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

Rн

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·



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








RК

RК

│UУ│

2UОТС

0

R6

R7

UУ

RК

а)

б)

R6 = R7 =30…60  кО

UУ

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 , 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:














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.