Курсовая Разработка интегрального аналогового устройства, вариант 37 СибГУТИ

Среди устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения усилители электрических сигналов получили самое широкое распространение. Их роль и значение для радиосвязи, радиовещания и телевидения трудно переоценить. По существу, они являются основой построения всей аппаратуры радиосвязи, радиовещания и телевидения: усиление электрических сигналов является фундаментальным свойством всей аппаратуры обработки сигналов. То же самое можно сказать и о дальней проводной связи, измерительной технике, вычислительной технике и многих других областях современной науки и техники.

Усилитель электрических сигналов – это устройство, увеличивающее (усиливающее) мощность подводимых к нему электрических сигналов путем управления ими энергией собственного источника питания усилителя при помощи усилительных элементов (УЭ), обладающих управляющими свойствами. Следует отметить, что при усилении возможны искажения формы сигналов, но они не должны превышать допустимых значений.

Свойства усилителя и его конструктивно-технологические особенности зависят от свойств усиливаемого электрического сигнала, характеризуемых формой и спектром частот сигнала, и от назначения устройства и системы, в состав которых он входит. Поэтому усилители, прежде всего, классифицируют по свойствам усиливаемого электрического сигнала – по его форме и спектру частот. По форме электрические сигналы принято подразделять на гармонические и импульсные.

К периодическим сигналам относят непрерывные периодические и квазипериодические сигналы различной формы и величины.

Усилители, предназначенные для усиления таких сигналов, называются усилителями гармонических сигналов или гармоническими усилителями. Примером гармонических усилителей являются усилители звуковых частот, широко применяемые как в качестве важнейших функциональных узлов таких сложных устройств, как радиопередающие и радиоприемные устройства, так и в качестве самостоятельных или выделенных устройств (например, усилители всевозможной аудиоаппаратуры, усилители оконечных станций радиотрансляционных узлов и т.д.). Следует отметить, что к гармоническим сигналам относятся и радиосигналы, модулированные сигналами звуковой частоты, излучаемые радиопередающей антенной и принимаемые радиоприемной антенной.

Заданное разрабатываемое устройство является предварительным (входным) усилителем низкой частоты (УНЧ). Сравнительно невысокое качество параметров такого УНЧ (что определено его узкой полосой рабочих частот) предполагает использование разрабатываемого устройства в области телефонии, дешевых (невысокого качества) звукозаписывающих и звуковоспроизводящих устройств, диктофонах, слуховых аппаратах. Для достижения миниатюризации электронного устройства (что особенно важно в переносной радиоаппаратуре) и создания недорогого серийного производства наиболее целесообразно выполнять такую разработку в виде гибридной ИМС.

В соответствии с ГОСТ 17021-71, гибридной интегральной микросхемой (ИМС) называют интегральную микросхему, часть элементов которой имеет самостоятельное конструктивное оформление [1].

В современных гибридных ИМС пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, контактные площадки и внутрисхемные соединения) изготавливают путем последовательного нанесения на подложку пленок из различных материалов, а активные элементы (диоды, транзисторы и др.) выполняют в виде отдельных (дискретных) навесных деталей, например, катушки индуктивности, конденсаторы большой емкости, резисторы очень больших или маленьких величин сопротивлений.

В зависимости от толщины пленок различают толстопленочные (от 1 до 25 мкм) и тонкопленочные (до 1 мкм) гибридные микросхемы Существенным недостатком толстопленочных микросхем является нестабильность номинальных значений величин пассивных микроэлементов и относительно низкая плотность монтажа. Тонкие же пленки обеспечивают плотность монтажа до 200 элементов на кубический сантиметр и высокую точность элементов.

Основными конструктивными элементами гибридной интегральной микросхемы являются:

 подложка, на которой размещаются пассивные и активные элементы;

 пассивная часть с планарным (в одной плоскости) расположением пленочных проводников, контактных площадок, резисторов и конденсаторов;

 навесные бескорпусные полупроводниковые приборы с гибкими проволочными выводами или жестко фиксированной системой выводов;

 навесные миниатюрные пассивные элементы (конденсаторы больших номиналов, катушки индуктивности, трансформаторы, дроссели), которые применяются как исключение;

 корпус для герметизации микросхемы и закрепления ее выводов.

Гибридные ИМС имеют худшие технические показатели (размеры, массу, быстродействие, надежность), чем полупроводниковые ИМС [2]. В тоже время они позволяют реализовать широкий класс функциональных электронных схем, являясь при этом экономически целесообразными в условиях серийного и даже мелкосерийного производства. Последнее объясняется менее жесткими требованиями к фотошаблонам и трафаретам, с помощью которых формируют пленочные элементы, а также применением менее дорогостоящего оборудования. В составе пленочных ИМС возможно получить резисторы с точностью ±5%, конденсаторы ±10%, с применением подгонки – до десятых долей процента. Гибридно-пленочная технология позволяет реализовать практически любые функциональные схемы.

Цели работы:

1. Научиться составлять электрические схемы аналоговых устройств на основе биполярных и полевых транзисторов.

2. Осуществить правильный выбор типов и структур биполярных и полевых транзисторов.

3. Провести электрический расчет схем простейших аналоговых устройств.

4. Приобрести навыки в составлении топологии аналоговых интегральных микросхем.

Исходные данные:

Напряжение источника питания: Uпит = –12 В.

Коэффициент усиления по напряжению: Кu = 6.

Входное сопротивление: Rвх = 0,68 МОм.

Сопротивление нагрузки: Rн = 2,0 кОм.

Номинальное входное напряжение: Uном = 2 В.

Нижняя рабочая частота (НРЧ): fн = 50 Гц.

Верхняя рабочая частота (ВРЧ): fв = 10 кГц.

Коэффициент частотных искажений на НРЧ: Мн =2 дБ.

Коэффициент частотных искажений на ВРЧ: Мв =1 дБ.

Тип входа – Н (несимметричный).

Тип выхода – Н (несимметричный).

1. Безладнов Н.Л. Проектирование транзисторных усилителей звуковых частот. – Москва.: Связь, 1978.

2. Ефимов И.Е., Козырь И.Я. Основы микроэлектроники. М.: Радио и связь, 1983.

3. Игнатов А.Н. Методическое указание «Разработка интегрального аналогового устройства». – Новосибирск, 1999.

4. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник под редакцией Б.Л. Перельмана. – Москва.: Радио и связь, 1981.

5. Хоровиц П., Хила Ц. Искусство схемотехники. – Москва.: Мир, 1993.

6. Цыкина А.В. Электронные усилители. – Москва.: Радио и связь, 1982.