Розрахунок RC-генератора гармонічних коливань. Курсова робота з Електроніка та мікросхемотехніка. Робота № 300438

Перехід до торгівельного партнера Binance

Розрахунок RC-генератора гармонічних коливань

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Компютерних технологій автоматики та метрології

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Захист інформації

Інформація про роботу

Рік:

2008

Тип роботи:

Курсова робота

Предмет:

Електроніка та мікросхемотехніка

Група:

ІБ – 34

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Міністерство освіти і науки України Національний університет “Львівська політехніка” EMBED Word.Picture.8 Курсова робота з дисципліни “Електроніка та мікросхемотехніка ” на тему: “ Розрахунок RC-генератора гармонічних коливань” Викона: студент групи ІБ-34 Перевірила: Кеньо Г.В ЛЬВІВ 2008 Зміст 1. Технічне завдання……………………………………………………………3 2.Вступ…………………………………………………………………………..4 3. Розрахунок елементів генератора з мостом Віна…………………………..6 4. Розрахунок схеми стабілізації амплітуди вихідної напруги………………8 5. Розрахунок схеми регулювання вихідної напруги………………………...10 6. Розрахунок температурної нестабільності частоти генератора…………..11 7. Ескізний розрахунок підсилювача потужності…………………………….12 8. Розрахунок підсилювального каскаду на біполярному транзисторі за схемою зі спільним емітером…………………………………………………..14 . Технічне завдання: Діапазон частот: нижня частота fн, Гц 10 верхня частота fв, кГц 10 Коефіцієнт гармонік kг, % 1,5 Амплітуда вихідної напруги Uвих.m, В 20 Опір навантаження Rн, Ом 50 Температурний діапазон: мінімальна температура Тоc.min, оС -10 максимальна температура, Тоc.max, оС +50 Вступ Найчастіше низькочастотні RCгенератори виконуються на базі операційних підсилювачів, охоплених колами додатного і від’ємного зворотного зв’язку з використанням фазоповертаючих RCланок. Для забезпечення самозбудження RCгенератора необхідно на вхід підсилювача РП (рис. 1) подавати частину вихідної напруги, яка рівна вхідній і збігається з нею за фазою. Для отримання гармонічних синусоїдальних коливань необхідно, щоб ці умови виконувалися на одній частоті і різко порушувалися на всіх інших частотах. РП ФПЛ Uвих Рис.1. Структурна схема RC генератора Це завдання вирішується з допомогою фазоповертаючої ланки (ФПЛ), яка складається з декількох RCланок, що служать для повороту фази вихідної напруги підсилювача на певний кут. Такими ланками можуть служити диференцюючі або інтегруючі RC−ланки, пасивні смугові RC−фільтри, подвійні Т−подібні фільтри або інтегратори на основі операційних підсилювачів. Рис. 2. Пасивний смуговий фільтр На рис. 2 приведена схема пасивного смугового. Він складається з послідовного з’єднання фільтрів верхніх і нижніх частот. Модуль коефіцієнта передачі RC−фільтра і фазовий зсув описуються виразами EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 . Частотна і фазова характеристики показані на рис. 3, де EMBED Equation.3 − частота резонансу ланки. Добротність такого фільтра невелика і крутизна фазочастотної характеристики поблизу резонансної частоти мала, тому нестабільність частоти генератора на основі такого фільтра велика. Рис. 3. Частотна а) і фазова б) характеристики смугового фільтра K 0,3 0,2 0,1 0 0,1f0 0,2f0 0,5f0 f0 2f0 5f0 10f0 φ 90 45 0 −45 −90 0,1f0 0,2f0 0,5f0 f0 2f0 5f0 10f0 б) а) Якщо смуговий фільтр доповнити резисторами R1 і 0,5R1 то одержимо схему, яка називається мостом Віна (рис.4). Модуль коефіцієнта передачі моста Віна і фазовий зсув описуються виразами EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 Рис. 5. Частотна а) і фазова б) характеристики моста Віна φ 90 45 0 −45 −90 0,1f0 0,2f0 0,5f0 f0 2f0 5f0 10f0 б) а) K 0,3 0,2 0,1 0 0,1f0 0,2f0 0,5f0 f0 2f0 5f0 10f0 Рис. 4. Міст Віна Частотна і фазова характеристики моста Віна показані на рис. 5. Вихідна напруга моста Віна (рис. 5а) на резонансній частоті дорівнює нулю, тому він не може бути використаним безпосередньо у схемах генераторів. Тому у схемах генераторів дещо розстроюють: величину нижнього опору вибирають рівною R1/(2+ε), де ε − додатне число, яке значно менше від одиниці. У цьому випадку на резонансній частоті коефіцієнт передачі моста дорівнює EMBED Equation.3 при ε = 0 на частоті f0 фаза напруги стрибком змінюється на 1800 (рис. 5б). Зміна фази умовно показана штриховою лінією. при ε > 0 фазова характеристика описується виразом EMBED Equation.3 На рис. 5б для випадку ε = 0,01 ця залежність показана пунктирною лінією. У дуже малому частотному діапазоні фаза вихідної напруги змінюється в межах від − 900 до + 900, і цей діапазон тим вужчий, чим менше значення ε. При малих значеннях ε нестабільність частоти генератора практично визначається температурною залежністю значень номіналів елементів R і С моста Віна. 1.