Мостовой RC-генератор синусоидальных колебаний с мостом Вина.

Министерство Высшего образования Украины

Одесский Государственный Политехнический Университет

Кафедра информационно-измерительной техники

Утверждаю

Зав. Каф.                                 Р.Г. Джагупов

Мостовой RC-генератор синусоидальных колебаний с мостом Вина

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

ИТКР 7.0913.05

Курсовая работа по дисциплине "Электронные устройства для первичных преобразователей"

Выполнил студент 4 курса

группы АИ-941

Дёгтев А.Ю.

Дата выполнения:

Руководитель: Азаркин В.А.

Оценка:

Одесса 1998

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2. Аннотация  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3. Выбор, обоснование и описание работы схемы электрической

принципиальной генератора с мостом Вина. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

4. Описание схемы операционного усилителя и его параметры . . . . .  9

5. Выбор элементной базы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

6. Расчет погрешности прибора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

6.1 Расчет неинвертирующего ОУ и анализ его

погрешностей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

7. Графическое приложение   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 - Спецификация. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 - Схема электрическая принципиальная мостового генератора синусоидальных колебаний с мостом Вина.

8. Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

9. Список использованной литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

В В Е Д Е Н И Е

Эти генераторы отличаются от релаксационных тем, что в их состав входят электрические цепи или компоненты, обладающие резонансными свойствами. Благодаря им условие возникновения автоколебаний (ку³1, ) выполняется только в узкой полосе частот. Компоненты с резонансными свойствами или соответствующие резонансные цепи могут быть установлены в межкаскадных цепях усилителя или в цепях, создающих положительную или отрицательную обратную связь. Причем параметры выбирают так, чтобы условия возникновения выполнялись только в узкой полосе частот D¦ при всех колебания усилителя и цепи ООС.

В диапазонах низких, звуковых и радиочастот в качестве резонансных цепей и компонентов применяют RC-цепи, LC-контуры, кварцевые резонаторы, электромеханические колебательные системы (например, камертоны и др.)

Избирательные RC-цепи имеют сравнительно пологие фазо- и амплитудно-частотные характеристики петлевого усиления. Поэтому,  если коэффициент усиления больше единицы, даже на небольшую величину, условия возникновения автоколебаний выполняются в сравнительно широкой полосе частот D¦. При этом форма выходного сигнала существенно отличается от синусоидальной. Поэтому у автогенераторов с резонансными RC-цепями (RC-генераторов) приходится вводить дополнительные цепи автоматического регулирования коэффициента усиления.

В RC-генераторах выходное напряжение практически повторяет форму тока, создаваемого усилителем.

Для RC-генераторов характерны:

1.   Простота реализации;

2.   Дешевизна;

3.   низкие массо-габаритные показатели;

4.   Диапазон частот автоколебаний от долей герц до нескольких сотен килогерц.

Недостатки:

1.   Невысокая стабильность частоты;

2.   Существенные искажения формы автоколебаний (Кг>10.5%)

Аннотация

Разрабатываемый в данной курсовой работе прибор предназначен выполнять функцию генерации синусоидальных колебаний. В генераторе обеспечена автоматическая регулировка уровня усиления колебаний. Применение высокоточного (прецизионного) усилителя обеспечивает высокую точность и хорошую стабильность работы схемы генератора. Большое внимание уделено описанию принципа работы схемы генератора синусоидальных колебания с мостом Вина. Разработка подобных генераторов на современной элементной базе является весьма перспективным направлением в электронике.

The instrument, developed in the given course operation, is intended to execute the function of generation of sine wave oscillations. In the generator the automatic adjustment of a level of amplification of oscillations is supplied. The application precision of the amplifier provides high accuracy and good stability of operation of the circuit of the generator. The large attention is given to the description of a principle of operation of the circuit of the generator of a sine wave oscillation with the bridge Fault. The development of similar generators on modern element base is a rather perspective direction in electronics.

3. Выбор, обоснование и описание работы схемы электрической принципиальной генератора с мостом Вина.

Как известно, частота автоколебаний в таком генераторе определяется формулой (1), а затухание в частотно-зависимой ветви обратной связи на частоте    ¦0 . Для улучшения формы кривой выходного напряжения частотно-независимую ветвь ООС в мосте Вина обычно выполняют инерционно-нелинейной. [4]

Нужный характер нелинейности обеспечивается тогда, когда с ростом амплитуды сигнала уменьшается сопротивление R3 или увеличивается сопротивление R4. Поэтому в качестве R3 используется полупроводниковый терморезистор. В качестве инерционно-нелинейного резистора применяют переход сток-исток полевого транзистора, на затвор которого подают выпрямленное и сглаженное выходное напряжение генератора.

В устройстве реализована двухступенчатая цепь ООС. Первая ступень: резистор R3 и полевой транзистор,  вторая ступень: резисторы R4, R5.

При в устройстве возникают автоколебания, частота которых определяется формулой . Обычно используют в частотно-зависимой ветви моста Вина R1=R2=R, C1=C2=C, а частоту автоколебаний: , причем автоколебания возникают при условии, что коэффициент усиления усилителя, состоящего из ОУ и резисторов R3, R4, больше чем три,  иначе говоря, должно быть выполнено условие

Установившиеся автоколебания в замкнутой цепи возможны только при условии точного равенства единице единичного коэффициента петлевого усиления на частоте f0. Но, для возникновения автоколебаний нужно, чтобы в начале коэффициент петлевого усиления был более 1. После возникновения автоколебаний их амплитуда стабилизируется в конечном счете на таком уровне, при котором за счет нелинейного элемента в петле коэффициент уменьшается до 1. Если не предпринимать специальных мер,  то упомянутая нелинейность проявится в амплитудной характеристике ОУ, в этом случае форма автоколебаний может заметно отличаться от синусоиды.

Нужный характер нелинейности обеспечивается тогда,  когда с ростом амплитуды сигнала падает сопротивление R3 или растет сопротивление R4.

При построении генераторов с частотно-зависимыми цепями, обеспечивающими на частоте автоколебаний сдвиг фазы, равный p, удобно использовать потенциально-токовые разновидности избирательных цепей. Такие цепи предназначены для использования совместно с усилителями, имеющими малые входное и выходное сопротивление. [2]

4. Описание схемы операционного усилителя и его параметры.

ОУ 140УД26 [3]

К140УД26 - широкополосный прецизионный операционный усилитель со сверхнизким значением входного напряжения шума, высоким коэффициентом усиления напряжения. Внутренняя частотная коррекция отсутствует.

                                                                Таблица 1

Электрические параметры

(при Uп=±15 В, RН=2 кОм, Т=+35°С)

Параметры

Буквенное обозначение

Режим измерения

К140УД26В

Единицы измерения

Напряжение смещения

Uсм

Uп=±15 В

±10

мкВ

Входной ток

Iвх.

Uп=±15 В

±100

нА

Разность входных токов

DIвх.

Uп=±15 В

75

нА

Ток потребления

Iпот.

Uп=±15 В

5.7

мА

Коэффициент усиления напряжения

Ку.U.

Uп=±15 В

7000

тыс.

Максимальное синфазное входное напряжение

Uвх.сф.макс.

T=+25°C

±110

В

Входное сопротивление для дифф. Сигналов

Rвх.

Uп=±15 В

6

МОм

Выходное сопротивление при разомкнутой цепи ООС

Rвых.

Uп=±15 В

70

Ом

Частота единичного усиления

¦1

20

МГц

Рис.2

Рис.3 Схема электрическая принципиальная операционного усилителя ОР-37А