Расчёт параметров моста Вина. Оценка влияния отклонения выходного напряжения на ±10% от установившегося значения

Содержание

Введение………………………………………………………………..…….4

Расчёт параметров моста Вина…………………………………….…..…..8

Расчет цепи ООС и АРУ…………………………………………………...11

Расчет цепи выпрямителя……………………………………………….…14

Оценка влияния отклонения выходного напряжения на ±10% от установившегося значения………………………………………………...15

Расчет усилителя мощности…………………………………………….....17

Определение точностных параметров……………………………………23

Заключение……………………………………………………………….…24

Список использованной литературы……………………………………..25

Введение

Неотъемлемой частью почти любого электронного устройства являются генераторы. Генератором синусоидальных (гармонических) колебаний называется устройство, с помощью которого энергия источника постоянного тока преобразуется в энергию переменного тока, изменяющегося во времени по гармоническому закону. В зависимости от области применения такого генератора, к нему могут быть предъявлены различные требования, скажем, высокая монохроматичность и стабильность заданной частоты, точность.

Генератор обычно содержит усилительный элемент и цепь частотно-зависимой положительной обратной связи. Усилитель может быть реализован на дискретных транзисторах или на базе интегральной микросхемы - операционного усилителя. В настоящее время в качестве усилительного элемента наиболее широкое применение нашли интегральные операционные усилители (ОУ). Использование ОУ позволяет построить стабильные генераторы с хорошим воспроизведением формы выходного сигнала. В цепях обратной связи могут быть применены фазосдвигающие RC-цепочки, резонансные элементы, такие как мост Вина, двойной Т-образный мост.

На низких и средних частотах хорошим источником синусоидальных колебаний с малым уровнем искажений служит мостовой генератор Вина. Идея его состоит в том, чтобы создать усилитель с обратной связью, имеющий сдвиг фазы 180° на нужной частоте, а затем отрегулировать петлевое усиление таким образом, чтобы возникли автоколебания. Создается положительная обратная связь ОУ на RC-цепи, в которой возбуждаются синусоидальные колебания.

Для одинаковых значений R и С коэффициент усиления по напряжению выходного сигнала по отношению к сигналу на неинвертирующем входе ОУ должен быть точно равен 3. При меньшем усилении колебания затухают, при большем — выходной сигнал будет достигать насыщения. Искажение будет малым, пока амплитуда колебаний не выходит за пределы линейного участка характеристик усилителя, то есть не следует допускать колебаний полного размаха. Если не применить некоторые приемы для управления усилением, то выходной сигнал усилителя будет возрастать до уровня, при котором эффективный коэффициент насыщения вследствие насыщения упадет до 3,0. Поэтому необходимо ввести цепь, корректирующую коэффициент усиления ОУ (АРУ).

Для   согласования   генератора   с   нагрузкой   необходимо   использовать выходной усилительный каскад, который так же был рассчитан в работе.

Глава 1

В данной работе будет реализован генератор синусоидальных колебаний, выполненный на ОУ в цепь ПОС которого включен мост Вина, частота генерируемых колебаний

f = 0.16 кГц выходное амплитудное напряжение U_вых = 3 В выходное сопротивление R_вых= 15 Ом абсолютная погрешность установления частоты   =2%.

Базовая схема, по которой строится генератор, приводится в /2/:

Рисунок 1 - Базовая схема генератора

Здесь R₁ — термозависимое сопротивление, необходимое для стабильности самовозбуждения генератора. Поскольку применение термозависимого сопротивления или маломощной лампы накаливания в качестве R₁ не является практичным, то вместо этого будем использовать систему автоматического регулирования усиления (АРУ).

Принципиальная   схема  генератора  с  системой  АРУ  и  мостом  Вина показана на рисунке 2:

Рисунок 2 - Принципиальная схема генератора с системой АРУ и мостом Вина.

2. Расчёт генератора синусоидальных колебаний

2.1 Расчёт параметров моста Вина

Рисунок 1.1.1 - Принципиальная схема генератора с системой АРУ и

мостом Вина.

Определим номиналы емкостей и сопротивлений, составляющих мост Вина.

Потенциал U_p равен напряжению, падающему на параллельно соединенных элементах R₅ и С₂. Пусть R₅=R₇=R и С₂=С₃=С, тогда коэффициент передачи моста определится как:

аналогичный результат можно найти в /1/.

Комплексный коэффициент передачи    будет действительной величиной (то есть частотно независимым) только когда мнимая часть =0, то есть при

 - в этом случае , где  частота   w-   есть  частота  колебаний, генерируемых генератором.

Из условия баланса амплитуд, коэффициент усиления, который должен обеспечить усилитель, должен составлять 3.

Коэффициент усиления по неинвертирующему входу равен 3, то есть:

, значит, что , где -сопротивление канала полевого транзистора VT1.

С другой стороны, потенциал точки  V_n можно определить как

Для идеального ОУ разность потенциалов V_n-V_p=0, то есть V_n=V_p /2/, тогда получим  . В режиме установившейся генерации  , а значит, .