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

13 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

73998. Великая Отечественная война: крупнейшие военные операции 1941 – 1945 годов 21.99 KB
  Великой Отечественной войне первоначальный ход военных действий сложился крайне неблагоприятно для СССР. Суворовым идея неподготовленности СССР к войне оборонительной ввиду подготовки его к войне наступательной иными словами воскрешение еще Гитлером выдвинутой концепции превентивной вынужденной войны с целью обезопасить себя от нападения Красной Армии. Таким образом Советский Союз в упорной борьбе сумел одержать победу в Великой Отечественной и разделить успех с союзниками по антигитлеровской коалиции во II мировой войне. Полководческое...
73999. Деятельность тыла в Великой Отечественной войне. Партизанское движение в годы Великой Отечественной войны 17.77 KB
  Партизанское движение в годы Великой Отечественной войны. Благодаря высокому уровню централизации государственного хозяйства в первые же месяцы войны удалось обеспечить его перестройку на военномобилизационный лад. Успех во многом определялся удачной организацией управления страной в условиях войны: при всех своих издержках советская система как раз и была предназначена для действия в условиях чрезвычайных обстоятельств для быстрой и решительной мобилизации имеющихся ресурсов и их перераспределения в соответствии с первоочередными...
74000. СССР во 2-й половине 50 - 1-й половине 80-х гг. XX в. От попыток либерализации к всеобщему кризису 22.46 KB
  Первые послевоенные годы принесли мало изменений в функционирование политической системы СССР. Будучи отражением реальной потребности в мобилизации сил для быстрого завершения восстановительных работ централизация в то же время подошла к своему пределу за которым она теряла всякую эффективность что отчетливо проявилось в нарастании кризисных явлений во всех сферах жизни СССР в начале 50х гг. Все это подводило руководящие круги СССР к осознанию необходимости преобразований.
74001. Основные направления и этапы внешней политики СССР в годы «холодной войны» 19.09 KB
  Основные направления и этапы внешней политики СССР в годы холодной войны. Победа СССР в войне значительно изменило его международное положение. СССР принял участие в создании ООН где ему было определено место одного из постоянных членов Совета безопасности.президент США сформулировал доктрину Трумена меры против экспансии СССР.
74002. Перестройка 1985 – 1990 годов 22.31 KB
  Именно эти меры положили начало развалу политической системы СССР поскольку именно партийная вертикаль обеспечивала реальное функционирование политической системы; советские органы были властью сугубо номинальной а потому оказались не готовы к выполнению возложенных на них полномочий. когда оппозиции удалось добиться отмены 6й статьи Конституции СССР закрепляющей особую роль КПСС в государственной системе СССР и внушительного представительства в ряде...
74003. Становление новой российской государственности в 1990-е годах 18.55 KB
  Распавшийся Советский Союз оставил весьма сложное наследство России в виде экономического кризиса всеобщего социального недовольства и наконец отсутствия реальной российской государственности. В условиях краха умеренной и консервативной моделей периода перестройки вполне естественной была победа весьма радикальной для России концепции демократического либеральнорыночного государства с ориентацией на западные страны. В принципе основные направления реформ к моменту их осуществления в России были уже испытаны в ряде государств Восточной...
74004. Основные этапы развития исторической науки в России XVIII – начале XX веков 20.07 KB
  Главною заслугою Миллера было собирание материалов по русской истории; его рукописи так наз. И исследования Миллера имели значение он был одним из первых ученых заинтересовавшихся позднейшими эпохами нашей истории им посвящены его труды: Опыт новейшей истории России и Известие о дворянах Российских. видное место трудами по русской истории занял и М.
74005. Основные этапы развития советской исторической науки 23.2 KB
  Начало новому этапу в развитии марксистской исторической мысли положили труды В. И. Ленина. Особенно большое значение для И. имела разработка Лениным теоретико-методологических основ общественных наук (в том числе исторической науки)...
74006. Влияние колониальной эксплуатации на традиционное общество в Индии в XIX – начале ХХ веках 23.77 KB
  Влияние колониальной эксплуатации на традиционное общество в Индии в XIX начале ХХ вв. Заключительным этапом средневековой истории Индии стало возвышение на ее севере в начале XVI в. Власть моголов в Индии укрепилась в годы полувекового правления Акбара 14521605 завоевавшего Бенгалию а вместе с ними и выход к морю. Таким образом в Индии XVIXVII вв.