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.

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).

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 DUД »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

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.