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:
Компютерних технологій автоматики та метрології
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2006
Тип роботи:
Курсовий проект
Предмет:
Електроніка та мікросхемотехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
НУ “Львівська політехніка
Інститут комп’ютерних технологій,
автоматики і метрології
Курсовий проект
з навчальної дисципліни „Електроніки та мікросхемотехніка”
На тему: “Генератор гармонічних коливань”
Зміст
Теоретичне завдання 3
Вступ 4
1. Обґрунтування вибору структурної схеми. 6
2. Вибір елементної бази 9
3. Розрахунок принципової схеми
3.1. Розрахунок задаючого генератора 10
3.2. Розрахунок атенюатора 14
3.3. Розрахунок підсилювача потужності 16
3.3.1. Розрахунок вихідного каскаду ПП 17
3.3.2. Розрахунок вхідного каскаду ПП 21
3.4. Розрахунок схеми живлення ОП 24
3.5. Розрахунок схеми індикації вихідної напруги 25
3.6. Розрахунок розділювальних конденсаторів 26
4. Розрахунок технічних показників пристрою
4.1. Розрахунок похибки частоти 28
4.2. Розрахунок коефіцієнта гармонік 29
5. Конструкторсько-технологічна документація 31
Список літератури 33
Додаток 1 34
Додаток 2 35
Додаток 3 36
Додаток 4 38
Технічне завдання
Нижня частота 5
Верхня частота 500
Похибка частоти 1
Вихідна напруга 25
Опір навантаження 100
Коефіцієнт гармонік 0,5
Діапазон регулювання
вихідної напруги 40
Температура оточуючого середовища
мінімальна +10
максимальна +50
Вступ
Генератори гармонічних коливань – це великий клас пристроїв, які знаходять широке застосування у різних галузях техніки.
Електричний генератор являє собою пристрій, що перетворює електричну енергію джерела постійного струму в енергію незатухаючих електричних коливань потрібної форми, частоти і потужності.
По принципу дії і схемній побудові розрізняють генератори з самозбудженням (автогенератори) і генератори з зовнішнім збудженням.
Електронні автогенератори підрозділяються на автогенератори синусоїдальних (гармонічних) коливань і автогенератори коливань несинусоїдальної форми (релаксаційні автогенератори).
Частотний діапазон таких генераторів – від долей герц до десятків гігагерц і вище. Генератори гармонічних коливань поділяються на підкласи в залежності від частотного діапазону (низькочастотні - , високочастотні - , надвисокочастотні – і вище), величини напруги на виході, області застосування і схемних рішень.
Темою даного курсового проекту є побудова низькочастотного генератора гармонічних коливань. Класичними схемними рішеннями побудови таких генераторів є індуктивно-ємнісні генератори, триточкові генератори. Але в останній час найбільшого поширення у низькочастотному діапазоні набули резистивно-ємнісні генератори. Це зумовлено насамперед тим, що на низьких частотах індуктивні елементи мають дуже великі масогабарити, є нетехнологічними, потребують використання феромагнітних матеріалів, що призводить до зниження стабільності. Діапазон частоти таких генераторів є нешироким.
Ці недоліки відсутні в -генераторах. В них замість коливального контура використовуються вибірні -фільтри. Однією з корисних особливостей -генераторів є можливість зміни частоти у широких межах шляхом зміни параметрів частото-залежної ланки.
В автогенераторах -типу використовуються операційні підсилювачі та інші активні елементи, охоплені додатнім зворотнім зв’язком. Частота генерації є квазірезонансною, тому що елементи частото-залежних ланок не мають резонансних властивостей.
Є три основні рішення схемної побудови частото-залежних ланок -генераторів:
-генератори з поворотом фази на частоті квазірезонансу;
-генератори з подвійним Т-подібним -мостом;
-генератори з мостом Віна.
1. Обґрунтування вибору структурної схеми.
