1

Размещено на http://www.allbest.ru/

61

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методические указания

Проектирование автогенератора с мостом Вина

1. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СХЕМЕ

автогенератор мост стабилизатор

Расчет автогенератора с мостом Вина следует начать с расчета выходного оконечного каскада.

ВЫХОДНОЙ УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД

Принципиальная электрическая схема выходного оконечного каскада:

Выбор режима работы.

Выбор режима «А» несет в себе небольшие нелинейные искажения по сравнению с другими режимами работы, хотя КПД автогенератора в этом режиме небольшой примерно 30-45 %. В то время как режим «В» обеспечивает чрезмерно большие нелинейные искажения, вызванные наличием нелинейного участка в начале входной вольтамперной характеристики. КПД режима «В» составляет 50-60 %.

Расчет будем вести в режиме «А».

1. Определяем амплитудные значения тока и напряжения на нагрузке:

= 2*14.76/5.35= (A)

(B)

Определим максимально допустимую мощность рассеивания на транзисторах VT12, VT13:

(Вт),

где з_А - КПД, равный 35 - 40%. Поскольку в режиме «А» предельный КПД составляет 50%, а реальный не выше 35 - 40%.

Определим U_КЭ12=U_КЭ13:

(В),

где U₀ - запас, исключающий попадание рабочей точки в область насыщения, для различных типов транзисторов колеблется в пределах 0,5 - 3 В, для маломощных транзисторов можно выбирать в пределах 1-2 В;

К_ПУ - коэффициент передачи всего усилителя мощности. Практически значение К_ПУ находится в пределах 0,7-0,9, в зависимости от величины нагрузки. При нагрузках ниже 5-10 Ом следует принимать меньшее значение.

Принимаем U₀ = (В), К_ПУ = и определяем U_КЭ12=U_КЭ13.

Определим величину напряжения источника питания

Е_К = 2U_КЭ12,13 + 2·U_защ= 2U_КЭ12,13 + 2U_R43 = (В),

где U_защ - падение напряжения на резисторе защиты (R₄₃), можно принять в пределах 0,8 - 1 В.

Принимаем Е_К = (В), в соответствии со стандартным рядом источников питания. Пересчитываем значения напряжений коллектор-эмиттер транзисторов 12 и 13:

 (В)

Выбираем из справочника транзисторы VT13, VT12, соответствующие по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	вmin	fгр, МГц	Cк, пФ	Iко, мА
VT12
VT13

Необходимо учитывать, что у выбираемых в качестве выходных транзисторов допустимое напряжение U_{к доп} должно соответствовать неравенству .

Определяем токи покоя и токи базы транзисторов VT12, VT13:

Iп₁₂ = 0,5I_НМАХ + I_Н.У. (А),

где I_Н.У.- неуправляемая часть тока покоя, определяемая наличием теплового тока коллектора I_K0 (определяется из справочных данных).

(мА),

(А),

(А),

(А);

Определим значение резистора защитыR_з = R₄₃, Значение резистора защиты R_з должно быть достаточно большим, чтобы ограничить на допустимом уровне величину тока через транзисторы VT12 и VT13 и в то же время снижений коэффициента полезного действия при введении R_з должно быть незначительным:

(Ом),

где значение U_бэ12,13 дано в техническом задании.

Значение резистора Rз=R₄₃ принимаем в соответствии с рядом Е24.

Определяем ток покоя транзисторов VT10:

(А)

Определяем постоянное напряжение U_КЭ10,11:

(В)

Определим мощность, рассеиваемую на транзисторах VT10, VT11:

P_К10,11 = U_КЭ10,11I_п10 (Вт)

Выбираем из справочника транзисторы VT10, VT11, соответствующие по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	вmin	fгр, МГц	Cк, пФ	Iко, мА
VT10
VT11

Определим сквозной ток через транзисторы VT10, VT11:

 (А)

Определим токи покоя и токи базы транзисторов VT10, VT11

(А);

(А);

(А)

Определим ток покоя транзистора VT9:

Для обеспечения максимальных усилительных свойств транзистора VT9, можно принять значение I_п9=0,005А.

Определим напряжение на резисторе R36:

(В)

Определим напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT9, при этом значение Uбэ можно принять равным 0,7 В для всех остальных транзисторов в данном устройстве:

(В)

Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT9:

 (Вт)

Выбираем из справочника транзистор VT9, соответствующий по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	вmin	fгр, МГц	Cк, пФ	Iко, мА
VT9

Определим сквозной ток и ток базы транзистора VT9

(А)

(А)

Выбираем ток делителя . Пусть (А).

Определим значения сопротивлений в схеме и выберем резисторы в соответствии с рядом Е24:

(А)

(Ом),

(В)

(А)

Пересчитаем значение сопротивления R₄₃:

(Ом),

(В)

(А)

(Ом),

(В)

(А)

(Ом)

(В)

(А)

(Ом),

(В)

(В)

(В)

(А)

(Ом)

(В)

(В)

(В)

(А)

(В)

(Ом),

принимаем R₃₃<R₃₄

Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24:

R₃₃+R₃₄ = (Ом)

(А)

(Ом),

(В)

(А)

(Ом),

принимаем R₃₇<R₄₁

Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24:

R₃₇+R₄₁= (Ом)

21. Определим коэффициент передачи повторителя на транзисторах VT10чVT13:

22. Проверим правильность выбранного значения U_КЭ9 :

23. Определим коэффициент усиления предварительного каскада:

;

где r_б9 - объемное сопротивление базы, можно принять в пределах 200-400 Ом;

r_Э9 - сопротивление эмиттерного перехода, определяется следующим образом:

(Ом);

R_ВХ.П - входное сопротивление выходного каскада в целом, определяется:

R_ВХ.П = 0,5₁₀₁₂R_Н (Ом);

- эквивалентное сопротивление предварительного каскада, определяется:

(Ом)

24. Определим коэффициент усиления каскада в целом:

К_УМ = КК_П

25. Охватим каскад глубокой отрицательной параллельной обратной связью по напряжению.

Глубина обратной связи определяется как:

где: К _f0 - исходный коэффициент нелинейных искажений, равный 5%, т.е. К_f0=0,005

К_f - заданный коэффициент нелинейных искажений,

Входное сопротивление транзистора VT9 определяется следующим образом:

R_вх.VT9=r_б9+r_э9?(1+в₉)

Входное сопротивление выходного каскада без ООС определяется как:

R_ВХ.У.М = R_ВХ.VT9. || R₃₂ || R₃₇

Т.к. R_{ВХ У.М.}>R₃₁ принимаем R₃₁ равным входному сопротивлению выходного каскада, R₃₁ = (Ом) в соответствии с рядом Е24.

Определяем эквивалентное сопротивление:

R_ЭКВ = R_ВХ.У.М || R₃₁ (Ом)

Определяем сопротивление R₃₈:

(Ом),

Из полученного выражения следует, что:

Пересчитаем значение глубины обратной связи:

F= 1+в_экв·К_УМ

Определим коэффициент усиления выходного каскада с ООС:

При этом необходимо пересчитать входное сопротивление усилителя мощности:

(Ом)

26. Определим входное напряжение усилителя мощности.

(В)

27. Определим значение емкости конденсатора фильтра и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)

28. Определим значение емкости конденсатора С₂₇ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)

29. Определим значение емкости конденсатора С₂₈ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

 (мкФ)

30. Определим значение емкости в цепи компенсации С₃₀ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)

2. ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ №3 НА ТРАНЗИСТОРАХ VT8, VT7

Нагрузкой этого эмиттерного повторителя является выходной каскад, поэтому:

U_Н = U_BX= (В)

R_Н = R_ВХ.У.М.= (Ом)

Примем значение тока покоя транзистора VT8 равным 5 мА

I_П8 = 5 (мА)

Рассчитаем напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT8:

U_КЭ8 = Uн+U₀ (В)

Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT8 P_К8 = U_КЭ8I_П8 (мВт)

Выбираем транзисторы VT7, VT8, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	вmin	fгр, МГц	Cк, пФ	Iко, мА
VT7
VT8

5. Зададимся напряжением питания из расчета, что E_К < U_КДОП

Принимаем Е_К = (В)

6. Определим ток базы транзистора VT8

(мА)

7. Определим ток базы и ток покоя транзистора VT7:

По графику зависимости от тока эмиттера определяем, что = (7-10).

(мА)

(мА)

8. Примем ток делителя (мА)

Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера транзистора VT8:

I_R29=I_б8+I_П8 (мА)

(Ом)

Принимаем R₂₉ = (Oм)

В соответствии с этим пересчитаем значения напряжений на участке коллектор-эмиттер транзистора VT8 и определим падение напряжения на резисторе 29:

U_КЭ8=Е_К-R₂₉•I_R29 (В)

U_R29=R₂₉•I_R29 (В)

9. Определим значение сопротивления резистор R₂₈:

R₂₈ = 15 R_Н (Ом)

Принимаем R₂₈ = (Ом)

Тогда:

I_R28= I_б7 (мА)

U_R28=R₂₈•I_R28 (В)

10. Определим значения сопротивлений резисторов в цепи делителя:

(мкА)

(Ом)

Принимаем R27 = (Ом)

Тогда:

U_R27=R₂₇•I_R27 (В)

(В)

(А)

(Ом)

Принимаем R26 = (кОм)

11. Определим значения эквивалентного сопротивления резистора эмиттера R_Э~:

R_Э~ = R_H || R27 || R29 || R26 (Ом)

12. Определим коэффициент передачи повторителя:

(Ом)

13. Определим входное сопротивление повторителя:

(Ом)

14. Определим выходное сопротивление повторителя:

R_ВЫХП = r_Э8 (Ом)

15. Определим значение емкости конденсатора С₂₄:

(мкФ)

Примем С24= (мкФ)

16. Рассчитаем напряжение, которое необходимо подать на вход повторителя:

(В),

Где = .

3. АТТЕНЮАТОР

Аттенюатор - это устройство, уменьшающее амплитуду сигнала без искажения его формы. Аттенюатор с помощью резистора R₂₅ обеспечивает плавную регулировку и при помощи резисторов R₂₂-R₂₄ - дискретную.

Т.о. аттенюатор должен обеспечивать дискретное переключение диапазонов и плавное изменение сигнала внутри них:

В техническом задании нам дан аттенюатор со следующими ослаблениями:

Разобьем на участки:

(-Z; -Y);

(-Y; -X);

(-X; 0).

Примем R25=3300 Ом, чтобы получался не слишком большой разброс между крайними значениями резисторов .

( -? - 0) дБ

(-? - - первый диапазон (-X)) дБ

(-? - - второй диапазон (-Y)) дБ

(-? - - третий диапазон (-Z)) дБ

В качестве потенциометра R₂₅ выберем резистор с сопротивлением в пределах от 2,0 до 5,1 кОм.

Диапазон ослабления определяется следующим образом:

.(дБ)

Отсюда (Ом)

1. дБ.

(Ом)

Принимаем значение R₂₂= Ом, в соответствии с рядом Е24.

Тогда ослабление будет несколько отличатся от заданного, реально получаем:

(дБ)

2. дБ.

(Ом)

Принимаем значение R₂₃= Ом, в соответствии с рядом Е24.

Тогда ослабление будет несколько отличатся от заданного, реально получаем:

 (дБ)

3. дБ.

(Ом)

Принимаем значение R₂₄= Ом, в соответствии с рядом Е24.

Тогда ослабление будет несколько отличатся от заданного, реально получаем:

(дБ)

Определим токи проходящие через сопротивления аттенюатора:

(мА),

где входное напряжение аттенюатора соответствует входному напряжению эмиттерного повторителя на транзисторах VT7- VT8:

U_вхА=U_вхП3

(мА)

(мА)

(мА)

Рассчитаем мощность, рассеиваемую на резисторах аттенюатора:

(Вт)

4. ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ №2 НА ТРАНЗИСТОРАХ VT5, VT6.

В качестве нагрузки данного эмиттерного повторителя примем R25 аттенюатора:

U_Н = U_{BX А} (В)

R_Н = R₂₅ (Ом)

1. Примем значение тока покоя транзистора VT6 равным 5 мА

I_П6 = 5 (мА)

2. Рассчитаем напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT6:

U_КЭ6 = Uн+U₀ (В)

3. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT6:

P_К6 = U_КЭ6I_П6 (Вт)

4. Выбираем транзисторы VT5, VT6, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	вmin	fгр, МГц	Cк, пФ	Iко, мА
VT5
VT6

5. Зададимся напряжением питания из расчета, что:

Е_к=2•U_кэ6 (В)

Принимаем Е_К = (В), в соответствии с рядом напряжений источников питания.

6. Определим ток базы транзистора VT6:

(А),

При этом, I_к6<< I_kmax.

7. Определим ток базы и ток покоя транзистора VT7:

По графику зависимости от тока эмиттера определяем, что =(7-10).

 (А)

(А)

8. Примем ток делителя (А)

9. Определим сопротивление резистора в цепи эмиттера транзистора VT6:

I_R21=I_б6+I_П6 (А)

(Ом)

Принимаем R₂₁ = (Oм)

В соответствии с этим пересчитаем значения напряжений на участке коллектор-эмиттер транзистора VT6 и определим падение напряжения на резисторе 21:

U_КЭ6=Е_К-R₂₁•I_R21 (В)

U_R21=R₂₁•I_R21 (В)

10. Примем значение сопротивления R₂₀ максимально большим (?3900-15000 Ом):

R₂₀ = (Ом)

Тогда:

I_R20= I_б5 (А)

U_R20=R₂₀•I_R20 (В)

11. Определим резисторы в цепи делителя

(А)

Uбэ5, Uбэ6 примем равными 0,7 В

(Ом)

Принимаем R₁₉ = (Ом)

U_R19=R19•I_R19 (В)

Пересчитаем значение напряжения U_бэ5 :

(В)

(А)

(Ом)

Принимаем R18 = (Ом)

12. Определим R_Э~:

R_Э~ = R_H || R19 || R21 || R18 (Ом)

13. Определим коэффициент передачи повторителя:

(Ом)



14. Определим входное сопротивление повторителя

(Ом)

15. Определим выходное сопротивление повторителя

R_ВЫХП = r_Э6 (Ом)

16. Определим значение емкости С₂₁:

(мкФ)

Примем С₂₁= (мкФ)

17. Определим входное напряжение повторителя:

(В)

Перед тем как начать расчет усилителя напряжения нам надо рассчитать входное сопротивление моста Вина, учесть отрицательную обратную связь, которую мы вводим для стабилизации коэффициента усиления, а значит и выходного сигнала.

5. ЦЕПЬ ВИНА

Перед тем как начать расчет усилителя напряжения нам надо рассчитать входное сопротивление моста Вина, учесть отрицательную обратную связь, которую мы вводим для стабилизации коэффициента усиления, а значит и выходного сигнала.

Изменение частоты производится дискретно (грубо) с помощью конденсаторов и плавно с помощью переменных резисторов.

Входное сопротивление моста Вина определяется следующим образом:

На частоте квазирезонанса следовательно:

Выходное сопротивление моста Вина определяется:

На частоте квазирезонанса

Нагрузкой для моста Вина является эмиттерный повторитель на транзисторах VT1 и VT2 , поэтому предположим, что входное сопротивление эмиттерного повторителя будет максимально большим - в пределах от 150 до 250 кОм. Для того, чтобы R_вхп не шунтировало мост Вина:

(Ом)

(Ом)

Примем значения сопротивлений резисторов цепи Вина R1 и R3, равными максимальному значению сопротивления цепи Вина (R_maxЦВ), а значения R2 и R4, равными минимальному значению (R_mixЦВ).

R₁=R₃= (Ом), а R₂=R₄= (Ом).

Определим значение выходного сопротивления цепи Вина:

(Ом)

(Ом)

Определим значение входного сопротивления цепи Вина:

(Ом)

(Ом)

Рассчитаем ёмкости C1чС12:

1. Для первого диапазона (X) Гц (10X) Гц, (Х=f_н из технического задания), при R₁+R₂= Ом :

(Ф),

принимаем = (Ф)

Пересчитаем значения первого частотного диапазона в соответствии с принятыми значениями емкостей конденсаторов С₁,С₂:

(Ф), (Ф)

2. Для второго диапазона (10X) Гц (100X) Гц:

(Ф)

принимаем C₃=C₄= (Ф)

Пересчитаем значения второго частотного диапазона в соответствии с принятыми значениями емкостей конденсаторов С₃,С₄:

(Ф), (Ф)

3. Для третьего диапазона (100X) Гц (1000X) Гц:

(Ф)

принимаем C₅=C₆= (Ф)

Пересчитаем значения третьего частотного диапазона в соответствии с принятыми значениями емкостей конденсаторов C₅=C₆:

(Ф), (Ф)

Определим токи, протекающие в резисторах:

(А)

(А)

6. ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ НЕЛИНЕЙНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ

В качестве нелинейного элемента выбираем лампу накаливания. Нелинейный элемент (НЭ) вводится нами в схему для ограничения амплитуды. Сопротивление НЭ зависит от температуры, а та в свою очередь от баланса мощностей.

При этом постоянная времени НЭ, работающего в автогенераторе, должна быть намного больше периода колебаний на самой нижней рабочей частоте, в этом случае температура НЭ на протяжении периода колебаний не может следовать за изменениями мгновенной мощности и остается постоянной с высокой степенью точности.

Таким образом, сопротивление НЭ является функцией действующего значения тока или напряжения, а получаемые автоколебания - синусоидальными. Характеристики нелинейного элемента - лампы накаливания:

Тип	Uст, В	Iср, мА	Iр.о., мА	Iн, мА	t, с
НСМ12х5	0,5 3	1	0,6 1,8	6	0,4

Найдем напряжение лампы:

(В)

Рассчитаем значения элементов, через которые реализована обратная связь.

Найдем сопротивление лампочки с помощью ом-амперной характеристики.

I_л=0,0013 А, R_л = 1200 Ом

Выбираем резистор R₁₂ из условия R₁₂ >> R_л , предположим, что R₁₂=3•R_л=3600 Ом.

Принимаем R₁₂ = 3,6 (кОм)

R_э~=R₁₂ || Rл = (кОм)

R_СВ = 2(R₁₂ || R_л ) = (кОм)

R₁₃ = R_СВ = (кОм)

Посчитаем сопротивление ООС:

(Ом)

Определим коэффициент отрицательной обратной связи и коэффициент усиления:

, где R_н=R_{вх. п на VT5,6}

Определим значения напряжений на резисторах R₁₂ и R₁₃

U_R12 = U_H = (В)

U_R13 = 2U_H = (В)

Определим значение емкости конденсатор в цепи ОС:

 (Ф)

Принимаем С₁₈= (мкФ)

6. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Этот усилитель выполняет две основные функции:

обеспечивает баланс фаз

обеспечивает коэффициент усиления 3

Рассчитаем элементы, относящиеся к усилительному каскаду на транзисторе VT4.

Усилитель напряжения работает на нагрузку (эмиттерный повторитель), на мост Вина, на ООС.

U_вых.у = U_вх.п2 = (В)

R_{н. у} = R_ООС||R_вхЦВmin.||R_вхп2 (Ом)

1. Определим ток в нагрузке:

 (А)

2. Зададимся I_Kmin4 и U_КЭmin4 :

(мА)

(В)

3. Определим I_KMAX4

I_Kmax4 = (2~5) • (2I_H4 + I_Kmin4) (А)

4. Определим ₄ :

5. Определим напряжение питания:

Зададимся ₄ = 0,05

(В)

Принимаем Е_К = (В)

Пересчитаем ₄

6. Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT4:

 (Ом)

Принимаем R16 = (Ом)

7. Определим падение напряжения на резисторе R₁₇ и величину напряжения, до которого зарядится конденсатор С₂₀:

U_R17 = E_{K 4} (В)

U_C20 = •U_вых.у. + U_КЭmin4 + U_R17 (В)

8. Определим покоя транзистора VT_{4 -} I_П4:

(мА)

9. Определим напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT4 - U_КЭ4:

U_КЭ4 = E_K - (I_П4+ I_Kmin4) • R₁₆ - U_R17 (В)

10. Определим допустимую мощность, рассеиваемую на транзисторе VT4:

P_КДОП = I_П4 U_КЭ4 (Вт)

11. Выбираем транзистор VT4, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:



12. Так как значение I_k0 сильно отличается от I_Kmin4, то произведем перерасчет с учетом того, что I_Kmin4= I_ko=30 мкА

13. Определим максимальный ток коллектора транзистора VT4 - I_Kmax4 :

I_Kmax4 = (2~5) • (2I_H4 + I_Kmin4) (мА)

14. Определим ток базы транзистора VT4:

(мА)

15. Определим резистор в цепи эмиттера

(Ом)

По ряду Е24 принимаем R₁₇= Ом.

16. Определим ток делителя:

I_Д = (2~5) I_Б4 (мА)

17. Определим значения сопротивлений резисторов делителя базы:

U_R16=R₁₆•() (В)

(Ом)

Принимаем R₁₄= (Ом)

U_БЭ4= -R14•() (В)

(Ом)

Принимаем R₁₅= (Ом)

(А)

18. Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера:

(Ф)

Принимаем С₁₉ = (мкФ)

19. Определим коэффициент усиления каскада на транзисторе VT4:

,

где значение сопротивления в области базы примем r_Б4 = 400 (Ом).

(Ом)

R_к~4 = R_H4 || R₁₆ (Ом)

20. Определим входное и выходное сопротивления каскада на транзисторе VT4:

R_ВХ4= R₁₄ || R₁₅ || (r_Б4 + r_Э4 (1+₄)) (Ом)

r_К4 = (Ом)

R_ВЫХ4 = r_K4 || R₁₆ (Ом)

21. Определим входное напряжение каскада на транзисторе VT4:

(В)

Рассчитаем элементы, относящиеся к усилительному каскаду на транзисторе VT3.

U_ВЫХ.У. = U_вх4 (В)

R_Н.У. = R_ВХ4= (Ом)

22. Определим ток в нагрузке:

(мА)

23. Зададимся значениями тока и напряжения I_Kmin3 и U_КЭmin3:

(мА)

(В)

24. Определим максимальное значение тока коллектора транзистора VT3 - I_KMAX3 :

I_Kmax3 = (2~5) (2I_H3 + I_Kmin3) (мА)

25. Определим величину :

26. Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT3:

(Ом)

Принимаем R₁₁ = (Ом)

Определим падение напряжения на разделительном конденсаторе С₁₇:

U_C17 = •U_ВЫХ.У. + U_КЭmin3 + U_R12 (В)

27. Определим ток покоя транзистора VT3I_П3 :

(мА)

28. Определим значения напряжения на участке коллектор-эмиттер транзистора VT3:

U_КЭ3 = E_K - (I_П3+ I_Kmin3) R₁₁ - U_R12 (В)

Определим допустимую мощность, рассеиваемую на транзисторе VT3:

P_КДОП = I_П3 U_КЭ3 (Вт)

29. Выбираем транзистор VT3, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	вmin	Iко, мА
VT3

30. Определим ток базы транзистора VT3:

(мА)

31. Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера:

(Ом)

По ряду Е24 принимаем R₁₂= (Ом)

32. Определим ток делителя:

I_Д = (2~5) I_б3 (мА)

33. Определим значение сопротивлений резисторов делителя базы:

U_R11=R₁₁•() (В)

(Ом)

Принимаем R10= (Ом)

U_БЭ3= -R₁₀•() (В)

(Ом)

Принимаем R₉= (Ом)

(А)

34. Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера :

(Ф)

Принимаем С₁₆ = (Ф)

35. Определим коэффициент усиления каскада (без ООС) на транзисторе VT3:

где: r_Б3 = 400 (Ом)

(Ом)

R_K~3 = R_H3 || R₁₁ (Ом)

36. Определим входное сопротивление каскада на транзисторе VT3:

R_ВХ3=R₁₀||R₉||(r_б3+r_э3 (1+₃)) (Ом)

Определим выходное сопротивление каскада на транзисторе VT3:

r_К3 = (Ом)

R_ВЫХ4 = r_K3 || R₁₁ (Ом)

37. Определим общий коэффициент усиления каскадов:

K=K₃•K₄

38. Определим входное напряжение предварительного усилителя:

(В)

7.ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ №1 НА ТРАНЗИСТОРАХ VT1, VT2.

Нагрузкой этого эмиттерного повторителя является предварительный усилитель, поэтому:

U_Н = U_BX.У= (В)

R_Н = R_ВХ.3= (Ом)

1. Примем значение тока покоя транзистора VT2 равным 5 мА

I_П2 = 5 (мА)

2. Примем значение максимального напряжения на участке коллектор-эмиттер равным 20 В, тогда минимальное значение этого напряжения составит:

U_КЭ2min= 0,1•U_КЭ2max = 2 (В)

Рассчитаем значение напряжения U_КЭ2:

U_КЭ2=Uн+ U_КЭ2min (В)

3. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT2:

P_К2= U_КЭ2I_П2 (Вт)

4. Определим напряжение источника питания:

Ек=2•U_КЭ2 (В)

Примем Ек= (В)

5. Выбираем транзисторы VT1, VT2, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	вmin	fгр, МГц	Cк, пФ	Iко, мА
VT1
VT2

6. Определим ток базы транзистора VT2:

(мА)

7. Определим ток базы и ток покоя транзистора VT1:

По графику зависимости от тока эмиттера определяем, что ?7,5.

(А)

(А)

8. Примем значение тока делителя равным: (А)

9. Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера транзистора VT2:

I_R8=I_б2+I_{П2 (}А)

(Ом)

Принимаем R₈ = (Oм)

U_КЭ2=Е_К-R₈•I_R8 (В)

U_R8=R₈•I_{R8 (В)}

10.Примем значение сопротивления резистора R₇ =6200 Ом:

Тогда:

I_R7= I_б1 (А)

U_R7=R₇•I_R7 (В)

10. Определим значение сопротивлений резисторов в цепи делителя:

(А)

(Ом)

Принимаем R₅ = (Ом)

U_R5=R₅•I_R5 (В)

(В)

(А)

(Ом)

Принимаем R₆ = (Ом)

Будем вести расчет эмиттерного повторителя по переменному току:

11. Определим эквивалентное сопротивление эмиттера R_Э~ :

R_Э~ = R_H || R₅ || R₆ || R₈ (Ом)

12. Определим коэффициент передачи повторителя:

 (Ом)

.

13. Определим входное сопротивление повторителя:

(Ом)

14. Определим выходное сопротивление повторителя:

R_ВЫХ.П = r_Э2 (Ом)

15. Определим значение емкости конденсатора С₁₄:

(Ф)

Примем С₁₄= (мкФ)

16. Определим входное напряжение повторителя:

(В)

8. РАСЧЕТ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

Значения емкости разделительных конденсаторов рассчитываются исходя из приходящихся на них частотных искажений в области нижних частот.

Имеется 9 разделительных конденсаторов. Распределим искажения равномерно между ними:

,

где n - количество разделительных емкостей.

Заданные коэффициенты частотных искажений в области нижних частот приведены в техническом задании. Определим, какие частотные искажения приходятся на одну разделительную емкость:

Следовательно, емкость конденсатора должна быть:

Разделительные емкости рассчитываются следующим образом:

во входной цепи

(Ф),

где М_ВХ - частотные искажения, вносимые входной цепью.

Определим значение емкостей конденсаторов С_{13 ,}С₁₅, С₁₇, С₂₀, С₂₂, С₂₃, С₂₅, С₂₆, С₃₁:

Конденсатор С13.

(Ом);

(Ом);

Выбираем конденсатор С₁₃ типа ( ) на( ) мкФ, ( ) В.

Конденсатор С15.

(Ом);

(Ом);

Конденсатор С17.

(Ом);

(Ом);

Конденсатор С20.

(Ом);

(Ом);

Конденсатор С22.

(Ом);

(Ом);

Конденсатор С23.

(Ом);

(Ом);

Конденсатор С25.

(Ом);

(Ом);

Конденсатор С26.

(Ом);

(Ом);

Конденсатор С31.

(Ом);

(Ом);

9.РАСЧЕТ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Так как выходной усилительный каскад питается от источника питания Е_К = В, а остальным каскадам и эмиттерным повторителям необходимы другие значения напряжений источников питания, то необходимо уменьшить напряжение питания выходного каскада для остальных элементов схемы.

Для решения этой задачи применяется схема параметрического стабилизатора напряжения:

Принципиальная электрическая схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне приведена на рисунке:

Принцип действия данного стабилизатора основан на стабилизации напряжения на нагрузке (на Rн) на уровне напряжения стабилизации стабилитрона VD1. Данный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, одним из плечей которого является балластный резистор R₁, а вторым - соединенные стабилитрон VD1 и нагрузка Rн. Расчет делителя напряжения проще всего производить, используя закон Ома для участка цепи. т.о. расчет сводится к выбору номинала и мощности балластного резистора R₁.

Исходными данными для расчета являются:

a) Входное напряжение (U_вх =Е_к), в данном случае равное напряжению источника питания всего устройства или напряжению питания выходного каскада.

b) Необходимое напряжение на нагрузке (U_Rн =Е_{к э.п. на VTi} или U_Rн =Е_{к ус на VTi}), в данном случае равное напряжению питания для какого-либо эмиттерного повторителя либо предварительного усилителя.

c) Ток, потребляемый нагрузкой (Iн), в данном случае равный току для какого-либо эмиттерного повторителя либо предварительного усилителя.

1. С учетом исходных данных выбирается стабилитрон с напряжением стабилизации U_VD1 (или U_ст), равным или близким U_Rн , и током стабилизации I_ст, большим примерно в 2 раза, чем ток, потребляемый нагрузкой. Далее, у выбранного стабилитрона сводим основные характеристики в таблицу вида

Позиционное обозначение	Тип	Uст min, В	Uст max, В	Uст ном, В	Iст, A
VDi

2. Как видно из рисунка, ток, протекающий через балластный резистор R₁ является суммой тока стабилизации стабилитрона VD1 - I_ст и тока, потребляемого нагрузкой Iн. Именно этот ток (I_н=I_R1) и следует использовать в дальнейших расчетах. В качестве I_R1 принимается сумма токов протекающих через эмиттерный повторитель или предварительный усилитель:

 (А)

Например, для эмиттерного повторителя на VT7-VT8 значение тока I_R1 определяется следующим образом:

I_R1VT7,8=I_ст+I_д + I_б7 + I_к7 + I_к8 (А)

Для эмиттерного повторителя на транзисторах VT5-VT6:

I_R1VT5,6= I_ст+I_д + I_б5 + I_к5 + I_к6 (А)

Для эмиттерного повторителя на транзисторах VT1-VT2:

I_R1VT1,2= I_ст+I_д + I_б1 + I_к1 + I_к2 (А)

Для предварительного усилителя на транзисторах VT3,VT4:

I_R1VT3,4= I_ст+I_д + I_б5 + I_к5+I_б6 + I_к6 (А)

Из закона Ома для участка цепи определяем значение тока, проходящего через балластный резистор:

(А)

3. Значение балластного сопротивления определяется из предыдущего пункта т.е.:

 (Ом)

Реальное значение сопротивления R₁ выбирается, как ближайшее к полученному из ряда Е24.

4. Имея значение сопротивления резистора R₁ и ток, протекающий через него, рассчитывается мощность рассеяния резистора R₁:

(Вт)

Пример расчета для одного из нескольких, необходимых в схеме, параметрических стабилизаторов:

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

61

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выходной усилительный каскад питается от источника питания Е_К = 50 В, а эмиттерный повторитель №1 на транзисторах VT1- VT2 от Е_К = 9 В, то необходимо уменьшить напряжение питания.

1. Выбираем стабилитрон с подходящими параметрами:

В качестве стабилизатора VD1 выбираем:

Позиционное обозначение	Тип	Uст min, В	Uст max, В	Uст ном, В	Iст ном, A
VD1	КС482А	8,5	10,2	9	0,005

Рассчитаем сопротивление R₄₁:

R₄₁ = (В),

где

2. Определяем значение суммы токов, протекающих через балластный резистор:

I_R41 = I_ст + (А)

тогда

I_R41 = I_ст +=5+3,314 = 8,314 мА

U_R41 = E_к - 9 = 50 - 9 =41 В

3. Определяем значение сопротивления балластного резистора:

R₄₁ = кОм

Принимаем: R₄₁ = 5,1 кОм

4. Определяем мощность рассеяния резистора R₄₁:

P_R41 = U_R41 • I_R41 = 0,341 Вт

10.РАСЧЕТ РАДИАТОРОВ

Радиаторы предназначены для отвода тепла от транзисторов в схеме, при мощности, превышающей 1,5 Вт. Т.о. те транзисторы, на которых рассеивается мощность более 1,5 Вт необходимо вынести за разъем, а также рассчитать для каждого площадь радиатора.

Площадь радиатора определим следующим образом:

(см²) ,

где

Т-коэффициент теплоизлучения от теплоотвода в окружающую среду (для дюралюминия Т = 1,5 ( мВт / см²С );

R_Тп-с - тепловое сопротивление переход-среда, определяется следующим образом:

(К/Вт),

где

Т_с - температура среды (в техническом задании задан диапазон рабочих температур усилителя - от 10 до 30 °С , выбираем верхнее значение этого диапазона > Т_с=30°С);

Т_п - температура р-п - перехода, (определяется исходя из справочных данных, можно принять в пределах от 125 до 200 °С);

Р_с - мощность, которую необходимо рассеять.

Затем необходимо привести рисунок радиатора с указанием его линейных размеров (в см).

Пример:

В качестве выходных транзисторов VT12 и VT13 выбраны транзисторы типа КТ928Г.

У них температура p-n-перехода Т_п = 150С (данные из справочника). Необходимо рассеять мощность Pк = 19,14 ( Вт ). Произведем расчет теплового сопротивления переход-среда:

К/Вт

Определим площадь радиатора из дюралюминия:

см²

11. РАСЧЕТ АЧХ И ФЧХ УСИЛИТЕЛЯ НА ТРАНЗИСТОРЕ VT4

Рассчитаем амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики для предварительного усилителя на транзисторе VT4, без ОС, для диапазона частот, где частотные искажения не превышают .

Для расчета АЧХ воспользуемся формулами:

,

где

К₄ - коэффициент усиления на средних частотах для усилительного каскада на транзисторе VT4.

Рассчитаем зависимость коэффициента усиления на НЧ от частоты:

Определим значение коэффициента частотных искажений в области низких частот:

-

,

где

(с)

(с)

Определим частоту, на которой Мн=:

=

•=

Решив это уравнение относительно f_н получим значение нижней граничной частоты полосы пропускания. Т.О. f_н= Гц.

Задаваясь различными значениями частот fн найдем значения соответствующих коэффициенту усиления K_нч:

№	fн, Гц		Mн	Kнч
1
2
3
4
5
6
7

2. Рассчитаем зависимость коэффициента усиления на ВЧ от частоты:

Определим значение коэффициента частотных искажений в области высоких частот:

,

где

(с)

С_{0на VT4}=С_К4+С_М+С_{2 (}пФ)

(с)

Определим частоту, на которой Мв=:

=

Решив это уравнение относительно f_в получим значение нижней граничной частоты полосы пропускания. Т.О. f_в= Гц.

Задаваясь различными значениями частот fв найдем значения соответствующих коэффициенту усиления K_вч:

№	fв, Гц		Mв	Kвч
1
2
3
4
5
6
7

Для расчета ФЧХ воспользуемся формулой:

Задаваясь различными значениями частот f, найдем значения соответствующих фаз :

№	f, Гц		, рад.	, град.	M
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

Пользуясь данными расчетов, приведенных выше, необходимо произвести построение АЧХ и ФЧХ:



12. КАРТЫ РЕЖИМОВ

В карте режимов необходимо привести информацию обо всех элементах рассчитанного устройства, сведенную в таблицы, следующего вида:

Резисторы:

Позиционное обозначение	R, Ом	U, В	I, А	P, Вт	Тип
R1*	22000	0,698	0,000032	0,000022	СП3-30-0,125

Конденсаторы:

Позиционное обозначение	C, мкФ	U, В	UMAX, В	Тип
С1*	0,043	0,655	25	К10-17

Транзисторы:

Позицион обознач	Uбэ, В	Uкэ, В	IБ, А	IК, А	IЭ, А	PК, Вт	Тип
VT1*	0,638	4,819	0,0000039	0,000029	0,000033	0,00014	1Т311Л

Стабилитроны:

Позиционное обозначение	UСТ, В	I, мА	P, мВт	Тип
VD1*	12	22,549	0,2705	КС512А1

Лампа накаливания:

Тип	Uст, В	Iср, мА	Iр.о., мА	Iн, мА	t, с
НСМ12х5*	0,5 3	1	0,6 1,8	6	0,4

*-примеры

13.СПЕЦИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

В спецификации элементов необходимо привести информацию о количестве, наименовании, типе и позиционном обозначении (номере) всех элементах рассчитанного устройства, сведенную в таблицы, следующего вида:

Резисторы:

Позиционное обозначение	Наименование	Количество
R2, R4, R5, R6…*	МЛТ-0,125	35

Конденсаторы:

Позиционное обозначение	Наименование	Количество
C1, C2, C3, C4, C5…*	К10-17	19

Транзисторы:

Позиционное обозначение	Наименование	Количество
VT1, VT2, VT3…*	1T311Л	8

Стабилитроны:

Позиционное обозначение	Наименование	Количество
VD1*	КС512А1	1

Лампа накаливания:

Позиционное обозначение	Наименование	Количество
HL*	НСМ12х5*	1

* - примеры

ПРИЛОЖЕНИЕ

Ряды номинальных значений базовых электронных элементов

Номинальные сопротивления резисторов, выпускаемых отечественной промышленностью в соответствии с рекомендациями МЭК, стандартизованы. Для постоянных резисторов установлено шесть рядов: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192, а для переменных резисторов установлен ряд Е6. Кроме этого допускается использовать ряд Е3. Цифра после буквы Е указывает число номинальных значений в каждом десятичном интервале. Номиналы сопротивлений соответствуют числам в приведенных ниже таблицах или числам, полученным умножением или делением этих чисел на 10n (n - целое положительное или отрицательное число).

Номинальные сопротивления по ряду Е3, Е6, Е12, Е24

Е3	Е6	Е12	Е24	Е3	Е6	Е12	Е24	Е3	Е6	Е12	Е24
1,0	1,0	1,0	1,0	2,2	2,2	2,2	2,2	4,7	4,7	4,7	4,7
			1,1				<...

методичка "Проектирование автогенератора с мостом Вина" скачать

Подобные документы

• Проектирование типовых электронных схем

  Расчет усилителя на биполярном транзисторе, параметров каскада по полезному сигналу. Моделирование усилительного каскада. Расчет генератора синусоидальных колебаний с мостом Вина и цепью автоматической регулировки усиления. Расчет источника питания.
  
  курсовая работа [2,2 M], добавлен 13.05.2014
  

• Исследование RC–автогенераторов для операционных усилителей с мостом Вина

  Принципиальная схема RC–автогенератора. Создание модели операционного усилителя и его АЧХ. Генерация гармонических колебаний. Влияние температур на форму и спектральный состав генерируемых колебаний. Влияние обратной связи на генерацию колебаний.
  
  курсовая работа [213,8 K], добавлен 26.01.2011
  

• Проектирование связного передатчика

  Структурная схема передатчика. Краткое описание структурной схемы. Трактовка схемных решений для автогенератора. Подробное обоснование роли элементов схемы. Расчет режима оконечного каскада РПУ и коллекторной цепи выходного каскада. Параметры антенны.
  
  курсовая работа [104,4 K], добавлен 24.04.2009
  

• Расчет и конструирование АМ передатчика

  Разработка структурной схемы передатчика с базовой модуляцией, числа каскадов усиления мощности, оконечного каскада, входной цепи транзистора, кварцевого автогенератора, эмиттерного повторителя. Эквивалентное входное сопротивление и емкость транзистора.
  
  курсовая работа [691,9 K], добавлен 17.07.2010
  

• Проектирование радиопередающего устройства

  Разработка структурной схемы радиопередающего устройства для однополосной телефонии. Расчет выходного каскада, коллекторной цепи, выходного согласующего устройства, транзисторного автогенератора. Выбор транзистора. Обзор требований к источнику питания.
  
  курсовая работа [282,6 K], добавлен 02.04.2013
  

• Передатчик связной радиостанции

  Расчёт передатчика и цепи согласования. Расчёт структурной схемы и каскада радиопередатчика, величин элементов и энергетических показателей кварцевого автогенератора. Нестабильность кварцевого автогенератора и проектирование радиопередающих устройств.
  
  курсовая работа [291,9 K], добавлен 03.12.2010
  

• Проектирование усилителя напряжения

  Характеристика резистора R7. Знакомство со способами проектирования усилителя напряжения. Анализ этапов расчета входного каскада. Рассмотрение схемы эммиторного повторителя. Знакомство с особенностями моделирования электрических схем в программе Multisim.
  
  контрольная работа [637,2 K], добавлен 22.11.2013
  

• Проектирование и расчет усилителя низкой частоты интегральной микросхеме К140УД1Б

  Разработка структурной схемы усилителя низкой частоты. Расчет структурной схемы прибора для усиления электрических колебаний. Исследование входного и выходного каскада. Определение коэффициентов усиления по напряжению оконечного каскада на транзисторах.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.07.2021
  

• Расчёт каскадов радиопередатчика на биполярных транзисторах

  Расчёт выходного каскада радиопередатчика на биполярных транзисторах на заданную мощность; выбор схем, транзисторов, элементов колебательных систем, способа модуляции. Расчёт автогенератора, элементов эмиттерной коррекции; выбор варикапа и его режима.
  
  курсовая работа [206,4 K], добавлен 11.06.2012
  

• Расчёт автогенератора на диоде Ганна

  Разработка и расчет автогенератора на диоде Ганна с варакторной перестройкой частоты в заданном диапазоне. Структура автогенератора и тип диода. Расчет автогенератора и резонансной системы. Оптимальное сопротивление нагрузки и КПД резонансной системы.
  
  курсовая работа [581,7 K], добавлен 27.08.2010
  

• Функциональный модуль усилителя мощности на биполярных транзисторах

  Разработка и обоснование функциональной схемы устройства. Определение предварительного усилителя, цепи смещения и термостабильности. Исследование стабильности выходного каскада и самовозбуждения транзисторов. Расчет оконечного и предварительного каскада.
  
  курсовая работа [2,1 M], добавлен 13.10.2021
  

• Расчет оконечного каскада передатчика

  Параметры расчета предварительного и оконечного каскадов передатчика на биполярных транзисторах. Расчёт оконечного каскада. Параметры транзистора 2Т903А. Результат расчёта входной цепи. Результаты расчёта коллекторной цепи. Расчёт предоконечного каскада.
  
  лабораторная работа [226,3 K], добавлен 26.01.2009
  

• Проектирование широкополосного усилителя

  Выбор и обоснование структурной схемы исследуемого устройства. Механизм расчета входного, промежуточного и выходного каскада, а также главные параметры истокового повторителя. Определение амплитудно-частотных и результирующих характеристик усилителя.
  
  курсовая работа [858,6 K], добавлен 15.05.2016
  

• Базовые схемы режимов самовозбуждения

  Анализ режимов самовозбуждения при использовании различных характеристик автогенератора: мягкий, жесткий режим, автоматическое смещение. Особенности упрощенной схемы транзисторного автогенератора гармонических колебаний с трансформаторной обратной связью.
  
  реферат [78,8 K], добавлен 15.03.2010
  

• Структурная схема автогенератора

  Проектирование усилителя мощности: выбор режима работы транзистора, синтез согласующих цепей. Конструирование фильтра и направленного ответвителя. Анализ, настройка схемы и характеристика автогенератора с замкнутой и разомкнутой цепью обратной связи.
  
  дипломная работа [1,6 M], добавлен 08.08.2013
  

• Проектирование транзисторов и печатной платы усилителя

  Заданные характеристики усилителя. Расчет выходного каскада, каскадов предварительного усиления, выбор оконечного каскада, транзисторов, схемы. Формула расчета емкости конденсатора. Входная и выходная характеристики транзистора, разводка печатной платы.
  
  курсовая работа [1,8 M], добавлен 10.05.2009
  

• Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

  Произведение расчета автогенератора, спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя, развязывающего устройства, электрических фильтров, выходного усилителя с целью проектирования прибора, вырабатывающего несколько гармонических колебаний.
  
  курсовая работа [707,6 K], добавлен 04.06.2010
  

• Расчет лампового автогенератора дециметрового диапазона волн

  Расчет генерируемой мощности, которую должна обеспечивать лампа автогенератора. Проверка требований по длине волны. Проверка возможности расчета по методу Берга. Методика электрического расчета анодной цепи. Конструктивные размеры коаксиальных труб.
  
  курсовая работа [209,7 K], добавлен 22.11.2013
  

• Усилитель приемного блока широкополосного локатора

  Проектирование усилителя приемного блока широкополосного локатора. Расчет оконечного каскада, рабочей точки, эквивалентных схем замещения транзистора, схемы термостабилизации, входного каскада по постоянному току, полосы пропускания выходного каскада.
  
  курсовая работа [677,3 K], добавлен 01.03.2002
  

• Проектирование выходного каскада связного передатчика с частотной модуляцией

  Обоснование структурной схемы. Электрический расчет. Выбор усилительного полупроводникового прибора. Расчет выходного фильтра. Выбор стандартных номиналов. Электрическая схема оконечного мощного каскада связного передатчика с частотной модуляцией.
  
  курсовая работа [411,7 K], добавлен 14.11.2008
  

Другие документы, подобные "Проектирование автогенератора с мостом Вина"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам