6.1. Основные этапы процесса проектирования

Выше в настоящей книге были приведены весьма подробные описания и проведен детальный анализ свойств ряда простейших усилительных звеньев на биполярных транзит торах. Конечно, мы рассмотрели только несколько самых примитивных решений, не затрагивая пока множество комбинированных схем, строящихся на базе двух или более при боров (дифференциальные усилители, двухтактные каскады, каскадное включение и т.д.). Тем не менее, даже опираясь исключительно на эту незамысловатую схемотехническую базу, мы уже можем строить устройства с довольно хорошими характеристиками.

Было бы несколько несправедливо перегружать читателя чисто теоретической информацией и не показывать то, как можно применять на практике полученные им знания. Поэтому в настоящей главе мы попытаемся помочь ему преодолеть этот барьер и на нескольких примерах проектирования реальных устройств продемонстрируем, каким образом весь полученный выше теоретический материал может быть использован в жизни.

Учитывая, что многие свойства и схемотехнические решения усилительных схем различаются для усилителей низкой частоты и усилителей высокой частоты, мы будем рассматривать проектирование двух устройств: микшера низкочастотных сигналов (для использования, например, в составе звукового комплекса на концерте или дискотеке) и (антенного усилителя дециметрового диапазона волн, предназначенного для улучшения качества приема телевизионных сигналов в диапазоне ДМВ.

Прежде чем мы начнем описывать процесс разработки для каждого конкретного устройства, попытаемся охарактеризовать этот процесс в целом. В первую очередь нас будет интересовать сама последовательность наших действий на различных этапах. В общем случае можно выделить, как минимум, пять основных этапов, отделяющих момент принятия решения о необходимости изготовления некоторого устройства от момента запуска этого устройства в эксплуатацию. Вот эти этапы:

• постановка задачи —

очень важный этап, часто игнорируемый начинающими, включает: конкретизацию назначения, условий эксплуатации, требуемых технических характеристик, допустимой схемотехнической и конструктивной сложности устройства, согласование всех этих параметров друг с другом с целью устранения противоречий и сомнений в реализуемости устройства в принципе;

• построение развернутой блок-схемы

устройства —

большая часть теоретических навыков становится востребованной именно на данном этапе; его суть состоит в том, чтобы на основании выработанных при постановке задачи требований построить подробную блок-схему устройства, в которой будут указаны все составляющие устройство элементарные звенья (фильтры, цепи ОС, звенья усиления и т.п.), их связи и способы схемотехнической реализации;

• выбор элементной базы и построение полной

принципиальной схемы —

на основании расчетных или оценочных данных об уровнях и видах сигналов в различных цепях устройства производится подбор номиналов основных активных и некоторых пассивных элементов устройства (в первую очередь, транзисторов); здесь могут также учитываться и другие требования к устройству (допустимая стоимость, предполагаемые условия эксплуатации, требуемый уровень надежности и устойчивости к экстремальным воздействиям и т.п.); на основе всей имеющейся информации строится полная принципиальная схема, в которой номиналы многих элементов все еще могут оставаться неопределенными (номиналы резисторов, намоточные данные трансформаторов и дросселей и т.п.); заметим, что если все предыдущие задачи выполнены корректно, то иногда данный этап может фактически свестись к перерисовыванию построенной ранее блок-схемы в виде, когда на месте каждого отдельного блока помещается его стандартная описанная в литературе (в т.ч. и в настоящей книге) принципиальная схема;

• расчет параметров всех элементов устройства —

используя справочные и опытные (измеряемые на опыте) данные о параметрах, применяемых в устройстве элементов, а также известные из теории или опыта расчетные соотношения, отражающие работу различных звеньев, рассчитывают параметры всех еще неопределенных элементов проектируемого устройства; так же определяются предполагаемые значения токов и напряжений во всех важных цепях; проводится окончательный расчет разнообразных внешних характеристик устройства (ток потребления от источника питания, коэффициент усиления, диапазон рабочих температур и т.п.);

• разработка конструктивного исполнения, сборка

и настройка устройства —

для качественной и надежной работы любого устройства, помимо профессиональной разработки принципиальной схемы, требуется и правильное конструктивное исполнение; здесь прорабатываются вопросы размещения элементов и проводников друг относительно друга, способы монтажа элементов на плату, а также способы крепления и размещения самой платы в корпусе, защита от вредных воздействий окружающей среды и т.п.; качественная сборка также имеет большое значение; кроме того, многие устройства для достижения оптимальных характеристик требуют серьезных усилий по настройке (подбор номиналов, особенностей конструктивного исполнения и режимов работы элементов схемы).

Конечно, названные пять этапов составляют своего рода "костяк" сложного и порой весьма запутанного процесса разработки электронной аппаратуры. Порой ошибки на ранних стадиях могут выявиться только в самом конце, и разработчик вынужден снова и снова возвращаться к, казалось бы, уже решенным вопросам и прорабатывать их заново. Кроме этого, и сами требования как к конечному продукту, так и к самому процессу разработки могут оказаться гораздо строже и обширнее того, что мы упомянули в нашем описании. Тем не менее ниже, при представлении примеров, мы будем придерживаться нашего плана как можно строже, а возможные отклонения сопровождать подробными пояснениями.