Генератор гармонічних коливань. Пояснювальна записка до курсового проекту з Електроніка та мікросхемотехніка. Робота № 525692

Перехід до торгівельного партнера Binance

Генератор гармонічних коливань

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2006

Тип роботи:

Пояснювальна записка до курсового проекту

Предмет:

Електроніка та мікросхемотехніка

Завантажити

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

Міністерство освіти і науки України Національний університет „Львівська політехніка” ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА до курсового проекту з навчальної дисципліни: "Електроніка та мікросхемотехніка" на тему: " Генератор гармонічних коливань " Зміст Технічне завдання____________________________________________ 3Вступ_______________________________________________________ 4 Вибір структурної схеми генератора гармонічних коливань ______7 Розрахунок електричної принципової схеми ___________________8 Розрахунок задаючого генератора_________________8 Розрахунок атенюатора_______________________________10 Розрахунок вихідного підсилювача ____________________13 Розрахунок каскаду попереднього підсилення _______________16 Розрахунок розділювальних конденсаторів__________________19 Оцінка коефіцієнта гармонік_________________________________20Список літератури____________________________________________24 Додаток1 ___________________________________________________25 Технічне завдання Опір навантаження 6 Коефіцієнт гармонік 1 Нижня частота генератора 30 Верхня частота генератора 30 Похибка частоти 0,5 Вихідна напруга 10 Діапазон регулювання вихідної напруги 40 Температура оточуючого середовища: мінімальна -10 максимальна +40 Вступ Електронний генератор є пристроєм, який перетворює електричну енергію джерела живлення в енергію незатухаючих електричних коливань необхідної форми, частоти та потужності. За принципом роботи розрізняють генератори із самозбудженням (автогенератори) та генератори із зовнішнім збудженням. Електронні автогенератори поділяються на генератори синусоїдальних коливань та генератори коливань несинусоїдальної форми. Найбільш поширені схеми автогенераторів складаються з підсилювального елемента та коливної системи, зв’язаних між собою ланцюгом додатного зворотного зв’язку. Для побудови автогенератора синусоїдальних коливань використовують два типи підсилювальних схем – резонансні підсилювачі та підсилювачі на резисторах. Автогенератори, виконані на основі схеми резонансного підсилювача називаються генераторами типу LC, а генератори, побудовані на основі схеми підсилювача на резисторах, називаються – генераторами типу RC. Перші з них використовуються переважно на високих частотах, інші – на низьких. Схеми генераторів типу LC складаються з: коливальної системи (коливний контур), у якій збуджуються необхідні незатухаючі коливання; джерело електричної енергії, за рахунок якого в контурі підтримуються незатухаючі коливання; транзистор, за допомогою якого регулюється подача енергії від джерела живлення в контур; елемент зворотного зв’язку, який здійснює подачу необхідної змінної напруги з виходу генератора на його вхід. Схема такого генератора типу LC зображена на рис.1. Така схема називається генератором з трансформаторним зв’язком і використовується у діапазоні високих частот. Рис.1. Схема генератора типу LC З іншого боку, генератори такого типу для генерування частот нижче (15-20) кГц є недоцільним через їх громіздкість контуру. Тому у цьому випадку застосовують генератори типу RC, в яких замість коливного контуру є RC – фільтри. Генератори RC – типу можуть генерувати стабільні синусоїдні коливання у широкому діапазоні частот від часток герц до сотень кілогерц. Генератори синусоїдальних коливань складаються з: резистивного підсилювача, на вхід якого подається частина вхідної напруги, що перевищує вхідну або рівна їй за значенням і збігається за фазою; фазообертаючої ланки, яка складається з кількох RC- ланок і служить для повороту фази вихідної напруги підсилювача на . Рис.2. Структурна схема RC - генератора Існують три основні схемні рішення побудови RC - генераторів: RC – генератори з поворотом фази на частоті квазірезонансу; RC – генератори з подвійним Т-подібним мостом; RC – генератори з мостом Віна. У системах, критичних до стабільності частоти гармонічних коливань, використовують генератори стабілізовані кварцовими резонаторами. Кварцові резонатори забезпечують нестабільність частоти порядку 10-6. Вибір структурної схеми генератора гармонічних коливань Для курсового проекту вибираємо схему RC-генератора з мостом Віна. Перевага мосту Віна полягає у зручності регулювання частоти у широкому діапазоні. Оскільки частотний діапазон досить широкий, то його розбито на окремі піддіапазони. Як активний елемент задаючого генератора застосовуємо універсальний операційний підсилювач типу К140УД6, який має забезпечити стабільність частоти генерації та низький рівень нелінійних спотворень. Для забезпечення стабільності амплітуди вихідного сигналу в коло від’ємного зворотного зв’язку операційного підсилювача включено термозалежний елемент – термістор. Оскільки в даній схемі передбачена зміна вихідної напруги, тому між задаючим генератором і вихідним каскадом встановлено атенюатор. В ньому є можливість дискретної зміни напруги, з коефіцієнтами ділення 1:1, 1:10 і 1:100, а також плавної зміни напруги в межах кожного діапазону. Для регулювання вихідної напруги на виході атенюатора встановлений каскад попереднього підсилення. Вихідний каскад даної схеми буде виконувати роль підсилювача напруги та потужності. Рис.3. Структурна схема генератора гармонічних коливань Розрахунок електричної принципової схеми Розрахунок задаючого генератора Схема задаючого генератора наведена на рис.4. Рис.4. Схема задаючого генератора Визначаємо кількість частотних піддіапазонів: І піддіапазон () ІІ піддіапазон () ІІІ піддіапазон () Вибираємо тип операційного підсилювача виходячи з максимальної швидкості наростання вихідної напруги операційного підсилювача і амплітудного значення вихідної напруги . Виходячи з цих умов вибираємо операційний підсилювач типу К140УД6, який характеризується такими електричними параметрами: ; ; ; ; ; ; ; ; . Рис. 5. Характеристики тиристора типу ТП6/2 Коло від'ємного зворотного зв’язку забезпечує стабілізацію амплітуди вихідної напруги і покращення форми вихідного сигналу. Стала часу термістора R6 повинна бути значно більшою від максимального періоду вихідної частоти Приймаємо амплітудне значення напруги на виході задаючого генератора рівною Uвих.m =12 В і визначаємо необхідну напругу стабілізації термістора UТ Для стабілізації напруги генератора застосовуємо термістор типу ТП6/2, для якого UT = (4,2 ( 7,8) В, а ІТ =(0,4 ( 6) мА. Вольт-амперна характеристика термістора зображена на рис.5. За вольт-амперною характеристикою будуємо залежність RT = F(IT), яка наведена на рис.5. Вибираємо робочу точку термістора на ділянці максимальної крутизни. Для цієї точки RT = 10 кОм, ІТ = 0,5 мА, UT = 5,2 В. Уточнюємо амплітудне значення напруги на виході задаючого генератора . Опір резистора розраховуємо за формулою Приймаємо типу С2-29В-0,125-5,1кОм ± 0,1%. Визначаємо значення опорів та : Приймаємо та типу С2-29В-0,125-2 кОм ± 0,1%. Приймаємо = =18 кОм, резистор типу ПП3-47 - 2 -18 кОм ± 5%. Розраховуємо значення змінного резистор , який забезпечує встановлення необхідного значення вихідної напруги при зміні термістора Приймаємо R7 = 1,5 кОм, резистор типу СП5 - 2 - 1,5 кОм ± 5%. Обчислюємо ємність конденсаторів моста Віна: ; . Приймаємо ; типу К10-17-1а-0,51мкФ±10%; типу К10-17-1а-0,02мкФ±10%. Приймаємо ; типу К10-17-1а-51нФ±10%; типу К10-17-1а-2нФ±10%. Приймаємо ; типу К10-17-1а-5,1нФ±10%; типу К10-17-1а-0,2нФ±10%. Знаходимо температурну нестабільність частоти генератора: . . . Для резисторів типу С2-29В . Для конденсаторів типу К10-17-1а Обчислимо коефіцієнт від’ємного зворотного зв’язку . Обчислимо вихідний опір генератора: . Розрахунок атенюатора Схема атенюатора зображена на рис.6. Рис.6. Схема атенюатора Вихідні дані: діапазон регулювання вихідної напруги : , що складає . Отже, діапазон регулювання потрібно розбити на три піддіапазони з коефіцієнтами 1:1, 1:10, 1:100. Вибираємо регулювальний резистор з умови Приймаємо типу СП3-30а-0,25-10кОм ± 5% Виходячи із співвідношень опорів подільника вираховуємо значення опорів , , : ; . типу С2-29В-0,125-180 кОм±0,1%С; типу С2-29В-0,125-18 кОм±0,1%С; типу С2-29В-0,125-2 кОм±0,1%С. Приймаємо типу С2-29В-0,125 - 1 кОм ± 0,1%. Розрахунок вихідного підсилювача Обчислюємо максимальне значення вихідної напруги і струму для вибору напруги живлення: ; Приймаємо значення Рис.7. Схема вихідного підсилювача В якості вихідних транзисторів вибираємо КТ817А з параметрами: Приймаємо та типу С2-33Н-0,125-1кОм ± 5%. . Вибір транзисторів VT1 і VT2: Амплітудне значення струму, яке повинен забезпечувати VT1: Амплітуда вихідної напруги для VT1: Потужність, яка розсіюється на колекторі VT1: В якості транзистора VT1 вибираємо транзистор типу КT502A з наступними параметрами: Амплітудне значення напруги на VT1: Обчислюємо значення резисторів та : Приймаємо типу С2-33Н-0,125-2кОм ± 5%. Обчислюємо еквівалентний вхідний опір каскаду Загальний коефіцієнт підсилення каскаду визначаємо за формулою: Знаходимо значення резисторів та : Приймаємо ==5,1 Ом, резистор типу С5-16-2-5,1Ом±5%. Знаходимо вихідний опір каскаду: Розрахунок каскаду попереднього підсилення Рис.8. Схема каскаду попереднього підсилення Визначимо напругу даного каскаду підсилення: Вибираємо тип операційного підсилювача: Виходячи з умови вибираємо ОП типу К140УД6, який характеризується такими електричними параметрами: ; ; ; ; ; ; ; ; . Задаємося напругою допустимого дрейфу і знаходимо значення опору за наступною формулою: Приймаємо = 100 кОм, резистор типу С2-23-0,125-100 кОм ± 5%. Знаходимо значення опору : Приймаємо = 1 МОм, резистор типу СП3-38а-0,125-1 МОм ± 20%. Обчислюємо значення вхідного опору каскаду, охопленого від’ємним зворотним зв’язком: Знаходимо амплітудне значення струму в навантаженні : Максимальний струм, який може забезпечити ОП буде складати: Обчислюємо значення вихідного опору каскаду, охопленого від’ємним зворотним зв’язком за напругою: Значення резистора визначаємо з умови: Знаходимо значення вхідного опору каскаду: Розрахунок розділювальних конденсаторів Розраховуємо значення конденсаторів , , . Для цього задаємося значенням частотних спотворень на низьких частотах на рівні 0,1 дб, що відповідає коефіцієнту частотних спотворень у відносних одиницях: . Для конденсатора частотні спотворення задаємо на рівні 0,5 дб, що відповідає коефіцієнту частотних спотворень у відносних одиницях . Приймаємо , конденсатор типу КМ-5-Н90-25В-0,47мкФ Приймаємо , конденсатор типу КМ-5-Н90-25В-20нФ. Приймаємо значення , конденсатор типу К-50-16В-30 мкФ. Приймаємо значення , типу К-50-16-16В-1000мкФ (неполярний) , типу К-50-16-16В-200мкФ (неполярний). Оцінка коефіцієнта гармонік вихідного сигналу Коефіцієнт гармонік розраховуємо для вихідних транзисторів VT3 та VT4 вихідного каскаду методом п’яти ординат. Для цього використовуємо вхідні та вихідні характеристики транзистора КТ817А (рис. ). Спочатку будуємо на сімействі вихідних транзисторів VT3 та VT4 навантажувальну пряму використовуючи дві точки: Uке = Eж= 15 В і Ік.макс = Еж / Rн = 15 / 6 = 2,5 A. Потім фіксуємо точки перетину навантажувальної прямої з вихідними характеристиками транзисторів і для цих точок визначаємо значення струмів колектора і бази транзисторів. Використовуючи вхідну характеристику вихідного транзистора знаходимо значення напруг база-емітер вихідних транзисторів для визначених струмів бази. Після цього за формулою розраховуємо значення е.р.с. вихідного сигналу і заносимо їх в таблицю №1 і на основі цих даних будуємо наскрізну характеристику (рис.11) з якої знаходимо значення струмів: . Рис. 9. Динамічна характеристика вихідного каскаду Рис.10. Вхідна характеристика транзистора типу КТ 817 А Задаємо опір еквівалентного генератора і визначаємо . № , мА , А , В , В 1 2 0,1 0,6 0,7 2 15 0,7 0,72 1,47 3 45 1,2 0,8 3,05 4 75 1,58 0,85 4,6 5 120 1,8 0,87 6,87 Таблиця 1 Рис.11. Наскрізна характеристика вихідного каскаду Знаходимо амплітудні значення гармонічних складових вихідного сигналу за формулами [2] Розрахункове значення коефіцієнта гармонік вихідного каскаду Крутизна характеристики вихідних транзисторів Sтр буде складати : Коефіцієнт гармонік вихідного каскаду з врахуванням дії внутрішнього від’ємного зв’язку Отже, коефіцієнт гармонік вихідного каскаду із врахування внутрішнього зворотного зв’язку не перевищує 0,38%. Список літератури Гершунський Б.С. Справочник по расчету электронных схем. – К.: Вища школа, 1983. Цыкина А.В. Электронные усилители. - М.: Радио и связь, 1982. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник / Под ред. Перельмана Б.Л. – М.: Радио и связь, 1981. 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. Массовая радиобиблиотека. Диоды. Справочник. Выпуск №58. –Москва: Радио и связь, 1990. Додаток 1 Познач. Назва Кіл Примітка Резистори R1 С2-29В-0,125Вт-1кОм±0,1% 1 R2, R4 ППЗ-47- 2 - 18 кОм± 5% 2 R3 С2-29В-0,125Вт-1кОм±0,1% 1 R5 ТП6/2 1 R7 СП5-2- 1-1,5 кОм ± 5% 1 R8 С2-29В-0,125-200 Ом±0,1% 1 R9 СП3-30а -0,25-10 кОм± 5 % 1 R10 С2-29В-0,125-180 кОм±0,1% 1 R11 С2-29В-0,125-18 кОм±0,1% 1 R12 С2-29В-0,125-2 кОм±0,1% 1 R13 С2-23-0,125-2,2 МОм±5% 1 R14 С2-23-0,125-2 МОм±5% 1 R15 СП3- 38а-0,125-1 МОм ± 20% 1 R16 С2-33Н -0.125-2 кОм±5% 1 R17 С2-33Н -0.125-2 кОм±5% 1 R18 С2-33Н -0.125-1кОм±5% 1 R19 С2-33Н -0.125-1кОм±5% 1 R20 С5-16-2-5,1кОм ± 5% 1 R21 С5-16-2-5,1кОм ± 5% 1 Конденсатори С1’=C4’ К10-17-1а-0,51мкФ±10% 2 С1”= С4” К10-17-1а-0,02мкФ±10% 2 C2’=C5’ К10-17-1а-51нФ±10% 2 С2”= С5” К10-17-1а-2нФ±10% 2 С3’=C6’ К10-17-1а-5,1нФ±10% 2 С3”=C6” К10-17-1а-0,2нФ±10% 2 C7 КМ-5-Н90-25В-0,47мкФ 1 С8 КМ-5-Н90-25В-20нФ 1 С9 К50-16-16В-30мкФ 1 С10’ К-50-16В-1000мкФ 1 неполярний C10” К-50-16В-200мкФ 1 неполярний Діоди VD1..VD4, Д220 4 Познач. Назва Кіл Примітка Транзистори VТ1 КТ502А 1 VТ2 КТ503А 1 VТ3, VT4 КТ817А 2 Вимикачі S1,S2 ПК-2 2 Мікросхеми DA1, DA2 К140УД6 2

Пояснювальна записка до курсового проекту Електроніка та мікросхемотехніка

ilona-max

06.02.2014 19:02-

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