Компьютерное моделирование генератора

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ФИЗИЧЕСКИМ ОСНОВАМ ЭЛЕКТРОНИКИ

 

“LC-генератор с обратной трансформаторной связью”

 

 

Работу выполнили студенты группы 23212/1

Шабанов Д.В.

Екимов В.Ю.

 

Работу приняли:

 

 

Санкт-Петербург

2015 г.

Содержание

 

Постановка задачи. 3

Описание работы.. 3

Заданные условия и параметры.. 4

Расчёт параметров схемы.. 4

Компьютерное моделирование генератора. 8

Вывод. 9

 

Постановка задачи

Спроектировать LC-генератор с обратной трансформаторной связью, с частотой 500 кГц, напряжением 12 В, на транзисторе КТ315.

Описание работы

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. Схема LC-генератора с трансформаторной обратной связью

Основная идея построения генераторов с LC–контуром состоит в следующем: убыль энергии в контуре в процессе колебаний должна восполняться усилительным элементом, возбуждаемым, т.е. запитываемым от того же контура.

Сигнал обратной связи в рассмотренных схемах снимается с выхода усилителя (коллекторная цепь транзистора) при помощи индуктивно связанных катушек. Такая связь называется трансформаторной.

 

Заданные условия и параметры

 

LC -генератор с трансформаторной обратной связью построен с помощью транзистора КТ315

Рабочая частота: f = 500 кГц

Входное напряжение: U = 12 В

Транзистор КТ315

 

Max I_к = 100 мА

Max U_кэ = 35 В

Max U_бэ = 6 В

U_НАС = 1.1 В

Max P_к = 150 мВт

Рис.2. Транзистор КТ315

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.3) 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. 3. 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 со значением индуктивности в цепи и ёмкости эммитера следующим выражением: , где значение корня является волновым сопротивлением цепи , а Q=20.

Найдя значение волнового сопротивления, и, зная, что по условию частота работы генератора составляет 500 кГц, можно составить систему уравнений:

 

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

 

Найдем значение индуктивности L­_Б для второй обмотки трансформатора обратной связи. При практической реализации схемы можно взять в 10-20 раз меньше. Поэтому примем L_Б = 2×10^-6 Гн.

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:

 

Компьютерное моделирование генератора

Для моделирования рассчитанной схемы воспользуемся программой MicroCap9. Применим транзистор 2N2222 исходя из схожести показателей с КТ315. Схема для моделирования представлена на рис.4.

Рис.4. Схема для моделирования

 

Рис. 5. Графики напряжений на коллекторе транзистора КТ315

Вывод

 

В соответствии с заданием разработан LC-генератор с обратной трансформаторной связью на транзисторе КТ315. Форма колебаний напряжений синусоидальна, среднее значение напряжения на коллекторе составляет 12 В при входном напряжении 12 В, его амплитуда равна 24 В. Рабочая частота соответствует требованиям условия задания и равна 500 кГц(из рис.5 f=1/T=1/2мкС=500 кГц).

С учетом нескольких допущений были изменены некоторые параметры схемы (см. рис.4.). Так, мы можем записать исправленные значения, соответствующие выпускаемым в промышленности элементам:

R₁=5 кОм, R₂=1 кОм, C₁=0.2 нФ, С=5.5 нФ, L=20 мкГн, R_э=500 Ом.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: