Разработка макета печатной платы

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ФИЗИЧЕСКИМ ОСНОВАМ ЭЛЕКТРОНИКИ

 

“Разработка LC-генератора с обратной связью на трехточечной емкостной схеме”

 

 

Работу выполнили студенты

группы 23212/1

Гевлич Е. В.

Ткаченко М. А.

 

Приняли преподаватели

 

Березкин А. Н.

Чураев Д. В.

 

 

Санкт-Петербург

2015 г.

Постановка задачи

Спроектировать LC-генератор с обратной связью на схеме емкостной трехточки, с частотой 400 кГц, напряжением питания 10 В, на транзисторе КТ315.

 

LC-генератор — это генератор, в котором для задания частоты используются LC частотно избирательные элементы. Параллельный колебательный контур содержит конденсатор С и катушку индуктивности L. Если заряженный конденсатор подключить к катушке, то в образовавшемся контуре возникнут затухающие колебания.

Колебания продолжались бы вечно, если бы в контуре не было потерь энергии, например, на активном сопротивлении провода катушки индуктивности. Чем меньше потери энергии, тем выше добротность контура. Добротность может быть определена как число колебаний до момента уменьшения их амплитуды, примерно, в 10 раз. Потери в контурном конденсаторе обычно малы по сравнению с потерями в катушке, поэтому добротность контура практически равна добротности катушки. Добротность же катушки определяется как отношение реактивного сопротивления катушки к её активному сопротивлению.

Рис. 1. Принципиальная схема генератора на емкостной трехточке

 

Сигнал обратной связи в рассмотренной схеме снимается непосредственно с колебательного контура. Это осуществляется секционированием емкостной ветви колебательного контура. В схеме генератора колебательный контур имеет три точки соединения с усилителем. Такие генераторы называют трехточечными. В данной работе мы рассматриваем схему емкостной трехточки (рис. 1).

Баланс амплитуд в емкостной трехточке соблюдается при определенных значениях коэффициентах обратной связи . Это достигается регулировкой величин емкостей конденсаторов С1 и С2. При больших значениях коэффициента обратной связи в генераторах наблюдаются иногда искажения гармонических колебаний. Это происходит из-за того, что условия самовозбуждения соблюдаются для ряда гармонических составляющих, близких по частоте к основной гармонике с частотой . Одним из способов борьбы с этими искажениями может быть использование в эмиттерной цепи транзистора переменного сопротивления R_Э.

Изменяя величину этого сопротивления. Можно регулировать отрицательную обратную связь и, соответственно, коэффициент усиления транзисторного усилителя.

Расчёт параметров

Из исходных данных:

Рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора КТ315 должна быть меньше максимально допустимой , поэтому выберем .

· Выберем из справочных материалов значение β минимальным, β = 20.

· Примем

 

· Из ряда номинальных емкостей выбираем:

 

Для завершения расчетов параметров LC-генератора остается определить параметры контура, то есть значения , .

При заданной частоте имеем = . Таким образом, получаем систему из двух уравнений с неизвестными и :

,

В таком случае, при Q=20 получаем:

Моделирование схемы в программе «MicroCap» Рис. 2. Схема, смоделированная в программе «MicroCap»

При моделировании цепи выяснилось, что при рассчитанных параметрах элементов сигнал на выходе получается далёким от синусоидального. В связи с этим нам пришлось изменять параметры некоторых элементов до тех пор, пока форма получаемого сигнала не стала удовлетворять требованиям задания.

Были приняты следующие допущения. Для моделирования транзистора КТ315 используем модель транзистора 2N4123, близкую по параметрам к отечественному транзистору. Для запуска генератора используем ключ с задержкой времени, чтобы приблизить модель к реальному генератору (он должен запускаться скачком). Подбор емкостей конденсаторов в цепи колебательного контура производился путем пробных расчетов из условия сохранения синусоидальности выходного напряжения. Полученные емкости не совсем соответствуют расчетным. Кроме того, активное сопротивление в цепи эмиттера мы разделили на два резистора для максимального приближения формы выходного сигнала к синусоидальной. Параметры элементов цепи были округлены до стандартных значений.

Рис.3.Осциллограммы напряжений для узлов 4, 1 и сравнительного напряжения генератора синусоидальных колебаний (400кГц).

Разработка макета печатной платы

 

Выполним генератор на печатной плате, выполненной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм путем травления в растворе хлорного железа.

 

Ce

Rk

R2

VT

C

Lk

C1 C2

Re1 Re2

R1

+U

Рис. 4. Разработанный генератор

Рис. 5. Генератор работает (параметры используемых деталей могут отличаться от расчетных)

Заключение

 

В результате работы была получена принципиальная схема LC-генератора, смоделированная в программе «MicroCap». Рассчитаны все параметры цепи и в соответствии с ними подобраны элементы схемы.

После внесения некоторых корректив в параметры элементов цепи, компьютерное моделирование продемонстрировало совпадение с рассчитанными характеристиками источника сигналов.

Был разработан и собран рабочий генератор.

Литература

1. Горбачев Г.Н.. Чаплыгин Е.Е.. Промышленная электроника. /Пол

ред. В. А. Лабунцова. Учебник для вузов, М.. Энергоатомиздат,

1988.

2. Забродин Ю.С., Промышленная электроника. Учебник для вузов

/М., Высшая школа, 1982.

3. Изъюрова Г. И., Кауфман М.С. /Приборы и устройства

промышленной электроники, М., Высшая школа, 1975. 368с.

4. Гомоюнов К.К., Транзисторные цепи. /СПб.:БХВ-Петербург, 2002.

5. Информационно-измерительная техника и электроника:

Лабораторный практикум /Ю.Э.Адамьян, Ю.А.Михайлов,

И.В.Черняев; СПбГТУ. СПб., 2001.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: