Курсовой - Генератор синхронных двухполярных прямоугольных и пилообразных импульсов / 4.Основные соотношения и методика расчёта схемы

4. Основные соотношения и методика расчёта схемы.

4 .1. Расчёт ГЛИН фантастронного типа. Схема на рисунке 4.1.

РИС.4.1.

4.1.1Исходные данные:

f=50 кГц ; tр/tо = 9/1 ; амплитуда сигналов на выходе генератора

Um=+-1 В

4.1.2.Выбираю быстродействующий ОУ HA 2520 с параметрами:

F_среза=30 МГц ; V_U=400 В/мкс ; U_п=15 В ; U_в= 10 В ; R_{н min}= 2 кОм ;

I_потр= 7 мА ; К_у=10000.

Максимальный выходной ток: I_вых=U_в/R_{н min}=10/2=5 мА < I_потр

4.1.3.Определим период сигнала.

Т=1/f=1/50000=20*10^-6 с

Т=2*(tp+to) , где tp=9to , тогда Т=20*to to=Т/20=20*10^-6/20=1*10^-6 с

tp=9*to=9*1*10^-6=9*10^-6 c

4.1.4.Генератор рассчитываем на амплитуду выходного сигнала: Uвых=1 В

Полный размах:Um=2 В.

=to*(Uв+Uвых)/Um=1*10^-6*(10+1)/2=5.5*10^-6 c

=tp*(Uв+Uвых)/Um=9*10^-6*(10+1)/2=4.95*10^-5 c

4.1.7.Rэкв=R3//R2=10 кОм из условия Rэкв > Rн min , 4.1.8.С=Rэкв=5.5*10^-6/10000=0.55*10^-9 Ф

4.1.9.R3=C=4.95*10^-5/0.55*10^-9=90000=90 кОм

4.1.10.R2=(1/Rэкв-1/R3^)-1=(1/10000-1/90000)^-1=11.25 кОм

4.1.11.Выбираем R1 > R3 R1=10 МОм

4.1.12.R4=R1*Uвых/Uв=10000000*1/10=1 МОм

4.1.13.Определим коэффициент обратной связи: R1/R1+R4=10/10+100=0.1

4.1.14.Проверим расчёт по формуле для определения частоты генератора:

f=1/4*R3*C=1/4*0.1*90000*0.55*10^-9=50.05 кГц

4.1.15.Резисторный делитель выполнен на резисторах R5,R6 с него снимается требуемая амплитуда сигнала прямоугольной формы. Номиналы резисторов R5и R6 были выбраны методом подбора в результате моделирования данной схемы в программе EWB.

4.2. Определение номинальных значений элиментов по стандартным рядам.

R1 – МЛТ-0.25-10МОм-5%

R2 – МЛТ-0.25-12кОм-5%

R3 – МЛТ-0.25-91кОм-5%

R4 – МЛТ-0.25-1МОм-5%

R5 – МЛТ-0.25-56кОм-5%

R6 – МЛТ-0.25-10кОм-5%

C1 – К53-29 560пФ-5%

VD1 – ZDX5

Справочные данные диода VD1: средний прямой ток 10мА ; диф. Сопротивление 1.898 Ом ; обратное напряжение 164.1 В.

4.3. Расчёт двухтактного усилителя мощности с предварительным каскадом по усилению напряжения.

4.3.1Определим номинальную мощность на нагрузке:

Рн=Um*Iн=10*0.2=2 Вт

4.3.2.Определим сопротивление нагрузки: Rн=Um/Iн=10/0.2=50 Ом

4.3.3.Определим расчётную мощность: Рр>1.1Рн=1.1*2=2.2 Вт

4.3.4.Определим требуемое максимальное значение коллекторного тока:

Iкм=(2*Р/Rн)^1/2=(2*2.2/50) ^1/2=0.297 А

4.3.5.Выберем комплементарную пару транзисторов КТ814А и КТ815А

Uкэ доп=25 В ; Iк доп=1.5 А ; Рк доп= 10 Вт

4.3.6. Построим нагрузочную линию на выходных ВАХ транзистора см.

Приложение 1. Точка 1: Iк=0 , Uкэ=Е . Точка 2: Uкэ=0 , Iк=Iк max.

Рабочую точку выбираем посередине нагрузочной прямой.

4.3.7. Параметры рабочей точки: Uко <(0.3-0.45)Uкдоп 7< 0.4*25=7 <10 В ;

Iко > (0.05-0.1)Iкmax 0.16 > 0.05*0.297=0.16 >0.015 А

4.3.8. Произведём проверку по допустимому коллекторному току:

Iк max=Ikm+Iок < Iкдоп 0.297+0.015 <1.5 0.312 <1.5 А

4.3.9. Определим напряжение источника питания:

Принимаю Uост=1 В , должно отсекать нелинейную часть выходных

характеристик. Найдём амплитуду напряжения на нагрузке:

Uкм=2*Р/Iкм=2*2.2/0.297=13.8 В.Тогда напряжение источника

питания: Ек > Uост+Uкм=1+13.8=14.8 В.Принимаю Ек=15 В.

4.3.10.Определим амплитуду базового тока: Iбм=Iкм/в=0.297/60=5 мА ,

где в=60 – значение коэффициента усиления по току. Приложение 3

Отложим на входных характеристиках Iбм см. приложение 2.

По входным и выходным характеристикам транзисторов видно ,что

амплитуда выходного тока больше амплитуды входного тока , что

свидетельствует о работе транзистора в режиме усиления по току.

4.3.11.Входное сопротивление:Rвх=Uбм/Iбм-Iбо=0.05/(5-1)*10^-3=12.5Ом

4.3.12.Вспомогательные параметры:

Ru=(1-2)Rвх=2*12.5=25 Ом

Iкмах=Iкm-Iок=0.312-0.015=0.297 А

I₁₁=0.5*Iкмах=0.5*0.297=0.149 А

В=0.17-0.02*Ru/Rвх=0.17-0.02*25/12.5=0.13

4.3.13.Рассчитаем нелинейные искажения ,А :

Io=2*B*Ioк=2*0.13*0.015=0.0039

I₁=(1+B)*I₁₁=(1+0.13)*0.149=0.168

I₂=-(1-B)*I₁₁=-(1-0.13)*0.149=-0.13

Iкmax=(1+B)*Iкмах=(1+0.13)*0.297=0.336

Iкmin=-(1-B)*Iкмах= -(1-0.13)*0.297=-0,258

Ikm1=(Imax-Imin+I₁-I₂)/3=(0.336+0.258+0.168+0.13)/3=0.297

Ikm2=(Imax+Imin-2*Io)/4=(0.336-0.258-2*0.0039)/4=0.018

Ikm3=(Imax-Imin-2(I₁-I₂))/6=(0.336+0.258-2*(0.168+0.13))/6=0

Ikm4=(Imax+Imin-4*(I₁+I₂)+6*Io/12=(0.336-0.258-4*(0.168-0.13)+

6*0.0039)/12=-0.0042

Ikcp=(Imax+Imin+2*(I₁+I₂))/6=(0.336-0.258+2*(0.168-0.13))/6=0.026

Проверка:

Ikm1+Ikm2+Ikm3+Ikm4+Ikcp=Ik max

0.297+0.018+0-0.0042+0.026=0.336

Коэффициент гармоник:

Кг=((I²km2+I²km3+I²km4)^1/2/Ikm1)*100%=5

4.3.14.Параметры блока питания:

Io=0.32*(Ikm+Iok*(3.14-1))=0.32*(0.297+0.015*(3.14-1))=0.1 А

Pomax=2*Ek*Io=2*15*0.1=3 Вт

Rб3=Uбо/2*Iбо=0.77/2*0.001=385 Ом

Rб2=(E-Uбо)/3*Iбо=(15-0.77)/3*0.001=4743 Ом

Росм=2*Ioб*Uoб+U²oб/Rб3+(Ек-Uoб)²/Rб2=

=2*0.001*0.77+0.77²/385+(15-0.77)²/4743= 0.046 Вт

Ро=Роmax+Росм=3+0.046=3.046 Вт

4.3.15.КПД усилителя:

Рн/Ро*100%=2/3.046*100%=66%

4.3.16.Определение параметров резисторов R1,R6:

На входе ОУ напряжение 2 В на выходе нужно получить 10 В , отсюда

Коэффициент усиления должен быть 5. R6/R1+1=5 R1/R6=4 , задавшись

R1=1.3 кОм получим , что R6=8.2 кОм.

Схема усилителя на рисунке 4.2.

РИС.4.2.

4.4.Выбор элементов схемы.

4.4.1.Выбираю ОУ LM 318: V=70 В/мкс ; Iвых=25мА ; f=10МГц ; Кu=200000

Uвых=18 В.

4.4.2.Стандартные значения сопротивлений:

R1- МЛТ – 0.25 – 1.3 кОм – 5%

R2,R5 – МЛТ – 0.25 – 4.7 кОм – 5%

R3,R4 – МЛТ – 0.25 – 390 Ом – 5%

R6 – МЛТ – 0.25 – 8.2 кОм-5%