Як відомо [1], підсилювач, що охоплений додатним зворотним зв’язком достатньої глибини може генерувати незатухаючі електричні коливання і без включення спеціальної фазообертаючої ланки. Для виділення потрібної частоти синусоїдальних коливань із всього спектру частот, що генеруються такою схемою, необхідно забезпечити виконання самозбудження тільки для однієї частоти. З цією метою в коло зворотного зв’язку може бути включена послідовно-паралельна вибірна ланка (міст Віна), схема якої приведена на рис. 1.1.
Рис. 1.1.
Коефіцієнт затухання такої ланки дорівнює 3. Тому для даного курсового проекту вибрано схему з -генератора з мостом Віна. Основна перевага такої схеми – зручність регулювання частоти у широкому діапазоні. Частотний діапазон розбитий на два піддіапазони.
Підсилювачем чи активним елементом задаючого генератора вибрано операційний підсилювач з високим коефіцієнтом підсилення, що забезпечує стабільність частоти і точність форми кривої з похибкою не більше . Для забезпечення стабільності амплітуди вихідної напруги в коло від’ємного зворотного зв’язку операційного підсилювача включено термозалежний елемент – термістор.
Застосована схема генератора може дати напругу на виході до при опорі навантаження не менше . Для забезпечення необхідної потужності використано підсилювач потужності, який складається з двох каскадів. Вихідний каскад виконаний по двотактній схемі і працює в режимі АВ. У цьому каскаді суттєво зменшені нелінійні спотворення. Він має внутрішній від’ємний зворотний зв’язок через опір навантаження. Каскад забезпечує підсилення по потужності.
Вхідний каскад виконаний за однотактною схемою зі спільним емітером і працює в режимі А. В ньому застосована емітерна стабілізація робочої точки. Каскад забезпечує підсилення за напругою, а також за потужністю.
Згідно з завданням для схеми генератора передбачена зміна вихідної напруги. Для цього між задаючим генератором і підсилювачем включений атенюатор (подільник напруги), в якому є можливість дискретної зміни напруги в діапазонах (коефіцієнти ділення відповідно 1:1, 1:10, 1:100) і плавно в межах кожного діапазону.
Для вимірювання напруги передбачена схема індикації, виконана на базі мікроамперметра і однопівперіодного випрямляча.
Структурна схема генератора зображена на рис. 1.2.
Рис.1.2
2. Вибір елементної бази.
Активний елемент задаючого генератора операційний підсилювач К140УД11 з високим коефіцієнтом підсилення, високим вхідним і низьким вихідним опором, значною навантажувальною здатністю. Резистори і конденсатори моста Віна вибрано прецензійними (відхилення від номіналу не більше ) і з малим значенням ТКО і ТКБ.
Атенюатор-резистивний, складається з трьох постійних резисторів (діапазонних) і 1-го змінного для плавного регулювання.
Підсилювач потужності – безтрансформаторний, вихідний каскад якого виконаний по двотактній схемі на комплементарних транзисторах і на більш потужних вихідних транзисторах однієї провідності. Діоди вихідного каскаду забезпечують необхідну напругу зміщення і стабільність робочої точки.
Для покращення характеристик всі блоки схеми з’єднані через розділювальні конденсатори.
Живлення вихідного підсилювача потужності несиметричне (-54В,0); живлення операційного підсилювача симетричне (-15В, +15В). 3. Розрахунок принципової схеми
3.1. Розрахунок задаючого генератора
Рис 3.1.1. Схема електрична принципова задаючого генератора
Вихідні дані:
Нижня частота
Верхня частота
Визначаємо кількість частотних піддіапазонів:
;
;
вибираємо коефіцієнт перекриття частотних піддіапазонів:
, тоді
верхня частота другого піддіапазону:
,
верхня частота першого піддіапазону:
.
Розраховуємо резистори і :
. Отже
Тип С2-14-0,125В-2,7кОм±0,1%
Розраховуємо конденсатори моста Віна:
;
.
Тип МПГ-П-500В-0,1 мкФ±0,2%
;
.
Тип МПГ-П-250В-1мкФ±0,2%
Розраховуємо резистор :
.
Тип ПП3-41-3-27 кОм±10%
Розраховуємо параметри кола від’ємного зворотного зв’язку:
Задаємо значенням вихідної напруги задаючого генератора і вибираємо тип термістора:
; ;
.
Вибираємо термістор ТПМ 6/2, залежність якого побудована в дод. 1. рис. 1.
Визначаємо: , .
Розраховуємо змінний резистор :
;
.
Тип ПП1-11В-2Вт-360Ом±10%.
Розраховуємо резистор :
;
.
Тип С2-14-0,125Вт-1,3кОм±0,1%
Розраховуємо швидкість наростання вихідної напруги:
;
.
Вибираємо операційний підсилювач:
К140УД11 – загального призначення, швидкодіючий ; ; ; ; ; ; ; ; .
Перевіряємо умову збудження:
Коефіцієнт передачі ланки від’ємного зворотного зв’язку:
; .
Розраховуємо вихідний опір генератора:
;
.
Сумарний опір ланки зворотного зв’язку :
;
. 3.2. Розрахунок атенюатора
Вхідні дані: діапазон регулювання вихідної напруги
сумарний опір ланки
;
.
Отже діапазон розбиваємо на три піддіапазони 1:1, 1:10, 1:100.
Розраховано опір :
;
Тип РП1- 46а - 0,5- 20кОм ±10%
Розраховуємо опори дільника:
; =20 кОм
; ; ; .
Тип С2-14-0,125Вт-200Ом±5%.
Ом
Тип С2-14-0,125Вт-430-1,8кОм±5%.
Перевіряємо допустиму потужність:
; .
=- ;.
Тип С2-14-0,125Вт-4,3-18кОм±5%.
; ; ;
; .
Розраховуємо максимальний вихідний опір атенюатора:
; .
Еквівалентний опір атенюатора:
; .
Перевіряємо максимальний опір навантаження операційного підсилювача:
; де - сумарний опір моста Віна; .
.
Отже . 3.3. Розрахунок підсилювача потужності
Вихідні дані: ; .
Розраховуємо вхідну потужність:
; де ; ;
.
Розраховуємо вихідну потужність:
; .
Визначаємо загальний коефіцієнт підсилення по потужності:
; ;
; .
Визначаємо кількість каскадів підсилювача:
; .
3.3. Розрахунок вихідного каскаду підсилювача потужності
Вихідні дані: ; .
Розрахунок ведемо згідно [2], [1].
Визначаємо напругу джерела живлення:
;
, .
Знаходимо максимальне значення колекторного струму транзисторів і :
; .
Вибираємо струм спокою транзисторів і :
; .
Визначаємо максимальну потужність, що розсіюється колекторним переходом транзисторів і :
; .
Вибираємо транзистори і з умови ; ;
.
П609Б з параметрами: ; ; ; .
Користуючись вихідними і вхідними характеристиками транзистора (дод.1.рис.2.3) визначаємо:
; .
На навантажувальній прямій відмічаємо робочу точку Р.
; .
; .
Визначаємо середній вхідний опір транзистора :
; .
Усереднена крутизна характеристики :
; .
Вхідний опір плеча з врахуванням ВЗЗ:
; .
Вибираємо резистори і :
; ; .
Тип С2-14-0,125Вт-11кОм±5%.
Амплітуда струму колектора передостаннього транзистора :
; .
Вибираємо передостанній транзистор з умови:
; ;
;
;
; ;
: КТ203Б з параметрами:
; ; ; .
: КТ315В з параметрами:
; ; ; .
Користуючись вихідними і вхідними (дод.1.рис.5.4.) характеристиками транзистора КТ203Б знаходимо:
; .
; .
Вибираємо діоди і з умови забезпечення необхідного зміщення транзисторів і , що дорівнює .
КД102А, пряма характеристика якого зображена в дод.1. рис.6. На цій характеристиці шукаємо необхідний струм діода для , .
Розрахуємо резистори і :
; .
