Расчёт кварцевого автогенератора

2.3 Расчёт кварцевого автогенератора

 

Параметры кварцевого резонатора:

 

  Гц

Для получения заданной рабочей частоты, по расчётам необходимо настроить кварцевый резонатор (КР) на частоту Гц.

На соответствующую частоту следует подобрать КР. Получим:

Тип среза – ВТ, ориентация среза по осям: yxl/-49^o,работа на первой гармонике. Частотный коэффициент кГц ^.см, резонансный промежуток  . Размеры пластины:

 

  см

  см  см

  см или  см

 

Далее определим параметры кварцевого резонатора:

 

 Ф

 Ф

 Гн

 Ом

Добротность кварцевого резонатора:

 

 

Частота последовательного резонанса:

 

 Гц

Частота параллельного резонанса:

 

 Гц

радиостанция модулятор усилитель кварцевый

Допустимая мощность, рассеиваемая кварцевым резонатором при сохранении его параметров и заданной стабильности частоты:

Вт

 

Параметры необходимого транзистора:

 

  Гц

 Гц

  Вт

 Вт

А

По всем требуемым параметрам и характеристикам подходит всё тот же транзистор КТ-343А. Его справочные данные:

 

В Ф Гц Вт А/В

 В Ф с ^оС

 

Расчёт остальных параметры транзистора:

1.  Крутизна эмиттерного перехода (по НЧ):

 А/В

2.  Сопротивление рекомбинации:

  Ом

3.  Суммарная ёмкость эмиттерного перехода:

  Ф

4.  Активная составляющая ёмкости коллектора:

   Ф

5.  Пассивная составляющая ёмкости коллектора:

  Ф

6.  Омическое сопротивление материала базы:

  Ом

7.  Коэффициент передачи коллекторного перехода:

  

8.  Крутизна коллекторного перехода (по НЧ):

  А/В

9.  Крутизна базового перехода:

  А/В

10.  Граничная частота транзистора по крутизне:

 Гц

 

Выбор угла отсечки и расчёт управляющего сопротивления КАГ:

Управляющее сопротивление автогенератора представляет собой произведение сопротивления нагрузки на коэффициент обратной связи. Оно определяется из условия баланса амплитуд:

 

 Ом

Модуль крутизны проходной характеристики в рабочей точке определяется из выражения для критической крутизны: . А угол отсечки выбираем сами , тогда коэффициенты Берга имеют значения:

 

 ,  , .

 

Расчёт входных и выходных проводимостей КАГ:

Усреднённые по первой гармонике коллекторного тока входная и выходная проводимости, а также усреднённые значения входной и выходной ёмкости транзистора в режиме больших амплитуд могут быть найдены по следующим формулам:

 

 Ф

 с

 с

 См

 Ом

 См

 Ом

 Ф

 Ф

 

Расчёт сопротивлений Х1 и Х2 емкостного делителя КАГ:

Управляющее сопротивление кварцевого резонатора мощно записать в следующем виде:

 , где

 - сопротивление ёмкости кварцедержателя ();

 - коэффициент обратной связи КАГ.

От величины Ко зависит степень влияния входных и выходных проводимостей транзистора на нестабильность частоты. При уменьшении Ко возрастает влияние выходной проводимости транзистора и уменьшается влияние его входной проводимости. С увеличением Ко влияние выходной проводимости транзистора на частоту автогенератора уменьшается, а влияние его входной проводимости увеличивается. Обычно величина выбирается в пределах 0,2 ... 0,8. Но, так как входная проводимость, полученная в ранее, много меньше выходной, то следует выбирать Ко меньшим. Положим Ко=0.2 .

Расчёт сопротивлений Х1 и Х2 будем выполнять методом последовательного приближения, то есть сначала определим эти параметры в первом приближении (последний индекс расчётных величин 1), а затем на основе полученных результатов проведём второе приближение (последний индекс расчётных величин 2), и так далее. Расчёт можно считать законченным в том случае, когда отличие результатов последнего и предпоследнего приближений отличаются не более, чем на 10%.

Итак, результаты первого приближения:

 

 рад

 См

 Ом²

 Ом

 Ом

 Ом

 

 Ом

 

 

 Ом

Второе приближение:

 Ом

 Ом

 Ом

 

 Ом

 

 

 Ом

Сравнение: % ,

так как имеем относительную ошибку менее 10%, то, как было упомянуто ранее, имеем конечный результат:

 

 Ом  Ом.

При этом коэффициент обратной связи  ,

то есть тот, что и был задан. И управляющее сопротивление: полеченное ранее: Ом , а полеченный сейчас по вышеприведённой формуле: Ом . Видно, что различие в пределах 10% погрешности.

Расчёт частоты генерации и коэффициента обратной связи КАГ:

Частота генерации КАГ:

 Гц

    

При правильном расчёте должно иметь место неравенство: Fкв1<fген<Fкв2, и частота fген должна находиться вблизи частоты последовательного резонанса Fкв1. В результате расчётов именно это и имеем:Гц Гц . Тогда, величины внешних емкостей С1 и С2 равны:

 

 Ф

 Ф

Модуль коэффициента обратной связи:

 

 

 

Расчёт энергетических показателей КАГ:

1.Амплитуда переменного напряжения на базе:  В

2.Постоянная составляющая базового тока:  А

3.Напряжение смещения на базе транзистора:

 В

4.Амплитуда переменного

напряжения на базе транзистора:  В

5.Амплитуда напряжения на коллекторе в критическом режиме:

 

 В

Проверка напряжённости режима КАГ проводится с целью обеспечения недонапряжённого режима, то есть должно выполняться условие Uмк<Uмккр. Как видно, это условие выполняется.

6.Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

 А

7.Колебательная мощность КАГ:

 

 Вт

Эта мощность должна быть больше, чем колебательная мощность КАГ, которая планировалась при расчёте структурной схемы (Вт), как раз то, что мы и имеем.

8.Мощность, подводимая от источника коллекторного питания:

 

 Вт

9.КПД коллекторной цепи:  %

10.Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:  Вт

Эта мощность не должна превосходить допустимую рассеиваемую мощность коллектора (), что и имеем.

Так как все условия выполнены, то энергетический режим КАГ соответствует требуемому.

Расчёт мощности, рассеиваемой кварцевым резонатором:

Напряжение на кварцевом резонаторе:В

Мощность, рассеиваемая на резонаторе:

 

, где

 , тогда Вт, а Вт. Следовательно, рассеиваемая мощность в пределах нормы.

Расчёт цепей смещения КАГ:

Для термостабилизации рабочей точки в автогенераторах применяется автосмещение в цепи эмиттера. Сопротивление Rэ выбирается в пределах 200 ... 300 Ом (пусть Ом). Тогда напряжение источника питания выбирается равным:В

Для мягкого самовозбуждения в транзисторных автогенераторах используется начальное отпирающее смещение (Ебнач>Еб).

Пусть

 В

Полное напряжение между базой и эмиттером транзистора в установившемся режиме: , где Rб – сопротивление смещения в базовой цепи, его выбирают так, чтобы можно было обойтись без дросселя в цепи базы, а именно Rб=(10..20)^.Rупр. Пусть

 

 Ом

Тогда В

Сопротивления резистивного делителя R1 и R2:

 

 Ом

 Ом

 

Расчёт вспомогательных элементов КАГ:

Ёмкость блокировочного конденсатора в цепи эмиттера выбирается из условия Хсэ<<Rэ, откуда

 

 Ф

Индуктивность блокировочного дросселя в цепи коллектора определяется из условия fк<fген

, тогда  Гн

Ёмкость блокировочного конденсатора в цепи коллектора определяется из условия ХСбл<<Хдр

откуда  Ф

 

Определение нестабильности частоты КАГ:

Частота автогенератора варьируется во время его работы. Эти изменения обусловлены внешними воздействиями: полезными и вредными. К полезным относим изменение частота АГ в зависимости от управляющего сигнала (модулирующего низкочастотного напряжения Uмод). А к вредным – изменение частоты в связи с воздействием на АГ внешних факторов, таких как температура, влажность, давление, электромагнитные поля, радиация и многое другое. Различают кратковременную и долговременную нестабильность. Кратковременная нестабильность измеряется за время менее 1 секунды. Она появляется за счёт фазовых флюктуаций токов, шумов (тепловых и дробовых) и приводит к размыванию спектральной линии и, следовательно, к появлению шумов в канале связи. Долговременная нестабильность частоты измеряется за время более 1 секунды, появляется из-за нестабильности температурных параметров элементов, нестабильности источников питания, старения элементов и др., и приводит к смещению спектральной линии по оси частот, вследствие чего необходимо увеличивать полосу частот на канал связи. Долговременная нестабильность превышает кратковременную на 2...3 порядка.

