Генератор линейно изменяющегося напряжения

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра технической кибернетики

Генератор линейно изменяющегося напряжения

Пояснительная записка

по дисциплине ‘Электроника’

Выполнил:

студент группы Т28-219

Горбачев Андрей

г. Уфа 2003г.

1. Техническое задание

Спроектировать генератор линейно – изменяющегося напряжения со следующими параметрами:

-  время прямого хода tр=60 мкс;

-  время обратного хода tо =10 мкс;

-  амплитуда Umax = 8 В;

- коэффициент нелинейности e =0,25

В результате расчетов определить параметры элементов схемы генератора.

2. Содержание

1. Техническое задание. 2

2. Содержание. 3

3. Вводная часть. 4

4. Проработка научно-технической литературы и обоснование выбора. 5

5. Структурная схема генератора пилообразного напряжения. 8

6. Разработка и описание принципиальной схемы генератора линейно-изменяющегося напряжения 9

7. Расчет принципиальной схемы генератора линейно - изменяющегося напряжения 9

8. Заключение. 18

9. Список литературы.. 19

Приложение 1. 20

3. Вводная часть

Курсовая работа по дисциплине «Электроника и основы схемотехники» объемом 18 листов. Содержит выбор, обоснование и расчет генератора линейно-изменяющегося напряжения. В тексте имеется две иллюстрации, поясняющие излагаемый материал. При проектировании было использовано восемь источников.

Генераторы линейно – изменяющегося напряжения называют иногда генераторами развёртки, хотя этот термин не отражает их гораздо более широкого применения. Из области разверток заимствованы названия двух основных частей пилообразного импульса: прямой ход (главный, почти линейный участок t п ) и обратный ход (сравнительно короткий участок t о, форма которого обычно несущественна).

Пилообразное напряжение это такое напряжение, которое нарастает или спадает линейно в течение некоторого отрезка времени, называемого временем рабочего хода tо достигает первоначального значения. Такое напряжение используется устройствах сравнения, для горизонтальной развёртки электронного луча в электронно-лучевой трубке в других устройствах. Возврат луча в исходное положение должен происходить, возможно, быстрее, вследствие чего спадающий участок пилообразного напряжения должен иметь большую крутизну и малую продолжительность.

Пилообразные импульсы можно получить с помощью любого релаксатора: мультивибратора, одно вибратора или блокинг-генератора. Поэтому генераторы пилообразного напряжения составляют особый класс импульсных устройств и заслуживают специального рассмотрения.

4. Проработка научно-технической литературы и обоснование выбора

Существующая литература по генераторам линейно-изменяющегося напряжения весьма многочисленна и может быть разделена на три группы. Во-первых, это учебно-справочная литература по импульсной технике, в которой описаны лишь основные классические схемы генераторов линейно-изменяющегося напряжения чаще всего ориентированные в основном на устаревшую элементную базу и характеризующуюся узкими функциональными возможностями. Во-вторых – это научно - техническая литература в которой в которой рассматриваются генераторы линейно-изменяющегося напряжения специального применения, например, в телевидении. К третьей группе можно отнести периодическую печать, описания к авторским свидетельствам и патентам, другие узко специализированные издания, пользование которыми затруднено.

Одним из наиболее полезных источников при рассмотрении данной темы является справочник “Справочник по расчету электронных схем ”, в котором приведены сведения о расчете наиболее распространенных современных схем генераторов линейно-изменяющегося напряжения, а также изложены основные этапы проектирования электронных устройств.

В учебном пособии для вузов “Электроника ” есть широкий выбор схем, рассмотрены основы теории электронных схем, но этот источник характеризуется достаточно строгим изложением основных положений электроники.

Бондарь В А “Генераторы линейно-изменяющегося напряжения ”. В этой книге приводится классификация генераторов линейно изменяющегося напряжения. Рассмотрены генераторы с положительной, отрицательной и комбинированными обратными связями, а также схемы с независимой компенсацией нелинейности, выполненные на современной элементной базе. Излагается методика инженерного расчета, даются рекомендации по выбору типов используемых элементов.

В следующем источнике – ”Искусство схемотехники ”приведены наиболее интересные технические решения, внимание читателя сосредотачивается на тонких аспектах проектирования и применения электронных схем. Он посвящен быстро развивающимся областям электроники и характеризуется многообразием электронных схем.

Справочник Четвертков, Дубровский, Иванов “Резисторы” 1991г содержит основные электрические и эксплуатационные характеристики резисторов. Даны рекомендации по выбору и применению резисторов в аппаратуре. Основное внимание уделено новым типам резисторов, представляющих широкие серии по диапазонам номинальных сопротивлений, мощностей и другим параметрам.

Справочное пособие , А В Нефедов “Резисторы. Конденсаторы ”; 2000г представляет собой систематизированные в табличной форме информационно–справочные материалы по параметрам и характеристикам резисторов и конденсаторов от условного обозначения до иллюстраций корпуса прибора. Для удобства поиска конкретного типа изделия справочник содержит алфавитный указатель всех изделий с указанием страниц, где размещена информация на указанное изделие.

В справочном пособии А. И Аксенова, А В Нефедова “Отечественные полупроводниковые приборы ” 2000г данные систематизированы в табличной форме в алфавитно-цифровой последовательности по основным электрическим параметрам и конструкторскому исполнению на отечественные транзисторы. Характеризуется удобной формой поиска и восприятия информации.

При оформлении курсового проекта были использованы “Методические указания по оформлению курсовых и дипломных проектов для студентов специальностей 210300 – “Роботы и робототехнические системы”, 220200–“Автоматизированные системы обработки информации и управления”, 210100- “Управление и информатика в технических системах”/УГАТУ, Г, Старцев Ю В, 1997.

Названы далеко не все источники литературы по генераторам линейно-изменяющегося напряжения. Но даже этот список дает возможность представить широкий спектр литературы по данному вопросу.

5. Структурная схема генератора пилообразного напряжения

Согласно принципам построения генераторов пилообразного напряжения структурная схема должна состоять из следующих элементов:

—  токостабилизирующий элемент (ТСЭ), обеспечивающий постоянный во времени ток заряда конденсатора C.

—  конденсатор С, на котором формируется линейно изменяющиеся напряжение.

—  ключевое устройство (КУ), с помощью которого осуществляется переключение формирования прямого и обратного хода выходного напряжения.

—  формирователь импульсов (ФИ), обеспечивающий импульсные сигналы управления ключевым устройством (задающий длительность рабочего хода и частоту следования выходных импульсов пилообразного напряжения).

—  эмиттерный повторитель, согласующий большое сопротивление нагрузки ОУ с малым сопротивлением нагрузки генератора.

6. Разработка и описание принципиальной схемы генератора линейно-изменяющегося напряжения

Генератор пилообразного напряжения построим по схеме, приведенной на рисунке 1.

-EК

 

R5

Uвых

 

 

Рисунок 1 – схема электрическая принципиальная генератора пилообразного напряжения

Данная схема отличается тем, что в ней коэффициент нелинейности будет минимальным, так как стабилитрон VD1 фиксирует напряжение база-эмиттер транзистора VT4. В связи с этим ток коллектор-эмиттер транзистора VT4 будет постоянным.

7. Расчет принципиальной схемы генератора линейно - изменяющегося напряжения

В качестве разделительного конденсатора С3 возьмем алюминиевый оксидно-электролитический конденсатор К50-9-30В-10 мкФ.

В качестве элемента VT3 возьмем транзистор КТ3108Б p n p, ВЧ, со следующими параметрами:

b = 50 – 100;

Iкmax = 200 мА;

Uкбmax = 45 В;

Uкэmax = 45 В;

Uбэн = 0,6 В;

I кбо = 0,2 мкА.

Рассчитаем конденсатор С4 в генераторе пилообразного напряжения.

Ток разряда конденсатора С4 равен:

; (1)

Максимальный ток разряда конденсатора С4:

200 мА;

Емкость конденсатора С4:

; (2)

мкФ.

В качестве С4 возьмем керамический монолитный конденсатор КВ-0,25 мкФ.

Ток заряда конденсатора С4 вычисляется по формуле:

; (3)

=0,03 А.

Для того чтобы конденсатор C4 успевал разрядиться за время обратного хода to сопротивление транзистора VT3 должно быть равно:

; (4)

=13,3 Ом.

Конденсатор С4 успеет разрядиться, так как транзистор VT3 во время разряда С4 находится в насыщенном состоянии, в котором сопротивление транзистора равно единицам Ом.

Расчет резистора R5 осуществляется следующим образом:

; (5)

Ток IR5 протекающий через резистор R5:

; (6)

8 мА.

Из формулы (5) находим значение резистора R5:

кОм.

Из ряда номиналов Е 6 выбираем значение R5=1,5 кОм.

Мощность, рассеиваемая на резисторе R5:

; (7)

=0,096 Вт.

В качестве элемента R5 возьмем резистор МЛТ-0,125-1,5к±0,5.

В качестве VT4 выбираем транзистор КТ315А npn, ВЧ со следующими параметрами:

b = 50-350;

I кmax = 100 мА;

U кэmax = 25 В;

U кэн = 0,4 В;

U бэн = 1,1 В.

Для поддержания транзистора VT4 в открытом состоянии необходимо чтобы напряжение Uкэ было больше Uкэн. Амплитуда напряжения на конденсаторе С4 UС4 = 6 В. Возьмем напряжение Uкэ = 2 В, тогда напряжение на резисторе R7 равно:

UR7=Е к – (Uкэ +UС4); (8)

UR7=+ 6) = 4 В.

Произведем расчет резистора R7:

; (9)

Oм.

Из ряда номиналов Е24 выбираем резистор R7= 150 Ом.

Мощность, рассеиваемая на резисторе R7:

; (10)

Вт.

В качестве элемента R7 выбираем резистор МЛТ-0,125-150±0,5% .

Транзистор VT4 будет открыт, если U БЭ ³ U БЭН в схеме U БЭVT4= 1,5 В.

Напряжение стабилизации стабилитрона V1 находим из условия:

U ст= U R7 + U БЭVT4; (11)

U ст= 4+1,5=5,5 В.

Выберем стабилитрон 2С156А со следующими параметрами:

U ст = 5,04 - 6,16;

I стmin=3 мА;

I стmax=45 мА;

r д= 60 Ом;

I ст= 10 мА.

Расчет резистора R6 осуществляется следующим образом:

; (12)

Напряжение UR6 определяется как разность напряжения питания ЕК и напряжения стабилизации UСТ:

UR6 = ЕК - UСТ; (13)

UR6 =12-5,5= 6,5 В.

Из формулы (12) найдем значение R6:

= 650 Ом.

Из ряда номиналов Е6 резистор R6=680 Ом.

Мощность, рассеиваемая на R6:

; (14)

=0,065 Вт.

Выбираем резистор МЛТ-0, 0,5% .

Расчет коэффициента нелинейности генератора пилообразного напряжения осуществляется из следующего условия:

e *100%; (15)

Для расчета Rвыхэ построим схему замещения транзистора VT4.

 

Рисунок 2 – схема замещения транзистора.

Расчет схемы замещения транзистора произведем по h-параметрам.

h11б = 40 Ом;

h22б = 0,3 мкСм;

h12б = 45.

Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода:

; (16)

Ом.

Сопротивление коллекторного перехода:

; (17)

=65359 Ом.

Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода:

;

где - тепловой потенциал; (18)

=2,7 Ом.

Сопротивление базы транзистора:

; (19)

Ом.

RВЫХЭ = (R7+)½½(r б +(r д ½½R6))½½r* к; (20)

RВЫХЭ = 4930,1 Ом.

Из формулы (15) рассчитаем коэффициент нелинейности генератора пилообразного напряжения:

e %.

Полученный коэффициент нелинейности генератора намного меньше данного e = 0,25 % .

8. Заключение

Спроектированное и рассчитанное выше устройство имеет низкий коэффициент нелинейности x=0,024%, что позволяет получить на выходе пилообразные импульсы с малой степенью искажений.

Из полученных расчетов следует, что данный генератор линейно – изменяющегося напряжения с динамической обратной связью обеспечивает низкий коэффициент нелинейности, а выходные напряжения ограничены лишь допустимыми параметрами транзистора.

9. Список литературы

1.  Четвертков А Р, Дубровский С С, Иванов А В “Резисторы” : Справочник, Москва 1991г.

2.  Аксенов А И, Нефедов А В “Резисторы Конденсаторы” : Справочное пособие, Москва 2000г.

3.  Аксенов А И, Нефедов А В “Отечественные полупроводниковые приборы” : Справочное пособие, Москва 2000г.

4.  Бондарь В А “Генератор линейно – изменяющегося напряжения ”, 1988г.

5.  Гусев В Г, Гусев Ю М “Электроника”: Учебное пособие для вузов, Москва 1982.

6.  Гершунский Б С “Справочник по расчету электронных схем”, Киев 1983.

7.  Хоровиц П, Хилл У ”Искусство схемотехники” : Москва 2001г.

8.  Г, Старцев Ю В “Методические указания по оформлению курсовых и дипломных проектов для студентов специальностей

210300 – “Роботы и робототехнические системы”, 220200–“Автоматизированные системы обработки информации и управления”,

210100- “Управление и информатика в технических системах”/УГАТУ,

1997.

Приложение 1

Название элемента	Характеристики
С3	конденсатор К50-9-30В-10 мкФ.
С4	конденсатор КВ-0.25 мкФ
R5	резистор МЛТ-0,125-1,5к±0,5
R6	резистор МЛТ-0, 0,5%
R7	резистор МЛТ-0,125-150±0,5%
VT3	транзистор КТ3108Б p n p
VT4	транзистор КТ315А n p n
VD1	стабилитрон 2С156А