Отрицательная нелинейная обратная связь

В качестве нелинейного элемента выбираем лампу накаливания. Нелинейный элемент (НЭ) вводится нами в схему для ограничения амплитуды. Сопротивление НЭ зависит от температуры, а та в свою очередь от баланса мощностей. При этом постоянная времени НЭ, работающего в автогенераторе, должна быть намного больше периода колебаний на самой нижней рабочей частоте, в этом случае температура НЭ на протяжении периода колебаний не может следовать за изменениями мгновенной мощности и остается постоянной с высокой степенью точности. Таким образом, сопротивление НЭ является функцией действующего значения тока или напряжения, а получаемые автоколебания - синусоидальными. Характеристики нелинейного элемента – лампы накаливания:

Тип	Uст, В	Iср, мА	Iр.о., мА	Iн, мА	t, с
НСМ12х5	0,5 ¸ 3		0,6 ¸ 1,8		0,4

Найдем напряжение лампы:

(В)

Рассчитаем значения элементов, через которые реализована обратная связь.

Найдем сопротивление лампочки с помощью ом-амперной характеристики.

I_л=0,0013 А, R_л = 1200 Ом

Выбираем резистор R₁₂ из условия R₁₂ >> R_л , предположим, что R₁₂=3∙R_л=3600 Ом.

Принимаем R₁₂ = 3,6 (кОм)

R_э~=R₁₂ || Rл = (кОм)

R_СВ = 2·(R₁₂ || R_л ) = (кОм)

R₁₃ = R_СВ = (кОм)

Посчитаем сопротивление ООС:

(Ом)

Определим коэффициент отрицательной обратной связи и коэффициент усиления:

, где R_н=R_{вх. п на VT5,6}

Определим значения напряжений на резисторах R₁₂ и R₁₃

U_R12 = U_H = (В)

U_R13 = 2U_H = (В)

Определим значение емкости конденсатор в цепи ОС:

(Ф)

Принимаем С₁₈= (мкФ)

Предварительный усилитель

Рис. 7 Принципиальная электрическая схема предварительного усилителя

Этот усилитель выполняет две основные функции:

à обеспечивает баланс фаз

à обеспечивает коэффициент усиления ³ 3

Рассчитаем элементы, относящиеся к усилительному каскаду на транзисторе VT4.

Усилитель напряжения работает на нагрузку (эмиттерный повторитель), на мост Вина, на ООС.

U_вых.у = U_вх.п2 = (В)

R_{н. у} = R_ООС||R_вхЦВmin.||R_вхп2 (Ом)

Определим ток в нагрузке:

(А)

Зададимся I_Kmin4 и U_КЭmin4 :

(мА)

(В)

Определим I_KMAX4

I_Kmax4 = (2~5) ∙ (2·I_H4 + I_Kmin4) (А)

Определим l₄ :

Определим напряжение питания:

Зададимся g₄ = 0,05

(В)

Принимаем Е_К = (В)

Пересчитаем g₄

Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT4:

(Ом)

Принимаем R16 = (Ом)

Определим падение напряжения на резисторе R₁₇ и величину напряжения, до которого зарядится конденсатор С₂₀:

U_R17 = E_K · g₄ (В)

U_C20 = ∙U_вых.у. + U_КЭmin4 + U_R17 (В)

Определим покоя транзистора VT_{4 -} I_П4:

(мА)

Определим напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT4 - U_КЭ4:

U_КЭ4 = E_K – (I_П4+ I_Kmin4) ∙ R₁₆ - U_R17 (В)

Определим допустимую мощность, рассеиваемую на транзисторе VT4:

P_КДОП = I_П4 · U_КЭ4 (Вт)

Выбираем транзистор VT4, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	Iко, мА
VT4

Так как значение I_k0 сильно отличается от I_Kmin4, то произведем перерасчет с учетом того, что I_Kmin4= I_ko=30 мкА

Определим максимальный ток коллектора транзистора VT4 - I_Kmax4 :

I_Kmax4 = (2~5) ∙· (2·I_H4 + I_Kmin4) (мА)

Определим ток базы транзистора VT4:

(мА)

Определим резистор в цепи эмиттера

(Ом) По ряду Е24 принимаем R₁₇= Ом.

Определим ток делителя:

I_Д = (2~5)· I_Б4 (мА)

Определим значения сопротивлений резисторов делителя базы:

U_R16=R₁₆∙( ) (В)

(Ом)

Принимаем R₁₄= (Ом)

U_БЭ4= -R14∙( ) (В)

(Ом)

Принимаем R₁₅= (Ом)

(А)

Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера:

(Ф)

Принимаем С₁₉ = (мкФ)

Определим коэффициент усиления каскада на транзисторе VT4:

,

где значение сопротивления в области базы примем r_Б4 = 400 (Ом).

(Ом)

R_к~4 = R_H4 || R₁₆ (Ом)

Определим входное и выходное сопротивления каскада на транзисторе VT4:

R_ВХ4= R₁₄ || R₁₅ || (r_Б4 + r_Э4· (1+b₄)) (Ом)

r_К4 = (Ом)

R_ВЫХ4 = r_K4 || R₁₆ (Ом)

Определим входное напряжение каскада на транзисторе VT4:

(В)

Рассчитаем элементы, относящиеся к усилительному каскаду на транзисторе VT3.

U_ВЫХ.У. = U_вх4 (В)

R_Н.У. = R_ВХ4= (Ом)

Определим ток в нагрузке:

(мА)

Зададимся значениями тока и напряжения I_Kmin3 и U_КЭmin3:

(мА)

(В)

Определим максимальное значение тока коллектора транзистора VT3 - I_KMAX3 :

I_Kmax3 = (2~5) · (2·I_H3 + I_Kmin3) (мА)

Определим величину :

Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT3:

(Ом)

Принимаем R₁₁ = (Ом)

Определим падение напряжения на разделительном конденсаторе С₁₇:

U_C17 = ∙U_ВЫХ.У. + U_КЭmin3 + U_R12 (В)

Определим ток покоя транзистора VT3I_П3 :

(мА)

Определим значения напряжения на участке коллектор-эмиттер транзистора VT3:

U_КЭ3 = E_K – (I_П3+ I_Kmin3)· R₁₁ - U_R12 (В)

Определим допустимую мощность, рассеиваемую на транзисторе VT3:

P_КДОП = I_П3 · U_КЭ3 (Вт)

Выбираем транзистор VT3, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	Iко, мА
VT3

Определим ток базы транзистора VT3:

(мА)

Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера:

(Ом)

По ряду Е24 принимаем R₁₂= (Ом)

Определим ток делителя:

I_Д = (2~5)· I_б3 (мА)

Определим значение сопротивлений резисторов делителя базы:

U_R11=R₁₁∙( ) (В)

(Ом)

Принимаем R10= (Ом)

U_БЭ3= -R₁₀∙( ) (В)

(Ом)

Принимаем R₉= (Ом)

(А)

Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера :

(Ф)

Принимаем С₁₆ = (Ф)

Определим коэффициент усиления каскада (без ООС) на транзисторе VT3:

где: r_Б3 = 400 (Ом)

(Ом)

R_K~3 = R_H3 || R₁₁ (Ом)

Определим входное сопротивление каскада на транзисторе VT3:

R_ВХ3=R₁₀||R₉||(r_б3+r_э3 (1+b₃)) (Ом)

Определим выходное сопротивление каскада на транзисторе VT3:

r_К3 = (Ом)

R_ВЫХ4 = r_K3 || R₁₁ (Ом)

Определим общий коэффициент усиления каскадов:

K=K₃∙K₄

Определим входное напряжение предварительного усилителя:

(В)

3.8 Эмиттерный повторитель №1 на транзисторах VT2,VT1

Рис.8 Принципиальная электрическая схема эмиттерного повторителя №1 на транзисторах VT2,VT1

Нагрузкой этого эмиттерного повторителя является предварительный усилитель, поэтому:

U_Н = U_BX.У= (В)

R_Н = R_ВХ.3= (Ом)

Примем значение тока покоя транзистора VT2 равным 5 мА

I_П2 = 5 (мА)

Примем значение максимального напряжения на участке коллектор-эмиттер равным 20 В, тогда минимальное значение этого напряжения составит:

U_КЭ2min= 0,1∙U_КЭ2max = 2 (В)

Рассчитаем значение напряжения U_КЭ2:

U_КЭ2=Uн+ U_КЭ2min (В)

Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT2:

P_К2= U_КЭ2·I_П2 (Вт)

Определим напряжение источника питания:

Ек=2∙U_КЭ2 (В)

Примем Ек= (В)

Выбираем транзисторы VT1, VT2, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	fгр, МГц	Cк, пФ	Iко, мА
VT1
VT2

Определим ток базы транзистора VT2:

(мА)

Определим ток базы и ток покоя транзистора VT1:

По графику зависимости от тока эмиттера определяем, что ≈7,5.

(А)

(А)

Примем значение тока делителя равным: (А)

Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера транзистора VT2:

I_R8=I_б2+I_{П2 (}А)

(Ом)

Принимаем R₈ = (Oм)

U_КЭ2=Е_К-R₈∙I_R8 (В)

U_R8=R₈∙I_{R8 (В)}

Примем значение сопротивления резистора R₇ =6200 Ом:

Тогда:

I_R7= I_б1 (А)

U_R7=R₇∙I_R7 (В)

Определим значение сопротивлений резисторов в цепи делителя:

(А)

(Ом)

Принимаем R₅ = (Ом)

U_R5=R₅∙I_R5 (В)

(В)

(А)

(Ом)

Принимаем R₆ = (Ом)

Будем вести расчет эмиттерного повторителя по переменному току:

Определим эквивалентное сопротивление эмиттера R_Э~ :

R_Э~ = R_H || R₅ || R₆ || R₈ (Ом)

Определим коэффициент передачи повторителя:

(Ом)

.

Определим входное сопротивление повторителя:

(Ом)

Определим выходное сопротивление повторителя:

R_ВЫХ.П = r_Э2 (Ом)

Определим значение емкости конденсатора С₁₄:

(Ф)

Примем С₁₄= (мкФ)

Определим входное напряжение повторителя:

(В)