proiect n=1 dobrescu

Facultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia Informaiei

Proiect la disciplina Dispozitive si Ciurcuite Electronice

GENERATOR DE SEMNAL SINUSOIDAL PENTRU DOMENIU DE AUDIO-FRECVENTA

Coordonator: Prof. Dr. Ing. Drago Dobrescu

Student: Ion Florin Grupa: 432B

2009 - 2010

I.

INTRODUCERE


Tema proiectului Se cere proiectarea unui generator de semnal sinusoidal pentru domeniul de audiofrecventa.

Schema bloc generala

2

I.

INTRODUCERE


Proiectul va avea in vedere urmatoarele aspecte: Oscilatorul va fi realizat cu ajutorul unui amplificator operational cu urmatoarele specificatii: Frecventa de oscilatie cuprinsa intre 10Hz 26KHz Tensiunea de alimentare va fi 8V Tensiunea de iesire va fi cuprinsa intre 1mV 4V Impedanta de sarcina se considera pur rezistiva si va fi de R=50 Circuitul principal al oscilatorului este amplificatorul cu reactie negativa. Acest circuit are doua intrari: una inversoare , notata pe schema cu -, si una neinversoare notata pe schema cu +. Semnificatia lor este aceea ca amplificatorul amplifica de fapt diferenta semnalelor de la cele doua intrari, cea neinversoare, respectiv cea inversoare. Retele de reactie Se va realiza o prezentare si o comparatie intre reteaua Wien si alte tipuri de retele de reactie ridicandu-se caracteristica functie de transfer. Se va adapta pentru oscilator una din retele. Buffer-ul va fi realizat cu posibilitatea de reglaj in trepte precum si un reglaj fin a amplitudinii etajului de iesire.Se va utilize eventual o retea de tip atenuator calibrat. Sursa de alimentare stabilizata pentru alimentarea intregului montaj este compusa din: transformator, redresor, filtru si stabilizator. Aceasta va furniza o tensiune de 8V.

3

II.

RETELE DE REACTIE


Retele de reactie Se va proiecta reteaua de reactie, ai carei paremetri vor determina proiectarea amplificatorului. Reteaua de reactie negativa este un circuit RC cu proprietati de selectivitate, in sensul ca prezinta un maxim al caracteristicii de transfer, FW( )=Uies , unde Uies si Uin sunt Uin

tensiunile de iesire , respectiv de intrare ale retelei de reactie negativa.

Tipuri de retele de reactie Retea de defazare cu trei celule identice de tip trece sus Aceasta retea are frecventa la care defazeaza cu 180 data de relatia: f =1 2 RC 6 4k

unde k =

Ries , R = impedanta R

de intrare in amplificator si Ries = impedanta de intrare a amplificatorului.

Retea de defazare cu trei celule identice de tip trece jos Frecventa de lucru a acestui filtru este : f=6 . Oscilatoare de ordin II, la care reteaua 2 RC

are defazaj nul la frecventa utila , iar amplificatorul este neinversor.

Reteaua dublu T In cazul retelei dublu T, frecventa utila este:1 . 2 RC

f=

4

II.

RETELE DE REACTIE


Reteaua Wien Reteaua Wien este cel mai folosit circuit de reactie pozitiva din oscilatoarele RC. Comportarea in frecventa a circuitului poate fi intuita tinand cont ca la frecvente joase condensatorul C1 reprezinta o intrerupere , iar la frecvente inalte C2 scurcircuiteaza la masa semnalul de la iesire. Astfel la frecvente extreme circitul are caracteristica de transfer nula in sensul ca la aceste frecvente circuitul nu lasa sa treaca nimic. Rezolvand analitic se obtine un factor de transfer: FW( )=Uies ( ) = Uin( )

1 R1 1 R2 C2 C1 j R1C 2 1 R2 C1

.

Maximul acestei functii dej

este la frecventa la care termenul :R1C2 1 R2 C1

este nul , adica

0=

1 R1 R2 C1C 2

. La aceasta pulsatie defazajul introdus de retea este

nul. Si acest aspect este important , pentru ca defazajul introdus de retea poate influenta caracterul reactiei (de exemplu , daca s-ar introduce un defazaj de 90 reactia nu ar mai fi pozitiva, ci negativa). Alura caracteristicii de transfer FW( ) si a defazajului W( ) introdus de reteaua Wien este data in figura de mai jos:

5

II.

RETELE DE REACTIE


In practica se aleg cele doua rezistente respectiv cele doua condensatoare de valori egale astfel incat R1=R2=R iar C1=C2=C . In acest caz se obtine pentru caracteristica de transfer a amplificatorului , la frecventa f0= 0/2 , valoarea 1/3 adica atenuarea minima a retelei Wien este de 3 ori. Rezulta ca , pentru a indeplini conditia lui Barkhausen , care este in cazul nostru: FW( ) Av =1 trebuie realizat un amplificator cu amplificarea Av=3. De o importanta deosebita sunt si aspectele legate de impedantele de intrare si iesire ale retelei Wien , care trebuie sa satisfaca anumite relatii impreuna cu impedantele de intrare, respectiv de iesire ale amplificatorului . Aceste relatii sunt legate de conditiile de idealitate in care a fost dedusa analitic caracteristica de transfer a retelei . In aceste conditii de idealitate , impedanta de iesire a amplificatorului ( considerat ca generatorul care ataca reteaua ) a fost considerata nula , iar impedanta de intrare la borna neinversoare a amplificatorului (considerata ca sarcina a retelei Wien) a fost considerata infinit de mare (reteaua in gol). Cum aceste valori nu pot fi obtinute , se va cauta ca rezistentele de intrare , respectiv iesire ale amplificatorului sa satisfaca conditiile de idealitate prin inegalitatile: Ramplificatoriesire>RWieniesire Se calculeaza analitic impedantele de intrare ale retelei Wien la RWienintrare=3R RWieniesire=3R 20:

Astfel se va proiecta amplificatorul , astfel incit conditiile de mai sus sa fie indeplinite. Realizarea unei retele Wien a carei frecvente f0 sa poata fi reglata in cazul nostru pe aproape trei decade (10Hz 26kHz) se va face prin introducerea , in locul rezistentelor din retea a unor rezistente variabile intre Rmin se Rmax astfel incat fmin>1 1 si fmax< . 2 Rmaz C 2 RminC

6

II.

RETELE DE REACTIE


Cum introducerea doar a rezistentelor variabile nu este eficace in cazul gamei largi de frecvente , se vor folosi 3 condensatoare pe fiecare decada:

Schema retelei Wien pentru oscilator.

Asa cum se vede in figura potentiometrele P variaza sincron (fizic ele au cursoarele montate pe acelasi ax) iar cand cursorul e la minim, rezistenta potentiometrelor este nula iar R=Rmin. Cand cursorul e la maxim R=Pmax+Rmin , unde Pmax este valoarea maxima pe care o poate lua potentiometrul P. Pentru proiectarea acestei retele Wien a fost necesara impartirea domeniului de frecventa in 4 benzi separate: Banda 1 : 10Hz 100Hz Banda 2 : 100Hz 1kHz Banda 3 : 1kHz 10kHz Banda 4 : 10khz 100khz

Banda 1 - 10Hz 100Hz Pentru amplificatoare obisnuite, rezistenta minima a retelei Wien o alegem de 1k . Alegem o rezistenta RBC de 0,25W cu toleranta 1% ( E96 ) . In cazul cel mai defavorabil Rmin=1k +0,01K =1010 . Calculam condensatorul retelei Wien: C11 2 Rmin f max

=

1 =15,75 10-7F=1,5 F 2 3,14 1010 100

Alegem C1=1,5 F

10%.

7

II.

RETELE DE REACTIE


In cel mai defavorabil caz , atunci cand Rmin=1010 si C1=1 F+10%=1,1 F , frecventa maxima va fi: fmax=1 2 3,14 1010 1,1 106

= 143 Hz .

Calculam acum potentiometrul necesar. Valoarea sa maxima , Pmax=1 1 -Rmin= 2 3,14 0,9 10 2 C1 f min6

12,5

1010 =13144

Alegem Pmax=15k cu o toleranta de 10%. De mentionat ca in calculul acestei valori am considerat tot cazul cel mai defavorabil , adica: Rmin=1010 si C1=0,9 F Calculam , in cazul cel mai defavorabil (C1=0,9 F , Pmax=13,5 k frecventa minima a oscilatorului.:1

, Rmin=900

),

fmin= 2 C1( Rmin P

max

)

1 2 3,14 0,97 10 6 (13500 900) =11.4 Hz.

Banda 2 - 100Hz 1kHz In acest caz , alegem C2=0,1 C1=100nF Se modifica imediat si frecventele limita ale benzii: fmax=1430Hz fmin=114Hz Banda 3 - 1kHz 10kHz In acest caz , alegem C3=0,01 C1=10nF Frecventele limita ale benzii sunt in acest caz: fmax=14300Hz fmin=1140Hz Banda 4 - 10khz 100khz In acest caz , alegem C4=0,001 C1=1nF Frecventele limita ale benzii sunt in acest caz: fmax=143000Hz fmin=11400Hz Dupa cum se observa , frecventele limita sunt atinse , iar in cazul cel mai defavorabil, beznzile se suprapun , astfel incat nu exista frecvente din domeniu care sa nu fie atinse.

8

III.

REACTIA NEGATIVA


Reactia negativa Acest circuit este realizat cu TEC-J si are rolul de a mentine amplificarea circuitului la valoarea 3 atunci cand semnalul la iesire este de 2VVV. Atuci cand el tinde sa creasca, amplificarea circuitului scade, iar cand semnalul scade, amplificarea creste. Acest circuit de autoreglare este necesar deoarece conditia de oscilatie a semnalului este o egalitate (relatia Barkhausen ), imposibil de obtinut practic. Schema retelei de reactie negativa:

Dioda Df redreseaza tensiunea de la iesirea oscilatorului, astfel ca la bornele condensatorului Cf2 de obtine o tensiune continua, negativa, proportionala cu amplitudinea semnalului de iesire. Aceasta tensiune comanda poarta tranzistorului care isi modifica transconductanta si influenteaza reactia negativa, asa cum a fost descris. Alegem TEC-J-ul de tip BF 256 cu urmatorii parametri de catalog: IDSS=6..10 mA , VT=-1..-3V , VDsmax=30V. Deoarece am ales RF1=Rp1=100k trebuie ca rezistenta echivalenta a circuitului format din Rf2 in paralel cu restul circuitului sa fie de circa 50k , pentru ca factorul de transfer sa fie 1/3 =50 K . 100 k 50 k

Cand semnalul de iesite are valoarea OV (conditie initiala), TEC-J-ul are transconductanta: gm=2 I DSS V 1 GS . VP Vp

9

III.

REACTIA NEGATIVA


Cum VGS=0 rezulta ca gm = -

2 I DSS 2 8 10 3 A == 8 mA/V. 2V VP1 = 0,125 k gm

Rezistenta echivalenta a TEC-J-ului este rech =

= 125 .

Estimam transconductanta TEC-J-ului la VGS = -0,1V: gm=1 2 8 10 3 A (1)=4mA/V 2 2V

Rezistenta echivalenta in acest caz este de 250 . Alegem Rf2 ceva mai mare decat valoarea de 50k : Rf2=56 k Putem calcula acum Rf3: Rf3 este inseriata cu rech si acestea doua , in paralel cu Rf2 trebuie sa aiba rezistenta de 50k . rech = este considerata la VGS=-5V. Deci: 50k = Rf3=rech Rf 3 Rf 2 rezulta Rf3: rech Rf 2 Rf 3

50k (rech Rf 2) Rf 2 rech =466k Rf 2 50k

deci alegem Rf3=470 k .

Trebuie proiectat divizorul Rf4-Pf astfel incat , dupa redresare si filtrare in poarta tranzistorului sa avem o tesiune de 1V. Divizorul de tensiune va diviza tensiunea de la iesirea oscilatorului de 4V la valoarea de 1V. Alegem Rf4 de 10k . Rezulta valoarea lui Pf din relatia:Pf Rf 4 Pf 1 deci Pf = 10k 2

Deoarece reglajul amplitudinii este destul de critic, vom alege un potentiometru semireglabil de 100k pentru Pf din care de va regla precis amplitudinea dorita.

10

III.

REACTIA NEGATIVA


Alegem condensatorul Cf2 astfel incat: Cf2>>1 1 = =42 F Alegem un condensator electrolitic de 100 F 20% la 2 f min Rf 4 min Rf 4

tensiune de lucru de16V. Alegem Cf1>>1 1 = =21 F. Rf 2 2 f min Rf 2 min

Alegem Un condensator de 10 F 20% . Dioda Df va fi de tip 1N4148 care suporta 200mA si o tensiune inversa maxima de 75V.

11

IV.

PROIECTAREA AMPLIFICATORULUI


Proiectarea amplificatorului Se va proiecta un amplificator cu intrare diferentiala si cu urmatorii parametri: - Amplificarea in bucla deschisa av>>3 - Rezistenta de intrare la borna neinversoare >>1,5 57k - Rezistenta de iesire 3. Tensiunea de alimentare diferentiala o este de 8V (data de proiectare). Tranzistorii T1 si T2 indeplinesc functia de buffer si sunt necesari deoarece rezistenta de sarcina, RL, este mica (50 ). Tinand cont ca este repetor pe emitor,el va micsora practic rezistenta etsjului anterior de 1 2 ori. Rezulta, daca consideram ca tranzistorii aru min=100, ca rezistenta etajului anterior trebuie sa fie de maxim 500k . Alegem deci P=500k . La randul sau P trebuie sa fie mult mai mare decat rezistenta maxima de iesire a etajului urmator (atenuatorul in trepte).

12

IV.

PROIECTAREA AMPLIFICATORULUI


Aceasta la randul sau are valoarea de R1//(R2+R3+R4+R5) si este, tinand cont de treptele alese, de R1/2 (R1=R2+R3+R4+R5). Rezulta ca putem alege R1=10k , de unde rezulta si celelalte rezistente ale atenuatorului: R2=9,09k ; R3=909 ; R4=90,9 ; R5=9.09 rezistente de 0,25W, clasa de precizie E96 cu toleranta 1%. Prin R7 va circula un curent de minimVo, max Rl 3V 50 60 mA , iar la borne va avea o tensiune

de circa Vcc-VBE1-VBE2=8-1,2=6,8V deci va avea valoarea de: R7=6,8V 60 mA 113 . Puterea maxima disipata este de P=2 6,8 V 60mA=0,816W , deci R7 va avea

puterea disipata de mimim 1W. Alegem R7 de 110 din clasa E12 cu toleranta 10%. T1 disipa tot 0,816W, deci il alegem de tip BD135 (VCE=45V, IC=1A, Pd=6,5W, min=70) T2 il alegem BC107 cu (VCE=45V, IC=100mA, Pd=300mW , min=125). R5 o alegem de 100K 10% , 0,25W , astfel incat r 1>R5>P .

Condensatoarele C1,C2 trebuie sa prezinte o reactanta neglijabila la frecventele de lucru.Rezulta relatia de dimensionare:C1C2

1 2 f min RinT1 1 2 f min RL

1 4,2nF 2 75 500k 1 42 F 2 75 50

Alegem C1=100nF 10% ,C2-100 F 10%

13

V.

PROIECTAREA SURSEI DE ALIMENTARE


Proiectarea sursei de alimentare Sursa de alimentare va asigura cele doua tensiuni de alimentare, direct de la reteaua de 220V.

Schema Bloc.

Pentru o buna functionare a stabilizatorului va trebui ca la intrarea acestuia , adica la iesirea redresorului sa avem o tensiune mai mare cu cativa volti fata de cea stabilizata. O tensiune mare duce de obicei la cresterea factorului de stabilizare a stabilizatorului prin cresterea amplificarii amplificatorului de eroare, dar scade randamentul sursei. Uzual, pentru tensiuni mai mici de 12V se alege tensiunea mai mare cu circa 2V. Vom avea, asadar, o tensiune de 11V dupa redresor si filtru. Aceasta este obtinuta prin redresarea si filtrarea unei tensiuni sinusoidale si este de obicei egala cu valoarea de varf a tensiunii alternative. Astfel, putem calcula valorile efective ale tensiunilor date de transformator: Vef=Vintr,stabilizator10 2

=

15V 2

=7,8V.

Vom dimensiona un transformator cu priza mediana care are cele doua tensiuni secundare de 8Vef.

14

VI.

PROIECTAREA TRANSFORMATORULUI


Proiectarea transformatorului Pentru a cacula parametrii transformatorului , tinem cont ca pe cele doua ramuri curentul de varf nu depasaete 200 mA. Proiectam transformatorul la o putere de 200mA 10V=2W. Sectiunea miezului de tole este Sf 103

P unde f este frecventa retelei , 50Hz f

Rezulta , cu aceasta formula o sectiune de : 1,4cm2. Cu valoarea acestei sectiuni alegem tola necesara. Alegem tola de tip E16 cu a=16mm. Pentru acest tip de tole se calculeaza numarul de spire pe volt nv=1 ,unde B este inductia maxima in miez si care se considera 4,44 fBS f

0,61,2T pentru B=0,6 , cazul cel mai nefavorabil , nv=29 spire pe volt (in primar se vor lua cu circa 10% mai multe). Pentru o incarcare in curent a conductorilor de 2A/mm2 , alegem pentru secundar diametrul conductorullui de 0,4 mm la curentul maxim de 200mA. In primar curentul este deI sec undar 10V =9.1mA. Alegem diametrul conductorului din infasurarea primara de 0,08 mm. 220V

A rezultat un transformator cu urmatorii parametri: Marimea Tensiunea: Curentul: Puterea: Diametrul conductorului: Marimea lui a: Suprafata sectiunii miezului: Primar 220Vef 9,09mA 2W 110%=2,2W 0,08mm 16mm 2,56mm2 Secundar 2X10Vef 200mA 2W 0,4mm

15

VII.

PROIECTAREA STABILIZATORULUI


Proiectarea stabilizatorului:

Schema stabilizatorului de 8 V. La acest tip de stabilizator tensiunea de iesire este de Uies=Uz-VBE . Cum VBE=0,6V, vom alege dioda Zerner de 8V (DZ12) care are un curent nominal de 5 mA. Alegem Ts11=BD135 cu h21e=70 minim , deci IBs11=200mA/70=2,8mA si rezulta un curent prin RS1 de IZ+2,8 mA=7,8 mA. Caderea de tensiune de la bornele sale este de circa 1,4V , deci putem calcula Rs1= =250 . Alegem Rs1=250 E24 , 10%. Pentru stabilizatorul de 8V toate componentele isi schimba polaritatea: - Qs1 se schimba cu Qs2 , complementarul sau BD136 - Dioda Zerner isi schimba anodul cu catodul1,4V 5,4mA

Schema stabilizatorului de -8 V.

16

VIII.

PROIECTAREA REDRESORULUI SI A FILTRULUI

GENERATOR DE SEMNAL SINUSOIDAL PENTRU DOMENIU DE AUDIOFRECVENTA

Proiectarea redresorului si a filtrului:

Schema propusa.

Alegem puntea de diode DB =1PM05 cu un curent maxim admis de 1A si o tensiune maxima admisa de 50V. Alegem condensatoarele electrolitice de filtraj C1=C2=1500 F/16V.

17

IX.

SCHEMA ELECTRICA FINALA


18

X.

CUPRINS


Cuprins I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. Introducere......2 Retele de reactie......4 Reactia negativa....9 Proiectarea amplificatorului......12 Proiectarea sursei de alimentare.......14 Proiectarea transformatorului...15 Proiectarea stabilizatorului.....16 Proiectarea redresorului si a filtrului....17 Schema finala.18 Cuprins............................19 BIBLIOGRAFIE....19

BIBLIOGRAFIE Rusu A., Brezeanu Gh., Circuite electronice: Culegere de probleme pentru proiectare Dascalu D., Rusu A., Profirescu M., Dispozitive si circuite electronice, Editura Didactica i Pedagogica, Bucuresti, 1982 World Wide Web ndrumar de laborator DCE

proiect n=1 dobrescu

Documents