UNIVERSITATEA “POLITEHNICA” din BUCUREŞTI

FACULTATEA DE ELECTRONICĂ, TELECOMUNICAŢII şi TEHNOLOGIA INFORMAŢIEI

N=1 (de nota 7, daca vrei8-9 trebuie sa faci simularilein pspice…pt 10 placa propriu-

zisa..bafta)

PROIECT Generatorul de semnal

sinusoidal pentru domeniul deaudiofrecventa

1

Coordonator Ştiinţific: Student:

Prof. Ing. Dragoş Dobrescu

AN UNIVERSITAR 2010-2011

Proiectul are in vedere proiectarea unui generator de semnal sinusoidal pentru domeniul de audiofrecventa, N=1.

Cuprinsul proiectului:

Cap 1.Reţelele de reacţie ( filtre )a. Se va realiza o prezentare şi o comparaţie între reţeauaWien şi alte tipuri de reţele de reacţie, trasandusecaracteristica funcţiilor de transfer în urma rezolvăriianalitice;b. Se va adopta pentru oscilator una din aceste reţele:- reteaua dublu T;- reteaua cu 3 celule de defazare cu 600;

Cap 2.Oscilatorula. Va fi realizat cu ajutorul unui AO (amplificatoroperaţional) şi va avea o frecvenţă cuprinsă între fmin =10Hz şi fmax = 26kHz;b. Tensiunea de ieşire are o amplitudine minimă de Vmin =1 mVşi o amplitudine maximă Vmax = 4 V;

2

c. Impedanţa de sarcină a oscilatotrului este purrezistivă, RL = 50 ;

Cap 3.Bufferul (etajul separator) a.Va fi realizat cu posibilitatea de reglaj în trepte(brut) şi fin a amplitudinii semnalului

de ieşire. Se poate folosi o reţea de tip atenuator calibrat;b. Dacă este necesar se va proiecta şi un etajtrazistorizat de adaptare la rezistenţa desarcină;

Cap 4.Sursa de alimentare a. Sursa stabilizată pentru alimentarea întregului montaj(transformator, redresor, filtru, stabilizator );b. Stabilizatorul va fi proiectat obligatoriu cutranzistoare;c. Se pot prezenta şi stabilizatoare integrate, darcalculele se fac pentru o schema cu tranzistoare;d. Tensiunile de alimentare pot fi unipolare sau bipolare şivor avea o valoare VCC =8 V , VEE= -8V;Obligatoriu: schema bloc generală, schema de detaliugenerală (schema electronică de detaliu general), lista demateriale şi componente electronice;

Cap 5.Material grafica. Schema electronica de detaliu generala;b. Lista de materiale si componente;c. Schema bloc generala;

Cap 6.Concluzii

Cap 7.Bibliografie

3

220V, 50Hz

VCC (+10V) VEE (-10V)

Vcc (+10V)

VEE (-10V)

SURSA DE ALIMENTARE

RL

ETAJ BUFFER

SCHEMA BLOC CONSTITUITA DIN ELEMENTELE IMPORTANTE ALE GENERATORULUI DESEMNAL SINUSOIDAL DE DOMENIUL AUDIOFRECVENTA

Generatorul este format din următoarele blocuri:– un oscilator realizat cu un circuit Amplificator

Operaţional având frecvenţa reglabilă în trepte şi fin între 10Hzşi 26KHz.

– un etaj buffer care permite reglarea amplitudiniisemnalului in trepte şi fin între 1mV şi 4V pe o sarcinăconsiderată pur rezistivă şi de valoare RL=50Ω

– o sursă de alimentare stabilizată care alimenteazăAmplificatorul Operaţional cu o tensiune bipolară ±8V.

RETEA DE REACTIE

POZITIVA (WIEN)

+

A.O

-

RETEA DE REACTIE NEGATIVA

CU TRANZISTOR TEC-J

4

Cap.1 Retele de reactii (filtre)

1.1.1 Reactia pozitiva

Amplificatorul Operaţional este parte o parte importantaa oscilatorului ce este la randul sau format din circuite cureacţie negativă si un circuit de reacţie pozitivă, în funcţie decare sunt amplificate semnalele cu anumite frecvenţe, iar altelesunt atenuate.

Putem face remarcat existenta a mai multor tipuri decircuite folosite în reacţia pozitivă.Aceste circuite lasă satreacă semnale cu frecvenţa numai într-o anumită bandă defrecvenţă, de aceea se mai numesc şi filtre trece bandă, şi nuintroduc nici o defazare semnalului.

Funcţiei de transfer β(ω) şi frecvenţa de lucru prezintapentru aceste circuite o importanta deosebita, pe cand defazareaputem s-o consideram nula(doarece inversorul nu induce defazaj).

Putem defini functia de transfer ca raportul dintretensiunea de la iesirea cicuitului cu tensiunea de la intrareacircuitului, în timp ce frecvenţa de lucru este definită, încazul filtrelor trece bandă, drept frecvenţa la care funcţia detransfer are un maxim global.

