Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект по теме:

«Расчёт транзисторного автогенератора»

Содержание

Введение

1. Классификация автогенераторов

2. Выбор электросхемы автогенератора и усилителя

3. Расчет элементов схемы АГ с учетом заданных параметров

3.1 Расчет параметров резистивного усилителя с фиксированным током базы

3.2 Расчет колебательного контура

4 . Экспериментальная часть

Заключение

Список использованных источников

Введение

Цель: Произвести расчет автогенератора электромагнитных колебаний синусоидальной формы с усилителем с фиксированным током базы.

Исходные данные: частота автогенератора f=20 кГц;

напряжение на входе усилителя E_вх=9В.

Генератор - устройства, предназначенные для создания переодических электрических колебаний. Их делят на два основных типа: автогенераторы(АГ) и генераторы с внешним возбуждением(ГВВ).

АГ--устройство, преобразующее энергию постоянного тока в энергию электрических колебаний требуемой частоты и формы.

ГВВ (в импульсной технике -- ждущий генератор) переходит в режим генерации, формирования, или усиления электрических колебаний только при поступлении на его вход сигналов возбуждения.

В зависимости от формы вырабатываемых напряжений различают генераторы гармонических и релаксационных (импульсных) колебаний. Генератор гармонических колебаний вырабатывает сигнал, в спектре которого присутствует практически только одна гармоника. Выходные колебания релаксационного генератора содержат широкий спектр гармонических составляющих, часто имеющих соизмеримые амплитуды. Можно отметить и генераторы линейных пилообразных напряжений, которые относятся к релаксационным.

Независимо от назначения, принципа действия и схемотехнического выполнения АГ любых перечисленных колебаний (кроме параметрических схем) состоит из нелинейного усилителя, цепи положительной обратной связи и источника питания постоянного тока. Форма и частота выходных колебаний определяется только параметрами самого автогенератора(АГ), между тем как в генераторе с внешним возбуждением(ГВВ) амплитуда и частота колебаний навязываются извне.

Генератор гармонических колебаний должен обязательно содержать узкополосную колебательную систему. Принцип действия релаксационных генераторов основан на зарядно-разрядных или накопительно- поглощающих явлениях, протекающих в широкополосных энергоемких цепях положительной обратной связи.

автогенератор колебание резистивный усилитель

1. Классификация автогенераторов

по частоте: - генераторы НЧ (RC-генераторы);

- генераторы ВЧ (LC-генераторы);

- генераторы СВЧ (клистронного, магнетронного типа, на диодах

Ганна, лампы бегущей и обратной волны).

по способу стабилизации частоты автоколебаний: - параметрические;

- кварцевые.

В качестве генераторов низких частот применяют RC-генераторы. В низкочастотных автогенераторах в качестве колебательных систем и цепей положительной обратной связи используют частотно-избирательные RC-цепи. Практически все современные RC-генераторы малой и средней мощностей (до десяти - пятнадцати ватт) строятся на операционных усилителях. Напряжение положительной обратной связи в RC-генераторах на операционных усилителях можно подавать как на инвертирующий, так и на не инвертирующий входы. В схемах RC-генераторов с неинвертирующим включением ОУ, частотно-избирательная цепь положительной обратной связи не должна вносить фазового сдвига в выходной сигнал. В RC-генераторах с инвертирующим включением ОУ, наоборот, RC-цепь положительной обратной связи на частоте генерации должна сдвигать фазу выходных колебаний на угол ц_в=р.

Наиболее распространены в радиоэлектронике и технике связи низкочастотные автогенераторы двух видов: с фазосдвигающей RC-цепью и с мостом Вина.

Автогенератор с фазосдвигающей RC-цепью.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Такой автогенератор содержит инвертирующий усилитель и трехзвенную RC-цепь положительной обратной связи (рис. 1).Недостатки RC-генератора на инвертирующем усилителе и трехзвенной RC-цепью - довольно большое количество элементов в петле положительной ОС и, как следствие, трудность перестройки частоты генерации в широком диапазоне. Поэтому чаще применяют автогенераторы с неинвертирующим включением операционного усилителя и мостом Вина в цепи положительной ОС.

RC-генератор с мостом Вина

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Данный автогенератор имеет более компактную структуру построения схемы. В ней цепь положительной ОС включается между выходом и неинвертирующим входом ОУ (рис. 2). Мост Вина представляет собой частотно-избирательную последовательно-параллельную RC-цепь, состоящую из двух емкостей С и двух сопротивлений R. Перестройка частоты в схеме осуществляется обычно с помощью сдвоенного конденсатора.

Цифровые генераторы

Цифровые генераторы низкочастотных гармонических колебаний по сравнению с аналоговыми характеризуются более эффективными характеристиками: высокими точностью установки и стабильностью частоты, малым коэффициентом нелинейных искажений (строго синусоидальной формой), постоянством уровня выходного сигнала. Цифровые генераторы, получающие все более широкое распространение, удобнее аналоговых в эксплуатации: выше быстродействие, существенно проще установка требуемой частоты, более наглядна индикация. Кроме того, цифровые генераторы имеют возможность автоматической перестройки частоты по заранее заданной программе и применения в сочетании с цифровыми средствами обработки информации. Действие цифровых генераторов основано на принципе формирования числового кода с последующим преобразованием его в аналоговый гармонический сигнал. Последний аппроксимируется функцией, моделируемой с помощью ЦАП.

В большинстве схем LC-генераторов напряжение обратной связи снимается с части колебательного контура, т.е. используется неполное включение. Поскольку контур при этом имеет три точки соединений (выводов), то схемы генераторов получили название трехточечных (рис. 3 -- 5).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Упрощенная структурная схема трехточечного АГ, построенного на неинвертирующем усилителе, представлена на рис. 3. В схеме реактивные элементы z₁, z₂ и z₃ образуют колебательную систему (резонансный контур), с помощью которой создается частотно-зависимая положительная ОС. В реальных схемах автогенераторов индуктивности и емкости контуров имеют малые омические потери, поэтому при анализе можно учитывать только их реактивные сопротивления x₁, x₂ и x₃.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

По аналогии с индуктивной трехточкой можно построить автогенератор с емкостной трехточкой (рис.5)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В данной схеме емкостная ветвь колебательного контура содержит конденсаторы С₁ и С3. Напряжение ОС с конденсатора С₁ поступает на неинвертирующий вход усилителя. При таком включении конденсаторов в колебательный контур, полярности мгновенных значений напряжений на их обкладках относительно общей точки соединения одинаковы, поэтому в схеме ОС -- положительная.

Широкое применение в радиотехнике и системах связи находят также автогенераторы, в которых операционные усилители включены по инвертирующей схеме.

Генераторы сверхвысоких частот

Генераторы сверхвысоких частот (СВЧ-генераторы) применяют в диапазоне частот от 1 до 50 ГГц. Выполняются СВЧ-генераторы на отражательных клистронах с внешним или внутренним резонатором, на диодах Ганна, лавинно-пролетных диодах (ЛПД), магнетронах, лампах бегущей (ЛБВ) и обратной волны (ЛОВ). Отдельную группу СВЧ-генераторов составляют оптические квантовые генераторы.

2. Выбор схемы автогенератора и усилителя

Из всех существующих схем генераторов, для наших условий наиболее подходящей является схема генератора состоящая из транзисторного усилителя с фиксированным током базы.

Этот выбор обусловлен тем, что необходим автогенератор гармонических колебаний небольшой мощности с частотой генерации 55кГц. По данным требованиям подходит генераторы, собранные на операционных усилителях, биполярных и полевых транзисторах. Преимущество полевых транзисторов и операционных усилителей перед биполярными большие входные сопротивления и коэффициенты усиления, однако у полевых транзисторов большой коэффициент шума, а у операционных усилителях чересчур малая выходная мощность следовательно необходим дополнительный усилитель.

Существует три вида схем применимых для биполярного транзистора:

1) с общим эмиттером;

2) с общей базой;

3) с общим коллектором.

Наиболее приемлема схема с общим эмиттером, так как она имеет наиболее высокий КПД и выходную мощность (коэффициент усиления по напряжению).

Исходя из заданной частоты колебаний 55кГц, необходим генератор низкочастотных колебаний. Простейшей схемой удовлетворяющей данному условию будет трехточечная схема автогенератора. Для выбора колебательного контура из двух существующих схем трехточеных генераторов (индуктивная и емкостная трехточки) выберем схему емкостной трехточки, по следующим причинам:

- стабильность частоты создаваемой генератором, собранным по этой схеме выше, чем генератора с индуктивной трехточкой. Это объясняется тем, что напряжения здесь снимаются с емкостей, сопротивления которых, как известно, падают с ростом частоты. В результате, содержание высших гармоник в напряжениях в схеме емкостной трехточки существенно меньше, чем в схеме индуктивной трехточки;

- выше нагрузочная способность контура;

Обоснование выбора транзистора

Основные причины изменения частоты генерации f_г при вариации режима работы транзистора являются изменения его емкости и фазового угла ц_s. Чем больше ц_s, тем сильнее сказывается воздействие дестабилизирующего фактора на генерируемую частоту. Поэтому в АГ используются транзисторы, у которых на частоте генерации еще незаметно проявления инерционных свойств. Для этого достаточно, чтобы f_г была в диапазоне (0,1..0,3) f_s, где f_s - граничная частота транзистора по крутизне.

В АГ для повышения стабильности транзистор должен работать в облегченном режиме, поэтому U_пит и I_к нужно выбирать из условий:

I_к ? (0,2..0,4)I_{к max}; U_пит=U_кэ?(0,3..0,5)U_{кэ max}

При выборе I_к нужно учитывать, что завышение ведет к сильной зависимости от параметров транзистора, а снижение ведет к снижению отношения сигнал/шум, появлению паразитных амплитуд и фаз модуляции.

При данных условиях необходим транзистор маломощный среднечастотный. К ним относится транзистор типа 1Т308А.

Предельные эксплуатационные данные транзистора:

I_{к max} = 50мА, U_{кэ max} = -15В

U_кб = -12В, h_21э = 20-75

I_кбо ? 2мкА(90 при 70єС)

P_{к max} = 150 мВт

Выбор резисторов. Для правильного выбора резисторов необходимо на основе учёта требований, предъявляемых к аппаратуре, проанализировать режимы и условия работы резистора внутри блока аппаратуры и определить:

· эксплуатационные факторы

· параметры режима и рабочих электрических нагрузок

· основные параметры резисторов

· необходимую стабильность электрических параметров резисторов в интервале рабочих температур, в рабочем диапазоне частот и в режиме импульсных нагрузок, при хранении, эксплуатации и испытаниях аппаратуры

· показатели безотказности, долговечности и сохраняемости резисторов

· допустимые размеры и массу резисторов, их конфигурацию, способ монтажа

· стоимость резисторов и их контроля и испытаний в процессе производства аппаратуры

3. Расчет элементов схемы АГ с учетом заданных параметров

3.1 Расчет резистивного усилителя с фиксированным током базы

рис.9. Резистивный усилитель с фиксированным током базы

Исходные данные для расчета: E_к=9 В, U_{вх маx}=7 mВ, U_кэ0=5 В.

Снятие входной характеристики при U_кэ=0.

Снятие входной характеристики при U_кэ=5 В.

Входные характеристики транзистора 1Т308А1075

Таблица 1

Uкэ, В	Iб, мкА	20	40	60	80	100	120	140	160	180	200
0	¦Uбэ¦, мВ	111	132	144	153	159	165	170	174	177	181
5	¦Uбэ¦, мВ	218	240	255	268	274	281	287	292	297	301

Снятие выходных характеристик.

Выходные характеристики транзистора 1Т308А

Таблица 2

Iб,мкА	20	40	60	80	100	120	140	160	180	200
Iк,мА Uкэ, В	Iк1	Iк2	Iк3	Iк4	Iк5	Iк6	Iк7	Iк8	Iк9	Iк10
0,12	0,39	0,93	1,53	2,288	3,18	4,14	5,1	6,06	6,9	7,74
0,5	0,414	0,972	1,626	2,43	3,3	4,26	5,46	6,6	7,8	9,12
1	0,42	0,99	1,662	2,472	3,42	4,38	5,52	6,72	7,92	9,3
1,5	0,42	1,014	1,68	2,514	3,48	4,5	5,58	6,78	7,98	9,42
2	0,426	1,02	1,698	2,532	3,54	4,54	5,7	6,9	8,1	9,54
5	0,456	1,08	1,8	2,676	3,66	4,8	6	7,2	8,52	9,9
9	0,48	1,146	1,92	2,838	4,02	5,22	6,54	7,74	9,06	10,62

На входной характеристике транзистора отмечаем точку покоя. Она должна находится на линейном участке входной характеристики. Расположим точку покоя так, чтобы U_вх полностью располагалось на линейном участке и при этом напряжение в точке покоя имело минимально возможное значение. По условию действующее напряжение U_вх=5mВ, тогда его амплитудное значение будет Uвых max 0,7=mВ. Значение напряжения в точке покоя примем равным U_бэ0=283mВ и соответствующее ему значение I_б0=141,5mkА. По выходной характеристике находим значение тока покоя коллектора I_к0=6,2mА.

По закону Кирхгофа:

Сопротивление цепи коллектора:

Сопротивление цепи базы:

Строим нагрузочную характеристику:

Для этого необходимо определить точки пересечения нагрузочной характеристики с осями на выходной характеристике.

1) при U_кэ=0:

2) при I_к=0:

U_кэ=E_к=9 В

Рассчитаем коэффициенты усиления:

3.2 Расчет колебательного контура

Требуемая частота колебаний f=20кГц. Вычислено:

Рассчитываем по формуле:

0Lk=1/0Ck (1)

где -круговая частота, которую можно найти по формуле:

щ₀=2р•f=2•3,14•20•10³=125600 рад/с (2)

Примем =100

тогда :

Lk=/0

Lk=(100/2 *3,14*20000)=0,8 мГн

Из формулы (1) выразим :

Ck=1/12,56*=7,9мкФ

тогда

1/Ck=1/C2+1/C3=2/C2

C2=2Ck

C2=15,8 мкФ

Из условий возбуждения автогенератора следует, что должно выполняться условие, примем С1=110мкФ получаем: 100480>13,816.

Общие данные:

С1=110мкФ C2=15,8 мкФ C3=15,8 мкФ L1=0,8 мГн

4. Экспериментальная часть

Схема усилителя

РА1 - прибор Ц56/1

РА2 - прибор ТЛ4

Р33 - магазин сопротивлений.

R_б/2 - Ѕ расчетного значения R_б.

C₁ = 20 мкФ,

С₂ = 50 мкФ

и проверим сходимость расчетных и экспериментальных результатов:

	Iб0, мкА	Uбэ0, мВ	Iк0, мА	Uкэ0, В	Rк, кОм	Rб, кОм	Кu	KI
Расчетные данные	141,5	283	6,15	5	645	61,6	17,6	43,5
Экспериментальные данные	240	445	6,6	5	670	30	11,2	27,5

Заключение

В теоретической части данной работы была рассмотрена классификация существующих генераторов, а так же обоснован выбор транзистора.

В практической части был разработан транзисторный генератор заданной частоты и выходного напряжения. Были рассчитаны его основные данные. Сделан расчет схемы усилителя и колебательного контура. Расчетные данные сверялись с данными полученными в ходе проведения эксперимента.

Так же представлена схема автогенератора.

Список испозованных источников

1) Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники и связи: Учебник для вузов. -2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высшая школа. -2012. -510с.

2) Е.И. Нефедов Радиоэлектроника наших дней. -- М.:Наука, 1986. -- 192 с.,ил.

3) Пахлавян А.Н. Радиопередающие устройства. Изд. 2-е. Учебник для техникумов. М.,Связь,2008

4) Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. -3-е изд., перераб. и доп. -М.: Радио и связь, 2010. -512с.: ил.

5) Жеребцов И.П. Основы электроники. -4-е изд., перераб. и доп. -Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 2009. - 352 с., ил.

Размещено на Allbest.ru