; .
Тип С2-14-1Вт-1,1кОм±5%.
Розраховуємо вхідний опір плеча:
, де , .
, де - глубина ВЗЗ,
,
де - усереднена крутизна характеристики ;
; .
- вхідний опір ;
.
.
.
.
Будуємо наскрізну характеристику для (дод.2. рис.1.) і визначаємо:
; .
Визначаємо коефіцієнт підсилення за напругою:
; .
Визначаємо коефіцієнт підсилення за потужністю:
; .
3.3.2. Розрахунок вхідного каскаду підсилювача потужності
Вхідні дані: , , .
Рис.3.3.2.1.
Розрахунок ведемо згідно [1]
Вибираємо транзистор з умови:
, .
М114 з такими параметрами:
, , .
Задаємо струм спокою:
, (дод.2. рис.3.).
Розраховуємо :
, .
; .
Тип С2-14-0,125Вт-120кОм±5%
Розраховуємо опір в колі термостабілізації:
; .
; .
Тип С2-14-0,125Вт-62кОм±5%
Розраховуємо конденсатор :
, .
Тип К50-6-16В-50 мкФ
Знаходимо напругу між колектором і емітером транзистора в режимі спокою:
, .
Переносимо робочу точку на вхідну характеристику (точка дод.2.рис.4.)
Визначаємо вхідний опір каскаду, провівши дотичну до вхідної характеристики через точку .
, .
Визначаємо величину опорів і дільника напруги. Задаємо спад напруги на опорі фільтру:
, .
Напруга, що підводиться до дільника:
, .
Струм в колі дільника:
, .
, ;
.
, .
Умова , - умова виконується.
, , .
Тип С2-14-0,125Вт-100кОм±5%
Тип С2-14-0,125Вт-39кОм±5%
Розраховуємо елементи розв’язуючого фільтру:
, .
, .
Тип С2-14-0,125Вт-56кОм±5%
, .
Тип К50-6-50В-100мкФ±30%
Визначаємо еквівалентний опір навантаження каскаду:
, де
- опір дільника слідуючого каскаду;
, , .
.
Коефіцієнт підсилення по напрузі:
, .
Коефіцієнт підсилення по потужності:
, .
3.4. Розрахунок схеми живлення операційного підсилювача.
Вхідні дані: ,
Напруга живлення ОП
Струм живлення ОП .
Рис.3.4.1.
Виберемо стабілітрон КС515А з параметрами:
, , , .
Розраховуємо значення :
, .
Тип С2-14-1Вт-1,56кОм±2%
, .
3.5 Розрахунок схеми індикації вихідної напруги
Вхідні дані: , .
Рис.3.4.1.
Схема індикації побудована на базі мікроамперметра, який працює в режимі вимірювання напруги і проградуйований у вольтах.
Вибираємо .
Тип С2-14-0,125Вт-56кОм±1%
Діоди і - Д104, .
Вибираємо мікроамперметр типу М4228.
, .
Додатковий опір :
, .
Тип С2-14-0,125Вт-3,9кОм
Конденсатори і вибираємо з умови:
, .
, .
Тип К50-6-16В-20 мкФ
3.5 Розрахунок розділювальних конденсаторів
Конденсатор включений між задаючим генератором і атенюатором.
Конденсатор включений між атенюатором і вхідним каскадом підсилювача потужності.
Конденсатор включений між вхідним і вихідним каскадом підсилювача потужності і опором навантаження.
Задаємося коефіцієнтом частотних спотворень на нижній частоті .
Розподілимо між конденсаторами:
, , .
, .
, .
Розраховуємо : , .
, .
Тип К50-31-63В-1000мкФ
Розраховуємо : , .
, .
Тип К50-6-50В-200мкФ
Розраховуємо : , .
, .
Тип К50-31-63В-470мкФ
Розраховуємо : .
, .
Тип К50-31-63В-1000мкФ
4. Розрахунок технічних показників пристрою
4.1. Розрахунок похибки пристрою
Вихідні дані: , , .
Загальний вираз для похибки частоти: , де
- сумарна похибка резисторів моста Віна.
- сумарна похибка конденсаторів моста Віна. (Рис.3.1.1., стор.10)
Температурний коефіцієнт опору резисторів і - ,
- .
Отже
;
,
.
, .
Температурний коефіцієнт ємності конденсаторів:
;
;
, .
Похибка частоти:
.
в найгіршому випадку:
, .
Отже розрахована похибка частоти не перевищує заданого значення. 4.1. Розрахунок похибки пристрою
Вихідні дані: , .
Розрахунок ведемо згідно [1].
Коефіцієнт гармонік розраховуємо для силових транзисторів і вихідного каскаду (Рис.3.3.1.1., стор 15).
Будуємо скрізну характеристику для транзистора , використовуючи співвідношення , (дод.2., рис.2.) по точкам 1, 2, 3, 4, 5 (дод.1., рис.2.).
Дані заносимо в таблицю
№
1
0,4
0,2
4,6
26
2
1
0,23
11,23
80
3
1,5
0,27
16,77
130
4
2
0,3
22,3
185
5
2,63
0,33
29,3
240
Коефіцієнт асиметрії .
Максимальний колекторний струм .
Мінімальний колекторний струм .
Середній колекторний струм .
Знаходимо амплітудні значення гармонічних складових струму колектора за формулами:
;
;
;
;
;
;
;
.
Коефіцієнт гармонік без врахування ВЗЗ:
, .
Коефіцієнт гармонік з врахуванням ВЗЗ:
, де - крутизна характеристики .
, .
, .
Отже розрахунковий коефіцієнт гармонік є менший заданого.
5. Конструкторсько технологічна документація
Опис конструкції приладу
Основою корпусу генератора гармонічних коливань є рама-шассі 2. Вона виготовляється з алюмінієвого сплаву методом лиття під тиском. До рами-шассі кріпляться інші частини корпусу: передня панель3; задня панель 4; консух-кришка 5; монтажна плата 1 і ніжки стояки 7. До рами-шассі інші частини корпуса кріпляться гвинтами М3.
На передній панелі, яка виготовляється з алюмінієвого сплаву методом лиття під тиском, кріпляться: тумблер переривання живлення 13, мікроамперметр для реєстрації вихідної напруги 20, перемикач вихідного масштабу 10, перемикач діапазону 18, змінні резистори регулювання вихідної напруги і частоти 11, 17. На осі перемикачів і змінних резисторів надіті декоративні ручки. Також на передній панелі кріпиться стандартне вихідне гніздо 14. Передня панель кріпиться до рами-шассі чотирма гвинтами з шайбами М3.
Кожух кришка і нижня кришка виготовлені з алюмінієвого сплаву методом лиття під тиском. В кожусі кришці пророблені пази для вентиляції приладу. Нижня кришка кріпиться до рами-шассі разом з ніжками-стояками болтами М3.
Задня кришка виготовляється з алюмінієвого сплаву методом лиття під тиском. На ній розміщуються клема подачі живлення, клема заземлення і два запобіжники. Задня панель кріпиться до рами-шассі чотирьмома гвинтами М3.
Зовнішній монтаж ведеться за допомогою провідників в поліхлорвініловій ізоляції.
Список літератури
Гершунський Б.С. “Справочник по расчету электронных схем”. – К.: Вища школа, 1983.
Терпугов Р.М. “Расчет транзисторных усилителей”. – М.: Радио и связь, 1981.
Цыкина А.В. “Проектирование транзисторных усилителей низкой частоты”. – М.: Связь, 1967.
“Интегральные микросхемы”. Справочник /Под ред. Тарабрина Б.В. – М.: Радио и связь, 1984.
“Транзисторы для аппаратуры широкого применения”. Справочник /Под ред. Перельмана Б.Л. – М.: Радио и связь, 1981ю
“Полупроводниковые приборы. Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы”. Справочник /Под ред. Горнюнова Н.Н. – М.: Энергоиздат, 1983.
Справочник по электрическим конденсаторам /Под. ред. Четверткова И.И. и В.Ф. Смирнова. – М.: Радио и связь, 1983.
Справочник “Резисторы” /Под. общ. ред. Четверткова И.И. и Терехова В.М. – М.: Радио и связь, 1991.
Додаток 3
Поз
познач
Найменування
Кільк
Примітка
Резистори
R1, R3
С2-14-0,125Вт-2,7кОм±0,1%
2
R2, R4
С2-14-0,125Вт-2,7кОм±0,1%
2
R5
С2-14-0,125Вт-1,3кОм±0,1%
1
R6
ТПМ 6/2
1
R7
ПП2-11-2Вт-360Ом±10%
1
R8
С2-14-1Вт-1,56кОм±5%
1
R9
РП1-46а-0,5-4,7кОм±10%
1
R10
С2-14-0,125Вт-4,23кОм±5%
1
R11
С2-14-0,125Вт-420Ом±5%
1
R12
С2-14-0,125Вт-47Ом±5%
1
R13
С2-14-0,125Вт-56кОм±2%
1
R14
С2-14-0,125Вт-56кОм±2%
1
R15
С2-14-0,125Вт-100кОм±5%
1
R16
С2-14-0,125Вт-39кОм±5%
1
R17
С2-14-0,125Вт-120кОм±5%
1
R18
С2-14-0,125Вт-62кОм±5%
1
R19
С2-14-0,125Вт-56кОм±5%
1
R20
С2-14-1Вт-1,1кОм±5%
1
R21
С2-14-1Вт-1,1кОм±5%
1
R22
С2-14-0,125Вт-11кОм±5%
1
R23
С2-14-0,125Вт-56кОм±5%
1
Конденсатори
С1
МПГ-П-500В-0,1мкФ±0,2%
1
С2
МПГ-П-250В-1мкФ±0,2%
1
С3
МПГ-П-500В-0,1мкФ±0,2%
1
С4
МПГ-П-250В-1мкФ±0,2%
1
С5
К50-31-63В-100мкФ±30%
1
С6, С7
К50-6-16В-20мкф
2
С8
К50-6-50В-200мкФ±30%
1
С9
К50-6-50В-100мкФ±30%
1
С10
К50-31-63В-470мкФ
1
С11
К50-6-16В-50мкф
1
С12
К50-31-63В-1000мкФ±30%
1
Діоди
VD1
КС515А
1
VD2, VD3
Д104
2
VD4, VD5
КД102А
2
Транзистори
VТ1
МП114
1
VТ2
КТ203Б
1
VТ3
КТ315В
1
VТ4, VТ5
П609Б
2
Мікросхема
DA1
K140УД11
1
S1
Перемикач ПМ 5П2Н
1
S2
Перемикач ПМ 11П2Н
1
S3
Мікротумблер Т1 ВРО.360.007ТУ
1
FU1, FU2
Запобіжник ВП1-1-2,5А-100В
2
РА1
Вимірювальний прилад М4228
1
Додаток 4
Позначення
Найменування
Кільк
Примітка
Документація
Пояснювальна записка
1
Принципова схема
1
Друкована плата
1
Перелік елементів
1
Складальне креслення
1
Деталі
1
Плата
1
2
Рама-шассі
1
3
Передня панель
1
4
Задня панель
1
5
Кожух кришка
1
6
Нижня кришка
7
Ніжка стояк
4
8
Шайба
36
9
Гвинт М3 6д838016
16
10
Перемикач ПМ 11П1Н
11
Резистор рег. СП2-66
12
Перемикач ПМ 5П2М
13
Мікротумблер
14
Гніздо СР-5073
15
Клема КП-15ТУ06-1784-32
16, 18
Ручка перемикача
2
17, 19
Ручка регулятора
2
20
Мікроамперметр М4228
1
21
Запобіжник ВП1-1-2,5А-100В
2
06.02.2014 19:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора