Теория электрических цепей (стр. 1 из 4)
1.введение.
в процессе данной работы необходимо спроектировать широко распространенное в аппаратуре связи устройство, вырабатывающее так называемую “сетку частот”, то есть несколько гармонических колебаний. Подобное устройство содержит автогенератор, вырабатывающий исходное (задающее) колебание; нелинейный преобразователь, искажающий форму сигнала; набор активных фильтров, выделяющих требуемые гармоники, и масштабирующие усилители предназначенные для согласования входных и выходных сопротивлений устройств, а так же для поддержания необходимого уровня формируемого сигнала.
В качестве задающего автогенератора в работе используются схемы на биполярных транзисторах с пассивной лестничной RC-цепью обратной связи. При расчете автогенератора необходимо рассчитать: значения всех элементов схемы, амплитуду стационарного колебания на выходе генератора.
Нелинейный преобразователь строится на основе биполярных, полевых транзисторов или полупроводниковых диодах. Анализ схемы нелинейного преобразователя включает в себя аппроксимацию ВАХ нелинейного элемента и расчет спектрального состава выходного тока и напряжения.
В качестве активных фильтров используются активные полосовые RC-фильтры на основе операционных усилителях с полиномиальной аппроксимацией частотной характеристики полиномами Чебышева. Развязывающие (усилительные) устройства представляют собой масштабирующие усилители на интегральных микросхемах.
2.Расчет автогенератора.
2.1 Рекомендации по расчету автогенератора. В качестве задающего генератора в работе используются схемы на биполярном транзисторе с пассивной RC-цепью обратной связи Рис.1.
Автогенератор собран на составном транзисторе VT1-VT2 для увеличения входного сопротивления транзистора по цепи базы.
При расчете RC-генератора необходимо руководствоваться следующими практическими соображениями. Сопротивление нагрузки выбирается так, чтобы выполнялось условие: Rк<<R (по крайней мере на порядок, то есть в 10 раз). Поскольку это сопротивление задано, то при выполнении расчетов нужно следить за тем, чтобы вычисленные значения сопротивлений R в цепи обратной связи удовлетворяли бы указанным условиям.
Существуют рекомендации и по выбору сопротивления базы Rб: Rб>>R. Подобный выбор удобнее делать после расчета значений сопротивлений R.
Емкости конденсаторов С цепи обратной связи обычно выбирают в пределах 100пФ÷1мкФ, а величину емкости разделительного конденсатора Ср - из условия: Ср>>С.
2.2 Расчет автогенератора. RC-генератор выполнен по схеме изображенной на Рис.1, с использованием биполярного транзистора КТ301. Частота генерации fг = 100 кГц. Напряжение питания Uпит авт = 12В.
 |
В стационарном режиме работы автогенератора на частоте генерации ωг=2πfг должна выполняться условия баланса фаз и баланса амплитуд:
 |
где Нус(ωг),Нос(ωг) – модули передаточных функций Нус(jω),Нос(jω);
φус(ωг),φос(ωг) – аргументы передаточных функций φус(jω),φос(jω).
 |
Для заданной схемы:
 |
Из этой формулы видно, что φус(ωг)=π, значит для выполнения условия баланса фаз необходимо, чтобы цепь обратной связи вносила сдвиг фаз, равный π. Это будет выполняться при равенстве нулю мнимой части знаменателя выражения Нос(jω):
 |
то есть:
Отсюда получаем выражение для частоты генерации:
 |
 |
 |
где β – коэффициент усиления транзистора по току (для VT1);
Rбэ2 – входное сопротивление транзистора VT2.
Для определения β и Rбэ2 нужно выбрать рабочую точку транзистора.
Для этого вначале необходимо построить проходную характеристику транзистора iк=F(uбэ) – зависимость действующего значения тока в выходной цепи от входного значения напряжения. В свою очередь, исходными для построения проходной характеристики являются входная характеристика транзистора iб=F(uбэ) (Рис.2) и выходные характеристики транзистора iк=F(uкэ) (Рис.3).
На семействе выходных характеристик транзистора КТ301 проводится нагрузочная прямая через точки с координатами (0,6) и (12,0). По точкам пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками строится промежуточная характеристика iк=F(iб) (Рис.4). Для этих целей удобно составить Таблицу 1.
| iб,мкА | 25 | 50 | 75 | 100 | 125 |
| iк,мА | 1,1 | 2,1 | 3,2 | 4,2 | 4,9 |
| uбэ | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 |
| iб | 0,02 | 0,05 | 0,1 | 0,18 |
| iк | 0,8 | 2,1 | 4,2 | 5 |
По проходной характеристике определим положение рабочей точки, зададимся значением Uбэ0=0,525В – это середина линейного участка проходной вольт амперной характеристики (Рис.5).
 |
 |
Коэффициент усиления транзистора по току:
 |
Зная Rбэ2 и β, можно рассчитать Rн составного транзистора по формуле (7):
Из условия R>>Rк следует выбрать значение R≥10кОм. Но эту величину необходимо уточнить при дальнейшем расчете.
 |
Удобно оформить все расчеты в виде таблицы (Таблица3).
| U1(бэ) В | 0,125 | 0,25 | 0,375 | 0,5 | 0,625 |
| IкmaxмА | 4,7 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| IкminмА | 1,1 | 0,3 | 0,07 | 0,02 | 0 |
| Sср мА/В | 14,4 | 9,4 | 6,57 | 4,98 | 4 |
На основании этой таблицы строим колебательную характеристику Sср=F(Uбэ) (Рис.6).