Разработка генератора сигнала специальной формы

U_ПИТ = U_{ВЫХ max} + U_{КЭ min}=30 + 3 = 33 В.

Принимается U_ПИТ= 35 В,  где U_{КЭ min}=3 В берется из справочных данных транзисторов выходного каскада. Определим мощность, рассеиваемую в коллекторных переходах обоих транзисторов:

Р_К=(U_ПИТ - U_ВЫХ )I_H =(35-30)*1=5 Вт

Исходя из условия, что U_КЭдоп>U_ПИТ, принимается U_КЭдоп=40 В,  I_kдоп>1А,   Р_К>5 Вт. Выбираем транзисторы VT10 - КТ815Б (P_Kmax=10 Вт на радиаторе, U_КБО= 50 В, I_кmax= 1.5 А, b=40) и VT11 - КТ814Б (P_Kmax=10 Вт на радиаторе, U_КБО= 50 В, I_Кmax= 1.5 А).

21

Лист

Разработка функционального  генератора

 

№Документа

Подпись

Дата

Лист

Изм

Ток покоя  выбирается  по минимуму переходных искажений, при  этом падение напряжения на R₂₇, R₂₈ равно 0,8 В, при токе покоя 0.01 А

R₂₇=R₂₈ = 0.8/2*0.01= 40 Ом.

Принимается R₂₇=R₂₈=39 Ом . Диоды выбираются таким образом, чтобы задать падение напряжения на них равное 2 В, отсюда  VD1=VD2=МД226 (U_ПР=1 В, I_ПРmax= 300 мА). У транзистора VT9 ток коллектора равен

I_K=10I_бvt10= I_H /4 = 250 мА,

исходя из этого VT9 - КТ385АМ (U_КБО= 60 В, I_кmax= 300 мА, b=150). Ток через VT9 задается источником тока типа «токовое зеркало» на транзисторах VT7 и VT8 - КТ385АМ. Используя равенство

I=U_ПИТR₂₄ /R₂₅R₂₆,

и приняв R₂₄=R₂₅=100 Ом,  получается R₂₆=140 Ом, выбирается R₂₆=150 Ом. Зная ток базы транзистора VT9

I_Б = I_К/b=1.6 мА,

находится ток через  VT3 (в 10 раз больше I_Б VT9) I_К =160 мА . Учитывая, что на коллекторе VT3 находится потенциал -U_ПИТ + 0.6 В, выбирается R₂₀=R₂₁< 0.6/I_К,  R₂₀ =R₂₁=330 Ом. VT5 и VT6 выбираются в виде транзисторной сборки КР159НТ1Г (U_КБО=30 В, I_кmax=10 мА). Для выполнения дифференциального каскада и источника тока транзисторы VT1..VT4 выбираются в виде транзисторной сборки из 4-х транзисторов КТС613Г, для которой (U_КБО= 40 В, I_кmax= 400 мА, b=150); R₁₇ и R₁₈ принимаются 1 кОм,  отсюда

R₁₉=U_ПИТ/I=2.1875 КОм.,

 где I - суммарный ток плеч дифференциального каскада. Из ряда номиналов выбирается R₁₉=2,2 КОм.

 

22

Лист

Разработка функционального  генератора

 

№Документа

Подпись

Дата

Лист

Изм

Разработка  источника питания

Рис. 3.8. Схема источника питания

 

Блок питания  предназначен для качественного  энергопитания всех элементов данного  генератора и усилителя мощности. В него входят следующие элементы: понижающий трансформатор, выпрямительные устройства, сглаживающие фильтры и  стабилизаторы напряжения. Для нашего генератора возьмём двухполупериодный выпрямитель, диоды которого включены по мостовой схеме (рис. 8).

 

23

Лист

Разработка функционального  генератора

 

№Документа

Подпись

Дата

Лист

Изм

Расчет  стабилизатора ±35В:

Для стабилизации напряжения ±35В воспользуемся схемой последовательного транзисторного стабилизатора с усилителем в цепи обратной связи. В этой схеме транзистор VT13(VT15) является одновременно сравнивающим и усилительным элементом, а транзистор VT12(VT14) выполняет функции регулирующего элемента. Рассчитаем эту схему: 

Выходные параметры:

U_СМ=35 ± 2 В,   I_Н =1А

Определение номинального U_ВХ:

U_ВХmin = U_ВЫХ +D U_ВЫХ + 5 + 1 = 43 В; U_{ВХ ном}» 45 В,

U_{ВХ max}= 1.1* U_Вхmin=47.3 В,

I_ВХ = 1.15 * I_Н =1.15 А ,

К_п = U_{ВХ max}/ U_ВХ = 1,051.

 

Для транзисторов VТ12, VТ14:

U_КБО= 7.3 В, I_Кmax= 1,15 А, P_K = 8.395 Вт

Выбираются

VТ14 - КТ639А (U_КБО= 45 В, I_Кmax= 2 А, P_K =12.5 Вт),

VТ12 - КТ704А (U_КБО= 45 В, I_Кmax= 2.5 А, P_K =15 Вт).

 

Определим R₃₄,R₃₅:

R₃₅=(U_ВЫХ - U_CM)/5 мА =1600 Ом,

тогда R₃₄ при напряжении

В

и при токе 5 мА R₃₄=1.8 кОм.

 

Исходя из полученных результатов  выбирается:

VT13 - КТ3102Д (U_КБО=30 В, I_Кmax=100 мА),

VT15 - КТ3107Г (U_КБО= 30 В, I_Кmax=100 мА).

Для регулировки  выходного напряжения необходимо рассчитать цепь R₃₆ R₃₇ R₃₈:

Принимается R₃₇ = 100 Ом. Падение напряжения на R₃₆  R₃₈ должно быть:   на R₃₆ » 27 В,           на R₃₈ » 8 В.

 

24

Лист

Разработка функционального  генератора

 

№Документа

Подпись

Дата

Лист

Изм

Ток в цепи зададим  10 мА, тогда:         R₃₆ = 2.7 кОм,          R₃₈ = 0.75 кОм.

Аналогично рассчитывается отрицательное плечо.

Расчет  стабилизатора ±15В:

Для питания ±15В возьмем микросхему К142ЕН6А, представляющую собой интегральный двуполярный стабилизатор напряжения с фиксированным выходным напряжением 15 В. Номиналы емкостей берутся, исходя из рекомендации по включению К142ЕН6А:

С7, С8=500 мкФ;           С9,С10=0,1 мкФ;           С11,С12=10 мкФ.           U_{ВХ ном}» 20 В;

Расчет  выпрямителя ±35В:

1. Определим переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора:

U₂ = B U_н=1.7*45=76.5,

где U_н - постоянное напряжение на нагрузке, В;   
В  - коэффициент, зависящий от тока нагрузки (определяется по табл.).

2. По току нагрузки определим максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:

I_д = 0.5 С I_н=0.5*1.8*1=0.9,

где I_д - ток через диод, А;  
I_н - максимальный ток нагрузки, А;  
С - коэффициент, зависящий от тока нагрузки (определяется по табл.).

3. Подсчитаем обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:

U_обр = 1.5 U_н=1.5*45=67.5,

где U_обр - обратное напряжение, В;  
U_н - напряжение на нагрузке, В.

4. Выберем диоды, у которых значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетные (KЦ412Б).

5. Определим емкость  конденсатора фильтра:

С5=3200 I_н / U_н K_п=91.42,

где С_ф - емкость конденсатора фильтра, мкФ;

I_н - максимальный ток нагрузки. A;  
U_н - напряжение на нагрузке, В;  
K_п - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения (10). 

25

Лист

Разработка функционального  генератора

 

№Документа

Подпись

Дата

Лист

Изм

Электронное управление амплитудой

 

Блок управления амплитудой сигналов ФГ лучше всего  реализовывать при помощи цепей  оптоэлектронной связи, в которых  используется прецизионный линейный проволочный  потенциометр, включенный в цепь постоянного  тока, позволяет исключить недостатки, вызываемые непроволочным потенциометром регулировки амплитуды в тракте выходного сигнала, и снабдить ФГ шкалой амплитуд.

Рассмотрим схему  на рис. 3.9. Сигналы прямоугольной  и треугольной формы от релаксатора  или синусоидальной формы от преобразователя через переключатель формы сигналов В1 поступают на ВОУ. На тот же вход ВОУ подается напряжение смещения Uсм от потенциометра Rз. Напряжение управление амплитудой Uуа от движка проволочного потенциометра R7, включенного совместно с резисторами R6 и R8 в цепь источника постоянного тока +Е0, поступает через переключатель В2 на неинвертирующий вход ОУ, составляющего вместе с транзистором Т и токозадающим резистором R5

 

26

Лист

Разработка функционального  генератора

 

№Документа

Подпись

Дата

Лист

Изм

ячейку ПНТ, нагрузкой  которой является светоизлучатель оптрона Оп.

Управляющий ток

    

Протекая через светоизлучатель Оп, создает световой поток, воздействующий на фоторезистор Оп, который выполняет функцию резистора R2 ОС ВОУ.

Рис. 3.9. Блок управления амплитудой

 

При подаче на вход ВОУ сигнала и напряжения смещения на выходе ФГ возникает сигнал вида

где Uc, Ucм – напряжения сигнала и смещения; R2 и R1 – сопротивления резистора ОС и входного резистора ВОУ.

Передаточная характеристика оптрона R (Iупр) приближенно может быть представленна гиперболой вида Y=a/x в первом квадранте (a>0), т.е.

 

 

27

Лист

Разработка функционального  генератора

 

№Документа

Подпись

Дата

Лист

Изм

где а – коэффициент  гиперболы, имеющий размерность  [B].

Следовательно:

 

В момент ωt =π|2 следует связь Uвых(t) и Uуа следующим образом:

 

В более общей  форме:

,

Где  (последнее выражение справедливо для любого фиксированного значения входного сигнала Uc при этом изменяется только k1).

Таким образом, при  неизменных R1, R5, Um, Uсм, Ео и использовании прецизионного линейного проволочного потенциометра R7 совместно со стабильными резисторами мгновенное напряжение выходного сигнала ФГ зависит только от управляющего напряжения, с которым оно связано последним выражением. Это позволяет снабдит потенциометр R7 шкалой амплитуд.

 

УС-31

Разработка функционального  генератора

 

Вывод

 

 

Белоусов А.В.

№Документа

Кулабухов Р.И.

Разработал

Проверил

Принял

Подпись

Дата

Лист

Изм

Лист

28

Литера

1

Листов

Вывод

 

В процессе работы над данным курсовым проектом был  спроектирован функциональный генератор соответствующий заданию. Были получены практические навыки по расчету трансформатора, блока питания, усилителя мощности, релаксатора и других функциональных элементов. В процессе проектирования были исследованы возможные схемотехнические решения того или иного аспекта проблемы, таких как электронное управление параметрами что позволило расширить свой кругозор в этой области.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УС-31

Разработка функционального  генератора

Список используемой литературы

 

 

Белоусов А.В.

№Документа

Кулабухов Р.И.

Разработал

Проверил

Принял

Подпись

Дата

Лист

Изм

Лист

29

Литера

1

Листов

Список  используемой литературы

 

 

1. Забродин Ю.С.  Промышленная электроника. –  М: “Высш. школа”, 1982.

2. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. – М.: «Советское радио», 1980.

3. Бокуняев А.А., Борисов Н.М., Варламов Р.Г., Справочная книга радиолюбителя-конструктора.

4. Браун А., Микроэлектроника  – ключевая технология - М.: «Экономика», 1987.

5. Хоровиц, Хилл, Искусство схемотехники

6. Л.Р. Ноткин. Функциональные генераторы и их применение. 1983-600М

7. Дьяконов В.П. Генерация  и генераторы сигналов. М.: ДМК  Пресс, 2009.