УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.
Расчетная часть работы
по курсу "Основы электроники"
Цель работы: изучение свойств и принципов действия усилителей низкой частоты на биполярных транзисторах, изучение методики проектирования и расчета генераторов колебаний прямоугольной формы с управляемой частотой следования импульсов.
Задание:
| Обозначение | Значение | |
| Мощность, рассеиваемая на нагрузке, Вт. | Pн | |
| Сопротивление нагрузки, Ом. | Rн | |
| Нижняя частота, Гц. | fmin | |
| Верхняя частота, кГц. | fmax | |
| Амплитуда напряжения на входе оконечного каскада, В. | Uвх ОК |
Обоснование структурной схемы.
Для генерирования прямоугольных импульсов, частота следования которых регулируется с помощью аналогового сигнала, можно выбрать схему функционального генератора с управляемой частотой выходного сигнала. Структурная схема приведена на черт.1.
Для возбуждения колебаний используется коммутатор (повторитель напряжения, знак которого зависит от состояния транзистора) и триггер Шмидта (компаратор с положительной обратной связью).
Для формирования временных интервалов используется интегратор.
Диф.каскад вводится, так как нижняя частота полосы пропускания равна 0.3 Гц, (смотри ниже) и можно говорить, что выходной усилитель - усилитель постоянного тока (УПТ). Из чего следует, что если использовать на входе выходного усилителя просто емкость, то ее величина будет составлять порядка сотен микрофарад или единиц миллифарад, а это достаточно большие величины.
Оконечный каскад будет выполняться в виде двухтактного каскада, так как нагрузка по заданию низкоомна. При правильном подборе режима работы, применение последнего, позволит повысить КПД и понизить нелинейные искажения на выходе усилителя.
Для "раскачивания" двухтактного усилителя и согласования используется предварительный усилитель ОЭ, управляющий входным током транзисторов.
ГСТ используются для стабилизации токов ОЭ и Диф.каскада.
Для значительного уменьшения нелинейных искажений на выходе генератора, используется ООС. Расчётная часть
Генератор колебаний прямоугольной формы с регулируемой частотой следования. Частота следования определяется аналоговым сигналом.
1. Выбираем ОУ. Т.к. мы имеем маломощный генератор, то
Umax вых ОУ = ±10-12 В, а т.к. сигнал меняется в пределах 3-х порядков по частоте, то Umin вых ОУ = ±10-12 В, следовательно eсм< 10 мВ
Желательно, чтобы скорость нарастания импульса была больше, а зависимость eсмот Т меньше. Данным параметрам удовлетворяет ОУ К154УД2
Uвых= ±10В, Rн= 2 кОм, С = 3¸10 нФ, V = 75 В/мкс, Кeсм= 20 мкВ/K
2. Стабилитрон – элемент включаемый в схему для стабилизации Uвых при скачках Eп. U стабилизации равно U триггера Шмидта => мы выбираем КС182A, у которого Uст= 8,2 В
3. R7 UR7- Uст= 10-8,2 = 1,8 B, R7= UR7 / IОУ= 1,8В/5мА = 360 Ом
4. R5 – резистор, необходимый для падения на нём части сигнала при открытом диоде VD1 для предохранения от перегрева полевого транзистора (для того, чтобы привести последний в закрытое состояние требуется малый сигнал)
R5= (Uст– Uд)/0,2×Im= 7,5 кОм
5. Диод VD1 – необходим для отсечки отрицательного полупериода сигнала, получаемого с триггера Шмидта, для приведения полевого транзистора в открытое состояние (ключ замкнут)
Д220: Im= 5мА, U = 50В – удовлетворяет нашим условиям.
Расчёт интегратора:
IR= IC= 0,8×Imax= 4мА,
R6= Umax/IR=10В/4мА = 2,5кОм,
С1= Umax/4×Uст×Fmax×R6= 6нФ.
Расчёт инвертирующего усилителя:
Iвых= 5 мА. Необходимо, чтобы большая часть сигнала пошла на интегратор IR4= 1мА; Iинтеграт.= 4 мА,
R1= R4= Uвых/IR4= 10В/1мА = 10 кОм.
Для уменьшения помех, создаваемых усилителем, R2= R3= R1||R4=
= 10кОм/2 =5 кОм.
Расчёт делителя напряжения:
Rвх ок= 4,3 кОм,
Uвх ок= 2 В,
Uвых дел= Iдел×R8= Uстаб×R8/(R8+R9) = Uвх ок= 2 В,
R8+ R9£ Rвх ок£ 4,3 кОм,
8,2×R9/(R8+R9) = 2В
R8+R9= 4,3 кОм, откуда R8= 3,25 кОм,
R9= 1,05 кОм.
II. Эскиз источника питания.
Нам необходимо получить два равных по величине и симметричных относительно земли напряжения: положительное и отрицательное. Мы используем для этого наиболее очевидную схему - мостовой выпрямитель. Благодаря соединению среднего вывода вторичной обмотки трансформатора с общей шиной у нас в любой полупериод входного напряжения на противоположных концах выходной обмотки имеется положительное и отрицательное напряжения. Благодаря емкостям осуществляется двуполупериодное выпрямление выходного напряжения трансформатора.