 |
Моделирование схемы в программе «MicroCap»
|
|
|
|
КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ФИЗИЧЕСКИМ ОСНОВАМ ЭЛЕКТРОНИКИ
“RC-генераторс обратной связью на мосте Вина”
Работу выполнили студенты
группы 23212/1:
Ахияров Р. И.
Нестеров А. Д.
Приняли преподаватели
Березкин А. Н.
Чураев Д. В.
Санкт-Петербург
2015 г.
Постановка задачи
Спроектировать RC-генератор с обратной связьюна мосте Вина с использованием операционного усилителя 140УД1,с частотой 10 кГц, напряжением питания 15 В.
Генераторы с колебательнымLC-контуром эффективны для получения высокочастотных колебаний. Для генерирования же низких(звуковых частот) они неудобны из-за конструктивных недостатков(колебательный контур получается слишком громоздким и трудно перестраиваемым). В связи с этим для получения гармонических колебаний в диапазоне от нескольких герц до нескольких десятков килогерц широко распространены,особенно в измерительной технике,RC-генераторы. Отличие RC-генератора от LC-генератора заключается в том, что вместо усилителя с колебательным контуром здесь применен резистивный усилитель, а обратная связь осуществляется при помощи специального четырехполюсника, составленного из резисторов и конденсаторов.
Мостом Вина в электронике принято называть частотно-избирательный фильтр, верхнее плечо которого образовано последовательно включенными конденсатором и резистором. Нижнее плечо состоит из параллельно включенных резистора и конденсатора. Свойством данной цепи, используемом в генераторе синусоидальных колебаний, является равенство нулю сдвига фаз между напряжением,подаваемом на верхнее плечо моста, и напряжением, снимаемом со средней точки, на частоте, соответствующей максимуму модуля передаточной характеристики цепи. Этот автогенератор состоит из моста Вина R1,R2, C1,C2, R3,R4 и операционного усилителя.На схеме использовано обозначение операционного усилителя, отличное от использованного ранее. DA - от английского DifferentialAmplifier – дифференциальный усилитель.
|
|
|
Рис. 1. RC-генератор с мостом Вина.
Частоту выходного напряжения регулируют изменяя либо С1 и С2, либо R1 и R2. При этом из-за возможных незначительных расхождений величин переменных емкостей и резисторов сильно изменяется величина выходного напряжения. Для устранения этого недостатка в частотно-независимом делителе резистор R3 целесообразно выполнить инерционно-нелинейным.Можно использовать, например, полупроводниковый терморезистор. Разогреваясь под действием повышенного выходного напряжения Uвых R3 уменьшает свою величину и, усилив отрицательную обратную связь, снижает коэффициент усиления и Uвых. При снижении выходного напряжения термистор остывает, R3 возрастет и вернет выходное напряжение к оптимальной, неикаженной величине.
Расчёт параметровэлементов принципиальной схемы
В исходных данных предписано использовать операционный усилитель 140УД 1Б. По справочной литературе определяем его статические характеристики, необходимые для расчета режима покоя усилительного каскада.
U=2*12.6 В-напряжение питания
-коэффициент усиления
f=8 МГц-полоса пропускания
-наибольший сигнал без искажения
-входное дифференциальное сопротивление
=1.5 В — наибольшее допустимое разностное входное напряжение;
=6 В— наибольшее допустимое синфазное напряжение;
=5 кОм — наименьшее допустимое сопротивление нагрузки на выходе ОУ.
Мост Вина имеет максимум коэффициента передачи 
на частоте 
.
На частоте 
угол 
.
Формула расчета выходного тока Iвых = 
Iвых=1.137мА
Моделирование схемы в программе «MicroCap»
|
|
|
Для моделирования операционного усилителя используем модель усилителя UA741Mиз библиотеки BIPOLAR, близкую к отечественному транзистору.
Источник питания генератора моделируем с помощью батарейки с напряжением питания 15В.
Протестируем рассчитанный усилитель, на работоспособность.
Рис. 2. Схема, смоделированная в программе «MicroCap»
Рис.3. Осциллограмма напряжения на выходе генератора
Разработка макета печатной платы:
Выполним генератор на печатной плате размером 95х70мм. Плата выполнена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм путем травления в растворе хлорного железа. Подвод питания и выход сигнала осуществляются с помощью контактной площадки.
Заключение
В результате работы была получена принципиальная схема RC-генераторас мостом Вина с использование операционного усилителя 140УД1, смоделированная в программе «MicroCap».Частота колебаний 10кГц, выходной ток равен 1.137мА, форма колебаний близка к синусоидальной.
|
|
|
