Выбор радиоэлементов

При проектировании возникает задача выбора ЭРЭ из чрезвычайно широкого их ассортимента. В связи с этим ниже даны рекомендации по выбору основных типов ЭРЭ.

Полагаем, что стандартный ЭРЭ выбран правильно, если номинальные значения его параметров находятся в допускаемых отношениях (равны, больше или меньше) с расчетными значениями этих параметров, а условия эксплуатации соответствуют техническим условиям.

Транзисторы

1. Хотя транзисторы являются приборами универсального применения и могут быть успешно использованы в функциональных элементах различных классов, их следует применять преимущественно по назначению, указанному в справочнике.

Набор параметров и характеристик, приводимый в справочнике, соответствует в первую очередь этому назначению транзистора и обеспечивает детальный расчет электронной схемы указанного класса.

По целевому назначению транзисторы обычно делят на усилительные, переключательные (импульсные), генераторные и специальные (лавинные, сдвоенные, двухэмиттерные и т. п.).

2. В справочнике приводятся значения параметров транзистора для соответствующих оптимальных или предельных режимов эксплуатации. Рабочий режим транзистора в проектируемом ЭУ часто отличается от указанного в справочнике. В таком случае необходимо по имеющимся в справочнике характеристикам и формулам, а также методом интерполяции определить значения параметров транзистора, соответствующие выбранному режиму.

3. Применение высокочастотных транзисторов в низкочастотных ЭУ нежелательно, так как они дороги, склонны к самовозбуждению и развитию вторичного пробоя, обладают меньшими эксплуатационными запасами.

Эксплуатационный запас - это разница между максимальным (предельным) значением какого-либо параметра и его максимально допустимым (предельно допустимым) значением.

Максимальные значения параметров определяют такие режимы, при которых работа транзистора (или другого ЭРЭ) недопустима ввиду его низкой надежности; максимально допустимые значения параметров - такие значения, в пределах которых гарантируют максимально допустимые значения параметров.

4. Не допускается превышение максимально допустимых значений напряжений, токов, температуры, мощности рассеяния. Как правило, транзистор работает более устойчиво при неполном использовании его по напряжению и полному использованию по току.

Для надежной работы транзистора напряжение на его коллекторе и рассеиваемая на нем мощность должны составлять не более 70—80 % от максимально допустимых значений. Создаваемый тем самым второй эксплуатационный запас предотвращает превышение этими параметрами их максимально допустимых значений при колебаниях, например питающих напряжений, при переходных режимах, возникающих при включении ЭУ, и др.

5. Не следует применять мощные транзисторы там, где можно применить маломощные, так как при использовании мощных транзисторов в режиме малых токов их коэффициент передачи по току мал и сильно зависит как от тока, так и от температуры окружающей среды. Кроме того, ухудшаются массогабаритные и стоимостные показатели ЭУ.

Необходимо применять транзистор минимально возможной для данных конкретных условий мощности, но так, чтобы он при этом не перегревался. Лучше применять транзистор малой мощности с небольшим теплоотводом, чем большой мощности без теплоотвода.

6. Если нет особых причин для применения германиевого транзистора, лучше применить кремниевый. Кремниевые транзисторы лучше работают при высоких температурах, имеют более высокие пробивные напряжения и на один-два порядка меньше, чем германиевые, обратные токи.

7. Коэффициент передачи тока базы зависит от тока коллектора и при некотором его значении обычно имеет максимальное значение. Для хорошего усиления на низких частотах желательно выбирать это максимальное значение h_21э или близкое к нему по приводимым в справочнике графикам. В других случаях коэффициент передачи тока следует принимать равным указанному в справочнике типовому значению или среднему арифметическому от минимального и максимального значений параметра.

Полупроводниковые диоды

1. Необходимо применять диоды по указанному в справочнике назначению, например в выпрямителе следует применять выпрямительные диоды, в импульсных устройствах — импульсные диоды и т. д.

2. Обратное напряжение на диоде и прямой ток через него (в том числе импульсный) не должны превышать 70—80 % от максимально допустимых значений.

3. Рабочая частота не должна превышать указанного в справочнике предельного значения.

Резисторы

1. В разрабатываемом ЭУ в качестве различных нагрузок, поглотителей и делителей в цепях питания, элементов фильтров, в цепях формирования импульсов и т. п. следует применять резисторы постоянные общего назначения.

2. При курсовом проектировании рекомендуется применять резисторы постоянные общего назначения типа МЛТ, основные данные которых приведены в Приложении Б, В.

3. Резисторы постоянные специальные (прецизионные, высокочастотные, высокоомные, высоковольтные и др.) следует применять в тех случаях, когда значения соответствующих параметров резисторов общего назначения оказываются недостаточными, например малы точность и сопротивление и т. д.

4. Допускаемое отклонение сопротивления от номинального значения следует выбирать с учетом чувствительности к нему выходных параметров, принимая при этом во внимание требование ограничения номенклатуры ЭРЭ.

5. Переменные резисторы следует применять по назначению. Подстроенные резисторы, подвижная система которых рассчитана на небольшое число перемещений (до 1000 циклов),— в качестве только подстроечных, регулировочные, масса, габариты и стоимость которых выше, — только в качестве регулировочных.

6. При курсовом проектировании рекомендуется применять переменные резисторы, основные данные которых приведены в Приложении Б, Д.

Конденсаторы

1. Тип конденсатора выбирают по совокупности значений его номинальных емкости и рабочего напряжения. Если конденсатор выбирают для работы в цепи переменного или импульсного тока, то принимают во внимание его тангенс угла потерь.

2. Допускаемое отклонение емкости от номинального значения следует выбирать с учетом чувствительности к нему выходных параметров ЭУ.

3. Для большинства типов конденсаторов в справочниках указывается номинальное рабочее напряжение постоянного тока. Эффективное значение переменного напряжения на конденсаторе должно быть в 1,5—2 раза меньше указанного рабочего напряжения для постоянного тока.

При работе конденсатора в цепи пульсирующего тока сумма постоянного напряжения и амплитудного значения переменного напряжения на нем не должна превышать его номинального рабочего напряжения.

4. Не следует без необходимости применять конденсатор с номинальным напряжением, значительно превышающим рабочее, так как при этом ухудшаются массогабаритные и стоимостные показатели изделия.

5. Оксидные конденсаторы изготовляются двух типов: полярные и неполярные. Полярные конденсаторы можно устанавливать лишь в тех цепях, в которых постоянная составляющая напряжения на конденсаторе будет больше амплитуды переменной составляющей. На неполярные конденсаторы это ограничение не распространяется.

6. При курсовом проектировании рекомендуется применять конденсаторы, основные данные которых приведены в Приложении Б, Е.

Микросхемы

1. Главным условием применения микросхем является строгое соблюдение режимов работы, рекомендованных в технических условиях на выбранную микросхему. Это относится в первую очередь к величине напряжения питания, сопротивления нагрузки и диапазону температуры.

2. Необходимо рассмотреть возможность применения микросхем общего применения, характеризуемых низкой стоимостью, широким диапазоном напряжения питания, защищенным входом и выходом.

3. Рекомендации по применению аналоговых интегральных схем приводятся в справочной литературе. Так, наиболее полно требованиям к усилителям низкой частоты удовлетворяют следующие серии микросхем 122, 123, 140, 153, 173, 174, 224, 226, 235, 237.

4. Из всего многообразия логических ИС в современной цифровой электронике наиболее широкое распространение находят транзисторно-транзисторные логические (ТТЛ), в том числе и с применением диодов Шоттки (ТТЛШ), логические элементы с эмиттерными связями и на МДП-транзисторах.

5. В настоящее время одними из наиболее перспективных ИС принято считать ТТЛ — схемы, обладающие высокой технологичностью и весьма высокими показателями качества. Отечественной промышленностью освоено производство ТТЛ-ИС серий 106, 130, 133. 134, 135, 141, 155, 158, 230, 243, 530, 531, 533, 555.

6. Логические ИС со связью по эмиттеру (ЭСТЛ) относятся к числу быстродействующих и сверхбыстродействующих микросхем с большой потребляемой мощностью. Поэтому ЭСТЛ целесообразно использовать в тех устройствах, к которым предъявляются требования максимального быстродействия, а экономичность имеет второстепенное значение. ЭСТЛ лежит в основе таких серий ИС, как 100, 137, 138, 187, 191. 223, 229, 500, предназначенных для использования в ЭВМ сверхвысокого быстродействия и скоростных устройств дискретной обработки информации.

7. Логические МДП-ИС серий 108, 120, 144, 147, 172, 178 выполнены на транзисторах с каналами одного типа проводимости и относятся к схемам низкого быстродействия средней мощности. Так, один логический элемент ИС серии 147 потребляет 45 мВт и имеет среднее время задержки не более 2500 нс.

Более высоким быстродействием, очень малой потребляемой мощностью и весьма большим коэффициентом разветвления по выходу обладают комплементарные МДП-ИС серий 164, 176, 564, 764. Однако по стоимости и степени интеграции они уступают микросхемам с каналами одного типа проводимости.

8. При выборе микросхем необходимо избегать применения ИС разных серий. Если это неизбежно, то лучше применять микросхемы с одинаковым напряжением питания.

9. В заключение отметим некоторые особенности ИС, которые необходимо учитывать при монтаже и эксплуатации.

Для устранения паразитной генерации по цепям питания в их шинах, возле каждого операционного усилителя (ОУ), рекомендуется установить конденсаторы емкостью 0,01—0,05мкФ.

Проводники печатной платы, подводящие напряжение питания, могут создавать паразитные токи, воздействующие на входы ОУ. Для схем, чувствительных к малым токам, нужно предусмотреть защиту входов ОУ от токов утечки. Защиту целесообразно выполнить в виде проводящего кольца печатной дорожки, которое располагают вокруг входов ОУ и соединяют с землей.

Для защиты от всплесков дифференциального сигнала при переходных процессах между входами ОУ можно включить встречно-параллельные диоды. Если ОУ не имеют встроенной защиты от короткого замыкания на выходе, то необходимо последовательно с выходным зажимом включить резистор сопротивлением 200Ом, а цепь обратной связи подключить к другому выводу резистора. Такое включение практически не увеличивает выходное сопротивление ОУ.

Эксплуатация ТТЛ-ИС также имеет ряд особенностей. При проектировании и монтаже аппаратуры для повышения устойчивости работы ТТЛ-ИС их свободные входы необходимо подключить через резистор сопротивлением 1кОм к источнику питания. К каждому резистору допускается подключение 20 свободных входов. При монтаже микросхем на печатных платах необходимо предусмотреть вблизи разъема подключение конденсаторов из расчета не менее 0,1мкФ на одну ИС, исключающих низкочастотные помехи. С целью устранения высокочастотных помех рекомендуется устанавливать по одному керамическому конденсатору на группу микросхем числом не более 10 из расчета 0,002мкФ на одну ИС.