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

12 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

79427. Процессы проектирования. Проектирование программной архитектуры 48.05 KB
  Подход на основе шаблонов примеры шаблонов можно найти в вопросе 26 Стандартная структура подхода на основе шаблонов: Имя паттерна Задача паттерна Описание решения алгоритм без привязки к реализации Плюсы применения паттерна Минусы применения паттерна Иногда 4 и 5 пункт заменяют рекомендацией. Плюсы применения шаблонов проектирования: Инструмент для решения простых задач на любом языке разработчикам легче взаимодействовать увеличивается скорость программирования. Минусы применения шаблонов проектирования: Зацикливание разработчика...
79428. Процессы проектирования. Шаблоны программной архитектуры 112.61 KB
  Как применять политику ценообразования Вырабатывается стратегия приоритета скидок объект Продажа не должен обладать информацией о применяемых скидках но можно было бы применить стратегию расчета скидок. Имеются классы проектирования Продажа ТоварПродажа продажа отдельного вида товара в рамках продажи в целом ТоварСпецификация описание конкретного вида товара. Объект Продажа должен передать сообщение Рассчитать промежуточную сумму каждому экземпляру класса ТоварПродажа которые в свою очередь передают сообщения СообщитьЦену объектам...
79429. Процессы проектирования. Проектирование инфраструктуры 42.3 KB
  В последнее время чаще начинают использовать стороннюю инфраструктуру облачные сервисы etc. Это выгодно с точки зрения цены не покупаем оборудование а платим деньги только за аренду однако если вмешивается безопасность или очень критично производительность то приходится тратить деньги на свою инфраструктуру. Следует различать инфраструктуру ИС и инфраструктуру проекта по созданию ИС. в этом билете имеется в виду инфраструктура ИС про инфраструктуру проекта можно читать в билете 11.
79430. Процессы проектирования. Проектирование интерфейсов 46.72 KB
  Проектирование интерфейсов Интерфейс определяет совокупность средств и методов взаимодействия между элементами системы. С другой стороны набор правил или процедур для взаимодействия между компонентами программы между компонентами программы в целом а также между информационными системами и оборудованием программный интерфейс. Программный интерфейс формален полный и непротиворечивый формализован. Физическая реализация интерфейса USB COM port.
79431. Жизненный цикл информационной системы 46.7 KB
  Жизненный цикл информационной системы совокупность взаимосвязанных процессов создания и последующие состояния ИС от формирования исходных требований до утилизации. Процесс создания совокупность работ от формирования исходных требований до ввода в действие. Процесс создания состоит из: Анализ требований к ИС; Проектирование; Разработка; Тестирование; Другой способ деления стадий создания основан на последовательности операций операция по анализу входной информации об объекте проектирования; операция проектирования объектов данных на...
79432. Модели жизненного цикла информационной системы 46.2 KB
  ГОСТ 15 271 Каскадная модель Каскадная модель реализует принцип однократного выполнения каждого из вида деятельности определение требований проектирование разработка интеграция тестирование использование. ГОСТ 15 271 Информационная технология. Руководство по применению ГОСТ Р ИСО МЭК 12207 Процессы жизненного цикла программных средств. В стандарте основное внимание уделено особенностям подлежащим учету при прикладном применении ГОСТ Р ИСО МЭК 12207 в условиях реальных проектов создания программных средств.
79433. Методологии проектирования. Каноническое проектирование 41.03 KB
  Формирование требований к ИС формирование модели объекта автоматизации и формирование верхнеуровневых требований; Разработка концепта ИС детальное исследование бизнеспроекта выбор вариантов создания ИС формулирование требований заказчика; Создание Технического Задания оно же ТЗ описание функций связей etc.; Эскизный проект реализация проекта проработка на системном уровне концепции; Технический проект; стадия создания...
79434. Методологии проектирования. Типовое проектирование 37.76 KB
  Содержит следующие пункты: Формулирование требований к ИС осталось без изменений; Поиск платформы прототипа на чем будем реализовывать нужно постараться минимизировать изменения прототипа; Техническое задание описание ТЗ прототипа и наших изменений в нём или изменений в объекте автоматизации чаще и то и другое; Эскизный проект схлопывается с ТЗ ибо задается прототипом; Технический проект программируем наши изменения в прототипе; Рабочая документация упрощается ибо в прототипе есть своя документация фиксируем свои...
79435. Процессы жизненного цикла информационной системы 45.88 KB
  Процессы планирования; Процессы разработки; Интегральные процессы. Процессы планирования определяют и координируют действия процессов разработки и интегральных процессов. В ходе выполнения процессов разработки создаются программные средства для ИС. Виды процессов: Определений требований к ИС; Проектирование;...