|
Реферат: Мостовой RC-генератор синусоидальных колебаний с мостом Вина (Радиоэлектроника)
Министерство Высшего образования Украины
Одесский Государственный Политехнический Университет
Кафедра информационно-измерительной техники
Утверждаю
Зав. Каф. Р.Г. Джагупов
" " 1998
Мостовой RC-генератор синусоидальных колебаний с мостом Вина
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
ИТКР 7.0913.05
Курсовая работа по дисциплине "Электронные устройства для первичных
преобразователей"
Выполнил студент 4 курса
группы АИ-941
Дёгтев А.Ю.
Дата выполнения:
Руководитель: Азаркин В.А.
Оценка:
Одесса 1998
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2. Аннотация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3. Выбор, обоснование и описание работы схемы электрической
принципиальной генератора с мостом Вина. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 6
4. Описание схемы операционного усилителя и его параметры . . . . . 9
5. Выбор элементной базы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 19
6. Расчет погрешности прибора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 20
6.1 Расчет неинвертирующего ОУ и анализ его
погрешностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 20
7. Графическое приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 23
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 - Спецификация. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 23
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 - Схема электрическая принципиальная мостового генератора
синусоидальных колебаний с мостом Вина.
8. Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 24
9. Список использованной литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 25
В В Е Д Е Н И Е
Эти генераторы отличаются от релаксационных тем, что в их состав
входят электрические цепи или компоненты, обладающие резонансными
свойствами. Благодаря им условие возникновения автоколебаний (ку(1, [pic])
выполняется только в узкой полосе частот. Компоненты с резонансными
свойствами или соответствующие резонансные цепи могут быть установлены в
межкаскадных цепях усилителя или в цепях, создающих положительную или
отрицательную обратную связь. Причем параметры выбирают так, чтобы условия
возникновения выполнялись только в узкой полосе частот (( при всех
колебания усилителя и цепи ООС.
В диапазонах низких, звуковых и радиочастот в качестве резонансных
цепей и компонентов применяют RC-цепи, LC-контуры, кварцевые резонаторы,
электромеханические колебательные системы (например, камертоны и др.)
Избирательные RC-цепи имеют сравнительно пологие фазо- и амплитудно-
частотные характеристики петлевого усиления. Поэтому, если коэффициент
усиления больше единицы, даже на небольшую величину, условия возникновения
автоколебаний выполняются в сравнительно широкой полосе частот ((. При этом
форма выходного сигнала существенно отличается от синусоидальной. Поэтому у
автогенераторов с резонансными RC-цепями (RC-генераторов) приходится
вводить дополнительные цепи автоматического регулирования коэффициента
усиления.
В RC-генераторах выходное напряжение практически повторяет форму тока,
создаваемого усилителем.
Для RC-генераторов характерны:
1. Простота реализации;
2. Дешевизна;
3. низкие массо-габаритные показатели;
4. Диапазон частот автоколебаний от долей герц до нескольких сотен
килогерц.
Недостатки:
1. Невысокая стабильность частоты;
2. Существенные искажения формы автоколебаний (Кг>10.5%)
Аннотация
Разрабатываемый в данной курсовой работе прибор предназначен выполнять
функцию генерации синусоидальных колебаний. В генераторе обеспечена
автоматическая регулировка уровня усиления колебаний. Применение
высокоточного (прецизионного) усилителя обеспечивает высокую точность и
хорошую стабильность работы схемы генератора. Большое внимание уделено
описанию принципа работы схемы генератора синусоидальных колебания с мостом
Вина. Разработка подобных генераторов на современной элементной базе
является весьма перспективным направлением в электронике.
The instrument, developed in the given course operation, is intended
to execute the function of generation of sine wave oscillations. In the
generator the automatic adjustment of a level of amplification of
oscillations is supplied. The application precision of the amplifier
provides high accuracy and good stability of operation of the circuit of
the generator. The large attention is given to the description of a
principle of operation of the circuit of the generator of a sine wave
oscillation with the bridge Fault. The development of similar generators on
modern element base is a rather perspective direction in electronics.
3. Выбор, обоснование и описание работы схемы электрической принципиальной
генератора с мостом Вина.
Как известно, частота автоколебаний в таком генераторе определяется
формулой [pic][pic](1), а затухание в частотно-зависимой ветви обратной
связи на частоте (0 [pic]. Для улучшения формы кривой выходного
напряжения частотно-независимую ветвь ООС в мосте Вина обычно выполняют
инерционно-нелинейной. [4]
Нужный характер нелинейности обеспечивается тогда, когда с ростом
амплитуды сигнала уменьшается сопротивление R3 или увеличивается
сопротивление R4. Поэтому в качестве R3 используется полупроводниковый
терморезистор. В качестве инерционно-нелинейного резистора применяют
переход сток-исток полевого транзистора, на затвор которого подают
выпрямленное и сглаженное выходное напряжение генератора.
В устройстве реализована двухступенчатая цепь ООС. Первая ступень:
резистор R3 и полевой транзистор, вторая ступень: резисторы R4, R5.
При [pic]в устройстве возникают автоколебания, частота которых
определяется формулой [pic]. Обычно используют в частотно-зависимой ветви
моста Вина R1=R2=R, C1=C2=C, а частоту автоколебаний: [pic], причем
автоколебания возникают при условии, что коэффициент усиления усилителя,
состоящего из ОУ и резисторов R3, R4, больше чем три, иначе говоря, должно
быть выполнено условие [pic]
Установившиеся автоколебания в замкнутой цепи возможны только при
условии точного равенства единице единичного коэффициента петлевого
усиления на частоте f0. Но, для возникновения автоколебаний нужно, чтобы в
начале коэффициент петлевого усиления был более 1. После возникновения
автоколебаний их амплитуда стабилизируется в конечном счете на таком
уровне, при котором за счет нелинейного элемента в петле коэффициент
уменьшается до 1. Если не предпринимать специальных мер, то упомянутая
нелинейность проявится в амплитудной характеристике ОУ, в этом случае форма
автоколебаний может заметно отличаться от синусоиды.
Нужный характер нелинейности обеспечивается тогда, когда с ростом
амплитуды сигнала падает сопротивление R3 или растет сопротивление R4.
При построении генераторов с частотно-зависимыми цепями,
обеспечивающими на частоте автоколебаний сдвиг фазы, равный (, удобно
использовать потенциально-токовые разновидности избирательных цепей. Такие
цепи предназначены для использования совместно с усилителями, имеющими
малые входное и выходное сопротивление. [2]
4. Описание схемы операционного усилителя и его параметры.
ОУ 140УД26 [3]
К140УД26 - широкополосный прецизионный операционный усилитель со
сверхнизким значением входного напряжения шума, высоким коэффициентом
усиления напряжения. Внутренняя частотная коррекция отсутствует.
[pic]
Рис. 1 Принципиальная схема операционного усилителя 140УД26
Таблица 1
Электрические параметры
(при Uп=(15 В, RН=2 кОм, Т=+35(С)
|Параметры |Буквенное |Режим |К140УД26В |Единицы |
| |обозначение |измерения | |измерения |
|Напряжение смещения |Uсм |Uп=(15 В |(10 |мкВ |
|Входной ток |Iвх. |Uп=(15 В |(100 |нА |
|Разность входных |(Iвх. |Uп=(15 В |75 |нА |
|токов | | | | |
|Ток потребления |Iпот. |Uп=(15 В |5.7 |мА |
|Коэффициент усиления |Ку.U. |Uп=(15 В |7000 |тыс. |
|напряжения | | | | |
|Максимальное |Uвх.сф.макс.|T=+25(C |(110 |В |
|синфазное входное | | | | |
|напряжение | | | | |
|Входное сопротивление|Rвх. |Uп=(15 В |6 |МОм |
|для дифф. Сигналов | | | | |
|Выходное |Rвых. |Uп=(15 В |70 |Ом |
|сопротивление при | | | | |
|разомкнутой цепи ООС | | | | |
|Частота единичного |(1 | |20 |МГц |
|усиления | | | | |
Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики представлены на
рис.2.
[pic]
Рис.2
Схема построена по двухкаскадной технологии. Первый каскад совмещает
исполнение двух функций. Во-первых, функцию дифференциального усилителя с
симметричным входом и выходом по усилению разностного входного сигнала. Для
подавления синфазного входного напряжения в эмиттерную цепь
дифференциального каскада, построенного на составных биполярных
транзисторах, включен БТ. Для сравнения привожу схему электрическую
принципиальную зарубежного аналога (ОР-37А) отечественного усилителя
К140УД26.
Малошумящий быстродействующий прецизионный операционный усилитель ОР-
37А
[pic]
Рис.3 Схема электрическая принципиальная операционного усилителя ОР-
37А
Таблица 2
Электрические параметры (при Vs=15В, ТА=25(С)
Электрические параметры
|Параметры |Численное |Единица |
| |значение |измерения |
|Напряжение смещения (макс.) |25 |мкВ |
|Разность входных токов (макс.) |35 |нА |
|Входной ток (макс.) |(40 |нА |
|Входное сопротивление для диф-х сигналов |6 |МОм |
|Диапазон входных напряжений |(110 |мкВ |
|Коэффициент усиления напряжения |250 |тыс. |
|Размах входного напряжения |(10 |В |
|Входное сопротивление при разомкнутой ООС |70 |Ом |
|Потребляемая мощность (макс.) |140 |мВ |
|Диапазон регулирования напряжения смещения |(4 |мВ |
СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ
Стабилизированный источник питания вырабатывают два равных выходных
напряжения противоположной полярности с малым уровнем пульсаций. Точное
равенство положительного и отрицательного выходных напряжений
обеспечивается общим источником опорного напряжения и цепью следящей
обратной связи. Два операционных усилителя, входящие в состав
стабилизатора, питаются его же выходными напряжениями. Выходной ток
стабилизатора ограничен максимально допустимыми токами коллекторов
транзисторов VT4, VT5.
Верхняя часть схемы представляет собой обычный последовательный
стабилизатор, формирующий выходное напряжение +15 В. Источником опорного
напряжения, поданного на неинвертирующий вход операционного усилителя DА2,
является стабилитрон, питающийся выходным стабилизированным напряжением. На
инвертирующий вход ОУ DА2 через делитель R6— R8 поступает выходное
напряжение стабилизатора. Разностный сигнал ошибки на выходе DА2 управляет
составным транзистором VT2, VT4 таким образом, чтобы минимизировать
величину ошибки.
Резистор R1 обеспечивает начальное смещение регулирующего составного
транзистора VT1, VT4, а конденсатор С1 предотвращает возникновение
паразитной генерации. Для обеспечения заданного выходного тока P составного
транзистора VT1, VT4 должно быть не менее 400 Вт. Защитный резистор R3
ограничивает выходной ток ОУ в случае короткого замыкания на выходе.
Снижение уровня пульсаций выходного напряжения обеспечивается конденсатором
С3.
В другой части стабилизатора, вырабатывающей выходное напряжение— 15
В, операционный усилитель DА3 работает как инвертирующий усилитель с
единичным коэффициентом усиления: резистор R15 является входным, а резистор
R16 включен в цепь обратной связи. Поскольку на вход такого усилителя
поступает стабилизированное напряжение +15 В, то опорное напряжение,
формируемое стабилитроном VD6, используется для обеих частей
стабилизатора. Благодаря единственному источнику опорного напряжения
обеспечивается хорошее слежение за равенством положительного и
отрицательного выходных напряжений стабилизатора. Назначение остальных
схемных элементов то же, что и в стабилизаторе положительного напряжения.
Выходные напряжения стабилизатора устанавливают при помощи
потенциометра (резистор R12).
Точность установки выходного напряжения —15 В относительно выходного
напряжения +15 В определяется соотношением номиналов сопротивлений
резисторов R15, R16 и напряжением смещения операционного усилителя DА3. Для
уменьшения разности между абсолютными значениями выходных напряжений
стабилизатора можно подобрать сопротивления резистора R15 или R16 или же
включить между резисторами R15, R16 потенциометр, движок которого должен
быть соединен с инвертирующим входом операционного усилителя DА3. Этим же
потенциометром при необходимости можно установить нужную асимметрию
выходных напряжений. Сохранение равенства выходных напряжений при изменении
температуры окружающей среды достигается установкой резисторов R15, R16 с
низким или равным температурными коэффициентами (ТКС), например
сопротивления типа ВС.
Для обеспечения нормального теплового режима транзисторов VT4, VT5 при
максимальных токах нагрузки их необходимо устанавливать на радиаторы.
Стабилизированный источник питания обеспечивает выходные напряжения от
± 12В до ± 15В при выходном токе до 500 мА с уровнем пульсаций выходного
напряжения не более 10 мВ.
Блок питания
Маломощный блок питания предназначен для питания от сети портативных
транзисторных устройств, измерительных приборов и других маломощных
устройств. Трансформатор Т1 имеет коэффициент трансформации равный 1 и
служит только как разделительный для создания безопасности пользования
блоком питания. Ограничителем сетевого напряжения служит цепочка R1С1. В
табл. 3 приведены данные для варианта исполнения блока питания. В первом из
них на выходе блока при напряжении 9 В можно питать нагрузку, потребляющую
50 мА; во втором варианте при том же напряжении на выходе можно получить
ток до 20 мА. В первом варианте блока сердечник трансформатора стержневой,
его набирают из Г-образных пластин. Обмотки - размещают на противоположных
стержнях. Если при приеме мощных станций будет прослушиваться фон
переменного тока, следует перевернуть вилку XI в сетевой розетке либо
заземлить общий плюсовой провод блока.
Основные параметры
Таблица3
|Название параметра |Числовое значение |Единица измерения |
|Ток нагрузки |70 |мА |
|Напряжение на выходе |20 |В |
|Коэффициент |100 |- |
|ослабления | | |
|Напряжение пульсаций |5 |мВ |
Стабилизатор выпрямителя защищен от перегрузок вовремя короткого
замыкания на выходе или в нагрузке. Для уменьшения
габаритов трансформатор Т1 выполнен на сердечнике из пластин Ш6 при толщине
набора 40 мм. Обмотка/ содержит 3200 витков провода ПЭВ-1 — 0,1 с
прокладками из конденсаторной бумаги через каждые 500 витков, обмотка //
имеет 150 витков ПЭВ-1 — 0,2. Между обмотками / и // намотан один слой
провода ПЭВ-1 — 0,1, служащий экраном. Максимальный ток нагрузки (до 120
мА) можно увеличить, если вместо транзистора МП16 (VT6) установить П213,
резисторы R1, R2 и R3 заменить соответственно на резисторы сопротивлением
220 0м, 2,2 кОм
Маломощный блок питания [20] предназначен для питания от сети
портативных транзисторных приемников, измерительных приборов и других
маломощных устройств. Трансформатор имеет коэффициент трансформации равный
) и служит только как разделительный для создания безопасности пользования
блоком питания. Ограничителем сетевого напряжения служит щепочка R1С1. В
табл. 4 приведены данные для блока питания. На выходе блока при напряжении
9 В можно питать нагрузку, потребляющую 50 мА; Блок сердечник
трансформатора стержневой, его набирают из Г-образных пластин. Обмотки
размещают на противоположных стержнях. Если при приеме мощных станций
будет прослушиваться фон переменного тока, следует перевернуть вилку X1 в
сетевой розетке либо заземлить общий плюсовой провод блока.
Таблица 4
|Условное |Элемент |
|обозначени| |
|е | |
|Tl |Сердечник 6,5 x 10, окно 25х11 MM, Обмотки содержат по 850 |
| |витков провода ПЭЛ диаметром 0,22 мм |
|C1 |2,0х300 В |
|VT |Д815Г |
|V2 |Д815Г |
|C2 |400,0х15 В |
|R2 |51 0м 0.5 Вт |
5. Выбор элементной базы
2.1 Для обеспечения заданной частоты квазирезонанса ((=2 кГц)
(согласно формулы для частоты квазирезонанса RC-генератора - [pic] R1=R2,
C1=C2) выбираем, резистор R1=820 Ом (из ряда Е24) типа МЛТ-0.25. Исходя из
формулы (1) [pic], типа К53-30.
6. Расчет погрешности прибора
6.1 Расчет неинвертирующего ОУ и анализ его погрешностей
Исходные данные
1) Кu=70
2) Uвх.ном.=(450 mV
3) Rвх.=6 МОм
4) (прив.=1 %
5) Диапазон рабочих температур: (t=((20(10(C)
Проанализируем погрешность, для чего примем исходную мультипликативную и
аддитивную погрешности равными по величине.
[pic] (1)
[pic]
1. Проанализируем аддитивную составляющую погрешности проектируемого ОУ:
1.1 Вычислим погрешность от ЭДСсм.:
есм.=10(10-6 mV
[pic] (2)
Следовательно нет необходимости проводить дополнительную корректировку
дрейфа нуля, обусловленную ЭДС смещения.
2. Анализ составляющей погрешности от входных токов.
2.1 Примем погрешность от входных токов равную 0.01%, определим по
выражению:
[pic] (3)
Из этой формулы определим допустимую величину R2, для чего в формулу (3)
подставим значение (i=75(10-9 А и [pic] - коэффициент усиления по
неинвертирующему входу:
[pic] (4)
2.2 Определим суммарную погрешность от дрейфа нуля (аддитивную погрешность)
[pic] (5)
2.3 Определим величину сопротивления
[pic] (6)
2. Проанализируем мультипликативную составляющую погрешности
2.1 Вычислим погрешности обусловленные неточностью подгонки резисторов R3,
R4. Тогда погрешность от нестабильности сопротивлений резисторов может быть
определена:
Пусть (R1=5% от R1 и равна 2100 Ом тогда:
[pic]
Проанализируем вторую составляющую мультипликативной составляющей
погрешности от нестабильности коэффициента усиления ОУ, принимая
отношение[pic] и в соответствии с формулой:
[pic] (*)
Как видно из формулы (*) изменения кu будет вносить тем меньшую
погрешность, чем большее усиление по замкнутому контуру (к (петлевое
усиление).
[pic]
Глубина ООС: 1+(к = [pic]
СПЕЦИФИКАЦИЯ
|Поз. |Наименование |Кол|Примечание|
|обознач| | | |
|ение | | | |
| |Конденсаторы | | |
|C1, С2 |К53-30-0.1 мкФ |2 | |
|C3 |К50-30-0.5 мкФ |1 | |
|C4, С5 |2.2 мкФ |2 | |
|C6 |500 мкФ |1 | |
|С7, С8 |22 мкФ |2 | |
| |Операционные усилители | | |
|D1 |К140УД26 | | |
|D2, D3 |К140УД8А |2 | |
| |Резисторы | | |
|R1 |МЛТ - 0.25 - 820 Ом |1 | |
|R2 |МЛТ - 0.25 - 820 Ом |1 | |
|R3 |МЛТ - 0.25 - 42 кОм |1 | |
|R4 |МЛТ - 0.25 - 600 Ом |1 | |
|R5 |МЛТ - 0.25 - 600 Ом |1 | |
|R6 |МЛТ - 0.25 - 1.2 кОм |1 | |
|R7 |МЛТ - 0.25 - 1.2 кОм |1 | |
|R8 |МЛТ - 0.25 - 3.9 кОм |1 | |
|R9 |МЛТ - 0.25 - 3.9 кОм |1 | |
|R10 |МЛТ - 0.25 - 1 кОм |1 | |
|R11 |МЛТ - 0.25 - 10 кОм |1 | |
|R12 |МЛТ - 0.25 - 4.7 кОм |1 | |
|R13 |МЛТ - 0.25 - 15 кОм |1 | |
|R14 |МЛТ - 0.25 - 4.7 кОм |1 | |
|R15 |МЛТ - 0.25 - 10 кОм |1 | |
|R16 |МЛТ - 0.25 - 10 кОм |1 | |
| |Трансформатор | | |
|Т1 | |1 | |
| |Диоды | | |
|VD1 |К510А |1 | |
|VD2-VD5|К510А |4 | |
|VD6 |Д814А |1 | |
| |Транзисторы | | |
|VT1 |КП304А |1 | |
|VT2 |КТ315Б |1 | |
|VT3 |КТ203Б |1 | |
|VT4 |П701Б |1 | |
|VT5 |П605А |1 | |
Заключение
На основе тщательного анализа литературы по данной теме я разработал
генератор синусоидальных колебаний с мостом Вина с использованием
современной элементной базы. Данный тип генераторов позволяет получить
синусоидальные колебания в относительно узкой полосе частот. Особым
достоинством, которое хотелось бы отметить, является простота и дешевизна
изготовления таких генераторов, наряду с хорошими техническими и
метрогическими характеристиками
Список использованной литературы:
1. Руденко В.С. Основы промышленной электроники, - М., 1985, - 640 с.
2. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах, -
М., 1988, - 380 с.
3. В.Н. Михальченко Операционные Усилители, - М., 1993, - 240 с.
4. Гутников В.С. Применение Операционных Усилителей в измерительной
технике, - М., 1975, - 180 с.
Реферат на тему: Мультивибратор
Содержание
Введение
1. Литературный обзор
2. Анализ технического задания
3. Синтез структурной схемы
4. Анализ принципиальной схемы мультивибратора управления разверткой
5. Выбор элементной базы
6. Расчет принципиальной схемы мультивибратора управления разверткой по
постоянному току
7. Расчет принципиальной схемы мультивибратора управления разверткой
по временному току
8. Компоновка печатного узла
1. Расчет посадочных мест
2. Расчет на вибропрочность
9. Расчет надежности мультивибратора управления разверткой
10. Расчет теплового режима
Заключение
Список используемой литературы
1. Литературный обзор
Для получения импульсов прямоугольной формы широко используются
релаксационные генераторы, построенные на основе усилителей с положительной
обратной связью. Релаксационные генераторы, в которых положительная
обратная связь создается с помощью RC-цепей, называют мультивибраторами.
Причем глубина положительной обратной связи остается почти постоянной в
широкой полосе частот. Если положительная обратная связь создается с
помощью импульсного трансформатора, то такие релаксационные генераторы
называют блокинг-генераторами.
Мультивибраторы могут работать в двух режимах: автоколебательном и
ждущем.
В автоколебательном режиме схема имеет два квазиустойчивых
состояния, длительность каждого из которых определяется времязадающей
цепью.
В ждущем режиме схема имеет одно устойчивое состояние, в котором
может находиться неограниченно долго. Под действием короткого запускающего
внешнего импульса схема скачком переходит в квазиустойчивое состояние, а
затем самостоятельно возвращается в исходное состояние, формируя импульс
заданной длительности.
Широкополосность цепи обратной связи является характерным признаком
всех генераторов импульсов, причем во всех случаях на частоте w->0
выполняется условие Ky1), в момент включения
напряжения питания. Тогда любые шумы в системе, вызванные случайными
факторами, усиливаются и через цепь обратной связи подаются на вход
усилителя в фазе, совпадающей с фазой входного сигнала, причем величена
этого дополнительного сигнала больше того возмущения, которое вызвало его
появление. Соответственно увеличивается выходное напряжение, что приведет к
дальнейшему увеличению входного сигнала и т.д. в итоге случайно возникшее
возмущение приведет к непрерывному нарастанию выходного сигнала, которое
достигло бы бесконечного большого значения, если бы это было возможно.
Однако при определенном уровне сигнала начинают проявляться нелинейные
свойства электронного усилителя. Коэффициент усиления начинает уменьшаться
с увеличением значения сигнала в системе. При выполнении условия Ky=1
амплитуда автоколебаний стабилизируется и автогенератор начинает давать
колебания, имеющие постоянную амплитуду.
Жесткий режим возбуждения отличается от рассмотренного тем, что при
нем для возникновения автоколебаний необходимо приложить к устройству
дополнительный внешний сигнал, не меньший определенного значения. Это
связанно с особенностями нелинейности усилительного устройства. В момент
включения напряжения питания и отсутствия автоколебаний Ky1. При этом возникнут автоколебания, амплитуда которых будет
нарастать и примет стационарное значение примет Ky=1.
Мультивибратор управления разверткой, примененный в осциллографе С1-
67, также относится к классу релаксационных генераторов, т.е. генераторов,
у которых изменение состояния отдельных приборов происходят в результате
процесса регенерации.
2. Анализ технического задания
Разработать мультивибратор управления разверткой осциллографа С1-67
со следующими параметрами.
1. Напряжение питания UП1=±10 В, UП2=+6 В.
2. Максимальное выходное напряжение Um=3 В.
3. Режим работы: ждущий, автоколебательный.
4. Частота следования импульсов в автоколебательном режиме от 2,0 Гц
до 1,0 МГц.
5. Изменение частоты следования импульсов – дискретное.
6. Предельное отклонение амплитуды выходного напряжения ±0,5 В.
7. Амплитуда тока выходных импульсов Im>=0,5 mA.
8. Конструкция – печатная плата, установленная внутри осциллографа.
Прибор должен нормально работать в условиях:
1. Рабочая температура окружающего воздуха от –30 до +500 С.
2. Предельная температура от –50 до +650 С.
3. Отн. влажность воздуха до 98% при температуре +350 С.
3. Синтез структурной схемы
Структурная схема мультивибратора управления разверткой
Мультивибратор управления разверткой (рис. 1) представляет собой
сочетание генератора импульсов на туннельном диоде с усилителем по схеме с
общим эмиттером.
Управляемый источник тока позволяет задавать любое положение рабочей
точки на характеристике туннельного диода, что позволяет переводить
мультивибратор управления разверткой из стабильного состояния в режим
самозапуска.
Цепь коррекции позволяет изменять длительность импульсов генератора
импульсов.
С выхода усилителя напряжения управляющий импульс поступает на вход
схемы генератора пилообразного напряжения и через эмиттерный повторитель
на схему формирования блокирующего импульса.
4. Анализ принципиальной схемы мультивибратора управления разверткой
Принципиальная схема мультивибратора управления разверткой
осциллографа С1-67
Мультивибратор управления разверткой (рис.2) состоит из следующих
основных каскадов:
- автоколебательного генератора, выполненного на туннельном диоде
VD3;
- усилителя напряжения на транзисторе VT2;
- эмиттерного повторителя на транзисторе VT3;
- источника тока на транзисторе VT1.
Автоколебательный генератор собран туннельном диоде VD3. Диод включен
в цепь эмиттера транзистора VT1. Положение рабочей точки на вольт-амперной
характеристике диода выбирается на участке, где диод имеет отрицательное
дифференциальное сопротивление. Переменное напряжение, снимаемое с диода
через резистор R7 поступает на следующий каскад мультивибратора – усилитель
напряжения, который собран на транзисторе VT2, включенного по схеме с общим
эмиттером.
В исходном состоянии рабочая точка выбирается так на характеристике
туннельного диода VD3, что усилитель на транзисторе VT2 заперт. Импульсы
положительной полярности, поступающие на базу транзистора VT2 из канала
синхронизации, переводят туннельный диод VD3 во второе устойчивое
состояние, при этом усилитель на транзисторе VT2 открывается и потенциал на
его коллекторе понижается, вырабатывается отрицательный управляющий
импульс.
Усилитель имеет большой коэффициент усиления, который определяется
соотношением значений сопротивлений R10 и R6 и параметром h11 транзистора
VT2. С выхода усилителя напряжения сигнал поступает на эмиттерный
повторитель, собранный на транзисторе VT3. Резисторы R8, R9, задают
положение рабочей точки транзистора на ВАХ, а резистор R11 обеспечивает
отрицательную обратную связь по постоянному току, которая стабилизирует
положение рабочей точки.
С выхода мультивибратора управляющий импульс поступает на вход схемы
генератора пилообразного напряжения и через эмиттерный повторитель VT3 на
схему формирования бланкирующего импульса.
На транзисторе VT1 собран источник тока, который стабилизирует
положение рабочей точки туннельного диода VD3 на его вольт-амперной
характеристике. Величена эмиттерного тока транзистора VT1, а следовательно
и положение рабочей точки туннельного диода VD3, может изменяться в
зависимости от положения движка переменного резистора R2. При перемещении
рабочей точки туннельного диода VD3 с участка вольт-амперной
характеристики, где диод имеет дифференциальное сопротивление
отрицательное, на участок с положительным дифференциальным сопротивлением,
мультивибратор переходит из автоколебательного режима в ждущий. Это
позволяет переводить мультивибратор управления разверткой из стабильного
состояния в режим самозапуска.
Конденсаторы С2, С3-С5 и резисторы R5, R4 являются частото-задающими
элементами мультивибратора, конденсатор С1 – блокировочный, предотвращает
«просачивание» высокочастотного сигнала в цепь питания. Конденсатор С7,
шунтирующий резистор R11, ликвидирует отрицательную обратную связь по
переменному току.
5. Выбор элементной базы
В качества активного элемента эмиттерного повторителя VT3 выберем
транзистор малой мощности высокой частоты. Напряжение питания эмиттерного
повторителя EП=-10В. Подойдет транзистор 1Т308А с проводимостью p-n-p типа,
который имеет следующие технические характеристики:
- мощность рассеяния коллектора Pkmax=150 mВт;
- граничная частота fгр>90 МГц;
- предельное напряжение коллектор-база Uкбо=20 В;
- предельно допустимое напряжение эмиттер-база Uэб=3 В;
- максимальный ток коллектора Ikmax=50 mA;
- коэффициент передачи тока базы h21=20 ... 75;
- емкость коллекторного перехода Ck< 8 пФ;
- сопротивление коллектор-эмиттер в режиме насыщения rкэнас1,5•Eп2.
Подойдет транзистор 1Т311А, который имеет следующие технические
характеристики:
- мощность рассеяния коллектора Pkmax=150 mВт;
- граничная частота fгр>300 МГц;
- предельное напряжение коллектор-база Uкбо=12 В;
- предельно допустимое напряжение эмиттер-база Uэб=2 В;
- максимальный ток коллектора Ikmax=50 mA;
- коэффициент передачи тока базы h21=15 ... 80;
- емкость коллекторного перехода Ck< 2,5 пФ;
- сопротивление коллектор-эмиттер в режиме насыщения rкэнас1,5 •Еп2=9 В. Этому условию удовлетворить транзистор 2Т301Е.
Это кремниевый n-p-n транзистор со следующими характеристиками:
- мощность рассеяния коллектора Pkmax=150 mВт;
- предельное напряжение коллектор-база Uкбо=30 В;
- предельно допустимое напряжение эмиттер-база Uэб=3 В;
- максимальный ток коллектора Ikmax=10 mA;
- коэффициент передачи тока базы h21=40 ... 180;
- сопротивление коллектор-эмиттер в режиме насыщения rкэнас5 В.
В качестве диода VD3 выбирается любой выпрямительный диод. Выберем
распространенный диод типа Д220 с параметрами:
- постоянное прямое напряжение при Iпр=50 мА не более 1,5 В при
t=25оС и 1,9 В при t=100оС;
- импульсное прямое напряжение при Iпримп=50 мА не бол. 3,75 В;
- постоянный обратный ток при Uобр= Uобрmax не более 1,0 мкА;
- выпрямительный ток при t=25оС 50 мА.
6. Расчет принципиальной схемы мультивибратора управления разверткой по
постоянному току
Принципиальная схема мультивибратора управления разверткой
осциллографа C1-67
Расчет элементов принципиальной схемы мультивибратора управления
разверткой осциллографа удобно вести по схеме (рис. 3).
В качестве активного элемента эмиттерного повторителя выберем
транзистор малой мощности, высокой частоты. Напряжение питания эмиттерного
повторителя выберем из усл. Eп1>Uвых=1В, т.о., ЕП1=-10 В.
Подойдет транзистор 1Т308А, который имеет следующие характеристики:
- мощность рассеяния коллектора Pkmax=150 mВт;
- граничная частота fгр>90 МГц;
- предельное напряжение коллектор-база Uкбо=20 В;
- предельно допустимое напряжение эмиттер-база Uэб=3 В;
- максимальный ток коллектора Iк мах=50 мА;
- коэффициент передачи тока базы h21 э=20..75.
По семейству выходных ВАХ выберем ток покоя коллектора Ik max=3 мА.
Падение напряжения на сопротивлении R11 должно составлять примерно 0.1Еп.
[pic]
Резистор R8 обеспечивает необходимое напряжение смещения рабочей
точки.
[pic] , где [pic]
[pic]
По входной ВАХ из справочника определяем
[pic]
[pic].
Для расчета величины сопротивления резистора R9 определим
напряжение питания усилителя напряжения (VT2) из условия [pic] , выберем
Еп=+6 В.
[pic].
Падение напряжения на резисторе R6 должно составлять примерно 2В,
т.е. UR6=Iк2R6=2 В, тогда:
[pic]
Выберем активный элемент усилителя напряжения, т.е. транзистор
VT2. Это должен быть высокочастотный n-p-n транзистор малой мощности с
напряжением [pic] ,здесь 1.5-коэффициент запаса.
Подойдет транзистор 1Т311А , который имеет следующие
технические характеристики:
- мощность рассеяния транзистора Рк мах=150 мВт;
- граничная частота [pic];
- предельно допустимое напряжение коллектор-база Uкб0=12 В;
- предельно допустимое напряжение эмиттер-база Uэб0=2 В;
- максимальный ток коллектора Iк мах=50 мА;
- коэффициент передачи тока базы h21=15..80.
По семейству выходных ВАХ ,приведенных в справочнике , выберем ток
покоя транзистора VT2- Iк2=1.5 мА , при Uкэ=3.7 В.
Учитывая то, что ток делителя R8,R9 так же протекает через
резистор R6. Определим величину резистора R6:
[pic]
[pic]
Тунельный диод VD3 выбираем из условия , что участок его ВАХ с
отрицательным дифференциальным сопротивлением должен быть расположен в
диапазоне напряжений, охватывающем рабочую точку Uбэ2 транзистора VT2.