Fw (ω)=UiesUin

1.1.2Reteaua dublu T

5

Reţeaua dublu T este formată din două celule T, aşa cum sepoate vedea şi din schemă:

Exemplu de oscilator cu punte dublu T:

6

La oscilatorul din figura, reactia pozitiva se realizeaza prin puntea

dublu T conectata intr-un mod deosebit, care permite realizarea

oscilatorului folosind un singur tranzistor. Astfel, un brat RC al

puntii este legat la colector, alt brat RC la masa (R fiind legat la

masa prin sursa de alimentare) si al treilea brat R/n, nC este legat la

emitor. Semnalul cules din colector fiind in antifaza cu cel de pe baza,

determina un semnal de reactie pozitiva selectiva pe rezistenta R3 din

emitor, intrucât el se sumeaza pe ochiul bazei in opozitie cu cel dintre

baza si masa. Reactia negativa care contribuie la obtinerea unor

distorsiuni minime ale semnalului generat, se realizeaza prin R’C’

(desenate punctat).

In cazul retelei dublu “T”, frecventa utila este: f =1

2πRC .

1.1.3 Reteaua dublu-gamaSchema reţelei dublu gamma este:

7

Funcţia de transfer a acestui circuit este:

Fw (ω)=V2V1

=V2V ⋅

VV1

V2V =

1jω C2

R2+1

jω C2

=1

1+jω C2R2

VV1

=Z

Z+1

jω C1 unde Z=R1‖(R2+

1jω C2

)astfel

Z=

R1 (R2+1

jω C2)

R1+R2+1

jω C2

=R1 (1+jω C2R2 )1+jω C2 (R1+R2 )

, deci

VV1

=jω C1Z1+jω C1Z

=jω C1R1 (1+jω C2R2 )1+jω C2(R1+R2)+jω C1R1(1+jω C2R2 ) şi deci

expresia funcţiei de transfer este:β(ω )=

1

1+C2C1

+C2R2C1R1

+j(ω C2R2−1

ω C1R1).

Modulul funcţiei de transfer este dat de relaţia:|Fw (ω)|= 1

√(1+C2C1

+C2R2C1R1

)2+(ω C2R2−1

ω C1R1)2

.Maximul funcţiei se obţine când a doua paranteză se

anulează de sub radical se anulează, adică pentru ω0=

1√R1R2C1C2 ,

de unde f0=

12π √R1R2C1C2 .

În cazul particular R1 = R2 = R şi C1 = C2 = C relaţiiledevin:

8

ω0

ω0

β(ω)

φ(ω)

90°

–90°

ω0=1RC ,

f0=1

2πRC , |β (ω0)|=1

3

1.1.4 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 nulain sensul ca la aceste frecvente circuitul nu lasa sa treaca nimic.

9

Funcţia de transfer a reţelei Wien are expresia:

Fw (ω )=V2V1

=

R2‖1

jω C2

R1+1

jω C1+R2‖

1jω C2

=

R21+jω C2R2

R2+1

jω C1+

R21+jω C2R2 ⇒

Fw (ω )= 1

1+R1R2

+C2C1

+j(ω R1C2− 1ω R2C1 ) modulul acesteia fiind:

|Fw (ω)|= 1

√(1+R1R2

+C2C1 )

2

+(ω R1C2− 1ω R2C1 )

2

care prezintă un

maxim de valoare

1

1+R1R2

+C1C2 pentru

ω0=1

√R1R2C1C2În cazul particular în care R1 = R2 = R şi C1 = C2 = C

relaţiile devin:Fw (ω0 )=1

3 , ω0=

1RC ,

f0=1

2π RCÎn proiectarea oscilatorului vom folosi acest caz

particular deoarece rapoartele R1R2 şi

C2C1 trebuie sa fie

constante şi asta ar face acordul oscilatorului mai dificil.

10

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 importanţă deosebită sunt şi aspectele legate de impedanţelede intrare şi ieşire ale reţelei Wien , care trebuie să satisfacăanumite relaţii împreună cu impedanţele de intrare , respectiv deieşire ale amplificatorului . Aceste relaţii sunt legate de condiţiile de idealitate în care a fost dedusă analitic caracteristica de transfer a reţelei . În aceste condiţii de idealitate , impedanţa de ieşire a amplificatorului (considerat ca generatorul care atacă reţeaua) a fost considerată nulă , iar impedanţa de intrare la borna neinversoare a amplificatorului

11

(considerată ca sarcină a reţelei Wien) a fost considerată infinit de mare (reţeaua în gol). Cum aceste valori nu pot fi obţinute practic , se va căuta ca rezistentele de intrare , respectiv ieşire ale amplificatorului să satisfacă condiţiile de idealitate prin inegalităţile:

Ramplificatoriesire<< RWien

intrare

Ramplificatorintrare>>RWien

iesire

Se calculează analitic impedanţele de intrare ale reţeleiWien la w0:

RWienintrare=3R

RWieniesire=

3R2

Astfel se va proiecta oscilatorul, astfel încâtcondiţiile de mai sus să fie îndeplinite. Realizarea unei reţeleWien a cărei frecvente f0 să poată fi reglată în cazul nostru peaproape trei decade (30Hz-28kHz) se va face prin introducerea ,în locul rezistentelor din reţea a unor rezistente variabileîntre Rmin şi Rmax astfel încât

fmin>1

2πRmazC si fmax<1

2πRminC .Cum introducerea doar a rezistentelor variabile nu este

eficace in cazul gamei largi de frecvente , se vor folosi 3condensatoare pe fiecare decada.

Pentru proiectarea acestei retele Wien a fost necesaraimpartirea domeniului de frecventa in 4 benzi separate:

12

Schema retelei Wien pentru oscilator

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 Wieno 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.Alegem C1=1,5 F +-10%.In cel mai defavorabil caz , atunci cand Rmin=1010 si C1=1 F+10%=1,1 F , frecventa maxima va fi:

13

fmax= 143 Hz.

Calculam acum potentiometrul necesar. Valoarea sa maxima ,

Pmax =13144Ω

Alegem Pmax=15kΩ cu o toleranta de 10%. De mentionat ca in calculul acestei valori am considerat tot cazul cel mai defavorabil , adica:

Rmin=1010Ω si C1=0,9 µF

Calculam , in cazul cel mai defavorabil (C1=0,9 µF , Pmax=13,5 kΩ, Rmin=900Ω ), frecventa minima a oscilatorului:

fmin=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

14

Exemplu de oscillator cu retea wien:

1.2.1 Reactia negativa

INTRODUCERE

Reacţia negativă în amplificatoare reprezintă un mecanism de reglare al amplificarii în sensul scăderii, în vederea eliminării influienţii variaţiei parametrilor componentelor active şi pasive care formează structura etajelor de amplificare.Se realizează astfel o stabilitate dinamică automată a sistemuluide amplificare, în sensul controlului tensiunii sau curentului debitat într-o sarcină atunci când circuitul de intrare este atacat de la sursa de semnal în tensiune sau current. Schema bloca unui amplificator cu reacţie negativă este prezentată fig. 1.1.

Semnalele Sg, Si, Sf pot fi tensiuni sau curenţi si au forme armonice de tipul s=Ssinωt .

15

Acest circuit este realizat cu un tranzistor TEC-J şi arerolul de a menţine amplificarea circuitului la valoarea 3 atuncicând semnalul la ieşire este de 4V, în conformitate cu relaţialui Barkhausen. Atunci când semnalul de ieşire tinde să crească ,amplificarea circuitului scade, iar cănd semnalul scade,amplificarea creşte.

16

1000rd(Ω)

VGS (V)

500

200

100

0,4 0,8 1,2 1,6 2

Caracteristica rd - VGS pentru BF256

Pentru tensiuni de drenă-sursă mici (mai mici de 0,4Vpentru tranzistoarele de mică putere) tranzistorul se comportă cao rezistenţă dependentă de tensiunea VGS:

rd=rdo

1−VGSVT cu

rdo=VT

2IDSSReacţia negativă este realizată folosind un divizor de

tensiune format din R16 şi R15+rd unde rd este rezistenţa canaluluitranzistorului TEC-J, care aşacum am expus mai sus estedependentă de tensiunea VGS înanumite condiţii.

Vom folosi un tranzistorBF256 cu VT=2V, IDSS=10mA.

Dacă VGS=KVo , (Ksubunitar) atunci rd este ofuncţie crescătoare de Vo.

Tensiunea VGS se obţinedin tensiunea sinusoidală de laieşire, folosind un redresormonoalternanţă (realizat cudioda D12 de tip 1N4148) cufiltru capacitiv (R16, C18),astfel încât pentru foR16C18>>1rezultă VGS=KVo.

Dacă alegem K=

110

rezultă VGS=0,4V şi rd=125Ω. Amplitudinea tensiunii drenă-sursă sedetermină cu expresia:

VDS=rd

rd+R15⋅Vo3 şi ţinând cont că VDS<0,4V rezultă R15=330Ω,

iar din condiţia R16=2(R15+rd) rezultă R16=910Ω.Alegem R18=10KΩ şi din condiţia filtrului capacitiv

f0R18C18>>1 rezultă C18=470μF. Potenţiometrul R18 are dublu rol înacest circuit, făcând parte din filtrul capacitiv şi în acelaşitimp din el se realizează reglajul tensiunii grilă-sursă atranzistorului pentru ca rezistoarele R15 şi R16 să aibă valoristandardizate.

17

Imediat după alimentarea cu tensiune continuă aoscilatorului V0=0V şi rd=rd0=100Ω, ceea ce înseamnă căamplificarea este mai mare de 3, ceea ce înseamnă ca oscilatorulîndeplineşte condiţia pentru apariţia oscilaţiilor. După cetensiunea de la ieşire ajunge la 4V, rezistenţa canaluluitranzistorului creşte la 125Ω şi este îndeplinită condiţia luiBarkhausen, ceea ce înseamnă că semnalul nu va mai creşte întensiune. Dacă ar creşte semnalul de ieşire la V0=6V, atunciVGS=0,6V şi din formula dependenţei rezistenţei canalului detensiunea grilă-sursă, rd= 143Ω şi amplificarea scade la 2,92ceea ce înseamnă că amplitudinea oscilaţiilor scade până serevine la 4V.

CAP.2 OSCILATORUL

Generalitati

18

Oscilatorul armonic este un circuit electronic care genereaza un semnal sinusoidal, pebaza energiei furnizate de sursa de alimentare continua.Oscilatorul este format din Amplificatorul Operaţional cu reacţienegativă si un circuit de reacţie pozitivă, în funcţie de caresunt amplificate semnalele cu anumite frecvenţe, iar altele suntatenuate.

2.1 Amplificatorul Operaţional

Circuitul principal al oscilatorului este oscilatorulrealizat cu amplificatorul operaţional cu reacţie negativă.Amplificatorul operaţional are doua intrări: una inversoare,notata pe schema cu “-”, şi una neinversoare notată pe schemă cu“+“. La ieşirea amplificatorului se va regăsi diferenţasemnalelor de la intrare, amplificată:

Uies= A(Uin+-Uin

-)Unde:

Uies - este tensiunea la ieşirea amplificatorului;Uin

+ - tensiunea la borna neinversoare;Uin

- - tensiunea la borna inversoare;A - amplificarea A.O.

2.2 Oscilator cu amplificator operational si retea Wien

19

Pornind de la formula frecventei de oscilatie:

fosc=1

2π√R1R2C1C2

Conditia de oscilatie: R4R3

=R1R2

+C2C1 .

Aleg C=C1=C2=10nF si R1max=100M .

20

12πC√R2⋅10⋅103

=10

⇔1C√R2

=10⋅10⋅2π⋅103=105⋅2π⇒

⇒R2=25.3559k≃25.356k

12π⋅10−8⋅√R1⋅25.356⋅103

=foscmax=26⋅103⇔

⇔√R1⋅25.356⋅103=108

2π⋅103⋅26⇒

⇒R1min=14.792⇒

⇒R1min≃14.8

R3=1k⇒

⇒R4max=3.944M

⇒R4min=1.0005

R4∈(1,3.94M)

Cap. 3 Bufferul (etajul separator)

Pentru a realiza un generator de audiofrecventa sub forma unuiaparat electronic independent este necesar ca oscilatorul sa fieprevazut cu o serie de elemente auxiliare.In cazul unui generatorde audiofrecventa acestea sunt: etajul separator, atenuatorul deiesire si sursa de alimentare.

3.1 Atenuator de iesire

Generalitati despre proiectarea atenuatoarelor de iesire.

Un atenuator este un circuit care diminuează putereasemnalului. De regulă, circuitele proiectate cu acest scop sîntcircuite pasive şi sînt calibrate (adică atenuarea este cunoscutăcu precizie).Două utilizări frecvente ale atenuatoarelor:

– atenuatoare calibrate pentru intrarea în circuitele demăsurare, asigură posibilitatea de a măsura pe scări

21

diferite, variabile în trepte. Sarcina atenuatorului esteintrarea în circuitul de măsură;

– atenuatoare pentru ieşirea din generatoarele de semnal,furnizează semnal la diferite valori ale nivelului.Atenuarea poate fi în trepte (atenuarea brută, atenuatoruleste calibrat) sau variabilă continuu (brut +fin,atenuatorul nu mai păstreză caracterul de calibrat).Sarcina atenuatorului este circuitul către care vrem sădirijăm semnalul generatorului.

Într-o primă aproximaţie, putem imagina atenuatorul compus numaidin elemente rezistive, conectate în trepte succesive de divizarea tensiunii sau a curentului. Pentru ca atenuarea să fie precisă,rezistoarele trebuie să fie strict liniare şi să aibă eroareredusă.Alegerea schemei depinde de modul în care se face comutarea treptelor:

– conectarea sarcinii la trepte se face prin decuplareaunei porţiuni de atenuator, rămasă nefolosită;

– conectarea sarcinii la trepte se face fără decuplare de circuit.

Rr=50

U∈(1mV,4V)

Imin=UminRr

=10−3

50=0.02mA

Imax=UmaxRr

=450

=80mA

Atenuatorul trebuie să permită reglarea amplitudinii între 1mV şi valoarea maximă a semnalului de la oscilator, 4V. Pentru aceasta am împărţit gama în 4 benzi astfel:

Banda I: 1mV...10mV Banda II: 10mV…100mV

22

Banda III: 100mV…1V Banda IV: 1V…4V

Aşa cum se poate observa şi din schemă rezistenţele R1…R5

formează un divizor de tensiune în trepte decadice. Acesterezistenţe realizează reglajul în trepte a tensiunii, în timp cepotenţiometrul R şi rezistenţele R6…R8 formează încă un divizorde tensiune, care însă permite reglajul fin al amplitudiniisemnalului. Acest divizor ia tensiunea de la primul divizor, carereprezintă tensiunea maximă a benzii alese şi o micşorează pânăla tensiunea minimă a benzii dată de rezistenţele R6…R8.

Am plecat la proiectarea atenuatorului de la alegerearezistenţei R5 de 1KΩ, de pe care se va prelua tensiunea de 10mV.Ştiind că aceasta provine din tensiunea de 100mV, divizată prin10, am calculat cealaltă rezistenţă din divizor, care trebuie săfie de 9 ori mai mare decât R5 deci trebuie să aibă 9KΩ, valoareobţinută prin înserierea unei rezistenţe de 6,8KΩ cu una de2,2KΩ.

Tensiunea de 100mV se obţine din cei 4V furnizaţi deoscilator tot printr-un divizor cu raportul de divizare 1/10.Tensiunea de 100mV se culege de pe rezistenţele R3+R4+R5 careînsumate dau 10KΩ şi deci cealaltă rezistenţă a divizoruluitrebuie să aibă valoarea 90KΩ, valoare obţinută din douărezistenţe înseriate de 82KΩ şi 8KΩ. Astfel s-a obţinut undivizor de tensiune în 3 trepte cu rapoartele de divizare de1/10 , 1/100 .

Pentru cel de-al doilea divizor, din care se facereglajul fin, se alege un potenţiometru de 10KΩ. Ştim că atuncicând cursorul potenţiometrului este la minim, tensiunea laieşirea atenuatorului este chiar tensiunea maximă a gamei, adicătensiunea dată de primul divizor. Când potenţiometrul are

23

cursorul la maxim, deci rezistenţa maximă, tensiunea la ieşireaatenuatorului trebuie sa fie minimă, în acest caz :

U2=R

R+PU1 unde U1 este tensiunea minima de la ieşirea

atenuatorului;

U2 este tensiunea maximă din gamă;

R este valoarea rezistenţei fixe dindivizorul de tensiune;

P este valoarea potenţiometrului încazul cel mai defavorabil;

3.2 Etajul buffer

Etajul buffer se caracterizeaza prin :

- Rezistenta de intrare mare; - Rezistenta de iesire mica; - Bufferul este un etaj de amplificare care are rolul de a

realiza adaptarea de impedanţă între ieşirea atenuatoruluişi rezistenţa de sarcină. Aceste etaj este necesar deoarecesarcina, considerată pur rezistivă, are o valoarea mică 50Ωşi în consecinţă la valoarea maximă a amplitudiniisemnalului prin aceasta va trece un curent cu o amplitudinede 80mA, iar curesntul minim 0.02 mA.

- Tensiunea este cuprinsa intre valorile 1mV si 4V.

24

- Acest etaj este realizat cu un tranzistor în conexiunecolector comun, despre care se ştie că se comportă din punctde vedere al impedanţelor de intrare şi ieşire ca unamplificator ideal de tensiune, are impedanţa de intraremare şi impedanţa de ieşire mică, dar are amplificarea întensiune apropiată de 1, şi amplificarea în curent mare.Aceste caracteristici face acest etaj ideal pentru scopurilepropuse.

- Aleg sa folosesc o rezistenta variabila pentru a putea acoperi plaja de valori ce se doreste a fi obtinuta.

-

Rpmax=1.2+10−3

0.02⋅10−3 =60.05k

Rpmin=1.2+480⋅10−3 =0.065⋅103=65

⇒Rp∈(65,60.05k)

T1=BC109T2=BC107

- Aleg pentru separator un etaj de amplificare cu tranzistor

bipolar in conexiunea colector comun (repetor pe emitor), cu

amplificare 1.

-

VCE2∈(8−4V,8−0.01V )⇒VCE2∈(4V,7.99 V)

VCE1∈(8−0.6−4V,8−0.6−0.01V)⇒VCE1∈(3.4V,7.39V )

IC1=IC2≃IE1=IE2=37.025mAIB1=IB2=0.37mA

- Schema bufferului va fi:

25

Din aceste date numerice rezultă că circuitulîndeplineşte condiţiile de regim dinamic cerute etajelor deieşire. Fără a modifica forma şi mărimea semnalului aplicat laintrare etajul realizează o transformare de rezistenţă care îipermite să fie atacat în tensiune şi respectiv să se comporte labornele sarcinii ca un generator de tensiune.

Schema etajului separator va fi urmatoarea:

26

R0=1gm

=140Ic

=140⋅37.025

=0.675

Ri=βF(RE||RL )≃6M

Schema compusa din attenuator si buffer de la iesirea

atenuatorului va fi:

27

Cap.4 Sursa de alimentare

Alimentarea in current si tensiune continua a aparatelor si circuitelor electronice.

28

4.1.Proiectarea transformatorului

G e n e r a l i t ă ţ i

Transformatorul este un aparat electrotehnic static, bazatpe fenomenul inducţiei electromagnetice, construit pentru a primiputere electrică, în curent alternativ, sub o tensiune U1 şi ointensitate I1 aplicată unui circuit primar şi a o reda, cuaceeaşi frecvenţă, sub o tensiune U2 şi o intensitate I2 labornele unui circuit secundar. Din punct de vedere constructiv,un transformator de reţea de mică putere, prezintă urmatoarelepărţi componente principale:

Carcasă electroizolantă; Bobinaj; Miez feromagnetic, din tole de tablă siliciosa (format

E+I, U+I, I), din benzi (cu coloane, în manta,toroidale);

Sistem de strangere a miezului magnetic şi de fixare a transformatorului de şasiul aparatului electronic.

Tipul de tolă – de obicei se utilizează tole STAS de tipE+I “economice” denumite astfel întrucât dintr-o bandă detablă silicioasă de lăţime adecvată se obţin prinştanţare, concomitent, două tole E şi două tole I, fără ase pierde din suprafaţa utilă a materialului.Dimensiunile tolei economice se precizează prin litera E,

29

urmată de a[mm], care reprezintă dimensiunea de bază(parametrul) tolei. Astfel, există următoarele tipuri detolă STAS economică: E5; E6,4; E8; E10; E12,5; E14; E16;E18; E20; E25; E32. Grosimea tolei este şi eastandardizată la valorile g1=0,35mm şi respectiv,g2=0,5mm.

Aria ferestrei tolei AF[cm2] – reprezintă suprafaţadestinată introducerii înfăşurărilor. Valoarea acesteiaeste:

AF[cm2] = 0,03·a2[mm] Secţiunea în fier SFe[cm2] – reprezintă aria secţiunii

miezului magnetic situat în interiorul carcasei bobinate.Mărimea sa este:

SFe[cm2] = 0,02·a[mm]·b[mm], unde b[mm] reprezintă grosimea pachetului de tole Factorul de umplere a ferestrei tolei γ – definit ca

raportul dintre aria totală, ocupată de înfăşurări înfereastra tolei, At[cm2] şi aria ferestrei, AF[cm2],conform relaţiei:

unde A1[cm2] – reprezintă aria ocupată de înfăşurareaprimară;

A2[cm2] – reprezintă aria ocupată de înfăşurarea sauînfăşurările secundare;

At[cm2] = A1[cm2] + A2[cm2] – aria totală ocupată deînfăşurări.

Observaţie: pentru ca un transformator de reţea să sepoată realiza uşor în producţia de serie, valoarea optimăpentru factorul de umplere este γ0 = 0,7 dar, în generalse poate accepta o valoare γ în intervalul [0,64 , 0,76].Un factor de umplere prea mare duce la dificultăţi înfaza de lamelare, la introducerea tolelor iar un factorde umplere mic este neeconomic, transformatorul fiindsupradimensionat.

Proiectarea propriu-zisa

30

γ=At [cm

2 ]

AF [cm2 ]

=A1[cm

2 ]+A2[cm2 ]

0,03⋅a2 [mm ]

Pentru a cacula parametrii transformatorului , tinem cont ca pe cele

doua ramuri curentul de varf nu depasaete 100 mA. Proiectam

transformatorul la o putere de 100mA23=0.6W.

Sectiunea miezului de tole este Sf

¿10−3√Pf unde f este frecventa

retelei 10Hz.

Rezulta , cu aceasta formula o sectiune de : 2.44 cm2.

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=

14.44fBSf ,unde B este inductia maxima in miez si care se considera

0.6…1.2 T

pentru B=0.6 , cazul cel mai nefavorabil , nv=154 spire pe volt (in

primar se vor lua cu circa 10% mai multe). Deci vor fi 169 de

spire.

Valoarea efectiva va fi 8/ √2 =5.65V.Rezulta pentru secundar n=154*5.65=870 spire

Pentru o incarcare in curent a conductorilor de 2A/mm2 , alegem pentru

secundar diametrul conductorullui de 0.7 mm la curentul maxim de

100mA.

In primar curentul este de Isecundar⋅8V220V =3.63mA. Alegem diametrul

conductorului din infasurarea primara de 0.08 mm..

A rezultat un transformator cu urmatorii parametri:

Marimea Primar Secundar

31

Tensiunea: 220V 5.65VNr.de spire 37180 spire 870 spireCurentul: 3.63mA 100mAPuterea 0.6110%=0.66W 0.6W

Diametrul conductorului 0.08mm 0.7mmMarimea lui “a” 16mm

Suprafata sectiuniimiezului

2.44mm2

4.2. Redresorul :

Redresorul are rolul transformarii tensiunii alternative intr-o tensiune pulsatorie unipolara. Acestea pot de de mono alternanta sau dubla alternanta. Aceste pulsuri au o componeta continua destul de mica.

Filtrul este format din capacitati de ordin mari, condensatoare electrolitice, ce au rolul de filtrare pulsatorie de tensiune, inscaderea ondulatiei si in cresterea componentei continue.

Diodele alese sunt toate 1N4007.

In prezent, majoritatea surselor de alimentare pentru aparatura

electronica folosesc un redresor urmat de un filtru capacitiv. De aceea

in acest proiect am ales utilizarea unui filtru capacitiv.

Redresorul este format dintr-o punte de diode.32

Puntea de diode functioneaza in modul urmator: in timpul alternantei

pozitive conduc diodele D2 si D4 , iar in timpul alternantei negative,

diodele D1 si D3 .

Schema propus

4.3. Stabilizatoarele

Stabilizatoarele sunt circuite electronice care se conectează între

sursa de alimentare nestabilizată şi consumator, având rolul de a

menţine constantă tensiunea sau curentul consumatorului, în raport cu

variaţiile :tensiunii de intrare ale rezistenţei sarcinii (a

curentului de sarcină),ale temperaturii ambiante şi a altor factori

perturbatori.

Parametrii stabilizatoarelor de tensiune

33

Cei mai importanţi parmetrii ai stabilizatoarelor caracterizează

variaţia tensiunii de ieşire în raport cu variaţia altor mărimi din

circuit.

Stabilizarea în raport cu temperatura:

ΔVoVo . 100 (%) pentru Δ T dată;

Stabilizarea în raport cu tensiunea de intrare:

ΔVoVo . 100 (%) pentru Δ vI dată;

Stabilizarea în raport cu rezistenţa de sarcină:

ΔVoVo . 100 (%) pentru Δ Io dată;

Unde :

ΔVoVo . 100 (%) este variaţia relativă a tensiunii de ieşire

măsurată în procente

Δ vI =vImax- vImin reprezintă variaţia tensiunii de intrare;

Δ Io =Iomax - Iomin reprezintă variaţia curentului de sarcină;

Δ T= Tjmax-Tjmin reprezintă variaţia temperaturii ;

Stabilizatoarele trebuie să îndeplinească în mod uzual următoarele

cerinţe:

tensiunea trebuie să se menţină constantă când tensiunea reţelei

variază în limitele prescrise

mărimea de ieşire trebuie să varieze cu cel mult 1-2 % în tot

domeniul de temperatură şi sarcină prescris

rezistenţa internă a stabilizatorului de tensiune trebuie să fie cât

mai mică ( sub 50 m )

34

componenta alternativă a tensiunii de ieşire trebuie să fie mică

( sub 20 mV)

randamentul energetic să fie cât mai mare

funcţionarea stabilizatorului să nu producă perturbaţii în reţea

stabilizatorul trebuie protejat la scurtcircuit sau suprasarcini

la cuplarea sau decuplarea stabilizatorului să nu apară supracurenţi

sau supratensiuni care ar periclita circuitele alimantate.

Deoarece nici un circuit electronic nu poate funcţiona fără alimentare

a fost creată o mare diversitate de circuite integrate special

destinate construirii stabilizatoarelor de tensiune.

Există:

stabilizatoare integrate de uz general (de exemplu: β A 723) stabilizatoare integrate de tensiune fixă cu 3 terminale (de

exemplu :LM78xx,LM79xx)

stabilizatoare integrate de tensiune ajustabilă cu 3 terminale ( de

exemplu :LM337,LM317)

stabilizatoare integrate duale cu urmărire ( de

exemplu:MC1468,ROB1468 LM326)

35

Cap.5.1 Material Grafic

36

5.2 Lista de componente

37

Piesa Descriere

Condensato

r 1nF

Multilayer metallised polyester film capacitors

that are epoxy resin sealed in a flame-retardant

thermoplastic case.

These low-cost capacitors have a high CV to

volume ratio and are highly reliable and stable

over a very wide temperature range (-5 C to +100

C). The capacitors are non-inductive with a

standard 5mm lead spacing and are primarily

intended for PCB mounting.

Rezistor

25.356kΩ

HS25 Al house wirewound resistor,25K 25W

Potentiome

tru pana

la 100MΩ

Potentiometers with More than 100M Ohms at DC

500V Insulation Resistance

Model Number: 24P1PDSHF-A

Potentiome

tru 3.94

MΩ

Variable Resistor / Potentiometer (RM085G-H3)

Rezistoare

10kΩ,

20kΩ, 30kΩ

Resistor 10K Ohms .25W/5%

EID-R-025-10K

Resistor 20K Ohms .25W/5%

EID-R-025-20K

Resistor 30K Ohms .25W/5%

EID-R-025-30KRezistor

40kΩ

38

Resistance Value 40kΩ Power Rating 0.5 W

Temperature Coefficient ±3ppm/°C Case Style

Conformal Termination Style Axial Mounting Through

Hole Technology WireWound RS Stock No. 217-3295

Manufacturer Tyco Electronics Manufacturers Part

No. UPW50B40KV

Rezistor

50kΩ

RESISTOR 10W 50K OHMS 5% AXIAL - 20J50KE –

Resistors

Rezistor

59kΩ

RESISTOR, 59K, 0805 0.1% 25PPM 0.1W Manufacturer:

MULTICOMP Order Code: 1575989 Manufacturer Part

Number: MCTC0525B5902T5E

Rezistor

65Ω

Resistor 65 ohm 5 watt

Workman 5W0655 65 ohm 5 watt 5% wirewound

resistor.

Rezistor

470kΩ

470k Resistor 5% accuracy 1/4 watt resistors to

get you started with your BEAM experiments.

Rezistor

50Ω

BOURNS - CHF1206CNT500LW - RESISTOR, 50 OHM 20W

DC-3GHZ

Rezistor

33kΩ

RESISTOR 33K OHM 1/4W

Rezistor

1kΩ

1K ohm, 1/4 watt resistor

Condensato

r 1nF

1nF (1000pF, 102) Ceramic Disc Capacitor

39

Condensato

r 1000µF

Wet Tantalum Capacitors Cylindrical Body,

Hermetically Sealed 1100 µF

Condensato

r 200µF

NFM Series 0.2 mF 2.0 A 50 V Chip Capacitor Type

EMI Filter

Rezistor

0.9kΩ

UT20 77 1K~1G 20R~0.9K

Rezistor

100Ω

RESISTOR 100 OHM 1/16W 5% AXIAL - HR01101J/8 –

Resistors

Rezistor

470Ω

470 ohm, 1/4 watt resistor

Rezistor

6MΩ

RES 6M OHM 5% 1206 TF

Rezistor

0.6Ω

Ballast Resistor 0.6 OHM

Cap.6 Concluzii

Am putut observa faptul ca utilizarea amplificatoruluioperational duce la un oscilator mai stabil, acesta fiind si una dincaracterisiticile puntii Wien.

O conditie importanta pentru functionarea corecta atranzistorului de reglaj este aceea ca amplitudinea tensiunii intredrena si sursa sa nu fie mai mare decat cateva zecimi de volt. Serecomanda folosirea pentru reglajul de amplitudine a unui tranzistor

40

TECJ avand curent de saturatie redus si tensiune de varf cat mai mare,pentru a se obtine rezistenta dinamica drena sursa de valoarea mai

ridicata si distorsiuni neliniare mai mici (la functionare UG devaloare mai mare), precum si stabilitatea termica mai buna(tranzistorul se poate sa functioneze chiar cu deriva termica nula).

La oscilatorul cu punte Wien se poate folosi o punte cu diodepentru limitarea amplitudinii de. Atunci cand amplitudinea semnaluluicreste suficient de mult, rezistenta puntii scade si reactia negativaeste mai puternica, determinand scaderea amplificarii amplificatoruluicorectat cu reteaua Wien si, ca urmare, limitarea cresteriiamplitudinii de oscilatie.

Limitarea amplitudinii de oscilatie poate fi asigurata si cu untermistor dar, amplificatorul operational nu furnizeaza, de regula, laiesire, o putere suficienta pentru a comanda termistorul.

Redresoarele sunt circuite care contin cel putin un elementneliniar capabil sa transforme tensiunea alternativa intr-o forma deunda cu componenta continua diferita de zero. Pe langa componentacontinua, la iesirea redresorului se obtine si o componenta variabilanumita ondulatie.

Redresoarele in punte au in ansamblu caracteristici mai bune : unsingur secundar (cu diametrul conductorului insa ceva mai mare), unmiez de fier cu sectiune mai mica, diode cu tensiune inversa maximamai redusa (insa numarul de diode este mai mare).

Circuitul stabilizator cu dioda Zener furnizeaza practic otensiune stabilizata fixa (ce nu se poate modifica din exterior) avandvaloarea tensiunii de pe dioda Zener si prezinta un coeficient destabilizare de ordinul catorva zeci. Fiind un stabilizator cu elementde reglare de tip paralel , este neeconomic pentru sarcina de curentvariabil in domeniu larg (consuma curent mare indiferent de valoareanominala a curentului de sarcina) si se utilizeaza numai la curent desarcina redus (cel putin cateva sute de mA).

Aşa cum se poate vedea şi din lista de componente montajul esteuşor de realizat practic şi la un preţ mic.

41

Cap.7 Bibliografie

http://scs.etc.tuiasi.ro/scslabs/SimboliceDCE/Oscilator.pdf;

http://www.electronica.ro/transformator.shtml;

http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/OSCILATOARE-ARMONICE-DE-AUDIOF74832.php;

http://tet.pub.ro/mat/an3/cia_lab/lucrarea_11.pdf;

www.etc.ugal.ro/lfrangu/lectia2.doc;

Curs CEF;

‘Un tranzistor, doua tranzistoare’, Ilie Mihaescu, Editura

Albatros, Colectia Cristal, Iasi, 1978;

‘Electronica aplicata, Jucarii electronice’, autori: Serban

Naicu, Dragos Marinescu, Andrei Ciontu, Editura National,

Bucuresti, 1998;

42

43