Нестабильность частоты автогенератора – это средний квадрат нестабильностей частоты, обусловленных действием различных дестабилизирующих факторов: .

Ниже в таблице приводятся нестабильности в соответствии с факторами, их вызывающими. А формулы, по которым эти величины рассчитывались, приведены под таблицей.

Параметр	Относительная погрешность		Нестабильность частоты
	%	значение
Ф	10	Ф
Ф	10	Ф
Ф	10	Ф
Ф	5	Ф
Ф	5	Ф
Ом	10	Ом
А/В	10	А/В
рад	10	рад
А	10	А
1/оС	------	------
1/оС	------	------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В заключении необходимо отметить, что полученное задание к курсовому проекту было успешно выполнено. В итоге проделанной работы были разработаны принципиальные электрические схемы и рассчитаны параметры и элементы кварцевого автогенератора и выходного усилителя мощности с его выходной колебательной системой.

Список литературы

·  1.Радиопередающие устройства. Под ред. В.В. Шахгильдяна, М., «Радио и связь», 1990г.

·  2.Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: / Справочник. Под ред. Э.Т. Романычевой, М., «Радио и связь», 1989г.

·  3.Проектирование радиопередающих устройств СВЧ. Под ред. Г.М. Уткина, М., «Советское радио», 1979г.

·  4.Г.Б. Альтшуллер, Управление частотой кварцевых генераторов. М. «Связь»,1969г.

·  5.Методические указания к упражнениям по дисциплине «Радиопередающие устройства». Под ред. Ю.Л. Мишина, Рязань, РРТИ, 1980г. (№545)

·  6.Разработка и расчёт колебательной системы диапазонного выходного усилителя мощности: Методические указания к практическим занятиям / Сост. Ю.Л. Мишин, Н.М. Прибылова; Под ред. Ю.И. Судакова. – Рязань: РРТИ, 1988г. (№1520)

·  7.Теория нелинейных электрических цепей: Методические указания по исполнению ВТ в курсовой работе / РРТИ; Сост. Р.А. Ваккер. Рязань, 1991г. (№1826)

·  8.Расчёт кварцевого автогенератора: Методические указания к практическим занятиям / Н.М. Прибылова, В.Н. Сухоруков; РГРТА, Рязань, 1998г. (№2744)

·  9.Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / Под ред. Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1981г.

·  10. Конспект лекций по дисциплине «Радиопередающие устройства», 1999г.

·  11. Расчёт генератора с внешним возбуждением: Методические указания / РРТИ; Сост. П.А. Крестов, Н.М. Прибылова. Рязань, 1990г.

Приложение

Поз. обозн.	Наименование	Кол.	Примечания
	Сопротивления:
R8	МЛТ – 0,125 – 10 кОм ± 5%	1
R9	МЛТ – 0,125 – 920 Ом ± 5%	1
R10	МЛТ – 0,125 – 250 Ом ± 5%	1
	Конденсаторы:
C3	СП5 – 16 – 15,6 нФ ± 5%	1
C4	СП5 – 16 – 3000 пФ ± 5%	1
C5	СП5 – 16 – 15000 пФ ± 20%	1
C28	К50 – 35 – 960 пФ ± 10%	1
C29	К50 – 35 – 280 пФ ± 10%	1
C30	К50 – 35 – 600 пФ ± 10%	1
	Катушки индуктивности:
L16	142,5 нГн
	Транзисторы:
VT1-VT3	КТ – 343А	3
VT4	КТ – 920А	1
VT5	КТ – 920В	1