МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Н. Э. БАУМАНА
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 15 Сопротивление нагрузки, Ом. Rн 5 Нижняя частота, Гц. fmin 10 Верхняя частота, кГц. fmax 10 Амплитуда напряжения на входе оконечного каскада, В. Uвх ОК 2
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 eсм от 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. ............