Розрахунок елементів генератора з мостом Віна На основі аналізу технічного завдання складаємо структурну схему генератора. Для забезпечення синусоїдальної форми вихідної напруги самого генератора Віна, у його склад необхідно ввести вузол стабілізації рівня цієї напруги. Оскільки вихідна напруга і потужність генератора Віна менші від заданих технічним завданням і рівень їх не регулюється, то у схему слід ввести регулятор вихідної напруги, підсилювач потужності і джерело живлення. Рекомендована структурна схема приведена на рис. 6. Розрахунок починаємо з вибору типу інтегрального операційного підсилювача виходячи з таких умов EMBED Equation.2 де EMBED Equation.2 - максимальна додатна і від'ємна напруги на виході операційного підсилювача. Максимальна швидкість наростання вихідної напруги операційного підсилювача задовільняє таку вимогу EMBED Equation.2 2 В/мкс ≥ 1, 256 В/мкс Мінімальне значення коефіцієнта підсилення EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 =0, 01 3 EMBED Equation.3 104 EMBED Equation.3 900 Я вибрала інтегральний операційний підсилювач К140УД6 з одержаних умов і використала такі його електричні параметри: Швидкість наростання вихідної напруги Vmax= 2 В/мкс. Коефіцієнт підсилення Кu0 EMBED Equation.3 3 EMBED Equation.3 104 Мінімальний опір навантаження Rн.min=1,5 кОм Максимальна вихідна напруга EMBED Equation.3 = 11 В. Температурний дрейф напруги зміщення Uзм/T = 20мкВ/оС. Напруга живлення EMBED Equation.3 = 15 В. Спрощений варіант побудови генератора Віна зі стабілізатором амплітуди вихідної напруги приведено на рис. 7. Коефіцієнт перекриття діапазону частот генератора kf = fв /fн=1000 Гц Для симетричного моста Віна R1 + R2 = R3 + R4 = R, C1 = C2 = C, тому частота квазірезонансу буде дорівнювати EMBED Equation.2 10, 02 кГц С= EMBED Equation.3 = 10,6 нФ . Опір Zвх min не повинен перевантажувати вихідне коло підсилювального каскаду операційного підсилювача, отже Zвх min=2 Rн min=3 кОм Номінальні значення резисторів R2 = R4= Rmin= 1,5 кОм Коефіцієнт перекриття частоти генератора EMBED Equation.3 і дорівнює 1000, тоді весь діапазон зміни частоти розбивається на три піддіапазони з однаковими коефіцієнтами перекриття частоти піддіапазонів Кпд, для першого піддіапазону нижня частота fнпд=10 Гц, верхня fвпд= 3329; для другого нижня частота fнпд=3330 Гц, верхня fвпд= 6659 Гц; для третього нижня частота fнпд=6660 Гц, верхня fвпд= 10000 Гц Змінний резистор (потенціометр), призначений для плавного регулювання частоти, повинен бути здвоєним, щоб забезпечувати одночасну зміну опорів кожного з плеч моста Віна EMBED Equation.2 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 (3300-1) EMBED Equation.3 1500= 4, 9 МОм Для забезпечення запасу перекриття частоти значення опорів потенціометрів повинно бути близьким, але не меншим від значення EMBED Equation.2 , отже номінальні значення потенціометрів R1 = R3= 5,6 МоМ Знаходимо значення ємностей конденсаторів С1 = С2 = Спд для верхніх частот fвпд кожного з піддіапазонів EMBED Equation.2 Для першого піддіапазону EMBED Equation.3 = 0,03 мкФ; Для другого піддіапазону EMBED Equation.3 = 0, 015 мкФ; Для третього піддіапазону EMBED Equation.3 = 0,01 мкФ. Рис. 7. Варіант побудови генератора на мості Віна 2. Розрахунок схеми стабілізації амплітуди вихідної напруги Якщо не прийняти мір для стабілізації амплітуди вихідної напруги генератора, то ця напруга зростає аж до обмеження і форма напруги стає близькою до прямокутної з амплітудою, яка дорівнює EMBED Equation.3 . Тому генератор охоплюють колом інерційного нелінійного зворотного зв’язку, яке складається зі з’єднаного з виходом генератора дільника напруги R5R6 і опору каналу польового транзистора VT1. Одночасно ці елементи утворюють плече моста Віна. Опір такого дільника між інвертуючим входом операційного підсилювача DA1 і спільною шиною в момент включення є невеликим, що забезпечує умову надійного самозбудження генератора. Протягом певного часу опір каналу польового транзистора VT1 зростає, глибина зворотного зв’язку збільшується і коефіцієнт підсилення операційного підсилювача зменшується до значення EMBED Equation.3 і амплітуда вихідної поступово зменшується до заданого рівня, який визначається параметрами кола зворотного зв’язку. Якщо напруга стає меншою від цього рівня, глибина зв’язку зменшується, тому вихідна напруга стабілізується на заданому рівні і її форма стає синусоїдною. У простішому випадку в колі інерційного нелінійного зворотного зв’язку замість польового транзистора використовуються такі інерційні термозалежні елементи, як термістори або мініатюрні лампи розжарення, опір яких нелінійно збільшується разом з нагрівом їх вихідною напругою генератора. У наведеній схемі автоматичне регулювання глибини зворотного зв’язку здійснюється зміною опору польового транзистора VT1 випрямленою діодом VD1 вихідною напругою генератора. Ця напруга порівнюється з від’ємною постійною опорною напругою, яка знімається з потенціометра Rп і підсилюється в схемі додавання СД і через фільтр низьких частот RфCф подається на затвор VT1. Для забезпечення малих нелінійних спотворень вихідної напруги постійна часу фільтра повинна бути значно більшою від періоду найнижчої генерованої частоти. Амплітуда вихідної напруги встановлюється потенціометром Rп. для ефективного регулювання я вибрала польовий транзистор КП305Д з p−n переходом і вбудованим каналом n−типу з такими параметрами EMBED Equation.3 В EMBED Equation.3 10-3 А Опір між витоком і стоком транзистора буде рівний EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = 0,9 кОм Мінімальне значення цього опору дорівнює опору відкритого транзистора RT0, яке визначається при нульовій напрузі на заслон UЗ = 0. EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = 3 кОм Для забезпечення виникнення самозбудження вибираємо EMBED Equation.3 , тоді R6=30 кОм, R5=70 кОм У цьому випадку при включенні генератора транзистор відкритий, Ku0min > 9/ε, генератор збуджується і напруга на заслоні починає закривати транзистор збільшуючи його опір до значення EMBED Equation.3 = 5 кОм При цьому напруга на виході генератора стабілізується, її форма стає синусоїдною і напруга на затворі транзистора дорівнює EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = -2, 4 В Спрощена принципова схема RC-генератора Віна приведена на рис. 8 Для обмеження струму через затвор транзистора при включенні генератора вибираємо величину R12 рівною 250 кОм. EMBED Visio.Drawing.11 Рис.8. Спрощена принципова схема RC-генератора Віна на операційному підсилювачі 3. Розрахунок схеми регулювання вихідної напруги Величину опору навантаження випрямляча вибираємо з умови EMBED Equation.3 = 3 кОм Для випрямлення вихідної напруги використаємо низюкочастотний кремнієвий діод 204В, у якого допустима обернена напруга Uоб > Еж (50 В > 15 В) і середній допустимий прямий струм Ідоп > Еж/R8( 1 А> 5мА). Як правило, напруга живлення операційних підсилювачів Еж не перевищує ±15 В, а максимальна амплітуда вихідної напруги ±(10...12) В. З урахуванням дії схеми стабілізації вихідної напруги генератора напругу на виході DA1 вибираємо рівною Uвихм1 = 6 В. Для однопівперіодного випрямляча середнє значення випрямленої напруги дорівнює EMBED Equation.3 =1, 9В Схему додавання випрямленої і опорної напруги використаємо однакові резистори R9=R11=4 EMBED Equation.3 R8=12 кОм, R14=3,9 кОм Для забезпечення стабілізації вихідної напруги операційного підсилювача DA1 визначаємо величину опорної напруги, для чого використаємо подільник напруги R13R14. Вихідна напруга подільника і середнє значення випрямленої напруги порівнюються між собою за допомогою резисторів R9 і R11 і через операційний підсилювач DA2 підсилена різниця цих напруг подається на затвор транзистора. Як правило, операційний підсилювач DA2 вибирають такого типу, як і DA1. Напруга на резисторі R14 повинна дорівнювати EMBED Equation.3 =-1,9 В Величина резистора EMBED Equation.3 = 2,7 EMBED Equation.3 =18 кОм де EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =2,7 кОм Для того, щоби здійснити ефективне регулювання вихідної напруги і система автоматичного регулювання вихідної напруги не вносила нелінійних спотворень, вибираємо R10 =20 EMBED Equation.3 R9=240 кОм ; EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =4,7 мкФ Додаткове зменшення нелінійних спотворень досягається використанням коректуючої ланки С3=22 нФ, R7=470 кОм. 4. Розрахунок температурної нестабільності частоти генератора Температурна нестабільність частоти генератора в основному визначається відносною нестабільністю резисторів і конденсаторів моста Віна. Тому для побудови високостабільного генератора слід вибирати елементи моста з мінімальним значенням температурних коефіцієнтів опору δR і ємності δC. Абсолютне значення нестабільності частоти EMBED Equation.3 =10,02 EMBED Equation.3 0,06 EMBED Equation.3 60=36 кГц Абсолютне значення нестабільності частоти слід визначити на максимальній частоті кожного піддіапазону, оскільки типи конденсаторів для кожного піддіапазону можуть бути різними з різними значеннями температурних коефіцієнтів ємності. Відносне значення нестабільності частоти EMBED Equation.3 =3,6 5. Ескізний розрахунок підсилювача потужності За технічним завданням вихідна потужність генератора і амплітуда вихідної напруги генератора повинні бути більшими від потужності і амплітуди вихідної напруги, яку може забезпечити операційний підсилювач DA1. Тому у генераторі необхідно використати вихідний додатковий підсилювач потужності. У цьому підсилювачі можна використати операційний підсилювач. Схеми таких підсилювачів приведені на рис. 9. На рис. 9а показано схему неінвертуючого підсилювача, який складається з операційного підсилювача DA1 і комплементарної пари транзисторів VT1 і VT2, охоплених від’ємним зворотним зв’язком через резистори R1 і R3. Діоди DD1 і DD2 служать для усунення спотворень типу “сходинка”. Регулювання рівня вихідної напруги здійснюється потенціометром R2. Схема на рис. 9б відрізняється від попередньої наявністю спарених транзисторів VT1VT3 і VT2VT4. Таке включення дозволяє отримати більшу потужність на його виході. Операційний підсилювач вибираємо такого типу, як і у попередніх випадках. Визначаємо амплітудне значення струму в навантаженні, яке повинен забезпечити комплементарний повторювач EMBED Equation.2 =0,2А Необхідне підсилення за струмом вихідного каскаду EMBED Equation.3 . EMBED Equation.3 30 Для схеми рис. 9а необхідно виконати умову EMBED Equation.3 , для схеми рис. 9б - EMBED Equation.3 . Я вибрала комплементарну пару вихідних транзисторів КТ 818В і КТ 819В, у яких допустимий середній струм колектора Ікдоп > Ін.т (5 А>0,2А ) і β > βН. Напругу живлення підсилювача потужності вибираємо стандартну для операційних підсилювачів Еп = ± 15 В. Визначаємо величини резисторів зміщення EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =6 кОм Коефіцієнт підсилення підсилювача потужності EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 =1,7 Нехай R1= 3 кОм, тоді EMBED Equation.3 = 0,7 EMBED Equation.3 =2,2 кОм Оскільки вхідний опір неінвертуючого входу DA1 дуже великий, то ним нехтуємо і для регулювання вихідної напруги генератора вибираємо потенціометр R2=5,6 кОм. Величина конденсатора С1 вибирається з умови EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =3,2 мкФ EMBED Visio.Drawing.11 7.Розрахунок підсилювального каскаду на біполярному транзисторі за схемою зі спільним емітером Розрахунок підсилювального каскаду починаємо з вибору біполярного транзистора – КТ 315Б. h11E – вхідний опір біполярного транзистора: EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =92 Ом, EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =0,52 кОм, EMBED Equation.3 =40, отже EMBED Equation.3 =21412 Ом Вихідний опір каскаду Rвих=Rк= EMBED Equation.3 =3,75 кОм Коефіцієнт підсилення каскаду за напругою: Ku= EMBED Equation.3 = S= EMBED Equation.3 =0,003, EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = Коефіцієнт підсилення каскаду за струмом: EMBED Equation.3 =40

Курсова робота Електроніка та мікросхемотехніка

01.01.1970 03:01-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись