76075

Усилитель переменного напряжения

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Цель работы – изучение с устройства и принципа работы операционного усилителя, и устройства переключения. В процессе работы проводились расчеты на структурном уровне, выбор элементов и разработка принципиальной электрической схемы.

Русский

2015-01-28

452.5 KB

8 чел.

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Омский государственный технический университет"

Кафедра "Автоматизированные системы обработки информации и управления"

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему «Усилитель переменного напряжения»

по дисциплине «Электротехника и электроника»

студента  Зуева Юрия Сергеевича группы АС-223

Пояснительная записка

Шифр проекта КП – 2068998-43-AC223-7 ПЗ

Специальность  230102

Преподаватель                               А.В. Никонов

Студент Ю.С. Зуев

Омск 2005


РЕФЕРАТ

Пояснительная записка 16 с., 7 рис., 1 табл., 6 источников, 1 л. графического материала.

Операционный усилитель, Реле, модуль памяти.

Объектом выполненной работы является усилитель переменного напряжения.

Цель работы – изучение с устройства и принципа работы операционного усилителя, и устройства переключения.

В процессе работы проводились расчеты на структурном уровне, выбор элементов и разработка принципиальной электрической схемы.

В результате был спроектирован усилитель переменного напряжения, соответствующий требованиям технического задания.

Основные технико-эксплуатационные показатели: высокое быстродействие схемы, защита от помех, малое энергопотребление.

Степень внедрения – учебное проектирование.

 


СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ

Усилитель переменного напряжения используется для усиления сигнала переменного тока в широкой полосе частот.

Усилитель переменного напряжения широко используется в промышленных устройствах. Увеличивает амплитуду входного сигнала до требуемого значения.

Основные технические требования, предъявляемые к усилителю переменного напряжения, это простота использования, универсальность и малое энергопотребление.

В данной работе рассмотрена реализация усилителя переменного напряжения. Приводятся функциональная и принципиальная схемы усилителя, описываются его основные характеристики, принцип работы и построения.


1 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

При проектировании усилителя переменного напряжения был проведен обзор и анализ литературы. При обзоре были выбраны основные блоки устройства и элементы блоков, позволяющие реализовать требования проекта.

На основе аналитического обзора были выделены устройства аналоги, реализующие схожие функции, но не позволяющие выполнить требования технического задания, а также устройства-прототипы, наиболее близко подходящие к заданию.

В качестве аналога рассматривается низкочастотный усилитель, .

Рисунок 1.1 – Низкочастотный усилитель

Рассмотрим аналог более подробно.

Низкочастотный усилитель, предложенный в [6], предназначены для усиления переменного напряжения. Построен на транзисторе, который включен по схеме с общим коллектором. Схема имеет ряд недостатков: низкий коэффициент усиления, маленькая температурная стабильность схемы, для приблизительного выполнения задания требуется много каскадный усилитель.

В качестве прототипа рассмотрим неинвертирующий усилитель.

Он обладает широкой полосой пропускания от 0 Гц до 10 МГц и входным сопротивлением порядка 1 МОм. Построен на операционном усилителе в неинвертирующем включении. Т. е. не удовлетворяет заданию по полосе пропускания.

Рисунок 1.2 – Принципиальная схема неинвертирующий усилитель

Для выполнения задания обвяжем прототип RC цепочками НЧ и ВЧ фильтров, а также зададим входное сопротивление параллельным включением резистора.


2 РАСЧЕТ НА СТРУКТУРНОМ УРОВНЕ 

Функциональная схема усилителя переменного напряжения приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Функциональная схема

Рассмотрим каждый блок данной схемы более подробно.

Усилитель переменного напряжения – это основная часть устройства, построена на операционном усилителе, включенного по неинвертирующей схеме. Усилитель развязан с входом по постоянному току, путем последовательного включения конденсатора. Входное сопротивление схемы задаётся параллельно включенными резисторами. Конденсатор и резисторы образуют ФВЧ, который определяет полосу пропускания снизу. На выходе усилителя введена параллельная RC цепочка, которая предотвращает возбуждение на высокой частоте, а также плавно обрезает сигнал на частотах выше данной в задании. В схему введен конденсатор разделяющий обратную связь с общим проводом по постоянному току.

Схема переключения предназначена для отключения входного сигнала. Состоит из реле и инвертора с открытым коллектором, который управляет реле. Параллельно реле включен диод для защиты выходного каскада инвертора от ЭДС самоиндукции обмотки реле, при снятие с неё сигнала. Контакты реле переключают вход усилителя на вход схемы или на землю. При отсутствии сигнала на реле вход усилителя соединён с входом схемы.

Модуль памяти предназначен для хранения управляющего сигнала от внешней ЭВМ, выполнен на RS – триггере, который отключает вход усилителя при подаче логического нуля на вход S и возвращает схему в исходное состояние при подаче логического нуля на вход R.

Таблица 2.1. – Требования к основным узлам

Наименование
параметров

Обозначение

Единицы
измерения

Значение параметров узлов схемы

Усилитель напряжения

Реле

RS – триггер

Входные

Uвх мах

В

0,1

3,5

ТТЛ

Выходные

Uвых мах

В

10

0,1

ТТЛ

Временные и
частотные

Задержка сигнала

мкс

100

0,008

Частота

Гц

20-70К


3 ВЫБОР И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

3.1 Усилитель переменного напряжения

Усилитель переменного напряжения построен на основе неинвертирующего усилителя [6]. Принципиальная схема усилителя переменного напряжения приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Усилитель переменного напряжения

Используется операционный усилитель AD712ACD, который является прецизионным и быстродействующим. Таким образом добиваемся величины коэффициента нелинейных искажений порядка 0,01%, что удовлетворяет требуемому. В задании дан коэффициент усиления 40 дБ, перейдем от логарифмической шкалы к линейной: Ку= 1,12240 100. Исходя из полученного коэффициента усиления подбираем номиналы резисторов обратной связи. Ку=R3/R4, примем R4=1 КОм, тогда R3=Ку*R1=100 КОм.

Конденсатор C2 введен в схему для ослабления низкочастотных сигналов [5], а так как полоса пропускания начинается с 20 Гц, то конденсатор ослаблять сигнал частотой ниже 20 Гц, для этого устанавливается ёмкость конденсатора 33 мкФ.

Резистор R1 задает входное сопротивление схемы[6], выбираем его R1 = 1 КОм.

Цепочка C1R2 является ФВЧ [5] и ослабляет сигнал с частотой ниже 20 Гц, т. о. частота среза фильтра 20 Гц. Получаем отношение R к C, С=1/20*R, выбираем R = 10 КОм, и получаем С=4,7 мкФ.

Цепочка C3R5 является ФНЧ [5] и вводится в УНЧ для защиты от самовозбуждения, а так же для ограничения частоты в пределах 100 КГц. Номиналы элементов выбираются по умолчанию C3=0.1 мкФ и R5=10 Ом.

3.2 Схема переключения

Схема переключения состоит из инвертора с выходом в виде открытого коллектора и слаботочного реле и параллельно включённого диода для защиты логического элемента от э. д. с. самоиндукции.

Рисунок 3.2 – Схема переключения

3.3 Модуль памяти

Построен на RS – триггере.

Рисунок 3.3 – Модуль памяти


4 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Для моделирования был выбран усилитель переменного напряжения. На рисунке 4.1 приведена принципиальная схема данного усилителя.

Рисунок 4.1 – Усилитель переменного напряжения

В качестве среды моделирования был выбран ППП Micro-Cap 7.0.На рисунке 4.2 приведен результат моделирования схемы. На графике показано АЧХ усилителя переменного напряжения.

Рисунок 4.2 – График АЧХ

Из рисунка 4.2 видно, что полоса пропускания соответствует требуемому заданию.


5 АНАЛИЗ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

В данной работе усилитель должен иметь коэффициент нелинейных искажений не более 2 %. Благодаря использованию в схеме ОУ AD712ACD, искажение схемы меньше 0,01 %.

Полоса частот соответствует заданию, сигнал с частотой 20 Гц – 70 кГц проходит без ослаблений.

В налаживании правильно собранный из исправных деталей усилитель не нуждается.


6 заключение

В ходе выполнения курсового проекта был разработан усилитель переменного напряжения, соответствующий требованиям технического задания.

Был проведен анализ справочной литературы, в ходе которого были найдены аналоги и прототипы, на основе которых и был разработан данный усилитель.

Опираясь на [5] и [6] были составлены функциональная и принципиальная схемы усилителя переменного напряжения.

С помощью ППП Micro Cap 7.0 был проведен анализ основного узла схемы – усилителя напряжения, подтвердивший правильность подбора отдельных компонентов данного усилителя.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1.  Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электрические чертежи и схемы. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 288 с.
  2.  Говердовская З.Г. Правила выполнения схем: Единая система конструкторской документации. – М.: Изд-во стандартов, 1987. – 136 с.
  3.  Диоды: Справочник / Григорьев О.П, Замятин В.Я., Кондратьев Б.В., Пожидаев С.Л. − М.: Радио и связь, 1990. − 336 с.
  4.  Никонов А.В. Основные узлы цифровых измерительных устройств: Учеб. пособие.-Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. – 52 с.
  5.  Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. – М.: Мир 1998. – 704 с.
  6.  Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. – М.: Мир, 1982. – 512 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81699. Проблема субстанції в історії філософії 22.51 KB
  Надалі починають розглядати субстанцію як особливе визначення Бога схоластика що веде до дуалізму філософське вчення яке вважало що матеріальні і духовні субстанції рівноправні душі і тіла. Проблема субстанції була поставлена в працях Декарта. Субстанцію як Єдине він роз\'єднав на дві самостійні субстанції: природу і мислення.
81700. Матеріальне буття та його форми: субституційний та реляційний підходи 19.31 KB
  Виходячи з цього сутність матеріального буття розкривається через поняття матерії та форм її існування. Матеріалісти античності ототожнювали її з першоосновою буття всіх речей останнім неподільним елементом дном за межами якого нічого не існує.
81701. Основні категорії онтології сутність-явище простір-час причина-наслідок 25.81 KB
  Явище і сутність – діалектично повязані між собою протилежності. Так міраж – це явище що виникає внаслідок викривлення променів світла атмосферою. Разом із тим явище і сутність передбачають одне одного.
81703. Свідомість як філософська категорія культурний і суспільний феномен 27.73 KB
  Для розрізнення свідомості та психіки мислення й розуму їх варто розрізняти. Але окрім цього варто не забувати що центром свідомості є людське Я. Предметним середовищем реалізації свідомості є світ.
81704. Свідомість як форма психічної діяльності:ідеальне і психічне 25.83 KB
  Свідомість -це найвища, притаманна людям якість, яка полягає в узагальненому і цілеспрямованому відображенні дійсності, уявній побудові дій і передбаченні їх результатів, регулюванні і самоконтролі поведінки, яка має зовнішні форми відображення творчого перетворювального характеру та повязана з мовою.
81705. Структура свідомості: її компонентний та рівневий вияви 25.51 KB
  Можна виділити такі рівні свідомості та їх елементи. Базовим і найбільш давнім рівнем свідомості є чуттєвоафективний пласт до якого належать: – відчуття – відображення в мозкові окремих властивостей предметів та явищ обєктивного світу що безпосередньо діють на наші органи чуттів; – сприйняття – образ предмета в цілому який не зводиться до суми властивостей та сторін; уявлення – конкретні образи таких предметів чи явищ які в певний момент не викликають у нас відчуттів але які раніше діяли на органи чуттів – різного роду афекти тобто...
81706. Проблема людини в філософії: екзистенційна та субстанійна концепції 28.3 KB
  Вона є теоретичним усвідомленням драматизму першої половини XX століття трагізму людини котра потрапила на межу життя і смерті буття і небуття в результаті реальної загрози її існуванню як людини як виду. Моделлю людини як такого для екзистенціалістів стала страждаюча зневірена людина яка знаходиться в прикордонній ситуації – ситуації на межі життя та смерті. Ірраціональність буття абсурдність самого існування людини сумніви у можливості раціонального пізнання світу – це все складові філософії екзистенціалізму.
81707. Проблема походження людини та суспільства 26.28 KB
  Релігійна гіпотеза походження людини базується на біблійних переказах про створення Богом світу і людини гріхопадіння Адама і Єви Всесвітній потоп про те що заповідав Бог людям та регламентацію життєдіяльності людини яка викладена в заповідях. Космічна гіпотеза походження людини базується на припущенні що життя принесено на Землю з Космосу у тому числі в його цивілізованих проявах. Еволюційна гіпотеза походження життя...