Завдання 2. Розрахувати схему автогенератора лінійно-зростаючої напруги на операційному підсилювачі (ОП), що забезпечує частоту генерації – fг

Розрахувати схему автогенератора лінійно-зростаючої напруги на операційному підсилювачі (ОП), що забезпечує частоту генерації – f_г, амплітуду вихідної напруги U_вихmax, нелінійність ξ, відносну нестабільність частоти генерації δf_г у діапазоні температур (-40 ÷ +40 ^оС) при роботі на опір навантаження R_н = 10 кОм. Числові значення параметрів відповідно до варіанта наведено у таблиці 2.

Рисунок 2 – Автогенератор лінійно-зростаючої напруги на операційному підсилювачі

Таблиця 2

Методика виконання завдання

2.1 Вибираємо напругу джерела живлення, необхідну для отримання заданої амплітуди вихідного сигналу:

(2.1)

де с - (0,85…0,95) – коефіцієнт використання напруги живлення.

Отримане в (2.1) значення Е_жив є одним з критеріїв вибору типу ОП та після його вибору беруть рівним типовому для даного ОП значенню U_дж.

Критерії вибору:

(2.2)

2.2 Оскільки вказані в таблиці 2 значення частот генерації досить малі, то немає необхідності враховувати інерційні властивості ОП, та, окрім критерія (2.2), при виборі типу ОП, враховуємо тільки вплив величини його вхідного опору R_{вх ОП} на на лінійність та амплітуду вихідного сигналу.

Почнемо розрахунок з вибору елементів хронуючого ланцюга R₁С.

(2.3)

Величину Е_вх вибираємо з наступних виразів:

(2.4)

та оскільки Е_вх визначаєтьсянапругою стабілізації стабілітронів VD₃ та VD₄, то його вибирають стандартним, таким що задовольняє умові (2.4). Задавши тип стабілітронів та врахувавши умови I_ст.ном < I_{вихОПmax}, бажано отримати при цьому значення R₁С ≤ IС.

Визначивши R₁С з (2.3), вибираємо високоякісний плівковий конденсатор С = (0.1 ÷ 1) мкФ та визначаємо величину R₁. Виберемо стандартне значення, а при неможливості замінимо R₁ двома послідовно з’єднаними стандартними опорами, одне з яких може бути змінним. Після чого приймаємо R₀ = R₁ та С₀ = С₁ .

2.3 Для отримання заданої амплітуди та лінійності необхідно, щоб R_вх ОП >> R₁ або:

(2.5)

2.4 Для вибраного типу ОП знаходимо К_u та визначаємо нелінійність схеми генератора (без урахування опорів витікання конденсатора С):

(2.6)

Отримане значення має бути не більше за величину, яку наведено у табл. 2.

2.5 Величину резистора R₂ вибираємо з умов малої тривалості зворотнього ходу пилкоподібної напруги , а саме:

Знаючи С, отримаємо:

(2.7)

Вибираємо найближче менше стандартне значення R₂.

2.6 Величину R₆ визначимо з умов відсутності шунтування стабілітронів VD₃ і VD₄:

(2.8)

Вибираємо найближче більше стандартне значення.

2.7 Величина опору резистора R₅ не повинна бути меншою мінімально допустимого опору навантаження операційного підсилювача, і його вибирають з умови:

(2.9)

2.8 Для зменшення шунтування вхідного ланцюга підсилювача DA₂ з урахуванням ПЗЗ величини R₃ та R₄ вибираємо з умови:

Зазвичай R₃ = R₄ = (100 ÷ 200) кОм.

2.9 Для послаблення впливу вхідного струму зміщення опір з боку обох входів вибирають однаковим:

2.10 Як VD₁ і VD₂ використовують кремнійові діоди малої потужності типу КД102А,Б, КД103А,Б, КД503А,Б та інші, які мають високе значення зворотніх опорів r_звор.

2.11 Як видно зі схеми, паралельно до резистора R₁ та діода VD₁ підключено послідовно з’єднані діод VD₂ і резистор R₂, що створюють ланцюг втікання, який збільшує значення вихідної частоти:

де – амплітуда вихідної напруги при температурі ; – амплітуда вихідної напруги при температурі = 20 ⁰С.

де - зворотний опір діода VD₂.

Визначивши його значення для = -40 ⁰C; =+40 ⁰C; и = +20 ⁰C, знайдемо три значення частоти: ; ; .

Розрахована величина не повинна перевищувати заданої в умовах завдання.