курсач гена


Проектирование генератора гармонических колебаний на ОУ с мостом Вина.

Генератор – это устройство, преобразующее энергию источника питания в электрические колебания заданной формы, частоты и амплитуды.

По форме импульсов условно различают генераторы прямоугольных или трапецеидальных; треугольных импульсов, синусоидального напряжения.

Электронные генераторы входят составной частью во многие электронные приборы и системы.

В данной работе проектируем генератор синхронных синусоидальных и прямоугольных колебаний двухполярных.

Данная схема работает на полевом транзисторе на низких частотах в рабочем диапазоне 50 – 100 кГц, изменение плавное, амплитудой по напряжению – 1…2…5…10В изменение ступенчатое.

Выбор структурной схемы

На рис.1 представлена структурная схема генератора синхронных синусоидальных и прямоугольных колебаний двухполярных.

Синусоидальный генератор на оу

Рис.1 Структурная схема генератора синхронных синусоидальных и прямоугольных колебаний двухполярных

Структурная схема состоит из:

ИП – источник питания

Устройство, предназначенное для преобразования однофазного напряжения 220В с частотой 50 Гц, в постоянное напряжение с заданными параметрами.

Проектирование Генераторов на основе оу

Рис.2 Структурная схема источника питания

Структурная схема ИП рис.2 включает в себя четыре следующих блоков:

трансформатор понижает напряжение 220В до требуемого значения и обеспечивает гальваническую развязку электронного устройства от сети;

блок вентилей преобразует двухполярное напряжение в пульсирующее однополярное;

сглаживающий фильтр обеспечивает сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения;

стабилизатор предназначен для поддержания постоянного напряжения на нагрузке при изменении напряжения питания и сопротивления нагрузки.

Г – генератор синусоидальных колебаний (генератор формирователь)

Устройство, преобразующее энергию источника питания в электрические колебания синусоидальной (прямоугольной) формы, требуемой частоты и амплитуды.

Обобщенная структурная схема генератора с внешней обратной связью, приведена на рис.3

Проектирование Генераторов на основе оу

Рис.3 Обобщенная структурная схема генератора с внешней обратной связью

Она содержит усилитель с коэффициентом усиления К, частотно-избирательную цепь положительной обратной связи с коэффициентом передачи βПОС и цепь отрицательной обратной связи с коэффициентом передачи βООС.

В схеме рис.1 сигнал поступает от источника питания на генератор, обеспечивающий синусоидальный сигнал с регулируемой частотой. Последующий формирователь преобразует его в прямоугольные импульсы, поэтому на выходе получаются сигналы разной формы с одинаковой частотой – синхронные, поступающие на усилители.

Выбор принципиальных схем

1 Генератор синусоидальных колебаний

По типу частотно-избирательных цепей обратной связи генераторы делятся на генераторы LC-, RC- типа.

1.1 Генераторы с LC-контурами их применение на низких частотах осложняется низким качеством и большими габаритами катушек индуктивности. В данном курсовом проекте проектируем генератор на частоты f=50 — 100 кГц, следовательно принимать данный тип генератора не целесообразно.

1.2 RC-автогенераторы предназначены для работы на инфранизких (от долей герц) и звуковых частотах и в этом диапазоне имеют преимущества перед LC-автогенераторами из-за высокой стабильности частоты генерируемых сигналов, что связано с возможностью применения высокостабильных резисторов и конденсаторов. По сравнению с LC, RC-генераторы той же выходной мощности имеют меньшие габариты и массу.



Самые разные виды генераторов гармонических колебаний могут быть построены на основе ОУ. Если требуется получить синусоидальное переменное напряжение низких или средних частот, то удобнее всего применить один из вариантов RC-генераторов. В своей основе RC-автогенератор имеет одно- или многокаскадный усилитель и цепь ОС на элементах R и С. Цепь может быть Г-образной или мостовой.

Синусоидальный генератор на оу

Рис. 4 Генератор с трехзвенной Г-образной цепью

Синусоидальный генератор на оу

Рис. 5 Автогенератор с двойным

Т-образным мостом

На низких и средних частотах хорошим источником синусоидальных колебаний с малым уровнем искажения служит мостовой генератор Вина.

Проектирование Генераторов на основе оу

Рис. 6 Мостовой генератор Вина

Для получения синусоидальных колебаний существует несколько способов, но мы применим генератор с мостом Вина, т.к. он больше других подходит для реализации синусоидальных колебаний и обеспечивает необходимые параметры (двухполярное питание, малое искажение синусоидального сигнала (Кг<0,1%), плавная регулировка частоты).

Выбор операционного усилителя

Выбор операционного усилителя основывается на поиске усилителя общего применения с малым смещением нуля, малыми входными токами, незначительным температурным дрейфом и достаточной скоростью нарастания выходного напряжения

Выбираем операционный усилитель К140УД10, т.к. он подходит по скорости нарастания сигнала, напряжению питания. Основные характеристики приведены в таблице

Тип ОУ

В

,

мА

max, В

МГц

max

В

min

кОм

вх

МОм

Ближайший зарубежный аналог

К140УД10

50

10

4

15

30

12

2

0,4

LM118

Расчёт цепи ПОС

Идея моста Вина состоит в том, чтобы создать усилитель с обратной связью, имеющий сдвиг фазы 1800 на нужной частоте, а затем отрегулировать петлевое усиление так, чтобы возникли автоколебания на частоте

Для выполнения данного условия, задаемся значением одного из элементов моста в пределах, рекомендуемых значений:

определяем значение второго элемента для заданных частот:

для f=50кГц

Из стандартного ряда Е24 выбираем

R=3,3кОм

для f=100кГц

R=1,6кОм

Проверяем обеспечение заданных диапазонов регулировки частоты по расчетной формуле при подстановке реальных значений:

для низкой частоты

для высокой частоты

Условия выполняются.

Расчёт ООС

Мост Вина представляет собой неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления

на неинвертирующий вход которого подается сигнал с моста. Так как фазовый сдвиг моста Вина равен нулю, в схеме обеспечивается баланс фаз. Для одинаковых значений R и C коэффициент усиления по напряжению выходного сигнала по отношению к сигналу на неинвертирующем входе ОУ должен быль точно равен =3.

При меньшем усилении колебания затухают, при большем – выходной сигнал будет достигать насыщения. Искажение будет малым, пока амплитуда колебаний не выходит за пределы линейного участка характеристики усилителя, т.е. не следует достигать колебаний полного размаха.

Поэтому в такой схеме

Рекомендуемое значение R1 + R2 находится в пределах десятков-сотен килоОм

Примем , тогда

Оба значения соответствуют стандартному ряду номиналов сопротивлений Е24.




Предыдущий:

Следующий: