Проектирование высокочастотного генератора синусоидальных сигналов (стр. 1 из 4)
Министерство образования и науки Украины
Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Кафедра БМЭ
Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине “Аналоговая и цифровая электроника” на тему:
“Проектирование генераторов гармонических колебаний“
Выполнила:
Проверил:
ХАРЬКОВ 2009
РЕФЕРАТ
Целью данной курсовой работы является расчет генератора синусоидальных сигналов.
Пояснительная записка к курсовой работе содержит 25 страниц текста, включающих в себя 3 приложения.
Перечень ключевых слов:
генератор гармонических сигналов;
фазирующая цепочка;
активный элемент;
условие самовозбуждения;
частота генерируемых сигналов.
Содержание
Введение
1 Анализ технического задания
2 Выбор принципиальной схемы
3 Электрический расчет схемы
4Анализ схемы (разработка математической модели) на ЭВМ
Выводы
Список используемой литературы
Приложение
Введение
Электронный генератор представляет собой устройство, преобразующее электрическую энергию источника постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний требуемой формы, частоты и мощности.
По принципу работы и схемному построению различают генераторы с самовозбуждение (автогенераторы) и генераторы с внешним возбуждением ,которые по существу являются усилителями мощности генерируемых колебаний заданной частоты .
Электронные автогенераторы подразделяются на автогенераторы синусоидальных (гармонических) колебаний и автогенераторы колебаний несинусоидальной формы, которые принято называть релаксационными (импульсными) автогенераторами.
Являясь первоисточником электрических колебаний, генераторы с самовозбуждением широко используются в радиопередающих и радиоприемных (супергетеродинных) устройствах, в измерительной аппаратуре, в ЭВМ, в устройствах телеметрии и т. д.
По диапазону генерируемых частот генераторы делятся на низкочастотные (от 0,01 Гц до 100 кГц), высокочастотные (от 100 кГц до 100 МГц ) и сверхвысокочастотные (от 100 МГц и выше ).
Широкое внедрение сложных радиоэлектронных устройств в различные отрасли народного хозяйства ставит перед разработчиками радиоаппаратуры две важнейшие задачи: повышение ее надежности и уменьшение массы и габаритов. Надежность аппаратуры в настоящее время повышается за счет применения соответствующей элементной базы и специальных методов построения систем, а основным направлением миниатюризации избирательных и автоколебательных низкочастотных систем, ввиду отсутствия реальных путей миниатюризации катушек индуктивности, является внедрение активных избирательных RC-цепей (активных RC-фильтров и RC-генераторов).
Широкому распространению транзисторных RC-генераторов синусоидальных колебаний способствует простота изготовления, существующие высокостабильные конденсаторы и сопротивления, стабильные операционные и интегральные усилители, а также технологическая перспективность, если учесть прогресс технологии микромодулей и цепей на основе твердого тела.
Целью данной курсовой работы является проектирование низкочастотного генератора синусоидальных колебаний. Параметры генератора представлены в задании на курсовую работу.
1 Анализ технического задания
В данной курсовой работе необходимо разработать генератор гармонических колебаний, который имел бы такие параметры:
-выходная мощность Pвых= 0,2 Вт;
-сопротивление нагрузки Rн= 2 кОм;
-частота генерируемых колебаний fн = 5 МГц;
-стабильность частоты
.В результате анализа ТЗ можно сделать вывод, что разрабатываемый генератор относится к высокочастотным генераторам средней мощности. А поскольку применение генераторов с колебательными контурами (типа RC) для генерирования колебаний высокой частоты затруднено, то для проектируемого генератора целесообразно использовать схему типа LC.
Синтез схемы и расчет ее элементов будут произведены в следующих пунктах расчетно-пояснительной записки.
2 Выбор принципиальной схемы
Известно много разновидностей схем транзисторных генераторов типа LC, но любая из них должна содержать: колебательную систему (обычно колебательный контур), в которой возбуждаются требуемые незатухающие колебания; источник электрической энергии, за счет которого в контуре поддерживаются незатухающие колебания; транзистор, с помощью которого регулируется подача энергии от источника в контур; элемент обратной связи, посредством которого осуществляется подача необходимого возбуждающего переменного напряжения из выходной цепи во входную.
Простейшая схема транзисторного генератора типа LC приведена на рисунке 1.1. Такая схема называется генератором в трансформаторной связью и используется обычно в диапазоне высоких частот.
Элементы R1, R2, R3 и С2 предназначены для обеспечения необходимого режима по постоянному току и его термостабилизации. С помощью конденсатора С1 емкостное сопротивление, которого на высокой частоте незначительно, заземляется один конец базовой обмотки. В момент включения источника питания в коллекторной цепи транзистора появляется ток IK, заряжающий конденсатор С3 колебательного контура. Так как к конденсатору подключена катушка L1, то после заряда он начинает разряжаться на катушку. В результате обмена энергией между конденсатором и катушкой в контуре возникают свободные затухающие колебания, частота которых определяется параметрами контура
(1.1) 
Рисунок 1.1-Транзисторный автогенератор
Переменный ток контура, проходя через катушку L1, создаёт вокруг нее переменное магнитное поле. Вследствие этого в катушке обратной связи L2, включенной в цепь базы транзистора, наводится переменное напряжение той же частоты, с которой происходят колебания в контуре. Это напряжение вызывает пульсацию тока коллектора, в котором появляется переменная составляющая.
Переменная составляющая коллекторного тока восполняет потери энергии в контуре, создавая на нем усиленное транзистором переменное напряжение. Это приводит к новому нарастанию напряжения на катушке связи L2, которое влечет за собой новое нарастание амплитуды тока коллектора и т.д.
Нарастание коллекторного тока наблюдается лишь в пределах активного участка выходной характеристики транзистора. Что же касается амплитуды колебаний в контуре, то ее рост ограничивается сопротивлением потерь контура, а также затуханием, вносимым в контур за счет протекания тока в базовой обмотке.
Незатухающие колебания в контуре автогенератора установятся лишь при выполнении двух основных условий, которые получили название условий самовозбуждения.
Первое из этих условий называют условием баланса фаз. Сущность его сводится к тому, что в схеме должна быть установлена именно положительная обратная связь между выходной и входной цепями транзистора. Только в этом случае создаются необходимые предпосылки для восполнения потерь энергии в контуре.
Поскольку резонансное сопротивление параллельного контура носит чисто активный характер, то при воздействии на базу сигнала с частотой, равной частоте резонанса, напряжение на коллекторе будет сдвинуто по фазе на 180о. Напряжение, наводимое на базовой катушке за счет тока IK, протекающего через контурную катушку L1, равно
(1.2)где
- коэффициент взаимоиндукции между катушками.Очевидно, необходимо так выбрать направление намотки базовой катушки, чтобы
. Только в этом случае общий фазовый сдвиг в цепи усилитель - обратная связь будет равен нулю, т.е. в схеме будет установлена положительная обратная связь. Если же 
, то обратная связь окажется отрицательной и колебания в контуре прекратятся.На практике выполнение условия баланса фаз достигается соответствующим включением концов катушек L1 и L2. При отсутствии самовозбуждения необходимо поменять местами концы катушки связи L2. При этом автогенератор должен самовозбудиться, если в схеме нет других неисправностей. Выполнение условия баланса фаз является необходимым, но недостаточным для самовозбуждения схемы. Второе условие самовозбуждения состоит в том, что для существования автоколебательного режима ослабление сигнала, вносимое цепью ОС, должно компенсироваться. Иными словами, глубина положительной ОС должна быть такой, чтобы потери энергии в контуре восполнялись полностью.
При наличии ОС коэффициент усиления равен
(1.3)где
- коэффициент усиления усилителя без обратной связи; 
- коэффициент передачи цепи обратной связи.Для рассматриваемой схемы коэффициент
, показывающий, какая часть переменного напряжения контура подается на базу транзистора в установившемся режиме работы, равен 
(1.4)