Uн ус напрВ Rн ус напр Ом

• Название: Uн ус напрВ Rн ус напр Ом
• Дата: 30.09.2021
• Размер: 481.5 Kb.
• Имя файла: Kursuvaia.doc
• Тип: Документы; #239118

№	вариант				Pвых [вт]	Rн[Ом]	fн[Гц]	Uн.ус.напр[В]	Rн.ус.напр [Ом]	Кf %	Uвх[В]	Uбэнач мах[В]	Uбэ [В]
													VT3	VT4
10	2	1	0	1			25,35	0,0204	789				0,879	0,969

В результате выполнения студент должен

знать:

- принципы работы основных электрических узлов и схем, особенности их применения, их рабочие характеристики;

- элементную базу современных полупроводниковых устройств;

- базовые элементы электроники, их свойства и сравнительные характеристики;

- параметры и характеристики полупроводниковых приборов.

уметь:

- читать электрические и электронные схемы;

- использовать пакеты прикладных программ для произведения инженерных и прочих расчетов, такие как Mathcad.

владеть:

- методами инженерных расчетов для различных электронных узлов и устройств;

- способность анализировать работу электронных схем в нормальном режиме;

- умением принимать решения при выборе и анализе различных электронных элементов.

«2» - производится расчет автогенератора с мостом Вина. В расчете учитываются параметры, приведенные в техническом задании (пример):

вариант	ФИО	Uн.ус.напр [в]	Rн.ус.напр [Ом]	fн[Гц]	UбэVT4[в]	UбэVT3[в]
2011	Иванов Иван Иванович	0,036	658,23	56,22	0,721	0,755

2. Типовая структура и требования к содержанию ее разделов
1. Использовать при расчетах среднее значение β транзистора, приведенное в справочнике, но не более 150.

2. Во всех каскадах ввести обратную отрицательную связь с глубиной не менее 5, т.е. F≥5.

3. Привести карту режимов и спецификацию элементов.

4. Все элементы должны быть пронумерованы. Нумерация элементов сквозная.

5. Отклонение всех параметров от расчетных (заданных) не более ±10%.

6. Значения резисторов и конденсаторов выбираются в соответствии номиналами (использовать ряд Е24).

7. Оформление контрольной работы согласно ГОСТ 7.32-2001 «Отчёт о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления».

8. Привести информацию об изготовлении печатных и монтажных плат.

9. Обязательные пункты, входящие в содержание контрольной работы приведены в приложении А.

10. Пример титульного листа приведен в приложении Б.

11. Ряды номинальных базовых электронных элементов приведены в приложении В. В соответствии с рядом Е24 необходимо привести к номинальному значению все сопротивления в расчете, которые имеют порядковые номера (например R4)

Далее приведен упрощенный инженерный расчет электронного устройства – АВТОГЕНЕРАТОРА С МОСТОМ ВИНА.

3. Рекомендации по выполнению отдельных разделов курсовой работы

Выбор блок-схемы

Автономный источник синусоидальных колебаний, работающий в режиме самовозбуждения, называется генератором. Он является преобразователем энергии источника питания в энергию колебаний переменного тока требуемой частоты.

RC-генераторами называются автогенераторы, частота входных колебаний которых определяется цепями, состоящими из сопротивлений и емкостей.

Структурная схема RC-автогенератора с мостом Вина может быть представлена в виде замкнутой системы.



Рис. 1 Блок-схема автогенератора с мостом Вина
Источник питания (на схеме не обозначен);

• 
  Цепь Вина (ЦВ) используется как частотозадающая цепь и ЦПОС –цепь положительной обратной связи;
  
• 
  Эмиттерный повторитель (ЭП) служит для согласования фазирующей цепи с усилителем напряжения по сопротивлению;
  
• 
  Усилители напряжения (УН№1, УН№2) обеспечивают баланс фаз и баланс амплитуд (при введении нелинейной отрицательной обратной связи, ЦООС –цепь отрицательной обратной связи).
  

Расчет элементов используемых в схеме
Перед тем как начать расчет усилителей напряжения необходимо рассчитать входное сопротивление моста Вина, учесть отрицательную обратную связь, которую мы вводим для стабилизации коэффициента усиления, а значит и выходного сигнала.
3.1 Цепь Вина


Рис. 2 Принципиальная электрическая схема цепи 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 C1÷С12:





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)

3.2 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);

где U_н = U_{н ус. напр} известно из технического задания.

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_{н ус.напр} (известно из технического задания;



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).
3.3 Предварительный усилитель


Рис. 3 Принципиальная электрическая схема предварительного усилителя

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, на мост Вина, на ООС.

U_вых.у = U_{н ус. напр} = (В)

Рассчитаем скорректированное значение сопротивления нагрузки двухкаскадного усилителя:

R_{н ус. напря скоррект} = R_ООС||R_вхЦВmin.||R_{н ус. напр} (Ом)
Определим ток в нагрузке:

(А)

Зададимся I_Kmin4 и U_КЭmin4 :

(мА)

(В)
Определим I_KMAX4:

I_Kmax4 = (25) ∙ (2·I_H4 + I_Kmin4) (А)

Определим ₄ :



Определим напряжение питания:

Зададимся ₄ = 0,05

(В)

Принимаем Е_К = (В)

Пересчитаем ₄



Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT4:

(Ом)

Принимаем R₁₆ = (Ом)

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)

Определим покоя транзистора VT_{4 -} I_П4:

(мА)

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

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

Определим допустимую мощность, рассеиваемую на транзисторе VT4:

P_КДОП = I_П4 · U_КЭ4 (Вт)

Выбираем транзистор VT4, соответствующий по мощности (должна не менее чем в два раза превышать расчетную P_Кдоп), напряжению на участке коллектор – эмиттер (должно быть больше), основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	Iко, мА
VT4

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

Определим максимальный ток коллектора транзистора VT4 - I_Kmax4 :

I_Kmax4 = (25) ∙· (2·I_H4 + I_Kmin4) (мА)

Определим ток базы транзистора VT4:

(мА)

Определим резистор в цепи эмиттера:

(Ом) По ряду Е24 принимаем R₁₇= Ом.

Определим ток делителя:

I_Д = (25)· I_Б4 (мА)

Определим значения сопротивлений резисторов делителя базы:

U_R16=R₁₆∙( ) (В)

(Ом)

Принимаем R₁₄= (Ом)

U_БЭ4= -R₁₄∙( ) (В)

(Ом)

Принимаем R₁₅= (Ом)

(А)

Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера:

(Ф)

Принимаем С₁₉ = (мкФ)

Определим коэффициент усиления каскада на транзисторе VT4:

,

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

R_к4 = R_H4 || R₁₆ (Ом)
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)

Определим входное напряжение каскада на транзисторе VT4:

(В)

Рассчитаем элементы, относящиеся к усилительному каскаду на транзисторе VT3.

_. = U_вх4 (В)

R_{н ус.наVT3} = R_ВХ4= (Ом)

Определим ток в нагрузке:

(мА)

Зададимся значениями тока и напряжения I_Kmin3 и U_КЭmin3:

(мА)

(В)
Определим максимальное значение тока коллектора транзистора VT3 - I_KMAX3 :

I_Kmax3 = (25) · (2·I_H3 + I_Kmin3) (мА)

Определим величину :


Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT3:

(Ом)

Принимаем R₁₁ = (Ом)

Определим падение напряжения на разделительном конденсаторе С₁₇:
U_C17 = ∙ _. + U_КЭmin3 + U_R12 (В)
Определим ток покоя транзистора VT3I_П3 :

(мА)

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

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

Определим ток базы транзистора VT3:

(мА)

Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера:

(Ом)

По ряду Е24 принимаем R₁₂= (Ом)

Определим ток делителя:

I_Д = (25)· I_б3 (мА)

Определим значение сопротивлений резисторов делителя базы:

U_R11=R₁₁∙( ) (В)

(Ом)

Принимаем R10= (Ом)
U_БЭ3= -R₁₀∙( ) (В)
(Ом)

Принимаем R₉= (Ом)

(А)

Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера :

(Ф)

Принимаем С₁₆ = (Ф)

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



где: r_Б3 = 400 (Ом)

(Ом)

R_K3 = R_H3 || R₁₁ (Ом)



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)

Определим общий коэффициент усиления каскадов:
K=K₃∙K₄
Определим входное напряжение предварительного усилителя:

(В)

3.4 Эмиттерный повторитель №1 на транзисторах VT2,VT1


Рис.8 Принципиальная электрическая схема эмиттерного повторителя №1 на транзисторах VT2,VT1
Нагрузкой этого эмиттерного повторителя является предварительный усилитель, поэтому:

U_Н = U_BX.У= (В)

R_Н = R_ВХ.3= (Ом)
Примем значение тока покоя транзистора VT2 равным 5 мА

I_П2 = 5 (мА)

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)

Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT2:

P_Кдоп2= U_КЭ2·I_П2 (Вт)

Определим напряжение источника питания:

Ек=2∙U_КЭ2 (В)

Примем Ек= (В)
Выбираем транзисторы VT1, VT2, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

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

Определим ток базы транзистора VT2:

(мА)

Определим ток базы и ток покоя транзистора VT1:

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

(А)

(А)

Примем значение тока делителя равным: (А)

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)}

Примем значение сопротивления резистора R₇ =6200 Ом:

Тогда:

I_R7= I_б1 (А)

U_R7=R₇∙I_R7 (В)

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:

Определим эквивалентное сопротивление эмиттера R_Э :

R_Э = R_H || R₅ || R₆ || R₈ (Ом)

Определим коэффициент передачи повторителя:

(Ом)

.

Определим входное сопротивление повторителя:

(Ом)

Определим выходное сопротивление повторителя:

R_ВЫХ.П = r_Э2 (Ом)

Определим значение емкости конденсатора С₁₄:

(Ф)
Примем С₁₄= (мкФ)

Определим входное напряжение повторителя:

(В)
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:

Позиционное обозначение	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

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

4. Примерные нормы времени на выполнение работы
Нормы времени на выполнение данной курсовой работы приведены в таблице:

Вид работы	Расчет	Работа со справочными материалами	Оформление	Работа с преподавателем
Расчет автогенератора с мостом Вина	3ч	1ч	1ч	1ч
Составление карты режимов	-	0,5ч	0,25ч	-
Составление спецификации	-	0,5ч	0,25ч	-
Проработка теоретической части	-	1ч	0,5ч	-
Защита	-	-	-	1ч
Итого:	3ч	3ч	2ч	2ч

5. Требования к оформлению работы
Оформление контрольной работы производится согласно ГОСТ 7.32-2001 «Отчёт о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления». Пример оформления титульного листа приведен в приложении Б. Оформление карты режимов и спецификаций приведены на страницах 14 и 15 данных методических указаний.

Содержание

1. 
   Техническое задание.
   
2. 
   Возможная область применения автогенератора
   
3. 
   Выбор блок-схемы.
   
4. 
   Расчет цепи Вина
   
5. 
   Расчет отрицательной нелинейной обратной связи
   
6. 
   Расчет предварительного усилителя на транзисторах VT3-VT4
   
7. 
   Расчет повторителя на транзисторах VT1, VT2
   
8. 
   Карты режимов
   
9. 
   Спецификация элементов
   
10. 
    Технология производства и изготовления печатных и монтажных плат
    
11. 
    Список использованных источников.