Отрицательная нелинейная обратная связь

В качестве нелинейного элемента выбираем лампу накаливания. Нелинейный элемент (НЭ) вводится нами в схему для ограничения амплитуды. Сопротивление НЭ зависит от температуры, а та в свою очередь от баланса мощностей. При этом постоянная времени НЭ, работающего в автогенераторе, должна быть намного больше периода колебаний на самой нижней рабочей частоте, в этом случае температура НЭ на протяжении периода колебаний не может следовать за изменениями мгновенной мощности и остается постоянной с высокой степенью точности. Таким образом, сопротивление НЭ является функцией действующего значения тока или напряжения, а получаемые автоколебания - синусоидальными. Характеристики нелинейного элемента – лампы накаливания:

Тип	Uст, В	Iср, мА	Iр.о., мА	Iн, мА	t, с
НСМ12х5	0,5  3	1	0,6  1,8	6	0,4

Найдем напряжение лампы:

(В)

Рассчитаем значения элементов, через которые реализована обратная связь.

Найдем сопротивление лампочки с помощью ом-амперной характеристики.

I_л=0,0013 А, R_л = 1200 Ом

Выбираем резистор R₁₂ из условия R₁₂ >> R_л , предположим, что R₁₂=3∙R_л=3600 Ом.

Принимаем R₁₂ = 3,6 (кОм)

R_э~=R₁₂ || Rл = (кОм)

R_СВ = 2·(R₁₂ || R_л ) = (кОм)

R₁₃ = R_СВ = (кОм)

Посчитаем сопротивление ООС:

(Ом)

Определим коэффициент отрицательной обратной связи и коэффициент усиления:

, где R_н=R_{вх. п на VT5,6}

Определим значения напряжений на резисторах R₁₂ и R₁₃

U_R12 = U_H = (В)

U_R13 = 2U_H = (В)

Определим значение емкости конденсатор в цепи ОС:

(Ф)

Принимаем С₁₈= (мкФ)

Предварительный усилитель

Этот усилитель выполняет две основные функции:

• обеспечивает баланс фаз

• обеспечивает коэффициент усиления  3

Рассчитаем элементы, относящиеся к усилительному каскаду на транзисторе VT4.

Усилитель напряжения работает на нагрузку (эмиттерный повторитель), на мост Вина, на ООС.

U_вых.у = U_вх.п2 = (В)

R_{н. у} = R_ООС||R_вхЦВmin.||R_вхп2 (Ом)

1. Определим ток в нагрузке:

(А)

2. Зададимся I_Kmin4 и U_КЭmin4 :

(мА)

(В)

3. Определим I_KMAX4

I_Kmax4 = (2~5) ∙ (2·I_H4 + I_Kmin4) (А)

4. Определим ₄ :

5. Определим напряжение питания:

Зададимся ₄ = 0,05

(В)

Принимаем Е_К = (В)

Пересчитаем ₄

6. Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT4:

(Ом)

Принимаем R16 = (Ом)

7. Определим падение напряжения на резисторе R₁₇ и величину напряжения, до которого зарядится конденсатор С₂₀:

U_R17 = E_K · ₄ (В)

U_C20 = ∙U_вых.у. + U_КЭmin4 + U_R17 (В)

8. Определим покоя транзистора VT_{4 -} I_П4:

(мА)

9. Определим напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT4 - U_КЭ4:

U_КЭ4 = E_K – (I_П4+ I_Kmin4) ∙ R₁₆ - U_R17 (В)

10. Определим допустимую мощность, рассеиваемую на транзисторе VT4:

P_КДОП = I_П4 · U_КЭ4 (Вт)

11. Выбираем транзистор VT4, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	Iко, мА
VT4

12. Так как значение I_k0 сильно отличается от I_Kmin4, то произведем перерасчет с учетом того, что I_Kmin4= I_ko=30 мкА

13. Определим максимальный ток коллектора транзистора VT4 - I_Kmax4 :

I_Kmax4 = (2~5) ∙· (2·I_H4 + I_Kmin4) (мА)

14. Определим ток базы транзистора VT4:

(мА)

15. Определим резистор в цепи эмиттера

(Ом) По ряду Е24 принимаем R₁₇= Ом.

16. Определим ток делителя:

I_Д = (2~5)· I_Б4 (мА)

17. Определим значения сопротивлений резисторов делителя базы:

U_R16=R₁₆∙( ) (В)

(Ом)

Принимаем R₁₄= (Ом)

U_БЭ4= -R14∙( ) (В)

(Ом)

Принимаем R₁₅= (Ом)

(А)

18. Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера:

(Ф)

Принимаем С₁₉ = (мкФ)

19. Определим коэффициент усиления каскада на транзисторе VT4:

,

где значение сопротивления в области базы примем r_Б4 = 400 (Ом).

(Ом)

R_к~4 = R_H4 || R₁₆ (Ом)

20. Определим входное и выходное сопротивления каскада на транзисторе VT4:

R_ВХ4= R₁₄ || R₁₅ || (r_Б4 + r_Э4· (1+₄)) (Ом)

r_К4 = (Ом)

R_ВЫХ4 = r_K4 || R₁₆ (Ом)

21. Определим входное напряжение каскада на транзисторе VT4:

(В)

Рассчитаем элементы, относящиеся к усилительному каскаду на транзисторе VT3.

U_ВЫХ.У. = U_вх4 (В)

R_Н.У. = R_ВХ4= (Ом)

22. Определим ток в нагрузке:

(мА)

23. Зададимся значениями тока и напряжения I_Kmin3 и U_КЭmin3:

(мА)

(В)

24. Определим максимальное значение тока коллектора транзистора VT3 - I_KMAX3 :

I_Kmax3 = (2~5) · (2·I_H3 + I_Kmin3) (мА)

25. Определим величину :

26. Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT3:

(Ом)

Принимаем R₁₁ = (Ом)

Определим падение напряжения на разделительном конденсаторе С₁₇:

U_C17 = ∙U_ВЫХ.У. + U_КЭmin3 + U_R12 (В)

27. Определим ток покоя транзистора VT3I_П3 :

(мА)

28. Определим значения напряжения на участке коллектор-эмиттер транзистора VT3:

U_КЭ3 = E_K – (I_П3+ I_Kmin3)· R₁₁ - U_R12 (В)

Определим допустимую мощность, рассеиваемую на транзисторе VT3:

P_КДОП = I_П3 · U_КЭ3 (Вт)

29. Выбираем транзистор VT3, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	Iко, мА
VT3

30. Определим ток базы транзистора VT3:

(мА)

31. Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера:

(Ом)

По ряду Е24 принимаем R₁₂= (Ом)

32. Определим ток делителя:

I_Д = (2~5)· I_б3 (мА)

33. Определим значение сопротивлений резисторов делителя базы:

U_R11=R₁₁∙( ) (В)

(Ом)

Принимаем R10= (Ом)

U_БЭ3= -R₁₀∙( ) (В)

(Ом)

Принимаем R₉= (Ом)

(А)

34. Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера :

(Ф)

Принимаем С₁₆ = (Ф)

35. Определим коэффициент усиления каскада (без ООС) на транзисторе VT3:

где: r_Б3 = 400 (Ом)

(Ом)

R_K~3 = R_H3 || R₁₁ (Ом)

36. Определим входное сопротивление каскада на транзисторе VT3:

R_ВХ3=R₁₀||R₉||(r_б3+r_э3 (1+₃)) (Ом)

Определим выходное сопротивление каскада на транзисторе VT3:

r_К3 = (Ом)

R_ВЫХ4 = r_K3 || R₁₁ (Ом)

37. Определим общий коэффициент усиления каскадов:

K=K₃∙K₄

38. Определим входное напряжение предварительного усилителя:

(В)