Розрахунок нелінійного перетворювача

КОНСТРУКТОРСЬКО - ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

Розрахунок автогенератора

Розрахувати RC ˗ генератор, виконаний за схемою рисунок 2.1, на біполярному транзисторі МП - 25.

Рисунок 2.1 ˗ Принципова схема автогенератора

Частота генерації =1.5 кГц .

Напруга живлення В.

Опір навантаження кОм.

У стаціонарному режимі роботи автогенератора на частоті генерації повинні виконуватися умови балансу амплітуд і балансу фаз:

(2.1)

де , - модулі передачі функції и

- Аргументи цих передавальних функцій.

Для даної схеми , тому

(2.2)

З цієї формули видно,що значить для виконання умови балансу фаз необхідно, щоб ланцюг зворотного зв'язку вносив зсув фаз, рівний . Це буде виконуватися при рівності нулю уявної частини знаменника виразу:

, тобто (2.3)

,

Звідси отримуємо вираз для частоти генерації:

(2.4)

Тепер можна записати, що:

(2.5)

і баланс фаз виконується:

(2.6)

Знайдемо значення елементів схеми генератора. У відповідності з наведеними вище рекомендаціями виберемо нФ, тоді з виразу для частоти визначимо:

кОМ (2.7)

Відмітимо,що рівняння виконується. Далі з умови виберемо =1 мкФ, а з умови >> виберемо =10 Мом. Залишилося визначити амплітуду стаціонарного коливання на виході генератора. Ми вже знаємо, що модуль передавальної функції ланцюга зворотного зв'язку на частоті генерації дорівнює:

(2.8)

З умови балансу амплітуд знайдемо модуль передавальної функції ланцюга прямого зв'язку:

(2.9)

З іншого боку ми знаєм:

(2.10)

Звідси визначимо мА/В. Це значення середньої крутизни в стаціонарному режимі роботи. Щоб знайти вихідну напругу генератора, потрібно знати залежність від діючого значення . Ця залежність . Ця залежність у теорії генераторів називається коливальної характеристикою. Її можна побудувати для заданого типу транзистора з урахуванням величин і . Але для цього спочатку необхідно побудувати прохідну характеристику транзистора - залежність діючого значення струму в вихідний ланцюга від вхідної напруги У свою чергу, вихідними для побудови прохідний характеристики є:

1. Вхідна характеристика транзистора (рисунок 2.2);

2. Вихідна характеристика транзистора (рисунок 2.3);

Рисунок 2.2 - Вхідна характеристика транзистора

Рисунок 2.3 ˗ Вихідна характеристика транзистора

На сімействі вихідних характеристик транзистора МП-25 (рисунок 2.3) проводиться навантажувальна пряма через точки з координатами (0, ) и ( ,0) (рисунок 2.4)

Рисунок 2.4 ˗ Вихідна характеристика транзистора з навантажувальної прямої

По точках перетину навантажувальної прямої з вихідними характеристиками будується проміжна характеристика (рисунок 2.5). Для цих цілей зручно скласти таблицю:

Таблиця 2.1˗ Проміжна характеристика

, мА	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
, мА	2.5	4.8	6.5	8.2	10.5	12.2	13.8	15.0	16.5	17.5

Рисунок 2.5 ˗ Проміжна характеристика

Потім, використовуючи отриману залежність (рисунок 2.5) і вхідну характеристику (рисунок 2.2), визначають необхідну залежність (рисунок 2.6).

Рисунок 2.6 ˗ Залежність

Всі дані, необхідні для побудови характеристики, зведені в таблицю:

Таблиця 2.2 ˗ Коливальна характеристика

, В	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3	0.35
, мА	0.1	0.25	0.5	0.8	1.25	1.75
, мА	2.5		10.5

Для побудови коливальної характеристики попередньо визначають положення робочої точки. Найкраще задатися значенням , 2В - це середина лінійного, ділянки прохідної характеристики. Значення середньої крутизни для різних значень можна визначити за методом 3-х ординат за формулою:

(2.11)

Знову зручно оформити всі розрахунки у вигляді таблиці:

Таблиця 2.3 ˗ Значення середньої крутизни

, В	0.05	0.1	0.15	0.2	0.3	0.4
, мА			18.2	18.2	18.2	18.2
, мА		2.5	1.0
, мА/В		77.5	57.3	45.5		22.7

Процедура визначення величин і для =0.05 В показана на рис. 2.7

Рисунок 2.7 ˗ Процедура визначення величин і для =0.05 В

На підставі наведеної вище таблиці будується коливальна характеристика . Вона наведена на рисунку 2.8

Використовуючи коливальну характеристику і знаючи значення середньої крутизни в стаціонарному режимі =29 мА/В, легко знайти стаціонарне діюче значення напруги .

Рисунок 2.8 ˗ Коливальна характеристика

Воно одно . Тоді напруга на виході генератора в стаціонарному режимі можна знайти із співвідношення:

В (2.12)

На цьому розрахунок RC - генератора можна вважати закінченим. Залишається лише привести його схему зі знайденими значеннями елементів.
Зведемо значення елементів автогенератора в таблицю:

Таблиця 2.4 ˗ Елементи автогенератора

, кОм	, МОм	, кОм , МОм	, нФ	, мкФ

Розрахунок нелінійного перетворювача

Потрібно розрахувати спектр струму і напруги на виході нелінійного перетворювача.
Вихідні дані: схема нелінійного перетворювача – рисунок 2.1
Тип нелінійного елемента - КТ203А.

Напруга на вході В.

Напруга зсуву В

Напруга живлення В.

Амплітуда напруги на виході автогенератора, розрахованого в попередньому прикладі, більша амплітуди напруги, яку слід подати на вхід нелінійного перетворювача, тому сигнал генератора потрібно послабити. Для цієї мети можна скористатися схемою, зображеною на рисунку 2.2.2, яку включають між генератором і нелінійним перетворювачем. Передатна функція такої схеми:

(2.13)

Оскільки В, В, то .Задаючи 10 кОм, отримуємо кОм .

Рисунок 2.9 ˗ Принципова схема нелінійного перетворювача

Рисунок 2.10 ˗ Принципова схема пристрою узгодження

Використовуючи прохідну ВАХ транзистора, графічно визначимо вид струму на виході нелінійного перетворювача (рисунок 2.11).

Рисунок 2.11 ˗ Графічне визначення виду струму

Напруга, що подається на базу, має вигляд:

В (2.14)

Для розрахунку спектра струму і напруги на виході нелінійного перетворювача необхідно зробити апроксимацію ВАХ. Амплітуда вхідного сигналу досить велика, тому вибираємо кусочно-лінійну апроксимацію

(2.15)

Рисунок 2.12 - Визначення

За ВАХ визначаємо В. (рисунок 2.12)

Для розрахунку крутизни вибираємо будь-яку точку на прямій, що апроксимує ВАХ, наприклад: В, мА, тоді:

мА/В (2.16)

Розраховуємо кут відсічення:

рад. (2.17)

Потім обчислюємо функції Берга:

(2.18)

Постійна складова та амплітуди гармонік спектру струму розраховуються за формулою:

, k=0,1,2,3,….

Обмежуючись третьої гармоніки, маємо:

мА

мА

мА

мА (2.19)

Напруга на виході нелінійного перетворювача при наявності розділового конденсатора, що не пропускає постійну складову, .

Амплітуда гармонік вихідної напруги:

мВ

мВ

мВ (2.20)

Спектр амплітуд струму наведено на рисунку 2.13, напруги – 2.14

Рисунок 2.13 ˗ Спектр амплітуд струму

Рисунок 2.14 ˗ Спектр амплітуд напруг