3.2 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 = 3600 || 1200 = 0,9 (кОм)

R_СВ = 2·(R₁₂ || R_л ) = 2·(3600 || 1200 ) = 1,8(кОм)

R₁₃ = R_СВ = 1,8 (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 = 0,184 (В)

U_R13 = 2U_H = 2*0,184 = 0,368 (В)

Определим значение емкости конденсатор в цепи ОС:

(Ф)

Принимаем С₁₈= 50 (мкФ)

3.3 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 = 0,184 (В)

R_{н. у} = R_ООС||R_вхЦВmin.||R_вхп2 = 2700|| ||240000 = 1638,7 (Ом)

Определим ток в нагрузке:

(А)

Зададимся I_Kmin4 и U_КЭmin4 :

2,0318 (мА)

(В)

Определим I_KMAX4

I_Kmax4 = (2~5) ∙ (2·I_H4 + I_Kmin4) =(4) ∙ (2·0,000159 + 0,0020318) = 0,009 (А)

Определим ₄ :

Определим напряжение питания:

Зададимся ₄ = 0,05

(В)

Принимаем Е_К = 4 (В)

Пересчитаем ₄

0,31

Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT4:

= 81,8 (Ом)

Принимаем R16 = 82 (Ом)

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

U_R17 = E_K · ₄ = 4 · 0,31 = 1,24 (В)

U_C20 = ∙U_вых.у. + U_КЭmin4 + U_R17 = ∙0,184_. + 2,0368 + 1,24 = 3,54 (В)

Определим покоя транзистора VT_{4 -} I_П4:

(мА)

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

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

U_КЭ4 = 4 – (0,0056+ 0,0020318) ∙ 82 – 1,21 = 2,16 (В)

Определим допустимую мощность, рассеиваемую на транзисторе VT4:

P_КДОП = I_П4 · U_КЭ4 = 0,0056 · 2,16 = 12 (мВт)

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

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	β	Iко, мА
VT4	KT201B	n-p-n	150	10	0,03	40	0,0005

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

Определим максимальный ток коллектора транзистора VT4 - I_Kmax4 :

I_Kmax4 = (2~5) ∙· (2·I_H4 + I_Kmin4) =(4) ∙ (2·0,159 + 0,03) = 1,392 (мА)

Определим ток базы транзистора VT4:

(мА)

Определим резистор в цепи эмиттера

(Ом)

По ряду Е24 принимаем R₁₇= 220 Ом

Определим ток делителя:

I_Д = (2~5)· I_Б4 = (4)· 0,14 = 0,56 (мА)

Определим значения сопротивлений резисторов делителя базы:

U_R16=R₁₆∙( ) = 82∙( ) = 0,014 (В)

= 1870 (Ом)

Принимаем R₁₄= 1800 (Ом)

U_БЭ4= -R14∙( )

U_БЭ4= -1800∙( ) = 0,914 (В)

= 4644(Ом)

Принимаем R₁₅= 4700 (Ом)

(А)

Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера:

(Ф)

Принимаем С₁₉ = 2000 (мкФ)

Определим коэффициент усиления каскада на транзисторе VT4:

= 5,4

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

(Ом)

R_к~4 = R_H4 || R₁₆ = 1638 || 82 = 78 (Ом)

Определим входное и выходное сопротивления каскада на транзисторе VT4:

R_ВХ4= R₁₄ || R₁₅ || (r_Б4 + r_Э4· (1+₄)) = 1800 || 4700 || (400 + 4,36· (1+40)) =

= 400,6 (Ом)

r_К4 = = 381,35 (Ом)

R_ВЫХ4 = r_K4 || R₁₆ = 381,35 || 82 = 67,5 (Ом)

Определим входное напряжение каскада на транзисторе VT4:

(В)

Рассчитаем элементы, относящиеся к усилительному каскаду на транзисторе VT3.

U_ВЫХ.У. = U_вх4 = 0,034 (В)

R_Н.У. = R_ВХ4= 1638,7(Ом)

Определим ток в нагрузке:

(мА)

Зададимся значениями тока и напряжения I_Kmin3 и U_КЭmin3:

(мА)

(В)

Определим максимальное значение тока коллектора транзистора VT3 - I_KMAX3 :

I_Kmax3 = (2~5) · (2·I_H3 + I_Kmin3) =(4) · (2·0,0293 + 2,0318) = 8,36 (мА)

Определим величину :

Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT3:

(Ом)

Принимаем R₁₁ = 270 (Ом)

Определим падение напряжения на разделительном конденсаторе С₁₇:

U_C17 = ∙U_ВЫХ.У. + U_КЭmin3 + U_R12 = ∙0,034 + 2,0068 + 0,184 =

= 2,24 (В)

Определим ток покоя транзистора VT3I_П3 :

(мА)

Определим значения напряжения на участке коллектор-эмиттер транзистора VT3:

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

U_КЭ3 = 4 – (0,00652+ 0,0020318)· 270 – 0,184 = 1,5 (В)

Определим допустимую мощность, рассеиваемую на транзисторе VT3:

P_КДОП = I_П3 · U_КЭ3 = 0,00652 · 1,5 = 0,00978 (Вт)

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

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	β	Iко, мА
VT3	KT201B	n-p-n	150	10	0,03	40	0,0005

Определим ток базы транзистора VT3:

(мА)

Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера:

(Ом)

По ряду Е24 принимаем R₁₂= 27 (Ом)

Определим ток делителя:

I_Д = (2~5)· I_б3 =(4)· 0,163 = 0,652 (мА)

Определим значение сопротивлений резисторов делителя базы:

U_R11=R₁₁∙( ) = 270∙( ) = 0,044 (В)

= 833,13 (Ом)

Принимаем R10 = 820 (Ом)

U_БЭ3= -R₁₀∙( )

U_БЭ3= -820∙( ) = 0,88(В)

(Ом)

Принимаем R₉ = 5100 (Ом)

(А)

Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера :

(Ф)

Принимаем С₁₆ = 1300 (мкФ)

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

где: r_Б3 = 400 (Ом)

(Ом)

R_K~3 = R_H3 || R₁₁ = 1638,7 || 270 = 231,8 (Ом)

Определим входное сопротивление каскада на транзисторе VT3:

R_ВХ3=R₁₀||R₉||(r_б3+r_э3 (1+₃))

R_ВХ3=820||5100||(400+3,74 (1+40)) = 310,29 (Ом)

Определим выходное сопротивление каскада на транзисторе VT3:

r_К3 = 226,32 (Ом)

R_ВЫХ4 = r_K3 || R₁₁= 226,32 || 270 = 123,11 (Ом)

Определим общий коэффициент усиления каскадов:

K=K₃∙K₄ = 16,77∙5,4 = 90,6

Определим входное напряжение предварительного усилителя:

(В)