Реферат Універсальний генератор

МОСКОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені Н. Е. Баумана

УНІВЕРСАЛЬНИЙ ГЕНЕРАТОР.

Розрахункова частина роботи

з курсу "Основи електроніки"

Мета роботи: вивчення властивостей і принципів дії підсилювачів низької частоти на біполярних транзисторах, вивчення методики проектування і розрахунку генераторів коливань прямокутної форми з керованою частотою проходження імпульсів.

Завдання:

Позначення Значення Потужність, розсіює на навантаженні, Вт Pн 15 Опір навантаження, Ом. Rн 5 Нижня частота, Гц. fmin 10 Верхня частота, кГц. fmax 10 Амплітуда напруги на вході кінцевого каскаду, В. Uвх ОК 2

Обгрунтування структурної схеми.

Для генерування прямокутних імпульсів, частота слідування яких регулюється за допомогою аналогового сигналу, можна вибрати схему функціонального генератора з керованою частотою вихідного сигналу. Структурна схема приведена на рисунок 1.

Для порушення коливань використовується комутатор (Повторювач напруги, знак якого залежить від стану транзистора) та тригер Шмідта (компаратор з позитивним зворотним зв'язком).

Для формування тимчасових інтервалів використовується інтегратор.

Діф.каскад вводиться, так як нижня частота смуги пропускання дорівнює 0.3 Гц, (дивись нижче) і можна говорити, що вихідний підсилювач - підсилювач постійного струму (ППС). З чого випливає, що якщо використовувати на вході вихідного підсилювача просто ємність, то її величина буде становити порядку сотень мікрофарад або одиниць мілліфарад, а це досить великі величини.

Крайовий каскад буде виконуватися у вигляді двотактного каскаду, оскільки навантаження за завданням низькоомних. При правильному підборі режиму роботи, застосування останнього, дозволить підвищити ККД і знизити нелінійні спотворення на виході підсилювача.

Для "розгойдування" двотактного підсилювача і узгодження використовується попередній підсилювач ОЕ, керуючий вхідним струмом транзисторів.

ГСТ використовуються для стабілізації струмів ОЕ і Діф.каскада.

Для значного зменшення нелінійних спотворень на виході генератора, використовується ООС. Розрахункова частина

Генератор коливань прямокутної форми з регульованою частотою проходження. Частота проходження визначається аналоговим сигналом.

1. Вибираємо ОУ. Т.к. ми маємо малопотужний генератор, то

Umax вих ОУ = В± 10-12 В, а тому сигнал змінюється в межах 3-х порядків по частоті, то Umin вих ОУ = В± 10-12 В, отже eсм <10 мВ

Бажано, щоб швидкість наростання імпульсу була більша, а залежність eсм від Т менше. Даним параметрам задовольняє ОУ К154УД2

Uвих = В± 10В, Rн = 2 кОм, С = 3 Вё 10 нФ, V = 75 В/мкс, Кeсм = 20 мкВ/K

2. Стабілітрон - елемент включається в схему для стабілізації Uвих при скачках Eп. U стабілізації одно U тригера Шмідта => Ми вибираємо КС182 A , у якого Uст = 8,2 В

3. R 7 UR7 - Uст = 10-8,2 = 1,8 B, R7 = UR7/Iоу = 1,8 В/5мА = 360 Ом

4. R 5 - резистор, необхідний для падіння на ньому частини сигналу при відкритому діоді VD1 для запобігання від перегріву польового транзистора (для того, щоб привести останній в закритий стан потрібний малий сигнал)

R5 = (Uст - Uд)/0,2 Г— Im = 7,5 кОм

5. Діод VD 1 - необхідний для відсічення негативного напівперіоду сигналу, одержуваного з тригера Шмідта, для приведення польового транзистора у відкритий стан (ключ замкнутий)

Д220 : Im = 5мА, U = 50В - задовольняє наших умов.

Розрахунок інтегратора:

IR = IC = 0,8 Г— Imax = 4мА,

R6 = Umax/IR = 10В/4мА = 2,5 кОм,

С1 = Umax/4 Г— Uст Г— Fmax Г— R6 = 6нФ.

Розрахунок інвертуючого підсилювача:

Iвих = 5 мА. Необхідно, щоб більша частина сигналу пішла на інтегратор IR4 = 1мА; Iінтеграт. = 4 мА,

R1 = R4 = Uвих/IR4 = 10В/1мА = 10 кОм.

Для зменшення перешкод, створюваних підсилювачем, R2 = R3 = R1 | | R4 =

= 10кОм/2 = 5 кОм.

Розрахунок дільника напруги:

Rвх ок = 4,3 кОм,

Uвх ок = 2 В,

U вих справ = Iдел Г— R8 = Uстаб Г— R8/(R8 + R9) = Uвх ок = 2 В,

R8 + R9 ВЈ Rвх ок ВЈ 4,3 кОм,

8,2 Г— R9/(R8 + R9) = 2В

R8 + R9 = 4,3 кОм, звідки R8 = 3,25 кОм,

R9 = 1,05 кОм.

II. Ескіз джерела живлення.

Нам необхідно отримати два рівних по величині і симетричних щодо землі напруги: позитивне і негативне. Ми використовуємо для цього найбільш очевидну схему - мостовий випрямляч. Завдяки з'єднанню середнього виводу вторинної обмотки трансформатора із загальною шиною у нас в будь напівперіод вхідної напруги на протилежних кінцях вихідний обмотки мається позитивне і негативне напруги. Завдяки емкостям здійснюється двуполуперіодного випрямлення вихідної напруги трансформатора.

III. Розрахунок кінцевого каскаду, забезпечує посилення сигналу по потужності.

1. Визначаємо робочий діапазон кінцевого каскаду:

fmin = 10 Гц Tmax = 0,1 c

fmax = 104 ШЈ Tmin = 10-4c

На вхід подаються прямокутні імпульси

а) На верхніх частотах:

OK еквівалентний

U вих (t) = Um Г— (1 - e-tімп/t)

tфр = 2,3 Г— t, t - постійна часу схеми,

tімп.мін = 1/2 Г— Tmin = 1/(2 Г— fmax) = 1/(2 Г— 104) = 5 Г— 10-5 c,

зазвичай вважають tфр = 0,1 Г— tімп min = 5 Г— 10-6 с (наша мета - зробити якомога менше tфр), а так як tвч = tфр/2,3 , То fвч = 2,3/tфр Г— 2p =

= 73кГц

б) На нижніх частотах:

OK еквівалентний

U вих (t) = Um Г— e-tімп/t

d = D/Um = 0,1 (наша мета - зробити як можна менше D),

Um - D = Um Г— e-tімп/t, отже 1 - d = e-tімп/t,

tнч = tімп/d, tнч = tімп/0,1, tімп = 1/2 Г— Tmax = 1/(2 Г— fmin) = 1/(2 Г— 10) = 0,05 c, tнч = 0,05/0,1 = Р… c, отже fнч = 0,3 Гц,

вважаємо fнч = 0.

fпред (> 5 Г— fвч) = 400 кГц, fгран = h21Е Г— fпред = 50 Г— 400кГц = 20 Мгц

Визначимося з режимами роботи транзисторів. Для транзисторів VT1 і VT2 краще використовувати режими роботи класу АВ. Це трохи знизить енергетичні показники роботи транзисторів, але зате призведе до значного зменшення нелінійних спотворень на виході. Для решти транзисторів виберемо режим А.

2. Розрахунок параметрів транзисторів емітерного повторювача (VT 1 і

VT 2).

Споживана потужність PГЇГ® = Im Г— п; потужність, споживана навантаженням н = Im Г— m, 2 Г— m pасс. = Pпотр-Pн; P'm pаб = 0, отже Eп = 2Um, Pm pасс =.

ز àê êàê R ي = 5 خى, à P ي = 15 آ, î à ى ïëè ني û ه ç ي à ÷ هي è ے è مي àëà ي à ي à م çê ه:

Um ЩЉ = Шў, Im ЩЉ = Um ЩЉ/R ЩЉ = 9/5 = 1,8 ЫЃ,

а необхідне напруга живлення:

EГЇ = UГЄ + Um ЩЉ = 2 + 9 = 11 Шў.

زهلهى ûé êî ôôèè هي èë هي è ے ت U == 9/2 = 4,5,

а потужність, що розсіюється на колекторі одного транзистора:

Ш° m pГ  В»0,1 Г— = 0,1 Г...