Ток базы VT2 составит:
[pic]
По входной ВАХ определяем [pic]
Подойдет туннельный диод 3И306Р. Для «развязки» туннельного диода VD3
и транзистора VT2 служит резистор R7. Его величина выбирается из условия
[pic].
Выберем R7=100 Ом.
Транзистор VT1 источника тока должен иметь [pic]. Этому условию
удовлетворяет транзистор 2Т301Е, это кремниевый n-p-n транзистор с
коэффициентом передачи тока базы h21=40..180; мощность рассеяния коллектора
Pк мах=150 мВт; максимальный ток коллектора Iк мах=10 мА, Uкб0 мах=30 В,
Uэб0=3 В.
По семейству выходных ВАХ выберем ток покоя транзистора VT1
Iк1=2 мА , при Uкэ1=4 В.
[pic]
Учитывая, что напряжение на диоде VD3=Uбэ2 и падение напряжения
на резисторе R7 [pic]-- малая величина, имеем:
[pic],
[pic].
Из справочника , по ВАХ туннельного диода, имеем
[pic], тогда
[pic].
Прямое напряжение отпирания диода VD2 UVD3 на туннельном диоде
UпорVD2>UVD3. Этому условию удовлетворяет кремниевый диод типа КД503Б или
2Д503Б с [pic].
Диод VD1 – любой кремниевый маломощный с прямым током[pic].
Подойдет распространенный диод типа Д220.
Ток делителя R1,R2 принимаем равным [pic]
Напряжение на базе транзистора VT1 определяется, как
[pic].
По входной ВАХ транзистора VT1 из справочника находим
[pic],
[pic].
По закону Кирхгофа [pic].
Возьмем ток делителя с запасом:Iд=0.16 мА.
[pic], где ток VD1 определяем по ВАХ диода из справочника:
[pic],
[pic],
[pic],
[pic], где напряжение управления Еупр выбрано равным 50 В.
[pic].
Мощности, рассеиваемые резисторами, [pic]не превысят 0.25 Вт.
Поэтому можно применить резисторы МЛТ-0.25.
В ходе расчета по постоянному току были определены:
VT1-2T301E VD1-Д220
VT2-1T311A VD2-2Д503Б
VT3-1T308A VD3-3И306Р
R1=15 кОм МЛТ-0.25
R2=10 кОм
R3=220кОм МЛТ-0.25
R4=270 кОм МЛТ-0.25
R5=820 Ом МЛТ-0.25
R6=820 Ом МЛТ-0.25
R7=100 Ом МЛТ-0.25
R8=10 кОм МЛТ-0.25
R9=6.8 кОм МЛТ-0.25
R10=220 Ом МЛТ-0.25
R11=330 Ом МЛТ-0.25
7. Расчет принципиальной схемы мультивибратора управления разверткой по
временному току
В результате расчета по переменному току схемы мультивибратора
управления разверткой (рис.3) определим номиналы конденсаторов.
Величину емкости С6 выбираем исходя из постоянной времени (
корректирующей цепочки R9C6 , постоянная времени этой цепи
[pic] .
Здесь fв=10 МГц – верхняя граничная частота исследуемого сигнала
(из паспорта), 0.707 – уровень , по которому определяется полоса
пропускания.
Тогда из [pic] найдем [pic].
Аналогично определяем емкость С7, исходя из постоянной времени
R11C7 – цепочки.
[pic], отсюда [pic].
Конденсатор Сбл – блокировочный на высокой частоте выбран в
пределах 0.1 мкФ, исходя из условия [pic].
Частота следования импульсов мультивибратора (частота развертки)
определяется постоянной времени RC – цепи, подключаемой к туннельному диоду
VD3. Период развертки [pic],
где R=R5 +h11 VT1 – сумма резистора R5, подключенного к VD3 и входного
сопротивления h11 транзистора VT1, который подключен последовательно с
резистором R5.
Величина емкости C2 определяет частоту развертки осциллографа и
задается переключателем, расположенным на передней панели осциллографа.
Величина параметра h11VT1 составляет величину :
[pic].
R = R5 + h11 = 800 + 26050 = 26.85 (кОм).
Определим минимальное и максимальное значение емкости С2 , исходя
из минимального и максимального периода развертки.
[pic]
Согласно паспортным данным Tp max=0.01 с, Tp min=1 мкс.
[pic]
[pic]
В результате расчета по переменному току выбраны конденсаторы:
Сбл=0.1 мкФ
С2=43 пФ
С3=510 пФ
С4=2200 пФ
С5=0.1 мкФ
С6=22 пФ
С7=430 пФ
Все конденсаторы выбраны типа КМ-5а-Н30. Это керамические
конденсаторы, в которых диэлектриком служит высокочастотная керамика. Они
характеризуются высокими электрическими показателями и сравнительно
небольшой стоимостью.
Выбранная группа по ТКЕ-Н30, что означает изменение емкости [pic].
8. Расчет печатного узла
8.1 Расчет посадочных мест
Печатная плата мультивибратора управления разверткой
Рис. 4
Сборочный чертеж мультивибратора управления разверткой
Рис.5
Для расчета числа посадочных мест печатной платы (рис.4)
воспользуемся следующей формулой:
[pic] , где
nx – число посадочных мест по оси X ,
ny – число посадочных мест по оси Y .
[pic]; [pic] , где
Lx=70 мм – размер печатной платы по оси Х,
Ly=47.5 мм – размер печатной платы по оси Y,
x=7.5 мм – ширина краевого поля по оси X,
tx=5 мм - шаг установки по оси X,
ty=10 мм – шаг установки по оси Y,
ly=15 мм – размер посадочного места по оси Y,
y1=2.5 мм – ширина краевого поля для контактных гнезд,
y2=5 мм – ширина краевого поля для соединительных гнезд.
[pic]
[pic]
[pic]
Таким образом, на печатную плату размером 70(47.5 можно
установить 36 элементов.
В данном курсовом проекте на разработанной печатной плате
размером 70(47.5 размещено 36 элементов, что соответствует расчетам.
8.1. Расчет на вибропрочность
Расчет собственных колебаний пластины, которая закреплена по
четырем углам , произведем по формуле:
[pic] , где
а=70 мм – длина печатной платы,
b=47.5 мм – ширины печатной платы,
n=2 – число креплений по ширине печатной платы,
m=2 – число креплений по длине печатной платы,
[pic]
Расчет резонансной частоты пластины (рис.4) произведем по
формуле:
[pic], где
[pic],
[pic] - жесткость пластины,
Е=30 гПа – модуль Юнга,
h=1.5 мм – толщина пластины,
[pic] - распределенная по площади масса,
[pic] - вес пластины,
g – ускорение свободного падения.
[pic]
[pic]
fr=1,57•(204,08+(1/(47,5•10-3)2•(9,1•0,26=6,015 (кГц).
Таким образом, в результате расчета получили тоту собственных
колебаний пластины f=144 Гц и резонансную частоту пластины fr=6,015 кГц.
9. Расчет надежности мультивибратора управления
разверткой
Основной характеристикой надежности устройства является вероятность
P(t) безотказной работы в течении времени t. Для определения P(t) удобно
использовать формулу P(t)=exp (-(c(t),
где (c – интенсивность отказов.
[pic]
где (i – интенсивность отказов каждого элемента;
N – число элементов.
Интенсивность отказов элементов сведены в таблицу:
|Наименование элемента |Кол-во элементов|Интенсивность отказов, [pic] |
|Резистор МЛТ-0,25 |10 |0,00073 |
|Конденсатор КМ-5а |4 |0,0003 |
|Диоды Д220 |1 |0,0007 |
| 2Д503Б |1 |0,0007 |
| 3И306Р |1 |0,0006 |
|Транзисторы 2Т301Е |1 |0,00051 |
| |1 |0,00055 |
|1Т311А | | |
| |1 |0,00055 |
|1Т308А | | |
[pic][pic][pic]
Среднее время наработки на отказ составит
[pic]
При t=(0,T( вероятность безотказной работы печатного узла:
P(t)=exp(-(c•T)=exp(-0,0121•82,64)=0,3679.
[pic]
[pic]
Таким образом , в результате расчета получили частоту собственных
колебаний пластины f=144 Гц и резонансную частоту пластины fгр=6.015
кГц.
10. Расчет теплового режима
Комплекс мероприятий, направленный на снижение температуры, связан с
дополнительными материальными затратами, поэтому в процессе разработки РЭА
необходимо уделять внимание экономически обоснованному решению конструкции
при приемлемом перепаде температур.
В конструкциях РЭА при нормальных климатических условиях и
естественном охлаждении около 70% тепла отводится за счет конвекции,
приблизительно 20% - за счет излучения и 10% - за счет теплопроводности.
Тепловую нагрузку считают малой если она 0,05 Вт/см2.
Для данной платы мощность рассеиваемая на элементах равна:
(P=0,25•11+ 3•0,15=3,2 Вт,
тогда Pуд равно
Pуд=3,2/3,325•10-3=0,96 Вт/м2=0,96•10-3Вт/см2.
Вычисленная мощность намного меньше 0,05 Вт/см2, поэтому плату можно
помещать в герметичную или пылезащищенную конструкцию.
Заключение
В результате данного курсового проекта разработаны структурная и
принципиальная схемы мультивибратора управления разверткой осциллографа С1-
67. Был проведен электрический расчет электронной схемы, в результате
которого определены номиналы резисторов и конденсаторов, а также выбраны
активные элементы – транзисторы и диоды.
Также была проведена компоновка печатного узла мультивибратора
управления разверткой, рассчитано число посадочных мест на плате. Были
определенны частота собственных колебаний пластины и резонансная частота
пластины.
Для наглядности расчетов в работе приведены рисунки и чертежы –
электрическая принципиальная схема, печатная плата и сборочный чертеж
мультивибратора управления разверткой осциллографа С1-67.
Список использованной литературы
1. Воробьев Н.И. Проектирование электронных устройств.- М.: Высшая школа ,
1989.
2. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К. Терехова М.В. Выполнение электрических схем
по ЕСКД. – М.: Изд. Стандартов, 1989.
3. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы:
Справочник/Под ред. Н.Н. Горюнова. – М.: Энергоиздат, 1982.
4. Полупроводниковые приборы: Транзисторы: Справочник/Под ред. Н.Н.
Горюнова .-М.: Энергоиздат, 1985.
5. Гурлев .Д.С. Справочник по электронным приборам .- К.: Техника, 1979.
6. Резисторы: Справочник/Под ред. И.И. Чертверткова. –М.: Энергоиздат,
1981.
7. Справочник по электрическим конденсаторам/Под ред. И.И. Чертверткова,
В.Ф. Смирнова.-М.: Радио и связь, 1983.
8. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА. Справочник/Под
ред. Романычевой Э.Т. –М.: Радио и связь, 1989.
9. Расчет электронных схем/Под ред. Г.И. Изъюровой, Г.В. Королева, В.А.
Терекова. –М.: Высшая школа, 1987.
10. Гусев В.Г., Гусев В.М. Электроника. –М.: Высшая школа, 1991.
11. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования/Под ред.
Р.Г. Варламова. –М.:Сов.Радио 1980. –480с.,ил.
12. Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация
радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. – Л.: Энергоатомиздат.
Ленингр. Отд-ние. 1984.-536 с., ил.
-----------------------
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
| |
