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

18568. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИНТЕЗА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ 69 KB
  МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИНТЕЗА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ Постановка задач параметрического синтеза Место процедур синтеза в проектировании Сущность проектирования заключается в принятии проектных решений обеспечивающих выполнение будущим объектом предъявляемых к
18569. Оптимизация технических объектов в системах автоматизированного проектирования 272.5 KB
  Оптимизация технических объектов в системах автоматизированного проектирования. Данная глава посвящена вопросам постановки и решения задач оптимизации при техническом проектировании. Главное внимание уделяется параметрической оптимизации непрерывных объектов.
18570. Общие сведения об ОС 124.5 KB
  Общие сведения об ОС. Операционная система комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов ВС и удобства работы с ней. В настоящее время только с помощью ОС можно полностью загружат
18571. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР 109 KB
  ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР Структура и требования к ТО САПР Техническое обеспечение САПР включает в себя различные технические средства hardware используемые для выполнения автоматизированного проектирования а именно: ЭВМ периферийные устройства сетевое оборуд
18572. Сети ЭВМ и средства телекоммуникационного метода доступа 63 KB
  Сети ЭВМ и средства телекоммуникационного метода доступа Для современного этапа развития средств вычислительной техники характерно использование сравнительно дешевых мини микро и персональных ЭВМ обладающих достаточно большими вычислительными возможностями. По...
18573. Базы данных. Логическая область базы данных 145.5 KB
  Базы данных. Лекция № 1. 1. Предметная область базы: данных сварное соединение стыковое нахлесточное и т.п. Объекты предметной области. Логическая область базы данных цифры записи и т.п.. 2.Характеристика объекта предметной области называется атрибуткоторый прин
18574. НАЗНАЧЕНИЕ, СУЩНОСТЬ И СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР 93.5 KB
  НАЗНАЧЕНИЕ СУЩНОСТЬ И СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР Основное назначение ИО САПР уменьшение объемов информации требуемой в процессе проектирования от разработчика РЭС и исключение дублирования данных в прикладном программном и техническом обе...
18575. УРОВНИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ 117.5 KB
  УРОВНИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ Существует три уровня представления данных: уровень пользователя предметная область логический и физический. Каждый объект предметной области характеризуется своими атрибутами каждый атрибут имеет имя и значение. Например объект осц
18576. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ 42.5 KB
  ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ Процесс разработки структуры БД на основании требований пользователя называют проектированием БД ПБД. Результатами ПБД являются структураБД состоящая из логических и физических компонент и руководство для прикладных программистов. Р...