Расчет RC-генератора на терморезисторе


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
Факультет информационных технологий
Кафедра электроники
и вычислительной техники
Курсовой проект
по курсу «Электроника и микросхемотехника»
на тему
«Расчет RC-генератора на терморезисторе»
Выполнил: студент группы:
АУк-08-2 Соловъёв Д.С
Руководитель:
Доцент Галушко О.М
Днепропетровск
2009 г.

Содержание
1. Назначение и область применения
2. Общие сведения
3. Описание принципиальной схемы
4. Расчет генератора
4.1 Расчёт элементов в цепи ПОС
4.2 Характеристики нелинейного элемента
4.3 Усилитель мощности генератора
4.4 Выходной делитель напряжения
4.5 Усилитель мощности
Список литературы
1. Назначение и область применения
Проектируемое устройство – генератор синусоидальных колебаний со встроенным усилителем мощности - предназначен для использования в радиотехнике и измерительной технике. Благодаря возможности изменения частоты генератор служит для регулирования, испытания и ремонта различых радиотехнических устройств в лабораторных и производственных условиях (телевидение, радиовещание, акустика, техника связи и т.д.).

2. Общие сведения
RC – генератор гармонических колебаний – представляет собой усилитель, охваченный двумя обратными связями: положительной и отрицательной – рис. 1.
Усилитель
Цепь ПОС
Цепь ООС
U1
U2
U3 = UG
UООС
UПОС
Рис. 1 Блок-схема генератора синусоидальных колебаний


3. Описание принципиальной схемы
RC - генератор синусоидальных колебаний - рис.2 собран на операционном усилителе (ОУ) с фазирующей цепью – положительная обратная свіязь (ПОС) в виде моста Вина и нелинейной отрицательной обратной связью (ООС) на базе терморезистора, лампочки накаливания или полевого транзистора. Плавное регулирование частоты осуществляется при помощи сдвоенного резистора R1 в цепи ПОС.
Нелинейный элемент в цепи ООС обеспечивает баланс амплитуд, при котором начальное значение коэффициента усиления поддерживается равным коэффициенту затухания фазирующей цепи. Следовательно постоянство напряжения на выходе генератора обеспечивается системой автоматического регулирования.
Сигнал с выхода генератора поступает на вход усилителя мощности – один из вариантов эмиттерного повторителя, обеспечивающего разгрузку операционного усилителя.
Таким образом задана следующая схема генератора синусоидальных колебаний на ОУ – рис. 1.

R5

UG
R3
R4.1
R4.2= Rк
R4
R8
R9
R10
R11
VD1
UЗИ
С2
С1
R1
R2
+
-
DA1
УМ

Рис. 1 Схема RC-генератора на ОУ с нелинейной ООС на полевом транзисторе и усилителем мощности.

4. Расчет генератора
4.1 Расчет фазирующей цепи RC – генератора
Частота генерируемого напряжения определяется как

где R = R1 = R2, C = C1 = C2, - значения сопротивлений и ёмкостей в цепи ПОС. (рис.1).
Задавшись сопротивлением можно определить ёмкость C, подставив в (1) частоту f ,fmax. Выбрав значение ёмкости в пределах 30…300 нФ, следует уточнить R//,после чего по той же формуле найти Rmax, подставив f = 0.95fmin.
Задано fG=500…2000 Гц.
Приняв = 5000 Ом, найдем

Выбрав С = 150 нФ %, уточним
1 1
Rmin = ————— = ——————————— = 4900 OM
2 ·π ·fmax·C 2·3,14·1,05·210·1,50· QUOTE
При этом:

1 1
Rmax = ———— = ——————————— = 39100 OM
2·π·fmin·C 2·3,14·0,95·28,5·1,5· QUOTE
а переменная часть сопротивления

Выбираем сдвоенный переменный резистор 0…35 кОм ±10% и уточняем диапазон частот:

4.2 Характеристики нелинейного элемента
Зависимость для полевого транзистора, включенного по схеме, изображенной на рис. 2, можно построить по уравнению

В эту формулу нужно подставлять абсолютные значения напряжения управления (UУ, B), отсечки (UОТС, В) и начального тока стока (IC.НАЧ, мА); сопротивление канала (RК) будет получено в килоомах



│UУ│
2UОТС
0
R6
R7


а)
б)
R6 = R7 =30…60 кО

VT1
А

Рис.2. Включение полевого транзистора в качестве нелинейного сопротивления:
а) - схема, б) - зависимость RК(Uy).
4.3 Расчёт сопротивлений в цепи ООС
В установившемся режиме работы генератора коэффициент усиления усилителя равен коэффициенту затухания фазирующей цепи, т.е.
K =γ
Для схемы с симметричным мостом Вина (см. рис. 1), коэффициент усиления:
,
а коэффициент затухания на частоте
.

Обычно k = γ
R3 3
R4 = —— = —— = 1,5 kOM
k-1 3-1
Если в качестве нелинейного элемента используется терморезистор (рис.2), то, выбрав на вольтамперной характеристике рабочую точку (Uт, Iт), находят сопротивление
UT 6
R3 = RT = —— = — = 3 kOM (8)
IT 2
Точку (UT, IT), через которую проходит динамическая характеристика терморезистора, выбирают по статической характеристике при UT 0,8U2.
Амплитуда генерируемого напряжения определяется из очевидного соотношения:
(9)
или поскольку и ,то
(10)
откуда

(11)
1.5
UGm = √2·6·(1+ ——) =12.6 B
3
Это напряжение не должно быть больше допустимого для выбранного ОУ (с существенным запасом).
Принимаем QUOTE , найдем:
Сопротивления R8 и R9 выбирают с таким расчетом, чтобы напряжение управления соответствовало расчетному значению:

где U 0,6 В - падение напряжения на диоде. Сопротивления R8 и R9 обычно находятся в пределах 30...100 кОм.

Выбираю: QUOTE
Емкость конденсатора С3 рассчитывают, задавшись постоянной времени
= (R8+R9)C3, которая должна быть в несколько раз больше периода генерируемого напряжения при минимальной частоте: = (3..5)/fmin



Принимаю конденсатор: QUOTE
4.4 Выходной делитель напряжения
Сопротивление делителя напряжения R5 (рис.1) выбирается, по крайней мере, в 4...5 раз меньшее, чем RH. Этим обеспечивается почти линейная зависимость напряжения Uн от перемещения движка делителя.
Принимаю по ряду Е24: R5 = 0,39 кОм
4.5 Усилитель мощности
Простейший усилитель мощности может быть собран на двух транзисторах с разным чередованием переходов – комплементарный эмиттерный повторитель.
Мощность, выделяющаяся на коллекторе транзистора не превышает
Величины:
(19)
где Us= Us1- Us2-напряжение питания;
-эквивалентное сопротивление нагрузки. Оно определяется из соотношения:





Наибольшее напряжение на коллекторе транзистора:
Uкэ.макс= Us = UGm= 12.7 В
Наибольшее значение токов коллектора и базы транзистора:
IК.макс=

IБ.макс=

При выборе транзисторов должны соблюдаться условия:
Рк.макс≥Кз·Рк.макс
Uкэ.макс≥КзUкэ.макс
Iк.макс≥КзIк.макс
FG.макс≤fh21.к / Кз
где Рк.макс, Uкэ.макс, Iк.макс - предельно допустимые значения мощности, напряжения и тока коллектора (паспортные параметры выбранного транзистора);
Кз-коэффициент запаса, который не следует принимать в пределах 1.3...1.5.
Учитывая условия выбираю для усилителя мощности два биполярных транзистора типа: КТ206Б с параметрами:





Список литературы
Руденко В.С., Сенько В.И., Трифонюк В.В. Основы промышленной электроники.- К.: Вища шк., 1985.-400 с.
Аналоговые интегральные схемы: Справочник/ А.Л. Булычев, В.И. Галкин, В.А. Прохоренко.- Мн.: Беларусь, 1995.- 388 с.
Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник/ Н.Н.Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П.Худоренок.- Мн.: Беларусь, 1994. - 591 с.
Терещук Р.М., Терещук К.М., Седов С.А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя.-К.: Наукова думка, 1988.

Приложенные файлы


Добавить комментарий