 2
D    4 .(4.18)
2 QQ

Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
44
Изм Лист № документа Подпись Дата 20101556320023
R  K  R3 ;(4.19)
4 K  1
R5  K  R3.(4.20)
3). Выбрать номинальные значения сопротивлений как можно ближе к вычисленным значениям и реализовать фильтр в соответствии со схемой (рис. 4.6).

Рисунок 4.6
По техническому заданию fH = 0,8 МГц; fB = 0,9 МГц и КФ = 20.
f f0,8 106  0,9 106
Центральная частота f  HB  0,85 106 Гц.
022
С  10 10 1,176 105 мкФ.
1f0,85 106
0
Так как монтажная емкость составляет порядка 5 - 15 пФ, то выбираем С1 = 910 пФ (предварительные расчеты показывают, что малые значения C1 приводят к большим значениям сопротивлений R4, R5).
ff0,85 106
Добротность Q  0  0  8,5.
П f  f 0,9 106  0,8 106
АБСBH
  K C  20 0,82306  2,135 Ом.
Q8,5
R К20 1,928 103 Ом.
1   С2,135  2   0,85 106  910 1012
01
По ряду Е24 выбираем R1 = 2 кОм.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
45
Изм Лист № документа Подпись Дата 20093947844022
1C  4  Q2 C  4  Q2 2  2  B  Q2 1
E 
B20,803816
0,82306  4  8,52  0,82306  4  8,52 2  2  0,803816  8,52

2
 21,173.
1  B  E B  E 2
D   4  
2 QQ

1  0,803816  21,173  0,803816  21,173 2
   4   1,049.
2 8,58,5 

  D  1,049  0,05.
E21,173
  D2  1,0492  1,1.
2  К 1
R2   2
         2  8    K  1    С K  101
2 20 1
 2,135    0,05 2,135  0,05  8 1,20 1 
 22
 20 1 
1 588,986 Ом.
2   0,85 106  910 1012
Для возможности точной настройки используем подстроечный много- оборотный резистор SMD-3214W в качестве R2 на номинальное значение со- противления 680 Ом.
1  1 1 1
R3   2  С 2   R  R  6 212 2 
0112 1,1 2   0,85 10   910 10
11  3,847 104 Ом.
 2 103588,986 

По ряду Е24 выбираем R3 = 3,9 кОм.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
46
Изм Лист № документа Подпись Дата
R  K  R3  20  3,9  4,05 104 Ом.
4 K 120 1
Для возможности точной настройки используем подстроечный много- оборотный резистор SMD-3214W в качестве R4 на номинальное значение со- противления 47 кОм.
R  K  R  20  3,9  7,695 105 Ом.
53
Для возможности точной настройки используем подстроечный много- оборотный резистор SMD-3214Wна номинальное значение сопротивления
22 кОм, включенное последовательно с постоянным сопротивлением 750
кОм.
Полагая, что максимальное напряжения питания 15 В, RИСТ = 50 Ом; RВХ = 10 кОм и учитывая последовательное включение сопротивлений рас- считаем мощности, рассеивающиеся на сопротивлениях.
Максимальное выходное напряжение UВЫХ = 10 В (см. параметры мик- росхемы К154УД3А).
С учетом того, что коэффициент передачи каскада К = 20, максимальное входное напряжение на входе составит UВХ = UВЫХ /К = 10/20 = 0,5 В.
Ток, протекающий через сопротивление R1 определится из соотношения
I UВХ 0,5 2,5 104 А.
1_1R2 103
1
Но через сопротивление R1 также протекает ток по цепи обратной связи равный
IUВЫХ10 3,789 103 А.
1_ 2R  R  R588,986  2 103  50
21ИСТТогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R1, составит
P R  I I2  2 103  2,5 103  3,789 103 2  0,03 Вт.
R111_11_ 2
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Ток, протекающий через сопротивление R2, определится из соотношения
IUВХ0,5
2_1R  R  R  R2 103  588,986  4,05 104  7,695 105
1245
 3,789 103 А.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
47
Изм Лист № документа Подпись Дата
Но через сопротивление R2 также протекает ток по цепи обратной связи равный
IUВЫХ10 6,153 107 А.
2_ 2R  R  R588,986  2 103  50
21ИСТТогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R2, составит
P R  I I2  588,986  3,789 103  6,153 107 2  8, 46 103 Вт.
R 222 _12 _ 2
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Ток, протекающий через сопротивление R3, определится из соотношения
IUВХ0,5 2, 228 103 А.
3_1R  R2 103  3,9 103
13
Но через сопротивление R3 также протекает ток по цепи обратной связи равный
I UВЫХ10 8, 475 105 А.
3_ 2R  R588,986  3,9 103
23
Тогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R3, составит
P R  I I2  3,9 103  2, 228 103  8, 475 105 2  0,021 Вт.
R333 _13 _ 2
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Ток, протекающий через сопротивление R4, определится из соотношения
IUВХ0,5 1, 235 105 А.
4_1R  R R2 103  10 103  4,05 104
1ВХ4
Но через сопротивление R4 также протекает ток по цепи обратной связи равный
I UВЫХ10 9,524 106 А.
4_ 2R  R7,695 105  4,05 104
54
Тогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R4, составит
P R  I I2  4,05 104  1, 235 105  9,524 106 2  1,94 105 Вт.
R 444 _14 _ 2
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Ток, протекающий через сопротивление R5, определится из соотношения
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
48
Изм Лист № документа Подпись Дата
IUВХ0,5
5_1R  R  R  R2 103  588,986  7,695 105  4,05 104
1254
 1, 235 105 А.
Но через сопротивление R5 также протекает ток по цепи обратной связи равный
I UВЫХ10 6,153 107 А.
5_ 2R  R7,695 105  4,05 104
54
Тогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R5, составит
P R  I I2  7,695 105  1, 235 105  6,153 107 2  1, 29 104 Вт.
R555 _15 _ 2
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
В качестве постоянных емкостей выбираем ЧИП конденсаторы на рабо- чее напряжение 50 В, сопротивлений  ЧИП резисторы, регулируемых со- противлений  многооборотные подстроечные резисторы 3214W:
сопротивление R1 SMD08052022 кОм  1 %;
 сопротивление R2 3214W16810,25 Вт680 Ом  10 %;
сопротивление R3 SMD08053923,9 кОм  1 %;
 сопротивление R4 3214W14730,25 Вт 47 кОм  10 %;
сопротивление R5_1 SMD0805754750 кОм  1 %;
 сопротивление R5_2 3214W12230,25 Вт22 кОм  10 %;
 емкость С1 SMD0805911910 пФ50 ВNPO  1 %;
 емкость С2 SMD0805911910 пФ50 ВNPO  1 %;
операционный усилитель К154УД3А.
Чертеж принципиальной электрической схемы полосно-пропускающего фильтра на операционном усилителе КНФУ.652711.004 Э3 на листе формата А4, с перечнем элементов КНФУ.652711.004 ПЭ3 на листе формата А4 для рассчитанного фильтра приведены в графической части курсовой работы.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
49
Изм Лист № документа Подпись Дата
4.5 Полосно-заграждающий фильтр
Для расчета полосно-заграждающего фильтра второго порядка, обла- дающего заданной центральной частотой f0, коэффициентом усиления звена К и добротностью Q необходимо выполнить следующие шаги.
Для расчета определяем нормированные коэффициенты фильтров второго порядка с чебышевской характеристикой В и С из соответствующей таблицы в приложении А [7, стр. 70].
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики 2,0 дБ, тогда для характеристики Чебышева В = 0,803816; С = 0,823060.
Выбрать номинальное значение емкости С1 (предпочтительно близ- кое к значению 10 f ГР , мкФ) и вычислить значения сопротивлений
R 1,(4.21)
12   С  Q  С
01
2  C  Q
R2    С ,(4.22)
01
R   R1  R2  ,(4.23)
3R  R
12
R  K  R3 ,(4.24)
4 K  1
R5  K  R3.(4.25)
Выбрать номинальные значения сопротивлений как можно ближе к вычисленным значениям и реализовать фильтр в соответствии со схемой (рис. 4.7).

Рисунок 4.7
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
50
Изм Лист № документа Подпись Дата
По техническому заданию fH = 0,8 МГц; fB = 0,9 МГц и КФ = 20.
f f0,8 106  0,9 106
Центральная частота f  HB  0,85 106 Гц.
022
С  10 10 1,176 105 мкФ.
1f0,85 106
0
Так как монтажная емкость составляет порядка 5 - 15 пФ, выбираем
С1 = 1000 пФ.
ff0,85 106
Добротность Q 0 0 8,5.
Пf  f0,9 106  0,8 106
АБСBH
  K C  20 0,82306  2,135 Ом.
Q8,5
R 11
12   С  Q  С2  2   0,85 106  0,82306  8,5 1000 1012
01
 250,758 Ом.
Для возможности точной настройки используем подстроечный много- оборотный резистор SMD-3214W в качестве R1 на номинальное значение со- противления 330 Ом.
R  2  C  Q 2  0,82306  8,5 2,62 103 Ом.
2  С2   0,85 106  1000 1012
01
По ряду Е24 выбираем R2 = 2,7 кОм.
R  R250,758  2,7 103
R 12  228,853 Ом.
3 R  R 250,758  2,7 103 
12
По ряду Е24 выбираем R3 = 220 Ом.
R  K  R3  20  220  240,898 Ом.
4  K 1 20 1
Для возможности точной настройки используем подстроечный много- оборотный резистор SMD-3214W в качестве R4 на номинальное значение со- противления 270 Ом.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
51
Изм Лист № документа Подпись Дата 20093943651499
R  K  R  20  220  4, 4 103 Ом.
53
Для возможности точной настройки используем подстроечный много- оборотный резистор SMD-3214W в качестве R5 на номинальное значение со- противления 4,7 кОм.
Полагая, что максимальное напряжения питания 15 В, RИСТ = 50 Ом; RВХ = 10 кОм и учитывая последовательное включение сопротивлений рас- считаем мощности, рассеивающиеся на сопротивлениях.
Максимальное выходное напряжение UВЫХ = 10 В (см. параметры мик- росхемы К154УД3А).
С учетом того, что коэффициент передачи каскада К = 20, максимальное входное напряжение на входе составит UВХ = UВЫХ /К = 10/20 = 0,5 В.
Ток, протекающий через сопротивление R1 определится из соотношения
IUВХ0,5
1_1R  R  R R250,758  2,7 103  10 103  240,898
12ВХ4
 3,79 105 А.
Но через сопротивление R1 также протекает ток по цепи обратной связи равный
I UВЫХ1 0,021 А.
1_ 2R  R220  250,758
31
Тогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R1, составит
P R  I I2  250,758  3,79 105  0,0212  0,11 Вт.
R111_11_ 2
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Ток, протекающий через сопротивление R2, определится из соотношения
IUВХ0,5
2_1R  R  R R250,758  2,7 103  10 103  240,898
12ВХ4
 3, 425 103 А.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
52
Изм Лист № документа Подпись Дата
Но через сопротивление R2 также протекает ток по цепи обратной связи равный
I UВЫХ1 3,79 105 А.
2_ 2R  R220  2,7 103
32
Тогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R2, составит
P R  I I2  2,7 103  3, 425 103  3,79 105 2  0,032 Вт.
R 222 _12 _ 2
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Ток, протекающий через сопротивление R3, определится из соотношения
IUВХ0,5 0,021 А.
3_1R  R  R220  240,898  4, 4 103
345
Но через сопротивление R3 также протекает ток по цепи обратной связи равный
I UВЫХ1 1,029 104 А.
3_ 2R  R220  250,758
31
Тогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R3, составит
P R  I I2  220  0,021  1,029 104 2  0,1 Вт.
R333 _13 _ 2
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Ток, протекающий через сопротивление R4, определится из соотношения
IUВХ0,5 2,155 103 А.
4_1R  R  R R250,758  2,7 103  104  240,898
12ВХ4
Но через сопротивление R4 также протекает ток по цепи обратной связи рав- ный
I UВЫХ10 3,79 105 А.
4_ 2R  R4, 4 103  240,898
54
Тогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R4, составит
P R  I I2  240,898  2,155 103  3,79 105 2  1,16 103 Вт.
R 444 _14 _ 2
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
53
Изм Лист № документа Подпись Дата
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
Ток, протекающий через сопротивление R5, определится из соотношения
IUВХ0,5 2,155 103 А.
5_1 R  R  R 220  4, 4 103  240,898
354
Но через сопротивление R5 также протекает ток по цепи обратной связи равный
I UВЫХ10 1,029 104 А.
5_ 2 R  R 4, 4 103  240,898
54
Тогда мощность, рассеивающаяся на сопротивлении R5, составит
P R  I I2  4, 4 103  2,155 103  1,029 104 2  0,02 Вт.
R555 _15 _ 2
Возможно использование резисторов с допустимой мощностью рассеи- вания от 0,125 Вт и выше.
В качестве постоянных емкостей выбираем ЧИП конденсаторы на рабо- чее напряжение 50 В, сопротивлений  ЧИП резисторы, регулируемых со- противлений  многооборотные подстроечные резисторы 3214W:
 сопротивление R1 3214W13310,25 Вт330 Ом  10 %;
сопротивление R2 SMD08052722,7 кОм  1 %;
сопротивление R3 SMD0805221220 Ом  1 %;
 сопротивление R4 3214W12710,25 Вт 270 Ом  10 %;
 сопротивление R5 3214W14720,25 Вт4,7 кОм  10 %;
 емкость С1 SMD08051021000 пФ50 ВNPO  1 %;
 емкость С2 SMD08052022000 пФ50 ВNPO  1 %;
 емкость С3 SMD08051021000 пФ50 ВNPO  1 %;
операционный усилитель К154УД3А.
Чертеж принципиальной электрической схемы полосно-заграждающего фильтра на операционном усилителе КНФУ.652711.005 Э3 на листе формата А4, с перечнем элементов КНФУ.652711.005 ПЭ3 на листе формата А4 для рассчитанного фильтра приведены в графической части курсовой работы.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
54
Изм Лист № документа Подпись Дата
5 Логика на комплементарных полевых транзисторах
Для проектирования цифровых ИС кроме биполярных n-р-n- и p-n-p- транзисторов используются также униполярные полевые n- и канальные транзисторы (рис. 5.1, а), которые называются МОП-транзисторами (MOS- transistors; MOS Metal-Oxide-Semiconductor металл-окисел-полупроводник). В общем случае полевой транзистор имеет четыре электрода: исток S (Source), сток D (Drain), затвор G (Gate) и подложка SS (Substrate). Вывод затвора в изображении полевых транзисторов смещается ближе к истоковому выводу. Изображение канала с обогащением штриховой линией символизирует от- сутствие проводимости между стоком и истоком при нулевом напряжении затвор-исток. На рис. 5.17, а символами "+" и "" обозначены полярности на- пряжений на электродах для нормального режима работы полевого транзи- стора. Подложка SS обычно подключается к истоку или к одному из полюсов источника питания.

Рисунок 5.1
На рис. 5.1, б показана схема включения пары комплементарных транзи- сторов (транзисторов с разными типами каналов), представляющая собой электронный ключ инвертор (ЛЭ НЕ). Особенностью данного ключа является отсутствие тока через транзисторы в статическом состоянии, так как при лю- бом значении входного сигнала один из последовательно включенных тран- зисторов закрыт. Ключ потребляет ток только при его переключении на ин-
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
55
Изм Лист № документа Подпись Дата тервале времени, в течение которого изменяется входной сигнал. На этом ин- тервале оба транзистора открыты, так как входной сигнал имеет значения 0 < VI < VDD, что приводит к значениям разностей напряжений между затворами и истоками n- и р-канальных транзисторов, значительно отличающимися от нулевых. Наибольший ток протекает при VI = VDD/2.
Полевые транзисторы позволяют построить не только цифровые, но и аналоговые ключи для коммутации двуполярных аналоговых сигналов, что невозможно сделать на биполярных транзисторах. На рис. 5.1, в показан ос- новной элемент такого аналогового ключа (вместо потенциала земли для коммутации двуполярных сигналов следует подать отрицательное напряжете VEE). При значениях Gp = VDD И Gn = VEE оба транзистора закрыты (сопротив- ление ROFF закрытого ключа составляет cотни МОм) ключ разомкнут, а при Gp = VEE И Gn = VDD открывается один из транзисторов в зависимости от по- лярности коммутируемого входного напряжения VEE < VI < VDD. В этом слу- чае сопротивление между полюсами ключа In/Out и Out/In Проставляет от единиц до сотен Ом в зависимости от типа ключа (сопротивление RON откры- того ключа). Чем меньше зависимость величины RON от напряжения комму- тируемого сигнала, тем выше линейность ключа. При проектировании анало- говых ключей принимают меры по улучшению их линейности. Вход In/Out и выход Out/In у аналогового ключа неразличимы входом будет тот полюс ключа, на который подан коммутируемый сигнал.
Разработаны три основные технологии изготовления ИС на полевых транзисторах:
n-МОП технология (n-MOS technology),
р-МОП технология (p-MOS technology),
КМОП технология (CMOS technology; CMOS Complementary MOS).
Все эти технологии постоянно совершенствуются с целью увеличения быстродействия и степени интеграции элементов на кристалле. К настояще- му времени разработано несколько деcятков этих технологий.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
56
Изм Лист № документа Подпись Дата Схемотехника КМОП ИС. Первые КМОП ИС серии CD4000 были раз- работаны фирмой RCA в 1968 г., затем была выпущена серия CD4000A, вы- тесненная впоследствии (1976 г.) серией CD4000B с улучшенными характе- ристиками. Данные cерии ИС выпускают многие зарубежные фирмы, напри- мер, Motorola (ИС серии МС14000В), National Semiconductor (ИС серии CD4000B), Phillips Components (ИС серии HEF4000B), SGS-Ates (ИС серий HCC4000B/HCF4000B) и др. Общим недостатком ИС всех этих серий являет- ся их низкое быстродействие (время задержки сигналов tpd достигает сотен нc) и малые значения выходных токов.
В 1981 г. фирмами Motorola и National Semiconductor были разработаны ИС серий 54НС/74НС (НС High speed CMOS), близкие по физическим пара- метрам к сериям 54LS/74LS. В частности, быстродействие этих КМОП и ТТЛ серий одинаково (среднее время задержки вентиля tpd = 10 нc). Еще большее быстродействие было достигнуто в КМОП сериях 54АС/74АС (АС Advanced CMOS), разработанных в 1985 г. фирмой Texas Instruments Inc. (tpd = 3,5 нc). Положительные свойства как ТТЛ ИС, так и КМОП ИС были реализованы фирмой TI в ИС серии ВСТ (1987 г.), изготовляемых по BiC МОS-технологии (Bipolary CMOS TTL Compatible input технология с размещением биполярных и КМОП транзисторов на одном кристалле с уровнями входных и выходных сигналов ИС, совместимых с ТТЛ-уровнями).
В таблице 5.1 приведено соответствие отечественных и зарубежных се- рий КМОП ИС. Напряжение питания у КМОП ИС можно изменять в широ- ких пределах чем выше напряжение питания, тем больше быстродействие ИС. По выполняемым функциям и (или) нумерации выводов ИС серий 4000 в большинстве своем отличаются от ТТЛ ИС аналогичного функционального назначения. Функциональный ряд ИС серий 54НС/74НС включает в себя часть ИС как ТТЛ серий 54/74, так и КМОП серий 4000 (ИС с одинаковыми номерами во всех этих сериях имеют одинаковое функциональное назначе- ние и нумерацию выводов).
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
57
Изм Лист № документа Подпись Дата Таблица 5.1  Соответствие отечественных и зарубежных КМОП серий
На рис. 5.2, а показаны цепи диодной защиты входов и выходов ЛЭ от электростатического напряжения у ИС серии CD4000A, а на рис. 5.2, б у ИС серии CD4000B. Такую защиту входов и выходов имеют все цифровые ИС, кроме преобразователей уровней напряжений CD4049UB (561ЛН2) и CD4050B (561ПУ4), у которых используется другое вариант защиты входов (рис. 5.3).

Рисунок 5.2

Рисунок 5.3
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
58
Изм Лист № документа Подпись Дата Отечественные серии ИС Зарубежные серии
ИС Фирма Напряжение питания, В164, 176 CD4000 RCA 9 и 3 ... 15
564, 561 CD4000A
МС14000А RCA Motorola 3 ... 15
КР1561 CD4000B
МС14000В RCA Motorola 3 ... 18
1564 54НС National Semicon- ductor, Motorola 2 ... 6
КР1554 КР1594 74АС
74ACT Texas Instruments 3 ... 5,5

При первом варианте защиты входов уровни входных сигналов не должны превышать напряжения питания VDD из-за открывания диода, вклю- ченного между входом и полюсом VDD. При втором варианте защиты уровни входных сигналов могут в несколько раз превышать значение VDD, не выводя ИС из строя (избыточное напряжение гасится на резисторе). В этом случае ИС работает как понижающий преобразователь уровня логической 1. Вход- ная цепь обеспечивает также защиту от отрицательных значений напряжений входных сигналов. В дальнейшем цепи защиты входов и выходов, как прави- ло, показываться не будут.
Различие между сериями CD4000A (рис. 5.3, а) и CD4000В (рис. 5.3, б) заключается в наличии на выходах ИС послед ней дополнительных буферов для развязки ИС от внешней среды. Вместо серии CD4000A в настоящее вре- мя выпускается серия СD4000UВ с не буферированными выходами, имею- щая аналогичные электрические параметры (UB  Unbuffered, В - Buffered). Наличие в серии CD4000B дополнительных выходных буферов приводит к увеличению задержек сигналов в ЛЭ но улучшает переключательные харак- теристики. Сравнительная характеристика этих серий приведена в таблице 5.2.
Таблица 5.2  Параметры ИС серий CD4000B и CD4000UB
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
59
Изм Лист № документа Подпись Дата Параметр CD4000B CD4000UB
1 2 3
Выходное сопротивление при VDD = 5
В, Ом (typ) 400 зависит от числа входов
Задержка распространения, измерен- ная на уровне 50 % от VDD, нс 150 (VDD = 5 В)
65 (VDD = 10 В)
50 (VDD = 15 В) 60 (VDD = 5 В)
30 (VDD = 10 В)
25 (VDD = 15 В)
Коэффициент усиления по перемен- ному току, dB 68 28 (VDD = 5 В)
23 (VDD = 10 В)
18 (VDD = 15 В)
230 (VDD = 5 В) 710 (VDD = 5 В)
Ширина полосы пропускания, кГц 280 (VDD = 10 В) 885 (VDD = 10 В)
295 (VDD = 15 В) 2800 (VDD = 15 В)

Окончание таблицы 5.2
Реализация аналогового ключа MC14016B показана на рис. 5.4. При зна- чении сигнала ОЕ = 1 (ОЕ  Output Enable) ключ открыт, а при ОЕ = 0 за- крыт. В закрытом состоянии ключ характеризуется большим выходным им- педансом и принято говорить, что выход находится в Z-состоянии. Вместо потенциала земли можно подать отрицательное напряжение VEE, но при этом должно выполняться условие VDD  VEE  15 В.

Рисунок 5.4Рисунок 5.5
Схема двухвходового ЛЭ ИЛИ-НЕ CD4001B представлена на рис. 5.5. Выходной каскад на двух комплементарных транзисторах является буфер- ным каскадом, так как он изолирует все внутренние связи от выхода ЛЭ. Раз- личие между не буферированной (UB) и буферированной (В) сериями на- глядно видно из рис. 5.6, где представлены ЛЭ MC14011UB и MC14011B, выполняющие одинаковые функции 2И-НЕ. Другое схемотехническое ис- полнение ЛЭ 2И-НЕ показано на рис. 5.7.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
60
Изм Лист № документа Подпись Дата 1 2 3
Входная емкость, пФ (typ) 1 - 2 2 - 3
пФ (max) 2 - 4 5 - 10
1 (VDD = 5 В) 0,5 (VDD = 5 В)
Допустимая величина помех, В2 (VDD = 10 В) 1 (VDD = 10 В)
2,5 (VDD = 15 В) 1 (VDD = 15 В)


Рисунок 5.6Рисунок 5.7
Универсальный набор элементов, состоящий из двух комплементарных пар МОП-транзисторов и инвертора, реализован в ИС CD4007UB (рис. 5.8).

Рисунок 5.8
Данный набор позволяет пользователю с помощью внешних соединений выводов ИС получать аналоговые коммутаторы и ЛЭ:
аналоговый двухканальный коммутатор (рис. 5.9)  соединены выводы 2
и 9; 4 и 11; 3 и 6; 8, 10 и 13; 1, 5 и 12;
три инвертора  соединить выводы 2, 11 и 14; 4, 7 и 9; 8 и 13 (выход НЕсо входом 6); 1 и 5 (выход НЕ со входом 3); 10 вход НЕ, 12 выход НЕ;
3ИЛИ-НЕ соединить выводы 4, 7 и 9; 2 и 13; 1 и 11; 5, 8 и 12 (выход ЛЭсо входами 3, 6 и 10);
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
61
Изм Лист № документа Подпись Дата 3И-НЕ  соединить выводы 2, 11 и 14; 4 и 8; 5 и 9; 1, 12 и 13 (выход ЛЭсо входами 3, 6 и 10);

Рисунок 5.9
ЛЭ, реализующий функцию f  x1   x2  x3   соединить выводы 2 и 14; 4, 8 и 9; 1 и 11; 5, 12 и 13 (выход f; 6  х1, 3  х2, 10  x3);

ЛЭ, реализующий функцию f  x1  x2  x3  соединить выводы 2 и 14; 7
и 9; 4 и 8; 1, 11 и 13; 5 и 12 (выход f; 6  х1, 3  х2, 10  x3);
инвертор с Z-состоянием выхода, выполняющий функцию f  x при OE  0 и Z-состояние выхода f при OE  1  соединить выводы 8, 11 и 13; 6 и 9 ( OE ; 10  x, 12  f).
По сравнению с ТТЛ ИС следует отметить следующие достоинства
КМОП ИС серий 4000 (серий 561 и 1561):
малая мощность потребления в диапазоне частот до 2 МГц (в статиче- ском режиме мощность потребления составляет 0,02 ... 1 мкВт на вентиль);
большой диапазон напряжения питания (3 ... 15 В) можно использо- вать нестабилизированный источник питания; очень высокое входное сопро- тивление (103 ... 106 МОм); большая нагрузочная способность (n = 50; n = 1000 на частотах до 10 кГц);
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
62
Изм Лист № документа Подпись Дата
малая зависимость характеристик от температуры.
К недостаткам КМОП ИС серий 4000 (серий 561 и 1561) следует отне-
сти:
повышенное выходное сопротивление (0,5 ... 1 кОм);
большое влияние емкости нагрузки и напряжения питания на время задержки, длительность фронтов и потребляемую мощность;
большие времена задержек и длительности фронтов;
большой разброс всех параметров.
Увеличение мощности потребления с повышением частоты переключе- ния вызвано наличием паразитных емкостей у входов ИС. Зависимость ди- намической мощности потребления Р от емкости С, частоты переключения f и напряжения питания VDD определяется формулой:
P  0,5  C V 2  f .(5.1)
DD
Графики зависимостей рассеиваемой мощности Р от частоты f для КМОП и ТТЛ ИС пересекаются на некоторой частоте, поскольку у ТТЛ ИС динамическая мощность очень слабо зависит от частоты переключения. На предельно допустимых частотах мощность потребления КМОП ИС оказыва- ется такого же порядка, что и у ТТЛ ИС.
В статическом режиме (без перегрузки) у КМОП ИС уровни выходных сигналов значительно отличаются от уровней ТТЛ ИС: VOL = 0 В и VOH = VDD у КМОП ИС в отличие от типовых значений VOL = 0,2 В и VOH = 3,4 В у ТТЛ ИС. Требования к уровням входных сигналов также значительно различают- ся: VIL < 0,2VDD и VIH > 0,8VDD у КМОП ИС в отличие от VIL < 0,8 В и VIH > 2,0 В у ТТЛ ИС. Соответственно различаются пороги переключения: VDD/2 ДЛЯ КМОП ИС и 1,2 В для ТТЛ ИС. Это вызывает определенные труд- ности при использовании в одном устройстве ТТЛ и КМОП ИС уровень VОHTTL < VIHCMOS при VDD = 5 В.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
63
Изм Лист № документа Подпись Дата В сериях SN54/SN74 выпускаются КМОП ИС двух типов: серии 54НС/74НС и 54АС/74АС, не согласованные по входам с ТТЛ ИС, и серии 54НСТ/74НСТ и 54АСТ/74АСТ, согласованные по входам с ТТЛ ИС (не тре- бующие дополнительного преобразования уровней). Эти серии различаются выполнением входных и выходных цепей ИС, показанных на рис. 5.10, а для ИС серий 54НС/74НС, на рис. 5.10, б для ИС серий 54НСТ/74НСТ, на рис.
5.11 для ИС серий 54АС/74АС и на рис. 5.12 для ИС серий 54АСТ/74АСТ. По- роги переключения у ИС серий 54НСТ/74НСТ и 54АСТ/74АСТ находятся ме- жду 1,3 ... 1,45 В, а у ИС серий 54НС/74НС и 54АС/74АС порог переключе- ния равен VCC/2 при требовании к уровням входных сигналов, задаваемом неравенствами VIL < 0,3VCC и VIH > 0,7VCC.

Рисунок 5.10

Рисунок 5.11Рисунок 5.12
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
64
Изм Лист № документа Подпись Дата Помехоустойчивость ИС серий SN54/SN74 приведена в таблице 5.3, из которой видно, что она значительно выше, чем у ТТЛ серий. Предельные значения параметров ИС этих серий указаны в таблице 5.4, а рекомендуемые условия эксплуатации в таблице 5.5.
Таблица 5.3  Помехоустойчивость ИС КМОП серий
Таблица 5.4  Предельные значения параметров ИС серий SN74
Таблица 5.5  Рекомендуемые условия эксплуатации ИС серий SN74
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
65
Изм Лист № документа Подпись Дата Тип
ИС VOH,
В
typ VOL,
В
typ VTH, B VH, B
typ VL, B
typ VOH,
В
min VIH, В
min VOL,
В
max VIL,
В
max VH, B VL, B
НС 3,84 0,33 2,25 1,59 1,92 3,84 3,15 0,33 0,9 0,69 0,57
HCT 3,84 0,33 1,3 2,54 0,97 3,84 2,0 0,33 0,8 1,84 0,47
АС 3,8 0,44 2,25 1,55 1,81 3,8 3,15 0,44 1,35 0,65 0,91
ACT 3,8 0,44 1,5 2,39 1,05 3,8 2,0 0,44 0,8 1,8 0,36
ВСТ 3,2 0,35 1,4 1,8 1,05 2,4 2,0 0,5 0,8 0,4 0,3
Параметр НС НСТ AC ACT
Напряжение питания, В7,0 6,0
Отрицательное напряжение питания, В-0,5
Положит, входное напряжение, ВVCC + 0,5
Отрицательное входное напряжение, В- 0,5
Входной ток, мА (max) ± 20
Температурный диапазон, °С-65 ... +150
Параметр НС НСТ АС ACT
Напряжение питания, В2 - 6 4,5 - 5,5 3 - 5,5 4,5 - 5,5
VlLmax, B 0,9 0,8 1,35 0,8
VIHmin, B 3,15 2,0 3,15 2,0
Крутизна фронтов входных сигналов, нс/В110 125 10 10
Температурный диапазон, °С-40 ... + 85

Интегральные схемы КМОП серий, имеющие одинаковые номера (у за- рубежных ИС) или одинаковые буквенно-цифровые обозначения (у отечест- венных ИС раздельно по группам серий 176/561/564/1561 и 1564/1554), вы- полняют одинаковые функции и совпадают по разводке внешних выводов. В дальнейшем на рисунках для ИС КМОП серий будет указываться название ИС только одной конкретной серии, хотя аналогичные ИС могут быть и в других сериях.
На рис. 5.13 представлены ЛЭ И-НЕ, И, НЕ, ИЛИ-НЕ и сумма по моду- лю два, выпускаемые отечественной промышленностью. На графических обозначениях указаны номера аналогов зарубежных ИС.

Рисунок 5.13
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
66
Изм Лист № документа Подпись Дата Логические элементы серии 176 приведены на рис. 5.14. Применение ИС 176ЛП1 было рассмотрено выше при описании ее зарубежного аналога CD4007 (СОР  комплементарные пары транзисторов, G  затвор, DP и DN  стоки р-канального и n-канального транзисторов, SP и SN истоки p- канального и n-канального транзисторов). Зарубежные ЛЭ, не имеющие в на- стоящее время отечественных аналогов, показаны на рис. 5.15 и 5.16.

Рисунок 5.14
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
67
Изм Лист № документа Подпись Дата
Рисунок 5.15
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
68
Изм Лист № документа Подпись Дата
Рисунок 5.16
Интегральные схемы серий 54АС11000/74АС11000. Для уменьшения уровня помех у быстродействующих КМОП ИС, возникающих при переклю- чении ЛЭ, предпочтительнее использовать центральное расположение выво- дов питания на кристалле, причем выходы ИС следует располагать на той стороне, где находится общий вывод питания (GND). Фирма TI выпустила серии ИС SN54AC11xxx/SN74AC11xxx и SN54ACT11xxx/SN74ACT11xxx, где число 11 указывает на центральное расположение выводов питания ИС, а числа ххх порядковый номер ИС, как и в остальных сериях SN54/SN74. На рис. 5.17 приведены ЛЭ этих серий.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
69
Изм Лист № документа Подпись Дата
Рисунок 5.17
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
70
Изм Лист № документа Подпись Дата Заключение
В результате выполнения курсовой работы спроектирован импульсный усилитель для усиления отрицательных импульсов амплитудой 20 мВ до им- пульсов положительной полярности с амплитудой 3 В на нагрузке сопротив- лением 10 кОм и емкостью 15 пФ.
Транзисторный импульсный усилитель выполнен на базе транзисторов КТ3107К. Для обеспечения требуемого усиления потребуется три каскада усиления. Расчеты показали, что режимы работы при заданных входных па- раметрах усилителя не превышают предельно допустимых для транзистора. Общий коэффициент усиления рассчитан с запасом по отношению к задан- ному в техническом задании.
Усилитель на интегральной микросхеме удовлетворяет всем характери- стикам, предъявляемым техническим заданием. По заданному рабочему диа- пазону частот и времени установления использован операционный усилитель LM7171 по типовой схеме включения в режиме инверсного усиления.
Синтезированы и рассчитаны все элементы, входящие в активные фильтры: ФНЧ, ФВЧ, ППФ, ПЗФ. Характеристики фильтров полностью со- ответствуют заданным в техническом задании.
В приложении приведены чертежи схем электрических принципиальных импульсного усилителя на транзисторах, импульсного усилителя на инте- гральной микросхеме, активных фильтров с перечнями элементов.
Описано назначение, основные характеристики, принцип работы цифро- вых элементов (устройств) – логики на комплементарных полевых транзи- сторах (КМОП) и приведены их электрические схемы.
Таким образом, в результате выполнения курсовой работы получены на- выки проектирования и расчета элементов схемы при разработке импульсно- го усилителя и активных фильтров на базе операционных усилителей.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
71
Изм Лист № документа Подпись Дата Список литературы
Бастракова, М. И. Схемотехника телекоммуникационных устройств: Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов на- правления 210400.62, / М. И. Бастракова, А. Н. Дедов, А. Ю. Чернышев.  Йошкар-Ола: ПГТУ, 2013.  28 с.
Проектирование усилительных устройств: Учеб. пособие / В. В. Ефимов, В. Н. Павлов, Ю. П. Соколов и др.; под ред. Н. В. Терпугова. – М.: Высшая школа, 1982.  187 с.
Галкин, В. И. Полупроводниковые приборы: Справочник / В. И. Гал- кин, А. Л. Булычев, В. А. Прохоренко. – 2-е изд., перераб. и доп.. – Мн.: Бе- ларусь, 1987.  285 с.
Резисторы: Справочник / В. В. Дубровский, Д. М. Иванов, Н. Я. Пра- тусевич и др.; Под ред. И. И. Четверткова и В. М. Терехова. – 2-е изд., пере- раб. и доп. – М.: Радио и связь, 1991.  528 с.
Конденсаторы: Справочник / И. И. Четвертков, М. Н. Дьяконов, В. И. Присняков и др.: Под ред. И. И. Четверткова, М. Н. Дьяконова. – М.: Радио и связь, 1993.  392 с.
Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. Дополнение третье: Справочник / И. В. Новаченко, В. А. Телец, Л. И. Редькина, Ю. А. Красноду- бец. – М.: Радио и связь, 1992.  216 с.
Джонсон, Д. Справочник по активным фильтрам: пер. с англ. / Д. Джонсон, Дж. Джонсон, Г. Мур. – М.: Энергоатомиздат, 1983.  128 с.
Пухальский, Г. И. Цифровые устройства: Учебное пособие для втузов.
СПб.: Политехника, 1996.  885 с.: ил.
9. Классификация и обозначение электро- радиоэлементов в конструк- торской документации: справочное пособие для курсового и дипломного
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
72
Изм Лист № документа Подпись Дата проектирования. Часть 1. / Сост. В. Н. Леухин. – Йошкар-Ола: МарПИ, 1994.
 76 с.
Романычева, Э. Т. Разработка и оформление конструкторской доку- ментации радиоэлектронной аппаратуры / Э. Т. Романычева. - М.: Радио и связь, 1989.  448 с.
Сапаров, В. Е. Системы стандартов в электросвязи и радиоэлектро- нике / В. Е. Сапаров, М. И. Максимов. - М.: Радио и связь, 1985.  248 с.
Подпись и дата Инв. № дубл. Взаим. инв № Подпись и дата Инв. № подп. КНФУ.652711.000 ПЗ Лист
73
Изм Лист № документа Подпись Дата XP1 C3 + C9 + C15 Цепь Конт. Общий 1 Выход 2 Общий 3 - 9 В4 Общий 5 Вход 6 R3 R8 R13 R1 C2 R5 R6 C8 R10 R11 C14
+ Подпись и дата C1 VT1 VT2 VT3 Инв. № дубл. R2 R4 + C4
+ C5 C6 + C7 R7 R9 +C10C11
+ C12 + C13 R12 R14 +C16 + C17 +C18 +C19
Взаим. инв. № Подпись и дата КНФУ.652711.000 Э3
УСИЛИТЕЛЬ ИМПУЛЬСНЫЙ
Схема электрическая принципиальная Лит. Масса Масштаб
Изм Лист № документа Подпись Дата 1:1
Разраб. Орлова М.А. Инв. № подп. Пров. Бастракова М. И. Т. контр. Лист Листов 1
Н. контр. Утв. 63990546139994100566546139994117202936139994127039216139994132246226139994
Зона Поз. обозн. Наименование Кол. Примечание
Конденсаторы С1, С2 SMD0805391390 пФ50 В  1 % 2 С3 SMD0805271270 пФ50 В  1 % 1 С4 ... C7 ECAPSMD1500 мкФ6,3 B  20 % 4 С8 SMD0805391390 пФ50 В  1 % 1 С9SMD0805271270 пФ50 В  1 % 1 С10 ... C13 ECAPSMD1500 мкФ6,3 B  20 % 4 С14 ECAPSMD33 мкФ16 B  20 % 1 С15 SMD0805271270 пФ50 В  1 % 1 С16 ... C19 ECAPSMD1500 мкФ6,3 B  20 % 4 Резисторы R1 SMD08051840,125 Вт180 кОм  1 % 1 R2 SMD08051030,125 Вт10 кОм  1 % 1 R3 SMD08053610,125 Вт360 Ом  1 % 1 R4 SMD12064700,25 Вт47 Ом  1 % 1 R5 SMD3214W11040,25 Вт100 кОм  10 % 1 R6 SMD08051840,125 Вт180 кОм  1 % 1 R7 SMD08051030,125 Вт10 кОм  1 % 1 R8 SMD08053610,125 Вт360 Ом  1 % 1 R9 SMD12064700,25 Вт47 Ом  1 % 1 R10 SMD3214W11040,25 Вт100 кОм  10 % 1 R11 SMD08051840,125 Вт180 кОм  1 % 1 R12 SMD08051030,125 Вт10 кОм  1 % 1 КНФУ.652711.000 ПЭ3
Изм. Лист № документа Подпись Дата Разраб. Орлова М.А. УСИЛИТЕЛЬ ИМПУЛЬСНЫЙ
Перечень элементов Лит. Лист Листов
Пров. Бастракова М. И. 1 2
Н. контр. Утв. Зона Поз. обозн. Наименование Кол. Примечание
Резисторы R13 SMD08053610,125 Вт360 Ом  1 % 1 R14 SMD12064700,25 Вт47 Ом  1 % 1 VT1...VT3 Транзистор КТ3107K аА0.336.170 ТУ 3 ХР1Гнездо на плату DS-1023-2x5 1 КНФУ.652711.000 ПЭ3 Лист
2
Изм. Лист № документа Подпись Дата +
C1 R4
DA1
3+
2-
4-U
7 +U C4
+
C2
C3 C5
C6 Цепь Вход Общий Выход Общий
+ 15 ВОбщий
- 15 ВR1 XP1 R3 6 Конт. 1 2 R2 3 4 5 6 Подпись и дата 7 Инв. № дубл. Взаим. инв. № Подпись и дата КНФУ.652711.001 Э3
УСИЛИТЕЛЬ ИМПУЛЬСНЫЙ НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ
Схема электрическая принципиальная Лит. Масса Масштаб
Изм Лист № документа Подпись Дата 1:1
Разраб. ОрловаМ.А. Инв. № подп. Пров. Бастракова М. И. Т. контр. Лист Листов 1
Н. контр. Утв. 4077979585907240779726942390+
+

Зона Поз. обозн. Наименование Кол. Примечание
Конденсаторы С1SMDECAP1000 мкФ6,3 В  20 % 1 С2, С3 SMD08051040,1 мкФ50 В  5 % 2 С4SMDECAP33 мкФ16 В  20 % 1 С5, С6SMDECAP100 мкФ25 В  20 % 2 Резисторы R1 SMD08053610,125 Вт360 Ом  1 % 1 R2 SMD08053600,125 Вт36 Ом  1 % 1 R3 SMD08051020,125 Вт1 кОм  1 % 1 R4 SMD3214W11020,25 Вт1 кОм  10 % 1 DА1 Микросхема LM7171 1 ХР1Гнездо на плату DS-1023-2x5 1 КНФУ.652711.001 ПЭ3
Изм. Лист № документа Подпись Дата Разраб. Орлова М.А. УСИЛИТЕЛЬ ИМПУЛЬСНЫЙ НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ
Перечень элементов Лит. Лист Листов
Пров. Бастракова М. И. 1
Н. контр. Утв. Цепь Выход Общий Вход Общий
+ 15 ВОбщий
- 15 ВXP1
Конт.
1
2
3
4
5
6
7
C1
+ R3
-
+
+UП
-UП R4 R1 C3
R2 2
3 DA1
OUT 6
C5 7 Подпись и дата 4 C2 +
C4 C6 Инв. № дубл. Взаим. инв. №. Подпись и дата КНФУ.652711.002 Э3
ФИЛЬТР АКТИВНЫЙ НИЖНИХ ЧАСТОТ
Схема электрическая принципиальная Лит. Масса Масштаб
Изм Лист № документа Подпись Дата Разраб. Орлова М.А. Инв. № подп. Пров. Бастракова М. И. Т. контр. Лист Листов 1
Н. контр. Утв.
Зона Поз. обозн. Наименование Кол. Примечание
Конденсаторы С1ECAPSMD10 мкФ16 В  20 % 1 С2SMD08051040,1 мкФ50 ВX7R  10 % 1 С3 SMD080547047 пФ50 ВNPO  0,25 % 1 С4ECAPSMD10 мкФ-16 В  20 % 1 С5 SMD0805431430 пФ50 ВNPO  1 % 1 С6SMD08050,1 мкФ50 ВX7R  10 % 1 DA1 Микросхема К154УД3А бК0.347.037 ТУ 1 Резисторы R1 SMD08052220,125 Вт2,2 кОм  1 % 1 R2 3214W11510,25 Вт150 Ом  10 % 1 R3 3214W12720,25 Вт2,7 кОм  10 % 1 R4 3214W13730,25 Вт27 кОм  10 % 1 ХР1Гнездо на плату DS-1023-2x5 1 КНФУ.652711.002 ПЭ3
Изм. Лист № документа Подпись Дата Разраб. Орлова М.А. ФИЛЬТР АКТИВНЫЙ НИЖНИХ ЧАСТОТ
Перечень элементов Лит. Лист Листов
Пров. Бастракова М. И. 1
Н. контр. Утв. Цепь Выход Общий Вход Общий
+ 15 ВОбщий
- 15 ВXP1
Конт.
1
2
3
4
5
6
7
C1
+ R3
-
+
+UП
-UП R1 R4 DA1 C3 C5 R2 2
3 OUT 6
7 Подпись и дата 4 C2 +
C4 C6 Инв. № дубл. Взаим. инв. №. Подпись и дата КНФУ.652711.003 Э3
ФИЛЬТР АКТИВНЫЙ ВЕРХНИХ ЧАСТОТ
Схема электрическая принципиальная Лит. Масса Масштаб
Изм Лист № документа Подпись Дата Разраб. Орлова М.А. Инв. № подп. Пров. Бастракова М. И. Т. контр. Лист Листов 1
Н. контр. Утв. 52773912120831
Зона Поз. обозн. Наименование Кол. Примечание
Конденсаторы С1ECAPSMD10 мкФ16 В  20 % 1 С2SMD08051040,1 мкФ50 ВX7R  10 % 1 С3 SMD080547047 пФ50 ВNPO  0,25 % 1 С4ECAPSMD10 мкФ-16 В  20 % 1 С5 SMD080547047 пФ50 ВNPO  0,25 % 1 С6SMD08051040,1 мкФ50 ВX7R  10 % 1 DA1 Микросхема К154УД3А бК0.347.037 ТУ 1 Резисторы R1 3214W13320,25 Вт3,3 кОм  10 % 1 R2 SMD08055110,125 Вт510 Ом  1 % 1 R3 3214W16810,25 Вт680 Ом  10 % 1 R4 SMD08055120,125 Вт5,1 кОм  1 % 1 ХР1Гнездо на плату DS-1023-2x5 1 КНФУ.652711.003 ПЭ3
Изм. Лист № документа Подпись Дата Разраб. Орлова М.А. ФИЛЬТР АКТИВНЫЙ ВЕРХНИХ ЧАСТОТ
Перечень элементов Лит. Лист Листов
Пров. Бастракова М. И. 1
Н. контр. Утв. Цепь Выход Общий Вход Общий
+ 15 ВОбщий
- 15 ВC2
R2
C5 C3
+C4 R3
C6 2
3
7
4 XP1
Конт.
1 R4
R5 R6
2
3 DA1
4
5
6
7 R1 -
+ OUT 6
Подпись и дата C1 +UП + -UП Инв. № дубл. Взаим. инв. №. Подпись и дата КНФУ.652711.004 Э3
ФИЛЬТР АКТИВНЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ
Схема электрическая принципиальная Лит. Масса Масштаб
Изм Лист № документа Подпись Дата Разраб. Орлова М.А. Инв. № подп. Пров. Бастракова М. И. Т. контр. Лист Листов 1
Н. контр. Утв. 52993292313255
Зона Поз. обозн. Наименование Кол. Примечание
Конденсаторы С1ECAPSMD10 мкФ16 В  20 % 1 С2SMD08051040,1 мкФ50 ВX7R  10 % 1 С3 SMD0805911910 пФ50 ВNPO  1 % 1 С4ECAPSMD10 мкФ-16 В  20 % 1 С5 SMD0805911910 пФ50 ВNPO  1 % 1 С6SMD08051040,1 мкФ50 ВX7R  10 % 1 DA1 Микросхема К154УД3А бК0.347.037 ТУ 1 Резисторы R1 SMD08052020,125 Вт2 кОм  1 % 1 R2 3214W16810,25 Вт680 Ом  10 % 1 R3 SMD08053920,125 Вт3,9 кОм  1 % 1 R4 3214W14730,25 Вт47 кОм  10 % 1 R5 SMD08057540,125 Вт750 кОм  1 % 1 R6 3214W12230,25 Вт22 кОм  10 % 1 ХР1Гнездо на плату DS-1023-2x5 1 КНФУ.652711.004 ПЭ3
Изм. Лист № документа Подпись Дата Разраб. Орлова М.А. ФИЛЬТР АКТИВНЫЙ ПОЛОСНО- ПРОПУСКАЮЩИЙПеречень элементов Лит. Лист Листов
Пров. Бастракова М. И. 1
Н. контр. Утв. Цепь Выход Общий Вход Общий
+ 15 ВОбщий
- 15 ВC2
R2
C6
R3 C5
+C4 C7 2
3
7
4 XP1
Конт. R4 R5 1 2
3 C3 DA1 4
5
6
7 R1 -
+ OUT 6
Подпись и дата C1 +UП + -UП Инв. № дубл. Взаим. инв. №. Подпись и дата КНФУ.652711.005 Э3
ФИЛЬТР АКТИВНЫЙ ПОЛОСНО-ЗАГРАЖДАЮЩИЙ
Схема электрическая принципиальная Лит. Масса Масштаб
Изм Лист № документа Подпись Дата Разраб. Орлова М.А. Инв. № подп. Пров. Бастракова М. И. Т. контр. Лист Листов 1
Н. контр. Утв. 52921302347405
Зона Поз. обозн. Наименование Кол. Примечание
Конденсаторы С1ECAPSMD10 мкФ16 В  20 % 1 С2SMD08051040,1 мкФ50 ВX7R  10 % 1 С3 SMD08053301 нФ50 ВNPO  1 % 1 С4ECAPSMD10 мкФ16 В  20 % 1 С5 SMD08056802 нФ50 ВNPO  1 % 1 С6SMD08053301 нФ50 ВNPO  1 % 1 С7SMD08051040,1 мкФ50 ВX7R  10 % 1 DA1 Микросхема К154УД3А бК0.347.037 ТУ 1 Резисторы R1 3214W13310,25 Вт330 Ом  10 % 1 R2 SMD08052210,125 Вт220 Ом  1 % 1 R3 SMD08052720,125 Вт2,7 кОм  1 % 1 R4 3214W12710,25 Вт270 Ом  10 % 1 R5 3214W14720,25 Вт4,7 кОм  10 % 1 ХР1Гнездо на плату DS-1023-2x5 1 КНФУ.652711.005 ПЭ3
Изм. Лист № документа Подпись Дата Разраб. Орлова М.А ФИЛЬТР АКТИВНЫЙ ПОЛОСНО- ЗАГРАЖДАЮЩИЙПеречень элементов Лит. Лист Листов
Пров. Бастракова М. И. 1
Н. контр. Утв.