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.
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.
/>/>/>/>/>
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 »1,05×fmax. Выбрав значение ёмкости в пределах 30…300 нФ, следует уточнить R//, после чего по той же формуле найти Rmax, подставив f = 0.95×fmin.
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·/>
При этом:
1 1
Rmax = ———— = ——————————— = 39100 OM
2·π·fmin· C 2·3,14·0,95·28,5·1,5·/>
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
/>
Рис.2. Включение полевого транзистора в качестве нелинейного сопротивления:
а) — схема, б) — зависимость RК(Uy).--PAGE_BREAK--
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 />, найдем:
Сопротивления R8 и R9 выбирают с таким расчетом, чтобы напряжение управления соответствовало расчетному значению:
/>
где DUÄ»0,6 В — падение напряжения на диоде. Сопротивления R8 и R9 обычно находятся в пределах 30...100 кОм.
/>
Выбираю: />
Емкость конденсатора С3 рассчитывают, задавшись постоянной времени
t= (R8+R9)C3, которая должна быть в несколько раз больше периода генерируемого напряжения при минимальной частоте: t= (3..5)/fmin
/>
/>
Принимаю конденсатор: />
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.