Принципы построения генераторов. Выбор и обоснование принципиальной схемы генератора пилообразного напряжения (ГПН). Расчёт элементов устройства, выбор типов и номиналов. Классификация ГПН со стабилизаторами тока, применение дискретных элементов.
Аннотация к работе
Электроника является универсальным и исключительно эффективным средством при решении самых различных проблем в области сбора и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки и преобразования энергии. Знания в области электроники становятся необходимыми все более широкому кругу специалистов. Сфера применения электроники постоянно расширяется.На рисунке 1 показана реальная форма пилообразного импульса положительной полярности. Поскольку строго линейный закон изменения напряжения U (t) получить невозможно, степень отклонения этого напряжения от линейного закона характеризует закон нелинейности: ?= (1) В практических схемах генераторов пилообразного напряжения тпр находятся в пределах от десятых долей микросекунды до десятков секунд, тобр - от 1 до 20% от тпр, Um - от единиц до тысяч вольт. Простейший принцип получения пилообразного напряжения основан на процессе заряда или разряда конденсатора C через резистор R (рис.1, б). При этом напряжение на конденсаторе Uc (выходе схемы), стремясь к асимптотическому уровню E (см. рис.1, а), изменяется по экспоненциальному закону: Uc=E (1-e - t/RC) (3)Согласно принципам построения генераторов пилообразного напряжения структурная схема должна состоять из следующих элементов: токостабилизирующий элемент (ТСЭ), обеспечивающий постоянный во времени ток заряда конденсатора C. конденсатор С, на котором формируется линейно изменяющиеся напряжение. ключевое устройство (КУ), с помощью которого осуществляется переключение формирования прямого и обратного хода выходного напряжения. формирователь импульсов (ФИ), обеспечивающий импульсные сигналы управления ключевым устройством (задающий длительность рабочего хода и частоту следования выходных импульсов пилообразного напряжения).В простейшем случае, когда не требуется высокая линейность рабочего участка выходного напряжения, применяют заряд или разряд конденсатора через резистор R. Если во время рабочего хода использовать лишь начальный участок экспоненты, т.е. при траб<<?, или, другими словами, при Um<<E, можно считать u (t) при 0?t?траб линейно изменяющимся напряжением. Таким образом, простейшая схема с зарядом или разрядом конденсатора через резистор оказывается пригодной лишь при сравнительно невысокой линейности (примерно 10%). Принципиальная схема простейшего ГПН с транзисторным ключом и соответствующие временные диаграммы напряжения приведены на (рисунок 3, б, в). Формирование рабочего хода происходит в интервале времени траб, когда транзистор заперт благодаря воздействию отрицательного входного импульса (в действительности, начало рабочего хода оказывается задержанным относительно момента t` на значение t301, обусловленное процессом рассасывания заряда из базы насыщенного транзистора, но обычно t301>Um); для предотвращения пробоя включается фиксирующий диод Дф; при напряжении u?Еф (Um>RIK.0). ?= (8)Учитывая принципиальную общность почти всех применяемых на практике схем генераторов, целесообразно рассматривать их как варианты одной и той же схемы. При этом они отличаются друг от друга, главным образом, лишь способом создания напряжения в цепи стабилизатора тока. Поэтому классификационному признаку различают следующие типы генераторов: генераторы, в которых стабилизатор тока реализован в виде отдельного структурного элемента со специальным источником напряжения Ест. генераторы, в которых источник напряжения Ест стабилизатора тока реализован в виде заряженного конденсатора. Идея построения таких устройств основана на том, что стабилизация зарядного (или разрядного) тока конденсатора С может быть достигнута, если последовательно с ним включить источник, напряжение которого изменяется по тому же закону, что и на конденсаторе С, но имеет обратную полярность. На рисунке 4, а показан вариант функциональной схемы компенсационного генератора с положительной обратной связью (ПОС): если коэффициент усиления усилителя К0= 1, то повышение потенциала в точке а1 при заряде конденсатора С компенсируется точно таким же повышением потенциала в точке а2, и зарядный ток i останется неизменным.Генератор тока на транзисторах показан на рисунке 5. В начальный момент времени транзисторы закрыты, и ток через них не течет. Через резистор R2 напряжение от источника Еп поступает на базу VT2 и через него начинает протекать ток. Этот ток поступает на нагрузку Rн и на R1. При появлении напряжения на R1 оно поступает на базу VT1 и через транзистор начинает протекать ток.Таблица 1. Параметр Значение Постоянная рассеиваемая мощность коллектора P, МВТ 75 Таблица 2 - Параметры транзистора КТ315А Максимальный ток коллектора Ікмах, МА 100 Максимальная рассеиваемая мощность Ркмах, МВТ 150Коэффициент полезного действия генератора пилообразного напряжения рассчитаем по формуле: ?= %, где Рпотр - мощность потребляемая всем устройством; Рвых - выходная мощность устройства.В результате разработки структурной и принципиальной электрической схем генератора пилообразного напряжения была дополнительно разработана печ
План
Содержание
Введение
1. Выбор и обоснование структурной схемы устройства
1.1 Общая характеристика и принципы построения генераторов
2.1.3 Генераторы пилообразного напряжения на дискретных элементах. Содержание схемы разрабатываемого устройства
2.2 Расчет элементов устройства, выбор типов и номиналов
2.2.1 Расчет токостабилизирующего элемента
2.2.3 Расчет ключевого устройства (КУ)
2.2.4 Расчет эмиттерного повторителя (ЭП)
2.2.5 Расчет коэффициента полезного действия
3. Конструкторская часть
Заключение
Список литературы
Приложение А Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
Приложение Д
Введение
Электроника является универсальным и исключительно эффективным средством при решении самых различных проблем в области сбора и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки и преобразования энергии. Знания в области электроники становятся необходимыми все более широкому кругу специалистов.
Сфера применения электроники постоянно расширяется. Практически каждая достаточно сложная техническая система оснащена электронными устройствами. Трудно назвать технологический процесс, управление которым осуществлялось бы без использования электроники. Функции устройств электроники становятся все более разнообразными. Роль электроники в настоящее время существенно возрастает с связи с применением микропроцессорной техники для обработки информационных сигналов и силовых полупроводниковых приборов для преобразования электрической энергии.
Электроника имеет короткую, но богатую событиями историю, которая составляет чуть более 100 лет. Путь, пройденный от вакуумных приборов до сверхбольшой однокристальной микросхемы содержащей десятки миллионов транзисторов.