Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Кафедра ТВН

Курсовая работа по электронике

«LC-генератор с обратной связью»

Работу выполнили студенты группы 3022/2:

Mel (http://antimel.narod.ru/)

Коян

Работу принял ______________

Санкт-Петербург

2004 г.

Оглавление

Описание работы устройства

Генераторы синусоидальных колебаний осуществляют преобразования энергии источника постоянного тока в переменный ток требуемой частоты.

Генераторы синусоидальных колебаний выполняют с колебательным LC-контуром и частотно-зависимыми RC-цепями.

LC-генераторы предназначены для генерирования сигналов высокой частоты – свыше нескольких десятков килогерц – а RC-генераторы используются на низких частотах – вплоть до одного герца.

Генераторы LC-типа основаны на использовании избирательных LC-усилителей, обладающих частотной характеристикой вида:

АЧХ избирательных усилителей.

f₀ – резонансная частота

f_В, f_Н – боковые частоты

Частотная избирательность усилителей создаёт высокую помехозащищённость систем, работающих на фиксированных частотах, что широко используется в устройствах автоматического управления и контроля. На способности выделения с помощью избирательных усилителей фиксированы гармонических составляющих из широкого спектра частот входного сигнала основана работа ряда измерительных устройств промышленной электроники. Избирательные усилители широко распространены в радиоприёмных и телевизионных устройствах, а также в многоканальных системах связи. Здесь они решают задачу настройки приёмного устройства на фиксированную частоту принимаемой ситуации, не пропуская сигналы других частот.

Схемная реализация LC-генераторов достаточно разнообразна. Они могут отличаться способами включения в усилитель колебательного контура и создания в нём положительной обратной связи.

Рассмотрим схемы генераторов LC с колебательным контуром.

LC-генератор с трансформаторной обратной связью.

Усилительный каскад (рис. 1.) выполнен на транзисторе ОЭ с известными элементами R₁, R₂, R_Э, C_Э предназначены для задания режима покоя и температурной стабилизации. Выходной сигнал снимается с коллектора транзистора.

Параметрами колебательного контура является ёмкость конденсатора C и индуктивности L первичной обмотки w₁ трансформатора. Сигнал обратной связи снимается с вторичной обмоткой w₂, индуктивно связанной с обмоткой w₁ и подаётся на вход транзистора. Отклонение

Рис. 1. Схема генератора с трансформаторной обратной связью

Сигнал обратной связи может быть снят непосредственно с колебательного контура.

Ввиду зависимости величин L, C колебательного контура и параметров транзистора от температуры наблюдается зависимость от температуры и частоты f. В условиях постоянства температуры нестабильность частоты вызвана изменением дифференциальных параметров транзистора в зависимости от изменения положения точки покоя усилительного каскада, что в частности, обуславливает необходимость его стабилизации. Наибольшая стабильность частоты достигается при использовании в генераторах кварцевого резонатора. Высокая стабильность частоты обуславливается тем, что кварцевый резонатор, являясь эквивалентом последовательного колебательного контура, обладает высокой добротностью.

Генераторы LC-типа реализуются в виде гибридных интегральных микросхем, в которых реактивные элементы L, C применяют в качестве навесных.

Условия задания

LC-генератор построен с помощью транзистора КТ315Г, генератор с обратной связью

Рабочая частота f = 250 кГц Входное напряжение U = 12 В

Параметры транзисторов

Наимен.

тип

U_кбо(и),В

U_кэо(и), В

I_кmax(и), мА

P_кmax(т), Вт

h_21э

I_кбо, мкА

f_гр., МГц

К_ш, Дб

КТ315А

n-p-n

25

25

100

0.15

30-120

0.5

250

-

КТ315Б

20

20

100

0.15

50-350

0.5

250

-

КТ315В

40

40

100

0.15

30-120

0.5

250

-

КТ315Г

35

35

100

0.15

50-350

0.5

250

-

КТ315Г1

35

35

100

0.15

100-350

0.5

250

-

КТ315Д

40

40

100

0.15

20-90

0.6

250

-

КТ315Е

35

35

100

0.15

50-350

0.6

250

-

КТ315Ж

20

20

50

0.1

30-250

0.01

250

-

КТ315И

60

60

50

0.1

30

0.1

250

-

КТ315Н

20

20

100

0.1

50-350

0.6

250

-

КТ315Р

35

35

100

0.1

150-350

0.5

250

-

U_кбо

- Максимально допустимое напряжение коллектор-база

U_кбои

- Максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-база

U_кэо

- Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер

U_кэои

- Максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-эмиттер

I_кmax

- Максимально допустимый постоянный ток коллектора

I_кmax и

- Максимально допустимый импульсный ток коллектора

P_кmax

- Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода

P_кmax т

- Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора с теплоотводом

h_21э

- Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

I_кбо

- Обратный ток коллектора

f_гр

- граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером

К_ш

- коэффициент шума биполярного транзистора

Расчёт параметров схемы

Для нахождения тока на коллекторе необходимо построить график зависимости напряжения от этого тока с учётом, что максимальная допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода составляет 150 мВ (см. параметры транзисторов в таблице). После построения графика (рис. 4.) к нему нужно провести касательную, проходящую через точку на оси абсцисс 12 В, эта точка соответствует входному значению напряжения, данного в задании курсовой работы. Точка пересечения касательной с осью ординат даст номинальное значение коллекторного тока. Для нормальной работы транзистора ток на коллекторе берётся в четыре - пять раз меньше.

Рис. 4. График зависимости тока на коллекторе от напряжения

С учётом термостабилизации напряжение на коллекторе, напряжение питания распределяется между напряжением коллектора и эммитера в пропорции 10 к 1 – это применимо к более мягким условиям эксплуатации, а, например, для более жёстких условий – большой разброс рабочих температур – на коллектор подаётся 80% от входного напряжения.

По найденному из графика значению и взятому из выше изложенных условий можно найти значение сопротивления на коллекторе:

связано с значением индуктивности в цепи и ёмкости эммитера следующим выражением: , где значение корня является волновым сопротивлением цепи .

Найдя значение волнового сопротивления, и, зная, что по условию частота работы генератора составляет 250 кГц, можно составить систему уравнений.

Решив систему, получаем значения емкости конденсатора С и параметра индуктивности L:

Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером выбирается близким к наименьшему значению или приравнивается к нему самому. С помощью и уже известного значения тока на коллекторе находится ток базы. Ток, проходящий через сопротивление , берётся в четыре раза больше. Отсюда по первому закону Кирхгофа находится ток на резисторе .

Используя закон Ома, находятся сопротивления резисторов , , , необходимые параметры цепи были посчитаны выше.

Полученные расчётные значения:

Окончательные результаты, сведённые с табличными значениями:

Компьютерное моделирование генератора

Для проверки работоспособности генератора был использован компьютерный пакет OrCad. При помощи его были получены график напряжения на коллекторе (рис. 5.), а также построена электрическая схема со всеми расчётными параметрами (рис. 6.). При моделировании были приняты некоторые допущения, например, отечественный транзистор КТ315 был заменён моделью Q2N3906, как наиболее схожим с ним.

Рис. 5. Графики напряжений на коллекторе транзистора КТ315Г

Рис. 6. Схема

Вывод

В соответствии с заданием разработан LC-генератор с обратной связью на транзисторе КТ315Г. Форма колебаний напряжений синусоидальна, среднее значение напряжения на коллекторе составляет 12 В при входном напряжении 12 В, его амплитуда равна 15 В. Рабочая частота соответствует требованиям условия задания и равна 250 кГц.

Список использованной литературы

1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника: учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1982.

2. Горбачёв Г.Н. Промышленная электроника: учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

3. Адамьян Ю.Э., Черняев И.В., Михайлов Ю.А. Информационно-измерительная техника и электроника: лабораторный практикум. – СПб.: СпбГПУ, 2001.

4. Изъюрова Г.И. Приборы и устройства промышленной электроники. – М., Высшая школа, 1975.

5. http://antimel.narod.ru/