МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТАУКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВ ЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению курсового проекта

по дисциплинам: “Схемотехника”, “Электроника и микросхемотехника”, “Основы схемотехники”

на тему: “СПроектироваТЬ генератор синусоидального сигнала (ГСС) с цифровой индикацией выходной мощности”

№ 183

Рассмотрено на заседании кафедры “Электронная техника”

Протокол № 6 от 26.01.2011

Утверждено на заседании учебно-издательского совета ДонНТУ

Протокол № 2 от 21.03.2011р.

Донецк – 2011

Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплинам “Схемотехника”, “Электроника и микросхемотехника”, “Основы схемотехники” для студентов специальностей: “Электронные системы”, “Приборы и системы экологического мониторинга”, “Компьютеризированные системы управления и автоматика” и “Телекоммуникационные системы и сети”/ Сост.: А.А. Зори, В.И. Буркивченко, А.Е. Кочин, А.Г. Лыков, – Донецк: ДонНТУ, 2011. – 47 с.

Содержат цель и задачи курсового проекта, организацию его выполнения, требования к содержанию и оформлению пояснительной записки и графической части проекта, структурную схему проектируемого устройства, методики расчета аналоговых бестрансформаторных усилителей мощности и усилителей напряжения на биполярных транзисторах, генераторов синусоидального напряжения на операционных усилителях, а также синтез цифровой части проектируемого устройства – генератора и делителя частоты, формирователя начала и окончания периода временных интервалов, коммутаторов питания цифровой индикации и управления.

Составители: А.А. Зори, проф.

В.И. Буркивченко, доц.

А.Е. Кочин, доц.

А.Г. Лыков, асс.

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Общие положения…………………………………………………………………...4

1 Расчеты аналоговых функциональных узлов..…………………………………..7

1.1 Расчет двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности и предварительного усилителя напряжения………………………………………....7

1.2 Расчет генератора синусоиды на операционном усилителе…………...…25

2 Синтез цифровых функциональных узлов……………………………………...31

2.1 Синтез генератора прямоугольных импульсов………………………........32

2.2 Синтез делителя частоты…………………………………………………....32

2.3 Синтез формирователя временных интервалов цифровой индикации.….35

2.4 Формирователь временных интервалов устройства управления объектами…………………………………………………………………………...37

2.5 Коммутатор питания цифровой индикации………………………………..38

2.6 Коммутатор питания устройства управления объектами.………………...38

3 Требования к оформлению курсового проекта………………………………...39

Перечень ссылок……………………………………………………………………44

Приложение А. Задание на курсовой проект……….…………………………….46

Приложение Б. Параметры кварцевых резонаторов……………………………..47

Общие положения

Курсовое проектирование является важным завершающим этапом в изучении дисциплины. Его целью является углубленное изучение материала по данной дисциплине, позволяющей закрепить теоретические знания, получить практические навыки, необходимые для дипломного проектирования в направлении совершенствования существующей и создания новой техники. В ходе выполнения курсового проектирования студенты должны решить следующие задачи – рассчитать аналоговые и синтезировать цифровые электронные устройства, приборы, подсистемы и системы, исходя из предъявляемых к ним требований и выполняемых ими функций.

Курсовое проектирование начинается с момента получения задания, которое выдается на первой неделе учебных занятий. Срок выполнения проекта для стационара – 12 недель, для заочного отделения – 14 недель. Контроль выполнения курсового проекта осуществляется его руководителем в часы занятий и консультаций, отводимых на курсовое проектирование. Результаты работы по курсовому проекту содержаться в графической части (на листе ватмана формата А1) и текстовой – пояснительной записке, которые сдаются руководителю на проверку и рецензирование. После получения рецензии и устранения студентом отмеченных замечаний он представляет курсовой проект на защиту с выставлением дифференцированной оценки.

Данные методические указания предназначены для проектирования электронных устройств по аналоговой и цифровой схемотехнике. В качестве конкретного примера выбран генератор синусоидального сигнала (ГСС) с цифровой индикацией выходной мощности. На рис. 0.1 представлена электрическая структурная схема ГСС, включающая в себя его аналоговую и цифровую части.

Базой проектирования аналоговой части устройства являются расчеты приведенных ниже функциональных узлов ГСС: генератор синусоиды; предварительный усилитель напряжения; усилитель мощности. Предложены схемы и методики расчета этих узлов.

В основу проектирования цифровой схемотехники положен синтез этого устройства, в котором цифровая индикация выполнена по принципу энергосберегающей технологии (не непрерывная, а дискретная – в строго определенные моменты включается, определенное время работает и выключается). Этот принцип целесообразно использовать для управления энергоемкими техническими объектами, технологическими процессами, допускающими кратковременные их отключение с последующим включением и работой. Реализация этого принципа на практике позволит улучшить технико-экономические показатели объекта управления за счет снижения потребляемой энергии, расходов на нее, повышение надежности его работы и.т.д.

В данных методических указаниях ниже представлены: в разделе 1 – расчеты аналоговых функциональных узлов проектируемого ГСС, в разделе 2 – синтез цифровых функциональных узлов проектируемого ГСС, в разделе 3 – требования к оформлению курсового проекта.

1 Расчеты аналоговых функциональных узлов

Расчеты, приведенных ниже функциональных узлов(ФУ) ГСС, позволяют: по исходным выходным данным определить искомые значения интересующих параметров элементов и узлов; обоснованно выбрать элементную базу проектируемого ГСС; разработать схему электрическую принципиальную, а по ней (при необходимости) изготовить макетный образец этого ГСС, являющийся его аппаратной реализацией.

1. Расчет двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности (ДБУМ) и предварительного усилителя напряжения (ПУН)

Исходные данные:

- мощность нагрузки: P_н = 4.5 Вт;

- сопротивление нагрузки: R_н = 25 Ом;

- частота синусоиды: f_н = 2 кГц;

- коэффициент нелинейных искажений:  = 0.22 %;

- диапазон рабочих температур: (+10…+50) ºС;

- нормальная температура: +20 ºС;

- тип мощного транзистора: КТХХХХ.

На рис. 1.1 представлена общая принципиальная схема ДБУМ и ПУН, выполненная на транзисторах: ПУМ – на VT1 и VT2, ДБУМ – на VT3-VT6. Расчет этих усилителей производится в следующей последовательности.

1. Расчет напряжения питания Е_к

Резисторы R9 и R10 линеаризируют проходную характеристику каскада и величина их сопротивления выбирается равной:

R9 = R10 = 0.05∙R_н = 1.25 1.3 Ом.

Напряжение источника питания определяется из условия:

Из стандартного ряда напряжений принимается: Е_к = 36 В.

Рисунок 1.1 – Принципиальная схема ДБУМ и ПУН

2. Расчет коллекторной цепи транзисторов оконечного каскада (VT5, VT6)

Коэффициент использования напряжения питания принимается равным ξ = 1, тогда приближённые соотношения для выбора оконечных транзисторов имеют вид:

U_кэmax = Е_к/2 = 36/2 = 18 В;

3. Проверка транзисторов оконечного каскада (VT5, VT6)

Заданный по условию транзистор проверяется на соответствие условиям эксплуатации (см. табл. 1.1).

Из табл. 1.1 следует, что транзистор удовлетворяет требованиям каскада, но необходим радиатор. Возможный внешний вид радиатора приведен на рис. 1.2.

Таблица 1.1 – Сравнение расчетных данных с максимально допустимыми параметрами заданного транзистора (справочными значениями)

Расчетные данные	Условия выбора	Параметры транзистора КTХХХХ
Uкэmax р = 18 В	Uкэmax р Uкэmax спр	Uкэmax = 60 B
Ik max р= 0.72 A	Ik max р Ik max спр	Ik max = 3 A
Pк max р = 1.125 Вт	Pк max р ≤ Pк max спр	Рк max(50ºC) = 4 Вт (с радиатором)
fн = 2 кГц	3∙fн < fгр	fгр = 20 МГц

Рисунок 1.2 – Ребристый радиатор

Требуемая площадь радиатора определяется из выражения:

4. Построение нагрузочных прямых по постоянному и переменному току. Выбор рабочей точки А по постоянному току

На выходных ВАХ строится нагрузочная прямая по постоянному току (I_), проходящая вертикально вверх через точку Е_к/2 = 36/2 = 18 В (см. рис. 1.3). На этой прямой выбирается положение рабочей точки транзистора А:

Нагрузочная прямая по переменному току (I_~) проходит через рабочую точку А и ее наклон определяется сопротивлением резисторов (R_н+R9). Для построения данной нагрузочной прямой вначале строится вспомогательная линия, проходящая через точки В и С с координатами:

а затем полученная линия параллельным переносом смещается в рабочую точку.

Рисунок 1.3 – Выходные ВАХ транзистора VT5

Рисунок 1.4 – Входные ВАХ транзистора VT5

По входным и выходным ВАХ (см. рис. 1.3 и 1.4) определяются координаты рабочей точки А:

I_кoVT5 = 0.072 А; U_кэoVT5 = 18 В; I_бoVT5 = 0.4 мA; U_бэoVT5 =0.1 B.

Определяются требуемые амплитуды выходных и входных напряжений и токов (U_кэm, I_кm, I_бm, U_бэm) для обеспечения заданной мощности нагрузки (Р_н=0.5∙U_кэm∙I_кm) при минимальных нелинейных искажениях.

Ниже приведены значения амплитуд выходных и входных напряжений и токов, определенные по ВАХ транзистора VT5.

U_кэmVT5 =U_{кэо VT5} - U_{кэ minVT5}=18 - 2.4 = 15.6 В;

I_кmVT5= I_{к max VT5} - I_кoVT5 = 0.66 - 0.072 = 0.588 A;

I_бmVT5= I_{б maxVT5} - I_бoVT5 = 5.5 - 0.4 = 5.1 мA;

U_бэmVT5= U_{бэ maxVT5} - U_бэоVT5 =0.41 - 0.1 = 0.31 В.

Справедливость допущения (ξ=1) принимается, если ξ≥0,85. В данном случае:

,

поэтому характеристики транзистора не пересчитываются.

Рассчитывается мощность, рассеиваемая на резисторах R9, R10, и выбирается тип резисторов.

Коэффициент усиления по току транзистора VT5:

h

5. Расчет базовой цепи составного транзистора VT3, VT5

Сопротивления резисторов R11, R12 определяются из выражения:

R11 = R12 = Ом (R11 = R12 = 56 Ом).

(коэффициент k выбран таким образом, чтобы рабочая точка VT3 находилась в активной области ВАХ – рис. 1.5).

Рассчитывается мощность, рассеиваемая на резисторах R11, R12, и выбирается тип резисторов.

Условия для выбора транзисторов VT3, VT4:

I_{к max VT3} = I_{б max VT5} +U_{бэ max VT5} /R11 = 5.5·10^-3 + 0.41/56 = 0.0128 A;

U_{кэ maxVT3}= U_кэоVT5 – U_{бэ оVT5} = 18 - 0.1 = 17.9 B;

;

По этим параметрам выбираем транзисторы VT3, VT4 (справочные данные пересчитываются для t_{окр. ср.} = 50 ºС).

Таблица 1.2 – Справочные параметры для выбранных транзисторов VT3, VT4

VT3: KTХХХХ	VT4: KTХХХХ

По соотношениям I_кVT3 = I_бVT5 + U_бэVT5/R11; U_кэVT3 = U_кэVT5 - U_бэVT5 строим нагрузочную характеристику для транзистора VT3 и определяем её параметры.

Таблица 1.3 – Данные для построения нагрузочной характеристики VT3

IкVT5, А	IбVT5, мА	UбэVT5, В	UкэVT5, В	IкVT3, мА	UкэVT3, В
0	0	0.05	19.9	0.9	19.85
72	0.4	0.1	18	2.2	17.9
300	1.9	0.28	12	6.9	11.72
448	3.1	0.31	8	8.65	7.69
636	5	0.37	3.15	11.6	2.78
660	5.5	0.41	2.4	12.8	2.02

По входным и выходным ВАХ (см. рис. 1.5 и 1.6) определяются координаты рабочей точки А:

I_кoVT3 = 2.2 мА; U_кэoVT3 = 17.9 В; I_бoVT3 = 0.013 мA; U_бэoVT3 =0.675 B.

Определяются требуемые амплитуды выходных и входных напряжений и токов:

U_{кэ mVT3}= U_кэоVT3 -U_{кэ minVT3} = 17.9 – 2.02 = 15.88 В;

I_{к mVT3}= I_{к maxVT3} - I_кoVT3 = 12.8 - 2.2 = 10.6 мA;

I_{б mVT3}= I_{б maxVT3} - I_бoVT3 = 0.186 – 0.013=0.173 мA;

U_{бэ mVT3}=U_{бэ maxVT3} - U_бэоVT3=0.8-0.675=0.125 В.

Коэффициент усиления по току транзистора VT3:

.

Рисунок 1.5 – Выходные ВАХ транзистора VT3

Рисунок 1.6 – Входные ВАХ транзистора VT3

6. Расчет коллекторной цепи транзистора VT2

Транзистор VT2 работает в режиме А. Положим:

I_кoVT2 = (1.1÷1.2)·I_бmVT3 = 1.2·0.173 = 0.208 мА.

Это меньше 1 мА, поэтому выбираем: I_кoVT2 = 1 мА.

Условия для выбора транзистора VT2:

I_{к mахVT2} = 2·I_кoVT2 = 2·1 = 2 мА; U_{кэ max VT2} = Е_к = 36 В;

f_гр > 10·f_н = 10·2 = 20 кГц.

По этим параметрам из справочника [10] выбирается транзистор КТХХХХ с максимально допустимыми параметрами:

U_кэmах = 40 В; I_{k max} = 300 мA; P_{к max} =500 мВт; f_гр = 5 МГц.

Сопротивление резистора R8 равно:

.

Выбирается тип резистора R8.

По входным и выходным ВАХ (см. рис. 1.7 и 1.8) определяются координаты рабочей точки А:

I_кoVT2 = 1 мА; U_кэoVT2 = 18 В; I_бoVT2 = 30.3 мкA; U_бэoVT2 =0.594 B.

Определяются требуемые амплитуды выходных и входных напряжений и токов:

U_{кэ mVT2}= U_кэоVT2 –U_{кэ minVT2} = 18 – 14 = 4 В;

I_{к mVT2}= I_{к maxVT2} - I_кoVT2 = 1.208 - 1 = 0.208 мA;

I_{б mVT2}= I_{б maxVT2} - I_бoVT2 = 41.1 – 30.3=10.8 мкA;

U_{бэ mVT2}=U_{бэ maxVT2} - U_бэоVT2 = 0.607-0.594=0.013 В.

Через рабочую точку А и точку на оси ординат проводится нагрузочная прямая по постоянному току.

Коэффициент усиления по току транзистора VT2:

По найденным параметрам определяются:

Выбирается тип резистора R4.

Рисунок 1.7 – Выходные ВАХ транзистора VT2

Рисунок 1.8 – Входные ВАХ транзистора VT2

7. Расчет коллекторной и базовой цепей транзистора VT1

Транзистор VT1 работает в режиме А.

Р_кVT1 = 1.2·Р_бVT2 = 1.2·70.2 = 84.2 нВт;

I_кmVT1 = 1.2·I_бmVT2 =1.2·10.8 = 12.96 мкА;

I_кoVT1 = 1.2·I_кmVT1 = 1.2·12.96 = 15.55 мкА.

Так как I_кoVT1 < 1 мА, то принимаем I_кoVT1 = 1 мА.

Условия для выбора транзистора VT1:

I_{к mахVT1} = 2·I_кoVT1 = 2·1 = 2 мА;

U_{кэ maxVT1} = Е_к/2 = 18 В; ;

f_гр > 10·f_н = 10·2 = 20 кГц.

По рассчитанным параметрам выбираем транзистор KTХХХХ с максимально допустимыми параметрами:

U_кэmах = 30 В; I_{k max} = 10 мA; P_{к max} =150 мВт; f_гр = 3 МГц;

Резисторы R6 и R4 обеспечивают необходимый ток покоя коллектора транзистора VT1:

, отсюда

Выбирается тип резистора R6.

C учетом этого фактор отрицательной обратной связи:

Так как в данном случае усиливаемый сигнал занимает очень узкую полосу в области 2 кГц, то динамические искажения усилительного каскада, возникающие при столь глубокой ООС, не влияют на этот сигнал.

По входным и выходным ВАХ (см. рис. 1.9 и 1.10) определяются координаты рабочей точки А:

I_коVT1 = 1 мА; U_кэоVT1 = 9 В; I_боVT1 = 26.6 мкA; U_бэоVT1 =0.548 B.

Рисунок 1.9 – Выходные ВАХ транзистора VT1

Рисунок 1.10 – Входные ВАХ транзистора VT1

Через рабочую точку А и точку на оси ординат

проводится нагрузочная прямая по постоянному току.

Определяются требуемые амплитуды выходных и входных токов и напряжений:

U_{кэ mVT1}= U_кэоVT1 - U_{кэ minVT1} = 9 - 8.75 = 0.25 В;

I_{к mVT1}= I_{к maxVT1} - I_кoVT1 = 1.013 - 1 = 0.013 мA;

I_{б mVT1}= I_{б maxVT1} - I_бoVT1 = 27.4 - 26.6 = 0.8 мкA;

U_{бэ mVT1}=U_{бэ maxVT1} - U_бэоVT1= 0.5505 - 0.548=0.0025 В.

Коэффициент усиления по току транзистора VT1:

8. Расчет цепи ООС (R5, R6 )

Глубина ООС F = 5360. Задаемся значением (типовое) отсюда: = Выбирается тип резистора R5.

Проверяем условие

Условие выполняется.

9. Расчет делителя в цепи базы транзистора VT1

Пусть ток делителя

Напряжение в точке В1 (см рис. 1.1):

Тогда сопротивления резисторов R1 и R2 равны:

; .

Выбираются типы резисторов R1 и R2.

Рассчитывается коэффициент температурной нестабильности каскада:

, т.е. каскад обеспечивает требуемую температурную стабильность.

10. Расчет цепи термостабилизации тока покоя оконечного каскада

Напряжение на цепи термостабилизации равно:

.

Общее сопротивление цепочки равно:

Требуемое значение напряжения смещения обеспечивается для двух значений температуры t΄ и t˝. Погрешности для других значений температуры получаются наименьшими, если:

,

где t_max и t_min – предельные значения температуры окружающей среды.

Примем В=2500 К. Т΄=t΄+273 = 15.86+273 = 288.86 К; T˝=t˝+273 = = 44.14+273 = 317.14 К. Пусть t_o=+20^oC и с=2.2·10^-3 В/1 ^оС. Рассчитаем величины:

Номинальное значение термосопротивления для t=t_o=+20 ^oC:

По справочнику [5] выбираем тип терморезистора: ММТ-4 - 33 к 20%, ТКС = 3%/ , t = -60…+125 .

Проверяем правильность расчета: – – значение практически совпадает с первоначальным, значит цепь рассчитана верно.

11. Расчет конденсаторов C1, C3, C4

Значения емкостей выбирается по ГОСТу и производится выбор типа конденсаторов.

12. Требования к мощности источника питания

Ток, потребляемый от источника питания:

Потребляемая мощность: .

13. Уточнение результирующих характеристик усилителя

1.1.14 Расчет нелинейных искажений

1.1.14.1 Нелинейные искажения, вносимые оконечным каскадом.

Строится сквозная динамическая характеристика оконечного каскада I_кVT5 = f(Е_ист). Напряжение источника равно:

Е_ист =U_бэVT3 + U_бэVT5 + I_кVT5·(R_н + R₉).

Таблица 1.4 – Данные для построения сквозной динамической характеристики оконечного каскада

UбэVT3, В	UбэVT5, В	IкVT5, А	R9+Rн, Ом	Еист, В
0.675	0.1	72	26.3	2.67
0.76	0.28	300	26.3	8.93
0.776	0.31	448	26.3	12.9
0.794	0.37	636	26.3	17.9
0.8	0.41	660	26.3	18.6

На сквозной характеристике (см. рис. 1.11) выбираются три значения тока коллектора: I_o' = 0.072 А; I₁' = 0.362 А; I_max' = 0.66 А.

Рисунок 1.11 – Сквозная динамическая характеристика оконечного каскада

Для расчета коэффициента нелинейных искажений оконечного каскада методом пяти ординат необходимо учесть асимметрию плеч (b=0.1÷0.15). Тогда:

Амплитуды гармонических составляющих тока коллектора VT5:

Коэффициент нелинейных искажений оконечного каскада равен:

1.1.14.2 Нелинейные искажения, вносимые транзистором VT2.

Определяется входное сопротивление каскада на транзисторе VT2:

.

Принимается:

Строится сквозная динамическая характеристика каскада на транзисторе VT2 (см табл.1.5 и рис.1.12).

По сквозной характеристике определяется пять значений тока коллектора:

I_max=1.2 мА, I₁=1.103 мА, I₀=1 мА, I₂=0.896 мА, I_min=0.792 мА.

Таблица 1.5 – Данные для построения сквозной динамической характеристики каскада на транзисторе VT2

IкVT2, мА	0.792	1	1.195	1.208
IбVT2, мкА	20.8	30.3	40	41.1
UбэVT2, В	0.581	0.594	0.605	0.607
Uг = Uбэ + Iб·Rист, В	0.631	0.667	0.701	0.706

Рисунок 1.12 – Сквозная динамическая характеристика каскада на транзисторе VT2

1.1.14.3 Нелинейные искажения, вносимые транзистором VT1.

Определяется входное сопротивление каскада на транзисторе VT1:

Принимается .

Строится сквозная динамическая характеристика каскада на транзисторе VT1 (см табл.1.6 и рис.1.13).

Таблица 1.6 – Данные для построения сквозной динамической характеристики каскада на транзисторе VT1

IкVT1, мА	0.9	1	1.1
IбVT1, мкА	21.7	26.6	31.7
UбэVT1, В	0.539	0.548	0.557
Uг = Uбэ + Iб·Rист, В	0.6746	0.7142	0.7551

Рисунок 1.13 – Сквозная динамическая характеристика каскада на транзисторе VT1

По сквозной характеристике определяется пять значений тока коллектора:

I_max=1.013 мА, I₁=1.0065 мА, I₀=1 мА, I₂=0.9935 мА, I_min=0.9868 мА.

1.1.14.4 Общий коэффициент нелинейных искажений БУМ.

С учётом ООС: γ_{БУМ ОС} = γ_БУМ/F = 5.13/5360 = 0.001 %.

Поскольку γ_ТЗ=0.22%, то на генератор синусоиды остаётся:

γ _Гsin= .

1.2 Расчет генератора синусоиды на операционном усилителе (ОУ)

Схема генератора синусоиды со стабилизацией амплитуды с помощью полевого транзистора и использованием в цепи положительной ОС моста Вина приведена на рис. 1.14.

Стабилизация частоты выходного напряжения осуществляется с помощью кварцевого кристалла; стабилизация амплитуды осуществляется с помощью схемы автоматической регулировки усиления (АРУ). В целом схема генератора такого типа обеспечивает уровень искажений синусоидального напряжения не хуже 0.2%.

Расчёт генератора ведётся в следующей последовательности.

Рисунок 1.14 – Принципиальная схема генератора синусоиды

1. Выбор полевого транзистора

Обозначим через R_к сопротивление канала полевого транзистора. Тогда типичная зависимость R_к от напряжения на затворе для ПТ, изготовленного методом двойной диффузии [22], будет следующая:

.

ПТ работает в режиме малого сигнала (U_си около 1.5 В) и представляет собой переменный резистор. U_{зи_с} следует выбирать в середине активной области. Например, для ПТ с n-каналом и управляющим p-n-переходом U_{зи_с} необходимо выбирать между U_зи=0 и U_{зи max}.

2. Выбор ОУ

Следует выбирать ОУ, который имеет линейную характеристику в заданном диапазоне изменения выходного напряжения, а также он должен обеспечивать требуемый ток в нагрузке.

Наиболее подходящим следует считать ОУ с полевым транзистором на входе, для которого диапазон возможных величин сопротивлений в цепи ОС ограничивается десятками МОм.

3. Выбор диода VD1

Диод выбирают из условий:

U_обр=U_вых=U_{вых ОУ max}/2 < U_{обр max}; I_пр=I_ст < I_{пр ср max}.

После выбора диода рассчитывается его сопротивление при прямом включении:

4. Выбор стабилитрона VD2

Стабилитрон выбирают из условия: U_ст  U_вых-U_прVD1-U_{зи_c}.

5. Расчёт резисторов и емкостей

Сопротивление канала ПТ при U_зи=0 равно:

.

Для стационарного (установившегося) режима работы генератора сопротивление канала ПТ равно:

.

Сопротивления R1 и R2 равны:

Сопротивление резистора R3 рекомендуется принять равным (50 100) кОм и с учётом этого рассчитать ёмкость С1 по формуле:

6. Расчёт моста Вина

Принципиальная схема моста Вина с кварцевым резонатором представлена на рисунке 1.15.

Для того, чтобы выполнить условие согласования резонансной частоты кристалла и частоты моста Вина, величину резистора R подбирают равной резонансному сопротивлению кристалла, а значение ёмкости конденсаторов С определяют из выражения RC=1/(2f_вых).

Рисунок 1.15 – Принципиальная схема моста Вина

Цепь АРУ, подключенная к инвертирующему входу ОУ, компенсирует изменения резонансного сопротивления кристалла с температурой, поддерживая тем самым амплитуду и частоту выходных сигналов постоянной.

Однако при больших изменениях температуры для лучшей стабилизации параметров выходного напряжения генератора в цепь положительной ОС последовательно с кварцевым кристаллом следует включить добавочный резистор небольшого номинала. В этом случае величина R должна быть равна сумме значений добавочного резистора и резонансного сопротивления кристалла.

Расчёт ведётся в следующей последовательности.

Сначала определяют: RC=1/(2f_н). После этого выбирают кварцевый резонатор [см. приложение B] на заданную частоту. Затем подбирают такое сопротивление R_д, чтобы привести суммарное значение R=R_кр+R_д к ближайшему по ГОСТ. После этого рассчитывают ёмкость С:

, где ω_н=2f_н.

Пример расчета генератора синусоиды.

Выбор полевого транзистора.

Выбираем полевой транзистор КП303Д и по ВАХ (см. рис. 1.16) определим параметры стационарного режима: U_{зи_ c}=0.5 В, I_{c_с}=3.5 мА.

При U_зи=0: U_{си нас}=2.7 В; I_с=5.4 мА.

Рисунок 1.16 – ВАХ транзистора КП303Д

Выбор ОУ.

Выберем ОУ типа К140УД8 с полевым транзистором на входе, имеющий следующие параметры:

U_п=±15В; I_п5мА; V=2 В/мкс; U_{вых max}=±10 В; R_н=2 кОм.

Выбор диода VD1.

Условия для выбора диода:

U_обр=U_{вых max}/2=10/2=5 B < U_{обр max}; I_пр=I_ст=3 мА < I_{пр ср max.}

выберем VD1 типа КД512А с параметрами:

I_{пр ср max}=20 мА;U_{обр max}=20 В; U_пр=1 В (при I_пр=1 мА);

.

Выбор стабилитрона VD2.

U_ст  U_вых-U_{пр VD1}-U_{зи с}=5-0.76-0.5=3.74 B.

Выберем стабилитрон КС119А с параметрами:

U_ст=1.9 В; I_{ст min}=1 мА; I_{ст max}=100 мА; R_{cт диф}=15 Ом.

Расчёт резисторов.

Принимаем: R3=75 кОм, тогда

После расчета сопротивлений и емкостей выбираем типы резисторов и конденсаторов, входящих в схему.

Расчёт моста Вина.

RC=1/(2f_н)=1/2∙·2000=7.96·10^-5.

Из приложения Б выберем кварцевый резонатор РГ-0.1 с R_кр=1700 Ом. Выберем сопротивление R_д=100 Ом , тогда суммарное значение R=R_кр+R_д=1800 Ом. Тогда:

.

Выбираем тип конденсаторов.