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.

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, 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 ?р ?fmax? C 2?3,14?1,05?210?1,50?

При этом:

1 1

Rmax = ———— = ——————————— = 39 100 OM

2?р?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).

4.3 Расчёт сопротивлений в цепи ООС В установившемся режиме работы генератора коэффициент усиления усилителя равен коэффициенту затухания фазирующей цепи, т. е.

K =г

Для схемы с симметричным мостом Вина (см. рис. 1), коэффициент усиления:

а коэффициент затухания на частоте

.

Обычно k = г

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 = v2?6?(1+ ——) =12.6 B

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 U 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

= (R8+R9)C3, которая должна быть в несколько раз больше периода генерируемого напряжения при минимальной частоте: = (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:

1. Руденко В. С., Сенько В. И., Трифонюк В. В. Основы промышленной электроники.- К.: Вища шк., 1985.-400 с.

2. Аналоговые интегральные схемы: Справочник/ А. Л. Булычев, В. И. Галкин, В. А. Прохоренко.- Мн.: Беларусь, 1995. 388 с.

3. 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.

4. Терещук Р. М., Терещук К. М., Седов С. А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя.-К.: Наукова думка, 1988.