151329 (Обґрунтування й вибір функціональної схеми пристрою)

Курсовий проект на тему: "Обґрунтування й вибір функціональної схеми пристрою"

Анотація

У курсовому проекті розглядається побудова електронного пристрою.

Проект реалізований у програмному середовищі Word 2003, моделювання схеми зроблене в середовищі Electronics Workbench

Зміст

Введення

1. Обґрунтування й вибір функціональної схеми пристрою

2. Вибір і розрахунок принципових схем вузлів пристрою

3. Моделювання на ЕОМ роботи функціональних вузлів пристрою

4. Висновок і виводи по відповідності характеристик і параметрів пристрою вимогам технічного завдання

Список літератури

Введення

Генератори гармонійних коливань являють собою пристрої, призначені для перетворення енергії джерел живлення постійного струму в енергію гармонійного вихідного сигналу напруги (струму) необхідної амплітуди й частоти.

Тому що генератор сам є джерелом сигналу, він не має входу. Генератори будуються на основі підсилювачів з ланцюгами позитивного зворотного зв'язку, які працюють у режимі самозбудження на фіксованій частоті. Як ланцюги зворотного зв'язку можуть використовуватися резонансні L-C або R- Схеми чому відповідає два типи генераторів.

L-C генератори звичайно використовуються для формування радіочастотних сигналів, де габаритні характеристики елементів коливальних контурів у звуковому діапазоні частот стають неприйнятними. У звуковому діапазоні генератори будуються на базі використання резонансних R-C схем, і як підсилювачі звичайно застосовуються ОУ.

1. Обґрунтування й вибір функціональної схеми пристрою

Генератор синусоїдальної напруги складається з генератора, що задає, і підсилювача потужності

ПЗЗ

КЧЗЦ

П

РР

ПП

ПП

Uвих

СА

НЗЗ

Rн

Мал. 1 Функціональна схема генератора синусоїдальної напруги (ГСН)

1. ланцюг, що комутирується (К.Ч.З.Ц.);

2. підсилювач (П.);

3. ланцюг позитивного зворотного зв'язку (П.З.З.);

4. стабілізатор амплітуди (С.А.);

5. регулятор рівня вихідної напруги (Р.Р.);

6. попередній підсилювач (П.П.);

7. підсилювач потужності (П.П.);

8. ланцюг негативного зворотного зв'язку (Н.З.З.);

9. джерело живлення (Д.Ж.).

Від генератора, що задає, подається напруга синусоїдальної форми, стабільної амплітуди й частоти на вхід підсилювача. Звичайно під час роботи амплітуда вихідної напруги генератора, що задає, не міняється й для установки потрібної величини напруги на навантаженні в схему включений регулятор амплітуди. Перебудова частоти генератора, що задає, виробляється в межах якого-небудь діапазону плавно, а зміна діапазонів виробляється дискретно.

Звичайно плавна перебудова частоти виробляється в межах декади, тобто

де Кп - Коефіцієнт перебудови, - максимальна частота в діапазоні, - мінімальна частота в діапазоні.

З огляду на розкид параметрів ланцюгів, для гарантованого одержання будь-якої частоти, з передбачених технічним завданням, уводять коефіцієнт запасу, тоді

Величина вихідної напруги генератора, що задає, у технічному завданні не обмовляється й може вибиратися кожної в розумних межах. Без утруднень можна одержати амплітудне значення цієї напруги в межах 3...10 В.

Тоді при зазначеній на мал. 1 структурі підсилювача потужності глибина зворотного зв'язку велика, а виходить, він має гарні якісні показники у всім частотному діапазоні (малі нелінійні перекручування, стабільний коефіцієнт підсилення, низький вихідний опір і т.д.).

2. Вибір і розрахунок принципових схем вузлів пристрою

Розрахунок генератора, що задає.

По стабільності частоти й ширині частотного діапазону сигналу на практиці найбільш підходящим є генератор з мостом Вина

Одержали 4 декади з урахуванням коефіцієнта запасу:

1. 20Гц-200Гц

2. 200Гц-2000ГЦ

3. 2000Гц-20000Гц

4. 20000Гц-200000Гц

З урахуванням коефіцієнта запасу:

1) 18Гц-220Гц

2) 180Гц-2200Гц

3) 1800Гц-22000Гц

1. 18000Гц-220000Гц

При використанні моста Вина як частотний ланцюг генератора для виконання умов самозбудження необхідно:1 щоб міст Вина включався в ланцюг позитивного зворотного зв'язку.

2 щоб коефіцієнт передачі підсилювача на частоті резонансу моста Вина був не <3

Для керування частотою вихідної напруги як резистори можуть використовуватися здвоєні потенціометри. З огляду на, що динамічний діапазон регулювання рідко >20 дБ для його розширення крім змінних резисторів можуть використовуватися набори конденсаторів з декадним номіналом, може бути здійснене широко полюсне регулювання.

Резонансна частота моста Провина

Задамося

З=1000пФ тоді R=1/(2*3.14*200000*0.1*1000*10^-12)=7957 Ом

Тоді 0,1R=795.7 Ом, 0,9R=7161.9 Ом

У ланцюзі негативного зворотного зв'язку можуть використовуватися польові транзистори, що працюють на початкових ділянках вихідних характеристик.

Вибираємо польовий транзистор з n-каналом, так щоб Rк.>1кОм при Uзи=-1У.

Як такий транзистор беремо КП323А-2, у якого Rк=5У/2,5mA=2кОМ при Uзи=-1У

Кu=1/Кuоос=1/3. Отже, R2||Rк/(R2||Rк+R3)

Одержуємо R2=2 кому, R3=2кОм

Задамося. З=10мкФ, тоді R*=1Мом R4=1000кОм/100=10кОм

Вибираємо діод, що працює на Д101

У якості ОУ беремо 140УД23

Розрахунок регулятора рівня

Регулятор рівня вибираємо виходячи з наступних умов: регулятор є вихідним опором ОУ, повинне бути більше або дорівнює 2кОм,з іншої сторони опір регулятора рівня повинне бути на порядок менше, ніж вхідний опір підсилювача потужності, менше ніж 50кОм. Рівень регулювання сигналу становить 50%,те номінали опорів будуть однакові.

Uвих=Uвх*R2/(R1+R2)

Uвих/Uвх=1/2

R1=R2=2кому

Розрахунок підсилювача потужності

Підсилювач потужності складається з попереднього підсилювача, каскаду й ланцюга загального зворотного зв'язку.

Попередній підсилювач виконуємо на операційному підсилювачі.

Коефіцієнт підсилення підсилювача потужності визначається як Ки=Uвих/Uвх=20/3=6, Uвх приймаємо 3У.

Коефіцієнт підсилення каскаду визначаємо як Киок=Uвих/10=2, де 10 ця вихідна напруга операційного підсилювача.

Одержуємо коефіцієнт підсилення ОУ без зворотного зв'язку Ки/Киок=6/2=3

Операційний підсилювач вибираємо по частотній характеристиці при наявності зворотного зв'язку й швидкості наростання вихідної напруги в часі

Швидкість наростання вихідної напруги =2*3,14*200000*10=12,5У/мкс

Глибина зворотного зв'язку Ки=0,166

Коефіцієнт підсилення підсилювача потужності з негативним зворотним зв'язком

К= ,

де Кf=10%, коефіцієнт нелінійних перекручувань без зворотного зв'язку, - коефіцієнт нелінійних перекручувань із обліком негативного зворотного зв'язку. К=(10/0,2-1)/0,166=295,тоді коефіцієнт підсилення операційного підсилювача з обліком ООС Коу=295/2=147,5

на частоті 200000 коефіцієнт підсилення ОУ Коу>43дБ

Частота зрізу f1>fm*Ки=1,2МГц

Даним вимогам відповідає 140УД23 з параметрами

Uп=15У, Rн=2кому, Uвих.макс=10У, вхідний струм Iвх=0,2на, частота одиничного посилення f1=10МГц, Vuвих.макс=30У/мкс.

Залежність коефіцієнта підсилення від частоти наведена в додатку.

Для живлення ОУ встановлюємо стабілізатори на стабілітронах КС515 з

Uст=15У при струмі стабілізації Iст=5мА, у цьому випадку спадання напруги на резисторах R буде визначатися як UR=22-15=7У

IR=Iоу+Iст=10+5=15мА

R=7/15=466.6Ом

P=U*I=7*15*10^-3=0.105Вт

3. Моделювання на ЕОМ роботи функціональних вузлів пристрою

Розрахунок каскаду

Вихідний каскад може бути виконаний по трансформаторній схемі. Критерієм для ухвалення рішення може служити співвідношення між залишковою напругою на транзисторі при максимальному струмі навантаження й амплітудою напруги на навантаженні.

Варто віддавати перевагу трансформаторному каскаду.

Вибір транзисторів для вихідного каскаду підсилювача потужності роблять по потужності, що розсіюється в ньому, граничній частоті посилення й допустимих напружень і струмам.

Для вихідного каскаду підсилювача, що працює із двома джерелами живлення, напруга кожного джерела вибирається з умови

Ек=Uвих.макс+Uост

Ек=20+2=22У

Найбільша напруга на транзисторі в такому каскаді приблизно дорівнює подвоєній напрузі живлення:Uкеюмакс=2*22=44У

Найбільша потужність, виділювана в кожному транзисторі вихідного каскаду для синусоїдального сигналу дорівнює

Визначаємо Rн

Ом. Тоді Рк.макс= =7,85Вт

Вибір транзисторів по струму

А

Частотні властивості вихідних транзисторів повинні відповідати необхідній смузі пропущення всього підсилювача. Гранична частота підсилювача

fгр.=2...4fмакс=4*200000=800кГц