Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Генератор гармонічних коливань
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Комп'ютеризовані системи автоматики
Інформація про роботу
Рік:
2012
Тип роботи:
Курсовий проект
Предмет:
Електроніка та мікросхемотехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
Національний університет „Львівська політехніка”
Кафедра «Комп’ютеризовані системи автоматики»
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
з навчальної дисципліни
«Електроніка та мікросхемотехніка»
На тему:
Генератор гармонічних коливань
Зміст
Технічне завдання…………………………………………………………….
Вступ…………………………………………………………………………….
Короткий огляд існуючих технічних рішень…………………………....
Обґрунтування вибору структурної схеми……………………………..
Вибір елементарної бази………………………………………………….
Розрахунок електричної принципової схеми…………………………..
Розрахунок задаючого генератора…………………………………
Розрахунок атенюатора………………………………………………
Розрахунок вихідного підсилювача…………………………………
Оцінка коефіцієнта гармонік…………………………………………
Розрахунок схеми живлення операційного підсилювача……….
Розрахунок схеми індикації………………………………………….
Розрахунок нестабільності частоти генератора………………….
Конструкція генератора гармонійних коливань……………………….
Розрахунок радіаторів………………………………………………..
Список літератури……………………………………………………………..
Додатки…………………………………………………………………………..
Технічне завдання
Спроектувати генератор гармонійних коливань з наступними параметрами:
нижня робоча частота -500 (Гц);
верхня робоча частота -50 (кГц);
похибка частоти -1(%);
вихідна напруга -8 (В);
опір навантаження -10 (Ом);
коефіцієнт гармонік -5 (%);
діапазон вихідної напруги -60 (Дб);
температура оточуючого середовища 0- +40 (оС) .
Вступ
Генератори гармонічних коливань – це великий клас пристроїв, які знаходять широке застосування у різних галузях науки і техніки. Частотний діапазон таких генераторів від часток герца до десятків мегагерц і вище. Генератори гармонічних коливань поділяються на підкласи в залежності від частотного діапазону, значення вихідної напруги, області застосування і схемних рішень.
Електронні генератори сигналів – це електронні пристрої, які перетворюють енергію сторонніх джерел живлення в електричні коливання необхідної форми, частоти і потужності. Електронні генератори входять складовою частиною в різноманітні електронні прилади і системи.
Класифікація генераторів здійснюється за такими ознаками: форма коливань; частота коливань; вихідна потужність; призначення; тип використаного активного елемента; вид частотно-вибіркового кола зворотного зв’язку. За призначенням генератори поділяються на технологічні; вимірювальні; медичні; зв’язку. За формою коливань генератори поділяють на генератори гармонічних і негармонічних (імпульсних) сигналів.
За вихідною потужністю генератори поділяють на малопотужні (менше 1 Вт); середньої потужності (менше 100 Вт); великої потужності (більше 100 Вт). За частотою генератори можна поділити на наступні групи: інфранизькочастотні (менше 10 Гц); низькочастотні (від 10 Гц до 100 кГц); високочастотні (від 100 кГц до 100 МГц) і надвисокочастотні (вище 100 МГц).
За видом використаних активних елементів генератори поділяють на лампові, транзисторі, на операційних підсилювачах, на тунельних діодах, на динисторах. За типом частотно-вибіркових кіл зворотного зв’язку: на генератори LC-; RC- і RL-типів. Крім того, зворотний зв’язок в генераторах може бути зовнішній або внутрішній.
Теорія електронних генераторів гармонічних коливань розпочала свій розвиток з початком розвитку електроніки. Математичні основи загальної теорії нелінійних коливань були розвинуті в працях вітчизняних і зарубіжних вчених. В цих працях дано всесторонній теоретичний аналіз нелінійних коливних систем, які основані як на квазілінійних, так і суттєво нелінійних уявленнях про процеси, що протікають у коливних системах, в яких граничний цикл коливань аналізованого процесу вважається незмінним. Саме в рамках цих теоретичних уявлень довгий час і розвивалися багаточисельні технічні пропозиції автоколивних систем, в тому числі генератори гармонічних коливань, серед яких чисельну групу складають RC-генератори.
Класичним рішенням побудови низькочастотного генератора гармонічних коливань є індуктивно-ємнісні LC-генератори, проте останнім часом у низькочастотному діапазоні більшого поширення набули резистивно-ємнісні RC-генератори. Це зумовлено великими масогабаритами, нетехнологічністю, потребою використання феромагнітних матеріалів в індуктивних елементах LC-генераторах на низьких частотах, що приводить до зниження стабільності. Діапазони частот таких генераторів є відносно низькими. Цих недоліків позбавлені RC-генератори, що мають достатньо широкий діапазон частот, нестабільність частоти яких переважно не перевищує 1%. Шляхом зміни параметрів частотнозалежної ланки можна добитись зміни частоти в широких межах.
По мірі розвитку та удосконалення елементної бази (від лампової техніки та напівпровідників, а потім мікроелектроніки) були запропоновані різноманітні схемотехнічні рішення, які використовували нові можливості цих елементів, але залишався незмінним сам принцип стабілізації граничного циклу в генераторах, що грунтується на використанні нелінійних властивостей елементів різної фізичної природи. Стабільність амплітуди таких генераторів знаходиться в межах (1÷3)% при коефіцієнті нелінійних спотворень на рівні (0,5÷2) %. При цьому природні обмеження, які присутні у традиційних методах стабілізації амплітуди не дозволяють одночасно відповідати високим вимогам стабільності амплітуди і малому рівню нелінійних спотворень.
Разом з тим існують численні задачі, які вимагають наявності джерел гармонічних сигналів з стабільністю амплітуди (0,01÷0,1) % при рівні нелінійних спотворень (0,005÷0,05) %. Такі джерела потрібні при спектральних методах досліджень прецизійних радіоелементів, а також при перевірці і калібровці цифрових вимірювальних приладів. Поряд з високими вимогами до статичних параметрів виникають додаткові вимоги до динамічних характеристик генераторів, оскільки час перехідних процесів при програмному переналагодженні вихідного сигналу визначається продуктивністю інформаційно-вимірювальних систем в цілому.
Протиріччя, що виникли між вимогами практики і обмеженнями можливостями застосованих принципів генерування сигналів, було вирішено шляхом побудови генераторів з системами автоматичної стабілізації амплітуди і частоти вихідного сигналу. Використання ідей теорії автоматичного керування дозволило суттєво покращити метрологічні характеристики генераторів і разам з тим вирішувати нові нетрадиційні для цієї області задачі.
1. Короткий огляд існуючих технічних рішень
Темою даного курсового проекту є побудова генератора гармонічних коливань, який працює в діапазоні низьких частот. Класичним схемним рішенням генератора синусоїдальних коливань, що зародилося з часів початку розвитку радіотехніки, є індуктивно-ємнісні генератори, які зібрані за схемою індуктивної або ємнісної триточки.
Однак в останні роки їх витіснили, особливо в низькочастотному діапазоні, резистивно-ємнісні RC-генератори. Це зумовлено тим, що на низьких частотах індуктивні елементи мають дуже велику масу і габарити і вимагають застосування феромагнітні матеріали, що знижує їх стабільність. Ці недоліки є відсутні в RC-генераторах. Область їх застосування дуже широка, а діапазон частот – від часток герца до сотень кілогерц і навіть одиниці мегагерц. При цьому стабільність частоти і форма кривої досягає часток відсотка, а при застосуванні операційних підсилювачів ці параметри ще покращуються. Однією з особливостей RC-генераторів є можливість регулювання частоти в широких межах.
В генераторах RC-типу в якості активного елемента використовують транзистори, операційні підсилювачі (ОП) та інші підсилювальні елементи, які охоплюють додатним частотнозалежним зворотним зв’язком. Елементи частотнозалежних ланок не мають резонансних властивостей, тому частота генерації RC-генераторів є квазірезонансною.
Є три основні типи схеми реалізації RC-генераторів за схемою додатного зворотного зв’язку:
RC-генератори з поворотом фази на частоті квазірезонансу;
RC-генератори з подвійним Т-подібним мостом;
RС- генератори з мостом Віна.
Обґрунтування вибору структурної схеми
Для реалізації даного курсового проекту виберемо схему RC-генератора з мостом Віна, в якому регулювання частоти здійснюється за допомогою здвоєного резистора. Основна перевага такої схеми це простота і зручність регулювання частоти в широкому діапазоні. Якщо частотний діапазон достатньо широкий, то заданий частотний діапазон розбиваємо на десяткові частотні піддіапазони.
Структурна схема генератора гармонічних коливань зображена на рис.1.1 і складається з задаючого генератора (ЗГ), регулятора-атенюатора (РА), підсилювача напруги (ПН) і підсилювача потужності (ПП).
В якості активного елемента задаючого генератора використаємо операційний підсилювач з високим коефіцієнтом підсилення, що дозволяє забезпечити високу стабільність частоти та необхідний рівень нелінійних спотворень, а також високу стабільність коефіцієнта підсилення за напругою.
Для забезпечення стабільності амплітуди вихідної напруги, в колі від’ємного зворотного зв’язку операційного підсилювача необхідно ввести термозалежний нелінійний та інерційний елемент – термістор.
Якщо схема задаючого генератора на операційному підсилювачі забезпечує значення напруги на виході менше від значення сигналу, яке вказане в завданні, то необхідно застосувати вихідний каскад, який буде складатися з підсилювача напруги ПН і підсилювача потужності, який бажано реалізувати за схемою квазікомплементарного двотактного повторювача напруги на складових транзисторах.
Для регулювання вихідної напруги, між задаючим генератором та вихідним підсилювачем вводимо атенюатор, що дає змогу дискретно змінювати напругу в діапазонах з коефіцієнтами ділення 1:1, 1:10, 1:100 та плавно регулювати її в межах кожному з цих діапазонів.
Для вимірювання вихідної напруги використаємо схему індикації, що виконана на базі мікроамперметра та однопівперіодного випрямляча.
Рис 1.1. Структурна схема генератора
Вибір елементної бази
Активний елемент задаючого генератора – універсальний операційний підсилювач з високим коефіцієнтом підсилення, високим вхідним та низьким вихідним опорами, що значною підвищує навантажувальною здатністю задаючого генератора.
Резистори та конденсатори моста Віна повинні бути прецизійними, які характеризуються малим відхилення від номінального значення (переважно не більше 1%) і низькими значеннями температурного коефіцієнта опору (ТКО) і температурного коефіцієнта ємності (ТКЄ).
Атенюатор представляє собою резистивний декадний подільник напруги, який має три піддіапазони, що дозволяє дискретно змінювати вихідну напругу в десять разів при переході з одного піддіапазону на інший і складається з чотирьох резисторів, значення яких дозволяє отримати необхідні коефіцієнти ділення напруги. Змінний резистор забезпечує плавне регулювання вихідної напруги в межах кожного піддіапазону.
Підсилювач потужності – безтрансформаторний і виконаний за схемою квазікомплементарного повторювача напруги на складових транзисторах, в якій початкове зміщення здійснюється за допомогою діодів, які зміщені в прямому напрямку і одночасно виконують функцію термокомпенсації, що забезпечує стабільності робочої точки в широкому діапазоні температур оточуючого середовища. В вихідному безтрансформаторному каскаді підсилення потужності потрібно передбачити схема обмеження вихідного струму, що забезпечує його надійну і стабільну роботу в режимі перенавантаженні за струмом.
Всі основні каскади схеми з’єднані через розділюючі конденсатори, що дозволяє усунути вплив дрейфу нуля кожного каскаду і покращити температурну стабільність схеми генератора.
Живлення операційних підсилювачів переважно здійснюється від двополярних джерел напруги (+Е; -Е), тому для їх реалізації бажано використати різнополярні напруги живлення вихідного підсилювача потужності (+Еж; - Еж).
4. Розрахунок електричної принципової схеми
4.1. Розрахунок задаючого генератора
Рис.4.1. Схема електрична принципова задаючого генератора
Визначимо кількість частотних піддіапазонів
Вибираємо коефіцієнт перекриття піддіапазонів
=50000*1,05=52500 - верхня частота 1 піддіапазону;
=50000*1,05*10=5250- верхня частота 2 піддіапазону;
Виберемо значення резисторів і
.
Приймемо , резистор типу С2-23-0,125 3кОм±1%.
Розрахуємо значення ємностей конденсаторів моста Віна
Приймемо К71-7-250В – 1,2 нФ ± 0,5%
Приймемо К71-7-250В-120 нФ ± 0,5%
Розраховуємо значення резистор
Змінний резистор R2 призначений для плавного регулювання частоти і повинен бути здвоєний, щоб забезпечувати одночасну зміну опорів кожного з плеч моста Віна.
Приймемо значення і вибираємо його тип
(ППЗ-47-3,125-150Ом).
Коло від'ємного зворотного зв’язку забезпечує стабілізацію амплітуди вихідної напруги і покращення форми вихідного сигналу. Стала часу термістора R5 повинна бути значно більшою від максимального періоду вихідної частоти
Приймаємо амплітудне значення напруги на виході задаючого генератора рівною Uвих.m і визначаємо необхідну напругу стабілізації термістора UТ
Для стабілізації напруги генератора застосовуємо такий термістор:
Тип термістора
Напруга
стабілізації, В
Струм
стабілізації, мА
Стала часу, с
ТПМ2/0,5А
2,4 -3,0
0,4 - 2,0
1
Вольт-амперна характеристика термістора зображена на рис.4. За вольт-амперною характеристикою будуємо залежність RT = F(IT), яка наведена на рис.5. Вибираємо робочу точку термістора А на ділянці максимальної крутизни.
Рис.4.2. Вольт-амперна характеристика термістора ТПМ2/0,5А
Рис.4.3. Залежність опору термістора типу ТПМ2/0,5А
Вибираємо точку на лінійній ділянці при І = 0.7мА, де опір RT = 10 кОм.
Визначаємо максимальну швидкість наростання напруги на виході операційного підсилювача
Вибираємо операційний підсилювач К140УД6 з наступними параметрами: ; Кu0=30000; Rн.min=2кОм; Vmax=2В/мкс=1,8В/мкс; (Uзм /(T=20 мкВ/оС; Rвих.ОП=0,2кОм ; =40нА.
Розраховуємо значення змінного резистор , який забезпечує встановлення необхідного значення вихідної напруги при зміні термістора
.
Приймаємо R5 , змінний резистор типу СП5 - 2ВА - 0,5 - 2,2кОм ± 5%.
Визначаємо значення опору резистора кола від’ємного зворотного зв’язку
.
Приймаємо R4 , резистор типу С2 - 33Н - 0,125 -5,6кОм ± 5%
Коефіцієнт від’ємного зворотного зв’язку підсилювача
Вихідний опір задаючого генератора буде складати
.
4.2. Розрахунок атенюатора
Атенюатор побудований за схемою декадного подільника напруги в заданому діапазоні і дозволяє дискретно змінювати напругу в десятковому масштабі і дозволяє плавно регулювати напругу в межах кожного піддіапазону.
Згідно із завданням динамічний діапазон зміни вихідної напруги складає Двих(дб)=60Дб, що у відносних одиницях становить . Тому весь діапазон зміни вихідної напруги розбиваємо на піддіапазони з такими коефіцієнтами ділення: 1:1; 1:10; 1:100; 1:1000. Вибираємо значення регулюючого резистора з умови , де - мінімальний опір навантаження операційного підсилювача, на якому побудований задаючий генератор. Приймаємо значення змінного резистора типу (СПО - 1 – 0,5 – 3кОм ± 5%, ).
Рис.4.4. Схема атенюатора
Запишемо основні співвідношення для коефіцієнтів ділення атенюатора
де - сумарний опір атенюатора. Вибираємо з умови . Приймаємо значення з такого ряду значень резисторів: (10 кОм; 20 кОм; 30 кОм; 100 кОм; 200 кОм; 300 кОм) і розраховуємо значення опорів атенюатора в такій послідовності
Приймаємо значення резисторів, які входять в склад атенюатора і приймаємо їх тип, наприклад, резистори типу:
С2-23Н-0,125-30Ом±1%,
С2-23Н-0,125-270Ом±1%, С2-23Н-0,125-2,7кОм±1%,
С2-23Н-0,125-27кОм±1%.
4.3. Розрахунок вихідного підсилювача потужності
Дані для розрахунку вихідного підсилювача :
діюче значення вихідної напруги =8 В;
опір навантаження Ом
номінальне значення вхідної напруги =6 В
Рис.4.5. Схема вихідного підсилювача
Визначаємо потужність, яка віддається в навантаження
Визначаємо значення напруги двополярного джерела живлення
де - напруга насичення вихідних потужних транзисторів. Приймаємо
Розраховуємо значення вихідних величин і параметрів, які потрібні для вибору потужних транзисторів VT6 і VT7.
Максимальне амплітудне значення струму колектора вихідних транзисторів
Максимальне амплітудне значення напруги на навантаженні
Максимальна потужність, яка виділяється на колекторі вихідного транзистора
Гранична частота підсилення вихідних транзисторів в схемі із спільним емітером, яка вибирається з наступної умови
Враховуючи необхідні параметри виберемо тип вихідних транзисторів (КТ815, КТ817, КТ819) з такими електричними параметрами:
Тип транзистора
fα,
МГц
h21e,
(β)
Ск,
пФ
τкб,
пс
Ік.0,
мкА
Uке.макс,
В
Ік.доп,
А
Pк.доп,
Вт
Rt.пк,
оС/Вт
КТ817Д
3
20
55
100
40
3,0
20
5
Розраховуємо значення резисторів, які забезпечують зміщення вихідних транзисторів
Потужність, що розсіюється на цих резисторах буде складати
Приймаємо =2,4кОм, і вибираємо тип цих резисторів.
Тип резистора
Номінальний опір,
Ом
Допустиме відхилення,
%
Резистивний елемент
Номінальна потужність,
Вт
Гранична напруга,
В
ПП2-12
4,7 ( 20000
±10
Дротяний
2,0
350
Визначаємо значення еквівалентного опору транзистора VT4 для змінного струму
Вибір транзисторів VT4 і VT5.
Розраховуємо амплітудне значення струму, яке повинен забезпечувати транзистор VT4
Початкове значення струму колектора для VT4
Амплітудне значення вихідної напруги транзистора VT4 .
Потужність, яка розсіюється на колекторі VT4
В якості транзисторів VT4 і VT5 вибираємо комплементарну пару транзисторів. Транзистор VT4 з провідністю типа n-p-n (КT503, КТ3101, КТ315, КТ201), а транзистор VT5 з провідністю типа p-n-p (КT502, КТ3107, КТ316, КТ202) параметри яких відповідають наступним вимогам:
.
Тип транзистора
fα,
МГц
h21e,
(β)
Ск,
пФ
τкб,
пс
Ік.0,
мкА
Uке.макс,
В
Ік.доп,
А
Pк.доп,
Вт
Rt.пк,
оС/Вт
Транзистори кремнієві, провідність (n-p-n)
КТ503В
5
40-120
20
1
40
0,3
0,35
214
КТ502В
5
40-120
20
1
40
0,3
0,35
Значення струму спокою VT1
Амплітудне значення напруги на вході транзистора VT4
Визначаємо спад напруги на резисторі :
Приймаємо значення резистора =4700Ом і визначаємо потужність, яка на йому розсіюється
Вибираємо тип резистор .
Розраховуємо струм спокою колектора транзистора VT1
Спад напруги на діодах VD2, VD3, VD4 повинен дорівнювати напрузі зміщення вихідного квазікомплементарного повторювача і складає . Струм через діоди дорівнює струму колектора транзистора VТ1 в режимі спокою . Діоди вибираємо таким чином, щоб при даному струмі, =7,1мА на них забезпечувався необхідний спад напруги, який для кремнієвих діодів переважно складає 0,7В. Вибираємо діоди типу КД510А, для якого
Пряма вольт-амперна характеристика діода КД510A зображена на рис.4.6.
Рис.4.6. Пряма вольт-амперна характеристика діода КД510А
Розраховуємо значення резистора в колі емітера транзистора VТ1
Приймаємо значення резистора Потужність, яка розсіюється на цьому резисторі буде дорівнювати
Вибираємо тип резистораС2-23 0,5Вт 240Ом.
Вибираємо тип транзистора VT1 (КT503, КТ3101, КТ315, КТ815) параметри якого повинні задовольняти наступні вимоги:
Тип транзистора
fα,
МГц
h21e,
(β)
Ск,
пФ
τкб,
пс
Ік.0,
мкА
Uке.макс,
В
Ік.доп,
А
Pк.доп,
Вт
Rt.пк,
оС/Вт
Транзистори кремнієві, провідність (n-p-n)
КТ815В
3
40
60
50
70
1,5
10
10
Опір емітерного переходу транзистора VТ1
де – температурний потенціал ().
Визначаємо вхідний опір підсилювального каскаду на транзисторі VT1
де - об’ємний опір бази VT1. Для кремнієвих транзисторів приймаємо , а для германієвих -
Для розрахунку коефіцієнта підсилення підсилювального каскаду на транзисторі VT1 за напругою визначаємо його еквівалентний опір навантаження
Сумарний коефіцієнт підсилення вихідного каскаду буде складати
Визначаємо вихідний опір квазікомплементарного повторювача напруги на складових транзисторах (VT4 ÷ VT7)
Визначимо необхідне значення коефіцієнта підсилення вихідного каскаду за напругою
Визначимо коефіцієнт підсилення за напругою квазікомплементарного повторювача напруги на складових транзисторах (VT4 ÷ VT7).
Для узгодження схеми вихідного підсилювача потужності з операційним підсилювачем застосована схема зсуву потенціалів за допомогою стабілітрона VD1. Напруга стабілізації стабілітрона повинна становити
Вибираємо стабілітрон типу Д814Г, який має такі параметри: .
Приймаємо і розраховуємо значення опору резистора
Приймаємо , резистор типу С2 - 33Н - 0,125 80Ом ± 5% 100 Ом.
Обчислимо значення опорів резисторів , схеми захисту вихідних транзисторів від перенавантаження за струмом
де – максимальний струм навантаження при якому спрацьовує схема обмеження струму
Приймаємо , резистори типу: С2-33-2 0,36Ом
Розрахунок елементів кола загального від’ємного зворотного зв’язку.
Необхідне значення коефіцієнта підсилення вихідного підсилювача за напругою визначається параметрами ланки послідовного від’ємного зворотного зв’язку за напругою
Приймаємо значення і розраховуємо значення опору зворотного зв’язку
де – регулювальний резистор, який дозволяти точно встановити номінальне значення коефіцієнта підсилення за напругою. Переважно .
Опір резистора вибираємо з умови . Приймаємо =1,1 МОм, резистор типу С2 – 33Н - 0,125 ± 5%
Коефіцієнт від’ємного зворотного зв’язку для схеми вихідного підсилювача буде складати
Розраховуємо значення вхідного опору підсилювача зі зворотним зв’язком
Розраховуємо значення вихідного опору генератора з врахуванням загального від’ємного зворотного зв’язку
Задаємо сумарне значення коефіцієнта частотних спотворень на нижній частоті для всієї схеми генератора .
Розподілимо між розділювальними конденсаторами схеми генератора: , і визначаємо значення відповідних коефіцієнтів частотних спотворень у відносних одиницях
,
Розраховуємо значення ємностей розділювальних конденсаторів , ,
Приймаємо значення розділюючих конденсаторів і виберемо їх типи, при цьому необхідно врахувати значення напруги, яка до них прикладена
Ср1 конденсатор типу К50-16-25B – 39мкФ,
Ср2 , конденсатор типу КМ-6-H90-50В – 13 мкФ,
Ср3 , конденсатор типу К50-16-50В – 3,3мкФ.
4.4. Розрахунок коефіцієнта гармонік
Для аналізу нелінійних спотворень вихідного каскаду підсилювача потужності на транзисторах спочатку необхідно на сімействі вихідних характеристик транзистора (рис.4.7) побудувати динамічну навантажувальну пряму АВ. На вихідній характеристиці відмічаємо точки перетину навантажувальної прямої з вихідними характеристиками при різних значеннях струму бази ( точки: 1, 2, 3, 4, 5, 6). Для кожної точки знаходимо значення струму колектора і бази. Потім, використовуючи вхідну характеристику (рис.4.8 ) знаходимо відповідні значення напруги база-емітер транзистора. Для побудови наскрізної характеристики необхідно для кожної точки визначити значення напруги джерела сигналу , де - опір джерела вхідного сигналу, який визначаємо за таким виразом . Значення всіх параметрів заносимо в таблицю 4.1, на основі якої будуємо наскрізну характеристику (рис.4.9).
Таблиця 4.1
№ точки
1
1
0,7
0,71
0,1
2
5
0,8
0,86
0,41
3
15
0,87
1,1
0,77
4
30
0,93
1,3
1,15
5
45
0,96
1,5
1,21
6
60
0,98
1,75
1,4
Рис.4.7. Вихідна характеристики транзисторів VT6 і VT7 для схеми з спільним емітером
Рис.4.8. Вхідна характеристика транзистора VT6 для схеми з спільним емітером
Рис.4.9. Наскрізна характеристика вихідних транзисторів підсилювача потужності
Визначаємо амплітудні значення струмів гармонік вихідного сигналу
Виконуємо контрольний розрахунок гармонічних складових струмів
Визначаємо розрахункове значення коефіцієнта гармонік вихідного сигналу без урахування внутрішнього зворотного зв’язку
Якщо врахувати внутрішній від’ємний зворотний зв’язок за струмом, то
де SТр – крутизна вихідного транзистора, яка визначається з даних, які знаходяться в табл.2
Розрахунки повинні підтвердити, що коефіцієнт гармонік вихідного підсилювача не перевищує значення заданого в завданні.
4.5. Розрахунок схеми живлення операційних підсилювачів
Операційні підсилювачі живляться від двох параметричних стабілізаторів напруги на кремнієвих стабілітронах. В якості вхідних напруг цих стабілізаторів використовуються напруги живлення вихідного підсилювача потужності. Від’ємна напруга живлення операційних підсилювачів подається з параметричного стабілізатора на стабілітроні VD1, а додатна напруга живлення подається з параметричного стабілізатора на стабілітроні VD2. Резистори R1 і R2 є обмежуючими і визначають значення струму через стабілітрони.
Рис.4.10. Схема живлення операційних підсилювачів DA1 і DA2
Вхідні дані для розрахунку параметричних стабілізаторів напруги:
напруги живлення підсилювача потужності Ек=18В;
напруга живлення операційного підсилювача - = 12В;
струм споживання операційного підсилювача від одного джерела живлення складає - =10мА.
Виберемо стабілітрони VD1 і VD2 КС515А виходячи з умови, щоб їхня напруга стабілізації дорівнювала напрузі живлення операційних підсилювачів. Приймаємо кремнієвий стабілітрон з наступними електричними параметрами: =15Впри струмі
Приймаємо струм стабілізації і розраховуємо значення резисторів R1 і R2
Обчислимо потужність резисторів
.
Приймаємо значення резисторів R1=R2= 100 Ом, резистор типу C2 - 33H ±5%.
4.6. Розрахунок схеми індикації
Схема індикації призначена для візуального спостереження і вимірювання значення напруги на виході генератора гармонічних коливань і наведена на рис. Оскільки схема побудована на основі магнітоелектричного приладу постійного струму, то вона повинна здійснювати випрямлення і згладження змінного струму. Випрямлена напруга подається на вимірювальний прилад через додатковий обмежуючий резистор . Схема індикації побудована на базі мікроамперметра, який працює в режимі вимірювання напруги і шкала його проградуйована у вольтах.
Рис.4.11. Схема індикації і вимірювання вихідної напруги генератора
Задаємося значенням струму, який споживає схема індикації рівним Іін = 1 мА і розраховуємо значення обмежуючого резистора R1
Приймаємо значення резистора R1=60кОм резистор типу С2-33Н-0,125 ± 1%.
Задаємося напругою на вході випрямлення. Приймаємо і розраховуємо значення резистора подільника напруги R2
В якості діодів вибираємо діоди типу КД503Б для яких (Uпр=0,7В; Iпр=0,03А), а в якості вимірювального приладу застосовуємо мікроамперметр типу М4228 (Iном= 0,1 мА; Rрам.=150 Ом).
Задаємося кутом відсічки і розраховуємо середнє значення випрямленої напруги
.
Для точного встановлення номінального значення вихідної напруги на виході генератора служить регулювальний резистор, значення якого визначаємо з наступного виразу
Приймаємо Rрег=220Ом резистор типу СПО - 1 ± 5%.
Розраховуємо значення додаткового резистора, який забезпечує номінальне значення струму через вимірювальний прилад
Конденсатор С2 призначений для згладження пульсацій на виході однопівперіодного випрямляча. Задаємося допустимим коефіцієнтом пульсацій згладжуючого фільтра КП і розраховуємо значення ємності конденсатора С2
Приймаємо С2=400мкФ конденсатор типу К50-16-10 В .
Приймаємо Rдод, резистор типу С2-33Н – 0,125 ± 5 %.
Задаємося допустимим рівнем частотних спотворень на низьких частотах, який вносить розділюючий конденсатор С1 на вході схеми індикації і розраховуємо його значення
де
Приймаємо С1=10мкФ конденсатор типу К50-16 .
4.7. Розрахунок нестабільності частоти генератора
Нестабільність частоти генератора буде визначатися температурною нестабільністю резисторів і конденсаторів кола додатного зворотного зв’язку (моста Віна) задаючого генератора. Загальний вираз для нестабільності частоти генератора має наступний вираз
,
де - сумарна температурна похибка резисторів моста Віна;
- сумарна температурна похибка конденсаторів моста Віна.
Температурний коефіцієнт опору резисторів R1 і R3 типу, які входять в склад моста Віна не перевищує значення: ТКО(1,3) = ± 60·10-6 1/C°. Розраховуємо температурну складову основної похибки (∆Т = 20 оС), яку вносять резистори R1 і R3
Температурний коефіцієнт опору резистора R2 типу, який входять в склад моста Віна, не перевищує значення: ТКО2 = ± 20·10-6 1/C°. Розраховуємо температурну складову основної похибки (∆Т = 20 оС), яку вносить резистор R2
Сумарна основна температурна похибка всіх резисторів моста Віна
Температурний коефіцієнт ємності конденсаторів (, ,, , , ), які входять в склад моста Віна складає: ТКЄ =
Розраховуємо температурну складову основної похибки (∆Т = 20 оС), яку вносять конденсатори С1 і С2
Отже
Середньоквадратичне значення основної похибки частоти генератора
Похибка частоти розробленого генератора гармонічних коливань не перевищує значення, яке задане в завданні.
5. Розрахунок площі радіаторів вихідних транзисторів
Для забезпечення нормального температурного режиму транзистори VT6 і VT7 розміщуються на радіаторах. Обчислимо площу поверхні радіатора
[cм2],
де - максимальна потужність, що розсіюється на колекторі кожного вихідного транзистора;
C - максимальна температура оточуючого середовища,;
C - максимальна температура колекторного переходу транзистора;
- тепловий опір перехід-корпус вихідного транзистора.
Список літератури
Воейков Д.Д. Конструирование низкочастотных генераторов – М.: Энергия, 1964.
Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник под ред. Б.Л. Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981.
Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник. Под общей ред. Н.Н. Горюнова. - М.: Энергоиздат, 1982.
Резисторы. Справочник - Под ред. Четверткова И.И. - М.: Энергоиздат, 1981.
Справочник по электрическим конденсаторам. Под общей ред. Четверткова И.И. - М.: Радио и связь, 1983.
Конструирование и технология печатных плат. Под заглавием авторов: Жигалов А.Т., Котов Е.П. и др. - М.: Высшая школа, 1973.
Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988.
Усатенко С.Т. Графическое изображение электрорадиосхем: Справочник. - К.: Техніка, 1986.
Краткий справочник конструктора РЭА. Под ред. Варламова Р.Г. - М.: Сов. радио, 1982.
Додаток
29.01.2013 16:01-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора