Расчет принципиальной схемы генератора линейно - изменяющегося напряжения

 

В качестве разделительного конденсатора С1 возьмем алюминиевый оксидно-электролитический конденсатор К50-9-30В-10 мкФ.

В качестве элемента VT1 возьмем транзистор КТ3108Б p n p, ВЧ, со следующими параметрами:

b = 50 – 100;

I_кmax = 200 мА;

U_кбmax  = 45 В;

U_кэmax = 45 В;

U_бэн = 0,6 В;

I _кбо = 0,2 мкА.

 

Рассчитаем конденсатор С2 в генераторе пилообразного напряжения.

Ток разряда конденсатора С2 равен:

 

;                                 (1)

 

Максимальный ток разряда конденсатора С2:

 

200 мА;

 

Емкость конденсатора С2:

 

;                                       (2)

 

 

Ф.

 

В качестве С2 возьмем керамический монолитный конденсатор К10-47-50В-0,44 мкФ.

Ток заряда конденсатора С2 вычисляется по формуле:

 

;                                                      (3)

=0,13 А.

 

 

Для того чтобы конденсатор C2 успевал разрядиться за время обратного хода t_o  сопротивление транзистора VT1 должно быть равно:

 

;                                                                  (4)

 

=15.15 Ом.

Конденсатор С2 успеет разрядиться, так как транзистор VT1 во время разряда С2 находится в насыщенном состоянии, в котором сопротивление транзистора равно единицам ОМ.

Расчет резистора R1 осуществляется следующим образом:

 

;                                                                          (5)

 

Ток I_R1  протекающий через резистор R1:

 

 ;                                                            (6)

 

8 мА.

Из формулы (5) находим значение резистора R1:

 

 кОм.

Из ряда номиналов Е 24 выбираем значение R1=2 кОм.

 

Мощность, рассеиваемая на резисторе R1:

 

;                                                         (7)

=0,128 Вт.

В качестве элемента R5 возьмем резистор МЛТ-0,25-2к±0,5.

В качестве VT2 выбираем транзистор КТ315А npn , ВЧ со следующими параметрами:

b = 50-350;

I _кmax = 100 мА;

U _кэmax = 25 В;

U _кэн = 0,4 В;

U _бэн = 1,1 В.

Для поддержания транзистора VT2 в открытом состоянии необходимо чтобы напряжение U_кэ было больше U_кэн. Амплитуда напряжения на конденсаторе С2 U_С4 = 10 В. Возьмем напряжение U_кэ = 2 В, тогда напряжение на резисторе R3 равно:

 

U_R3=Е _к – ( U_кэ +U_С2);                                                   (8)

 

U_R3=16- (2 + 10) = 4 В.

 

Произведем расчет резистора R3:

 

 ;                                                                    (9)

 

 Oм.

 

Из ряда номиналов Е24 выбираем резистор R3= 170 Ом .

Мощность, рассеиваемая на резисторе R3:

 

;                                                      (10)

 Вт.

В качестве элемента R3 выбираем резистор МЛТ-0,125-170±0,5% .

Транзистор VT2 будет открыт, если U _БЭ ³ U _БЭН в схеме U _БЭVT2= 1,5 В.

Напряжение стабилизации стабилитрона V1 находим из условия:

 

U _ст= U _R3 + U _БЭVT2;                                                                                    (11)

 

U _ст= 4+1,5=5,5 В.

 

Выберем стабилитрон 2С210А со следующими параметрами:

 

U _ст = 9 – 10,5;

I _стmin=3 мА;

I _стmax=15 мА;

r _д= 15 Ом;

I _ст= 5 мА.

 

 

 

Расчет резистора R2 осуществляется следующим образом:

 

 ;                                                                    (12)

Напряжение U_R2  определяется как разность напряжения питания Е_К  и напряжения стабилизации U_СТ:

 

U_R2 = Е_К - U_СТ;                                                                                                 (13)

 

U_R2 =16-5,5= 10,5 В.

 

Из формулы (12) найдем значение R2:

 

= 2100 Ом.

Из ряда номиналов Е24 резистор R2=2200 Ом.

Мощность, рассеиваемая на R2:

 

;                                                      (14)

=0,05 Вт.

Выбираем резистор МЛТ-0,125-680- 0,5% .

Расчет коэффициента нелинейности генератора пилообразного напряжения осуществляется из следующего условия:

 

e *100%;                                            (15)

 

Для расчета R_выхэ построим схему замещения транзистора VT2.

 

 

 

 

Рисунок 2 – схема замещения транзистора.

 

Расчет схемы замещения транзистора произведем по h-параметрам.

h_11б = 40 Ом;

h_22б = 0,3 мкСм;

h_12б = 45.

 

Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода:

 

 ;                                                                         (16)

 

 Ом.

 

Сопротивление коллекторного перехода:

 

;                                                                        (17)

 

=65359 Ом.

 

Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода:

 

 ;   

где  - тепловой потенциал;                                                           (18)

 

=2,7 Ом.

 

 

Сопротивление базы транзистора:

 

;                                                                            (19)

 

 Ом.

 

R_ВЫХЭ = (R3+ ) ½½(r _б +(r _д ½½R2))½½r^* _к;                                  (20)

 

R_ВЫХЭ = 4930,1 Ом.

 

Из формулы (15) рассчитаем коэффициент нелинейности генератора пилообразного напряжения:

 

e %.

 

Полученный коэффициент нелинейности генератора намного меньше данного e = 0,4 % .

Заключение

Спроектированное и рассчитанное выше устройство имеет низкий коэффициент нелинейности x=0,024%, что позволяет получить на выходе пилообразные импульсы с малой степенью искажений.

Из полученных расчетов следует, что данный генератор линейно – изменяющегося напряжения с динамической обратной связью обеспечивает низкий коэффициент нелинейности, а выходные напряжения ограничены лишь допустимыми параметрами транзистора.

Список литературы

1. Четвертков А Р, Дубровский С С, Иванов А В “Резисторы” : Справочник, Москва 1991г.

2. Аксенов А И, Нефедов А В “Резисторы Конденсаторы” : Справочное пособие, Москва 2000г.

3.  Аксенов А И, Нефедов А В “Отечественные полупроводниковые приборы” : Справочное пособие, Москва 2000г.

4. Бондарь В А “Генератор линейно – изменяющегося напряжения ”, 1988г.

5.   Гусев В Г, Гусев Ю М “Электроника”: Учебное пособие для вузов, Москва 1982.

6. Гершунский Б С “Справочник по расчету электронных схем”, Киев 1983.

7. Хоровиц П , Хилл У ”Искусство схемотехники” : Москва 2001г.

8. Валеева Р. Г, Старцев Ю В “Методические указания по оформлению курсовых и дипломных проектов для студентов специальностей

     210300 – “Роботы и робототехнические системы”, 220200–“Автоматизированные системы обработки информации и управления”, 

     210100- “Управление и информатика в технических системах”/УГАТУ,          

      1997.