Обоснование и расчет генератора синусоидальных колебаний на операционном усилителе. Выбор электрической схемы устройства. Расчёт коэффициента нелинейных искажений сигнала. Оценка полезного действия генератора. Рассмотрение схемы усилителя напряжения.
Аннотация к работе
Курсовая работа по дисциплине «Электроника» имеет объем 27 листов. Содержит выбор, обоснование и расчет генератора синусоидальных колебаний на операционном усилителе.Современное развитие средств вычислительной техники во всех областях человеческой деятельности невозможно без электроники и микроэлектроники, поскольку они позволяют создавать быстродействующие, надежные, дешевые, имеющие минимальные весогабаритные показатели, элементы и устройства. Электроника находится в постоянном развитии. Ее развитие началось с создания электровакуумных и газоразрядных приборов, затем появились силовые полупроводниковые приборы - диоды, транзисторы, тиристоры, применение которых позволило значительно снизить потребляемую мощность, габариты, вес, затраты на производство и повысить надежность электронной аппаратуры.По исходным данным задания определим амплитуды напряжения и тока в нагрузке: Но по условию задания напряжение питания Uпит ? ± 24 В не хватает для обеспечения напряжения на нагрузке Uн=49 В, значит в схему нужно ввести усилитель напряжения, который будет повышать напряжение на нагрузке за счет потерь в подходящем к нагрузке токе. Но выходное напряжение большинства современных операционных усилителей не превышает 10 В, а выходной ток 5 МА, значит в схему необходимо ввести усилитель тока.Структурная схема содержит усилитель с коэффициентом усиления К, охваченный ПОС с коэффициентом передачи c. Условие самовозбуждения генератора распадается на два: условие баланса амплитуд: K·c=1,3 определяющее амплитуду стационарных колебаний генератора, и условие баланса фаз: ?К ?c= 2·?·N, N=0,1,2…, являющееся условием положительной обратной связи и определяющее частоту колебаний автогенератора. При выполнении этих условий случайное изменение напряжения на входе усилителя усиливается в К-раз, затем ослабляется в с-раз и снова появляется на входе усилителя в той же фазе и той же или большей величины. Если условия самовозбуждения (3) и (4) будут выполняться для одной частоты или узкой полосы частот, то колебания будут синусоидальными. Применение частотно-избирательных цепей типа LC в генераторах низких частот становится весьма затруднительным, так как увеличиваются геометрические размеры элементов контура, уменьшается добротность колебательной системы, становится невозможной плавная перестройка контура в широком интервале частот.Поэтому необходимо либо использовать трансформаторный каскад, либо мостовую схему, составленную из двух двухтактных каскадов. Однако, мостовая схема должна использовать два двухтактных эмиттерных повторителя, что в свою очередь понизит значительно КПД, т.к. основные потери энергии приходятся на эмиттерные повторители.Напряжение на нагрузке равно: Из формул видно, что ток нагрузки больше, чем ток на выходе ОУ, а также напряжение на нагрузке выше напряжения питания. Поэтому на выходе ОУ подключим усилитель тока - эмиттерный повторитель, а на выход УТ - вход УН.Через мощность и сопротивление на нагрузке Рн = 3 Вт, Rн = 400 Ом найдем максимальное напряжение на нагрузке. Определим Zвх трансформатора: Определим индуктивность первичной обмотки трансформатора на частоте f=1000 Гц: Спроектируем трансформатор со следующими параметрами: - выходная мощность во вторичной обмотке Рн ? 3 Вт; Выберем феррит в качестве материала сердечника, т.к. его критическая частота fkp=3,9 МГЦ (частота, при которой феррит еще не теряет своих изначальных характеристик) удовлетворяет условию задания f ? 1 КГЦ; тороид в качестве формы сердечника. Мощность нагрузки и мощность трансформатора будут соответственно равны: Вычислим площадь сечения сердечника S: Отсюда диаметр d сечения сердечника будет равен: Через индуктивность L первичной обмотки трансформатора найдем количество витков в первичной обмотке N1: где l-средняя линия тороида.Усилитель тока состоит из комплементарной пары транзисторов с проводимостью разного типа. С помощью делителя напряжения R7, R8, R9, R10 транзисторы работают в классе АВ. В качестве комплементарной пары применим транзисторы КТ3102А и КТ3107А. Из максимального тока коллектора вычисляем максимальный ток базы: Токи коллектора и базы не выходят за предельные значения токов этих транзисторов: Іб=2,87 МА; Ібмакс=1,2 МА, Ік=122,5 МА; Ікмакс=100 МА. Значит, выберем источник питания Ек=15 В, падение напряжения при Uвхмакс=10 В составит Uкэ=Ек - Uвхмакс=15 - 10=5 В.C учетом затрат токи будут ограничены: Іоос<1 МА и Іпос<1 МА. Резисторы R5=R6=R, емкости C2=C3=C; частота f=1/(2?RC), отсюда видно: Вычислим ток Іпос: Зададим емкость конденсатору С=510 ПФ, вычислим сопротивление R: Определим ток Іпос: Вычислим входное сопротивление моста Вина: Выберем номиналы резисторов R5 = R6 = 4,75 КОМ.Обозначим через Rk сопротивление канала полевого транзистора, сопротивление Тогда коэффициент усиления ОУ можно найти по формуле: Обозначим максимальное значение этого сопротивления через Rпмакс, тогда значение Rпмакс можно найти так: Минимальный коэффициент усиления обеспечивается когда сопротивление Rп максимально (т.е.
План
Содержание
Введение
1. Выбор структурной схемы устройства
2. Выбор принципиальной электрической схемы устройства
2.1 Выбор принципиальной схемы генератора
2.2 Выбор принципиальной схемы усилителя напряжения
2.3 Выбор принципиальной схемы усилителя тока
3. Расчет принципиальной электрической схемы
3.1 Расчет усилителя напряжения
3.2 Расчет усилителя тока
3.3 Расчет генератора синусоидальных колебаний
3.3.1 Расчет цепи ПОС моста Вина
3.3.2 Расчет цепи ООС и цепи АРУ
4. Расчет коэффициента нелинейных искажений
5. Расчет коэффициента полезного действия генератора