Вход

Проектирование высокочастотного генератора синусоидальных сигналов

Курсовая работа по радиоэлектронике
Дата добавления: 23 июня 2009
Язык курсовой: Русский
Word, rtf, 4.8 Мб
Курсовую можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
21 Министерство образования и науки Украины Харьковский национальный университет радиоэлектроники Кафедра БМЭ Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине “Аналоговая и цифровая электроника” на тему: “ Проектирование генераторов гармонических колебаний “ Выполнил а : Проверил: ХАРЬКОВ 200 9 РЕФЕРАТ Целью данной курсовой работы является расчет генератора синусоидальных сигналов. Пояснительная запис ка к курсовой работе содержит 25 страниц текст а, включающих в себя 3 приложения. Перечень ключевых слов: генератор гармонических сигналов; фазирующая цепочка; активный элемент; условие самовозбуждения; частота генерируемых сигналов. С одержание Введение 1 Анализ технического задания 2 Выбор принципиальной схемы 3 Электрический расчет схемы 4 Анализ схемы (разработка математической модели) на ЭВМ Выводы Список используе мой литературы Прилож е ние Введение Электронный генератор представляет собой устройство, преобразующее электрическую энергию источника постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний требуемой формы, частоты и мощности. По принципу работы и схемному построению различают генераторы с самовозбуждение (автогенераторы) и генераторы с внешним возбуждением ,которые по существу являются усилителями мощности генерируемых колебаний заданной частоты . Электронные автогенераторы подразделяются на автогенераторы синусоидальных (гармонических) колебаний и автогенераторы колебаний несинусоидальной формы, которые принято называть релаксационными (импульсными) автогенераторами. Являясь первоист очником электрических колебаний , генераторы с самовозбуждением широко используются в радиопередающих и радиоприемных (супергетеродинных) устройствах, в измерительной аппаратуре, в ЭВМ, в устройствах телеметрии и т. д. По диапазону генерируемых частот генераторы делятся на низкоча стотные (от 0,01 Гц до 100 кГц) , высокочастотные (от 100 кГц до 100 МГц ) и сверхвысокочастотные (от 100 МГц и выше ). Широкое внедрение сложных радиоэлектронных устройств в различные отрасли народного хозяйства ставит перед разработчиками радиоаппаратуры две важнейшие задачи: повышение ее надежности и уменьшение массы и габаритов. Надежность аппаратуры в настоящее время повышается за счет применения соответствующей элементной базы и специальных методов построения систем, а основным направлением миниатюризации избирательных и автоколебательных низкочастотных систем, ввиду отсутствия реальных путей миниатюризации катушек индуктивности, является внедрение активных избирательных RC -цепей (активных RC -фильтров и RC -генераторов). Широкому распространению транзисторных RC -генераторов синусоидальных колебаний способствует простота изготовления, существующие высокостабильные конденсаторы и сопротивления, стабильные операционные и интегральные усилители, а также технологическая перспективность, если учесть прогресс технологии микромодулей и цепей на основе твердого тела. Целью данной курсовой работы является проектирование низкочастотного генератора синусоидальных колебаний. Параметры генератора представлены в задании на курсовую работу. 1 Анализ технического задания В данной курсовой работе необходимо разр аботать генератор гармонических колебаний, который имел бы такие параметры: -выходная мощность P вых = 0, 2 Вт; -сопротивление нагрузки R н = 2 кОм; -частота генерируемых колебаний f н = 5 М Гц; -стабильность частоты . В результате анализа ТЗ можно сделать вывод, что разрабатываемый генератор относится к высо кочастотным генераторам средней мощности. А поскольку применение генераторов с колебательными контурами (типа R C ) для генерирования колебани й высокой частоты затруднено, то для проектируемого генератора целесообразно использовать схему типа L C . Синтез схемы и расчет ее элементов будут произведены в следующих пунктах расчетно-пояснительной записки. 2 Выбор принципиальной схемы Известно много разновидностей схем транзисторных генераторов типа LC , но любая из них должна содержать: колебательную систему (обычно колебательный контур), в которой возбуждаются требуемые незатухающие к о лебания; источник электрической энергии, за счет которого в контуре поддерживаются незатуха ю щие колебания; транзистор, с помощью которого р е гулируется подача энергии от источника в контур; элемент обратной связи, посредством которого осуществляе т ся подача необходимого возбуждающего переменного напряжения из выходной цепи во входную. Простейшая схема транзисторного генератора типа LC приведена на рису н ке 1.1. Такая схема называется генератором в трансформаторной связью и использ у ется обычно в диапазоне высоких частот. Элементы R 1, R 2, R 3 и С2 предназначены для обеспечения необходимого р е жима по постоянному току и его термостабилизации. С помощью конде н сатора С1 емкостное сопротивление, которого на высокой частоте незначительно, заземл я ется один конец базовой обмотки. В момент включения источника питания в ко л лекторной цепи транзистора появляется ток I K , заряжающий конденсатор С3 кол е бательного контура. Так как к конденсатору подключена катушка L 1, то после з а ряда он начинает разряжаться на кату ш ку. В результате обмена энергией между конденсатором и катушкой в контуре возникают свободные затухающие колеб а ния, частота которых определ я ется параметрами контура (1.1) Рисунок 1.1-Транзисторный автогенератор Переменный ток контура, проходя через катушку L 1, создаёт вокруг нее п е ременное магнитное поле. Вследствие этого в катушке обратной связи L 2, вкл ю ченной в цепь базы транзистора, наводится переменное напряжение той же част о ты, с которой происходят колебания в контуре. Это напряжение вызывает пульс а цию тока коллектора, в котором появляется переменная с о ставляющая. Переменная составляющая коллекторного тока восполняет потери энергии в контуре, создавая на нем усиленное транзистором переменное напряжение. Это приводит к новому нарастанию напряжения на катушке связи L 2, которое влечет за собой новое нарастание амплитуды тока коллектора и т.д. Нарастание коллекторного тока наблюдается лишь в пределах активного участка выходной характеристики транзистора. Что же касается амплитуды колебаний в контуре, то ее рост ограничивается сопротивлением потерь контура, а также затухан и ем, вносимым в контур за счет протекания тока в б а зовой обмотке. Незатухающие колебания в контуре автогенератора установятся лишь при выполнении двух основных условий, которые получили название условий сам о возбуждения. Первое из этих условий называют условием баланса фаз. Сущность его св о дится к тому, что в схеме должна быть установлена именно положительная обра т ная связь между выходной и входной цепями транзистора. Только в этом случае создаются необходимые предпосылки для восполнения потерь энергии в конт у ре. Поскольку резонансное сопротивление параллельного контура носит чисто акти в ный характер, то при воздействии на базу сигнала с частотой, равной частоте резонанса, напряжение на коллекторе будет сдвинуто по фазе на 180 о . Напряж е ние, наводимое на базовой катушке за счет тока I K , протекающего через конту р ную катушку L 1, равно (1.2) где - коэффициент взаимоиндукции между катушками. Очевидно, необходимо так выбрать направление намотки базовой к а тушки, чтобы . Только в этом случае общий фазовый сдвиг в цепи усил и тель - обратная связь будет равен нулю, т.е. в схеме будет установлена полож и тельная обратная связь. Если же , то обратная связь окажется отриц а тельной и колебания в контуре прекратятся. На практике выполнение условия баланса фаз достигается соответс т вующим включением концов катушек L 1 и L 2. При отсутствии самовозбуждения необх о димо поменять местами концы катушки связи L 2. При этом а в тогенератор должен самовозбудиться, если в схеме нет других неисправн о стей. Выполнение условия баланса фаз является необходимым, но недостаточным для самовозбуждения сх е мы. Второе условие самовозбуждения состоит в том, что для существования авт о колебательного режима ослабление сигнала, вносимое цепью ОС, должно компе н сироваться. Иными словами, глубина положительной ОС должна быть такой, чт о бы потери энергии в контуре восполнялись полн о стью. При наличии ОС коэффициент усиления равен (1.3) где - коэффициент усиления усилителя без обратной связи; - коэффиц и ент передачи цепи обратной связи. Для рассматриваемой схемы коэффициент , показывающий, какая часть п е ременного напряжения контура подается на базу транзистора в устан о вившемся режиме работы, равен (1.4) где - амплитуда тока в контуре автогенератора. Учитывая, что усилитель с положительной обратной связью переходит в р е жим генерации при условии , получаем значение коэффициента п е редачи цепи обратной связи, необходимое для самовозбужд е ния, . (1.5) Условие самовозбуждения, выраженное формулой (1.5), называют усл о вием бала н са амплитуд. Выбор энергетического режима генератора. Транзисторный автогенер а тор типа LC может работать в разных режимах. Для установки соответствующего р е жима выбирается коэффициент использования коллекторного н а пряжения . Этот коэффициент равен отношению амплитуды переменного напряж е ния на контуре к постоянному напряжению на коллекторе Е К . (1.6) Рисунок 1.2 – Графики зависимости коэффициен-тов разложения импульсов тока При устанавливается недонапряженный режим работы автогенер а тора. При режим работы называют перенапряженным. Обычно используется кр и тический режим работы автогенератора. В этом случае автогенератор отдает тр е буемую полезную мощность при достаточно высоком КПД. Форма тока в колле к торной цепи автогенератора зависит от режима работы. Если ток проходит на пр о тяжении всего периода напряжение на входе, то колебания его имеют синусо и дальную форму и их называют колебаниями первого рода. Этот режим характер и зуется малым КПД и поэтому в автогенераторах используется редко. Более выго д ным является режим колебаний втор о го рода с отсечкой коллекторного тока. Угол отсечки коллекторного тока транзистора в критич е ском режиме составляет . Известно, что ток, имеющий форму импульсов, можно разложить в ряд Фурье и представить в виде суммы постоянного тока, пер е менного тока той же частоты, что и частота повторения импульсов, пер е менного тока удвоенной частоты, а так же переме н ных токов более высоких частот. Важно отм е тить, что именно первая гармоника тока создает на контуре генератора переменное напряжение требу е мой частоты, амплитуда которого определяе т ся по формуле , (1.7) где - резонансное сопротивление контура а в т о генератора. Для токов других частот контур имеет малое сопротивление и токи этих ча с тот проходя через контур, не создавая на нем заметного напряжения. Таким обр а зом, несмотря на то, что ток коллектора по форме о т личается от синусоидального, колебательное напряжение на контуре оказывается синусо и дальным. Амплитуду первой гармоники, а также величину постоянной составляющей импульсного тока можно найти с помощью коэффициентов разл о жения и , зависящих от угла отсечки рисунок 1.2 Между амплитудным значением первой гармоники тока , постоянной с о ставляющей тока и максимальным значением импульсного тока сущ е ствуют соотношения ; (1.8) (1.9) Для анализа и расчета транзисторных генераторов допустимо польз о ваться идеализированными характер и стиками транзисторов рисунок 1.3. Один из основных параметра, в схеме генератора, является крутизна л и нии критического режима рисунок 1.3б. У некоторых типов транзисторов с о тен миллиампер на вольт и выше. Важными параметрами являются также крутизна характеристики тока ко л лектора при (1.10) и напряжение среза , определяемое для заданного рабочего напряжения на ко л лекторе рисунок 1.3 б. Главную особенность работы транзистора на высоких частотах соста в ляет влияние времени пробега носителей тока. Это время невелико и на сравнител ь но низких частотах им можно пренебречь, но с повышением частоты вли я ние это значительно увеличивается. Действие времени проявл я ется, прежде всего в том, что заряды, инжектированные эмиттером в один и тот же момент времени, приходят к коллектору в разное время. Появляется рассеяние носит е лей тока, к о торое приводит к уменьшению коэффициента усиления тра н зистора по току, тем более сильному, чем выше частота генерируемых колеб а ний. Инерционность носителей тока приводит также к возникновению между первой гармоникой коллекторного тока и коллекторного напряжения на контуре фазового сдвига ц пр , зависящего от времени движения носителей тока Существенное влияние на работу транзисторного генератора в области высоких частот оказывают емкости эмитерного и коллекторного p – n переходов транзистора. С повышением частоты для поддержания на требуемом уровне коллекторного тока и полезной мощности на выходе генератора необходимо увеличить амплитуду напряжения возбуждения на участке база – эмиттер. 3 Электрический расчет схемы Порядок расчета LC -генератора на транзисторе. Основными техническими данными для расчета транзисторного LC -генератора являются: выходная мощность, отдава емая автогенератором в нагрузку , Р вых и частота генерируемых колебаний f р . Пор ядок расчета транзисторного генератора рассмотрим применительно к схеме, приведенной на рис. 9.2,а. 1.Выбираем тип транзистора . При заданном значении Р вых мощность Р к , которую до лжен отдать транзистор в контур , составляет Р К =Р вых/ з к, (1.11 ) Вт Где з к , - КПД контура. При повышенных требованиях к стабильности частоты автогенератора КПД контура з к выбирают в пределах 0,1…1,2. В остальных случаях его можно увеличить до 0,5…0,8. Выбирая транзистор, необходимо исходить из условий Р К max > P K , (1.12 ) f max
© Рефератбанк, 2002 - 2018