ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА до курсового проекту
з дисципліни: " Проектування і конструювання ІМС "
на тему: " Розробка вузла компаратора регулятора напруги "
Автор курсового проекту
Спеціальність
Позначення курсового проекту
КП - 02069964 - 200200 - 04 - 03
Керівник проекту
Проект захищений
Оцінка
Зміст
Введення
1. Розробка структурної схеми
2 Розробка принципової електричної схеми
3 Розробка топології
Висновок
Список використаних джерел
Додаток А
Введення
Основною тенденцією в сучасних напівпровідникових ІМС є збільшення ступеня інтеграції. Це, як правило, проявляється в ускладненні процесу проектування топології ІМС і в підсумку з'являється більшого числа помилок на стадії проектування. Тому можна сказати, що розробка топології ІМС є найбільш важливою і відповідальною операцією при проектуванні будь ІМС.
У практиці проектування топології існує багато підходів. До одного з них можна віднести наступні етапи проектування:
отримання вихідних даних;
розрахунок геометричних розмірів активних і пасивних елементів;
розробка ескізу топології;
розробка попередніх варіантів топології;
вибір остаточного варіанта топології і його оптимізація.
Метою даного курсового проекту є розрахунок геометричних розмірів елементів блоку вихідного каскаду керуючої ІМС для імпульсних джерел живлення, проектування топології даної схеми.
Вихідними даними при цьому є: схема електрична - Принципова, деякі електричні та технологічні параметри.
Наукової новизни курсовий проект не має.
1. Розробка структурної схеми
Структурна схема блоку компаратора зображена на малюнку 1.1.
Малюнок 1.1 - Структурна схема блоку компаратора.
До складу структурної схеми входять наступні компоненти: джерело опорної напруги (ДОН), компаратор та підсилювач - обмежувач.
Джерело опорної напруги (ДОН) побудований на основі стабілізатора напруги. Напруга в бортовій мережі автомобіля може змінюватися від ~ 10В (при роботі стартера) до 14 ... 14,5 В (нормальний режим), тому для живлення компаратора необхідно стабілізовану напругу. Стабілізатор напруги повинен містити мінімум елементів і видавати достатньо стабільну напругу для роботи компаратора.
Компаратор напруги повинен оцінювати близьке до нуля напруга, тому необхідно вибрати схему компаратора, вхідна напруга якого включає нульовий потенціал. Для виключення помилкових спрацьовувань компаратора необхідно забезпечити гістерезис порога спрацьовування. Після першого переключення компаратора, поріг перемикання повинен знизиться до напруги порядку 50мВ.
Підсилювач - обмежувач побудований на основі складеного транзистора і стабілізатора напруги. Наявність складеного транзистора дозволить при малих вихідних токах компаратора управляти великими струмами подальших пристроїв. В якості стабілізатора напруги оберемо схему параметричного стабілізатора на стабілітроні Е - Б.
2 Розробка принципової електричної схеми
Так як напруга в бортовій мережі автомобіля може змінюватися від ~ 10В (при роботі стартера) до 14 ... 14,5 В (нормальний режим), то для харчування компаратора ми застосуємо стабілізовану напругу. З двох найбільш простих схем стабілізаторів (малюнок 2.1 (а) і малюнок 2.1 (б)) слід віддати перевагу схемі на рисунку 2.1 (б) [Л4]. Ця схема видає більш стабільне напруга Vref. менш залежне від струму навантаження I0. так як струм I1 через стабілітрон VD1 задається резистором R1. який можна вибрати досить малим. щоб виконувалася умова:
(2.1)
а) б)
Рисунок 2.1 - Стабілізатор напруги.
Виконання цієї умови для схеми на рисунку 2.1 (а) призведе до десятикратного збільшення струму I0, який є струмом споживання компаратора.
Розрахуємо значення R1 для схеми обраного стабілізатора (Малюнок 2.1 (б)). Напруга. видаване стабілізатором одно:
(2.2)
де: VB - напруга пробою стабілітрона,
VBE - пряме падіння напруги на переході Б - Е n - p - n транзистора.
Типове значення VB = 6,5 В (RSB = 100Ом/в–Ў), VBE = 0,7 В. Підставляючи в (2.2) отримаємо:
Значення R1 визначається з умови (2.1):
(2.3)
де: - мінімальна напруга живлення, = 10В,
I0 - вихідний струм стабілізатора, I0 500мкА,
О’npn - коефіцієнт підсилення (ОЕ) n - p - n транзистора, О’npn = 100.
Звідси:
Компаратор напруги повинен оцінювати близьке до нуля напруга, тому виберемо схему компаратора, вхідна напруга якого включає нульовий потенціал (рисунок 2.2) [Л4].
Рисунок 2.2 - Компаратор напруги.
Для більш надійного запирання транзисторів VT1 і VT2, до їх базам підключимо джерела струму.
Малюнок 2.3 - Компаратор напруги з джерелом струму.
Розрахуємо джерело струму для компаратора. Джерелом струму буде струмове дзеркало на p - n - p транзисторах (малюнок 2.3) [Л5]. Враховуючи, що струм споживання всієї схеми не повинен перевищувати 350мкА, виберемо струм через токозадающіх ланцюг (транзистор VТ10) рівним 100мкА. Струм для живлення компаратора виберемо рівним: 0,6 I10 = 60мкА, струми через VТ8 і VТ9 виберемо рівними: 0,2 I10 = 20мкА. Для зменшення струму споживання схеми, ланцюжок токозадающіх резисторів в ланцюзі транзистора VТ10 буде дільником напруги, службовцям для організації порога спрацьовування компаратора (Vth). Виходячи з цього запишемо систему рівнянь для знаходження R1 і R2:
(2.4)
(2.5)
де: Vth - поріг спрацьовування компаратора.
Підставляючи значення в (2.5) отримаємо:
Після спільного рішення системи рівнянь отримаємо: R1 = 46кОм, R2 = 5кОм.
Для виключення помилкових спрацьовувань компаратора необхідно забезпечити гістерезис порога спрацьовування. Після першого переключення компаратора, поріг перемикання повинен знизиться до напруги порядку 50мВ. На малюнку 2.4 представлена ​​частина схеми компаратора і дільник.
Малюнок 2.4 - Частина схеми компаратора і дільник.
Для забезпечення гістерезису потенціал бази транзистора VТ1 будемо знижувати за допомогою транзистора VТ2. При відкритті VТ2 потенціал бази VТ1 знизиться до напруги насичення транзистора VТ2. Якщо базу VТ1 підключити безпосередньо до дільнику, то відкриття транзистора VТ2 буде викликати зміна струму через резистор R1, так як опір відкритого транзистора VТ2 значно менше номіналу резистора R2. Це буде викликати зміну струмів зміщення компаратора (струми I10, I9, I7, I8 в схемі на малюнку 2.3). Для мінімізації цього ефекту базу транзистора VТ1 підключимо до дільнику через резистор R3. Вимоги до цього резистору: його номінал повинен бути достатньо великим, щоб виконувалася умова: R3 R2 ≈ 0,8 R2; також падіння напруги на ньому не повинно перевищувати 50мВ. Тоді приймемо номінал резистора R3 рівним 20кОм. Падіння напруги на ньому можна розрахувати за формулою (схема на малюнку 3):
(2.6)
де: ОІpnp - коефіцієнт посилення p - n - p транзистора в схемі з ОЕ, ОІpnp = 10.
І остаточно номінал R3 приймемо рівним 20кОм. Такий же резистор додамо і у вхідні ланцюг іншого плеча компаратора.
Для управління транзистором VТ2 в компаратор на малюнку 3 додамо ще два плеча згідно зі схемою на малюнку 2.5. Вихід компаратора буде управляти складовим транзистором (VТ16, VТ17) Це дозволить при малих вихідних токах компаратора управляти великими струмами в ланцюзі колектора VТ17.
Рисунок 2.5 - Компаратор напруги.
Для складеного транзистора необхідно напруга на базі, рівне 2 VBE = 1,4 В, тому перевіримо можливість досягнення такої напруги на виході ко...
