Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Расчет АГ с кварцевой стабилизацией на механических гармониках кварца.



Автогенератор с КР между коллектором и базой (рис. 12.12), дополнительно выбираем амплитуду точки в коллекторе iкм и коэффициент , где η кс – КПД колебательной системы; при повышенных требованиях к стабильности частоты рекомендуется, чтобы α ≤ 0, 25, что соответствует η кс ≤ 0, 2.

1. Мощности, рассеиваемая на кварце и отдаваемая транзистором, Ркв = Рн/α; Р1 = Рн + Ркв.

Проверяем условия стабильности частоты и эксплуатационной надёжности: Ркв ≤ Ркв доп при выполнение этого условия расчет можно продолжать.

2. Аппроксимированные параметры транзистора: Sп =15ikm; r = h21э / Sп; S = h21э / (r’б + r); fs=fгр / Sr’б..

3. Нормированная частота колебаний s = fкв / fs.

4. Параметры колебательной системы: S1 = 1(θ ) – крутизна коллекторного тока, усредненная за период колебаний;

х =i2km 1(θ ) /[2Ркв S(1 – cos2 θ 2)2 (1+ α )] – коэффициент отношения С / С2.

С = ; ;

; .

Значение выбирается из условия , где n, n-2 – номера выбранной для возбуждения и ближайшей низшей гармоники. Путём подстановки значения L1 в находим исходные значения L1 и C1.

5. Поправка к частоте колебаний .

В случаях, когда относительная разница между частотами f и fкв мала, можно пользоваться приближённой формулой её вычисления .

Если предъявляются жёсткие требования к точности настройки на заданную частоту (например, 10-6), следует выбрать КР, для которого . Для точной настройки требуются хотя бы одну из ёмкостей выполнить переменной, чтобы обеспечить её вариации на 30% выбранного значения.

 

Рисунок 1.2.3. схема автогенератора с кварцевым резонатором в цепи положительной обратной связи

6. Режимные параметры АЭ – гармонические составляющие тока коллектора и амплитуда напряжения на базе: ; ; ; .

Амплитуда напряжения на коллектора , где .

Мощности, подведенная на коллекторной цепи и рассеиваемая: ;

.

Проверим выполнение условия .

Постоянная составляющая тока базы и смещение на базе: ;

.

7. Так как с ростом сопротивления автосмещения Rэ его стабилизирующее действие увеличивается, а энергетические показатели ухудшается, то рекомендуется выбирать Rэ = 100…500 Ом. В АГ на полевых транзисторах во входную цепь включают дополнительно сопротивление автосмещения Rв= 200…300 кОм, Rб = (10…20)Х2.

8. Напряжение источников питания цепей коллектора и базы: ; .

9. Для тока через делитель применяем , тогда сопротивление делителя в цепи питания: ; .

Расчет АГ и КС а цепи положительной обратной связи (рис. 1.2.3). Дополнительно выбираем: Ркв, ikm, η k (рекомендуется выбирать η к ≤ 0, 5), Qнен – добротность ненагруженного контура (для повышения стабильности частоты рекомендуется выбирать Qнен = 20…80).

Нестабильность частоты в схеме близка к минимальной, если , откуда следует , .

1. Аппроксимированные параметры транзистора S, , такие же, как в расчете АГ с КР между коллектором и базой.

2. Гармонические составляющие коллекторного тока Iк1, Iк и амплитуда напряжения на базе Uв рассчитывается кат же, как для АГ с КС между коллектором и базой.

3. Сопротивление делителя в цепи обратной связи .

4. Мощность, отдаваемая транзистором,

,

где ; , ; .

Проверяем выполнение условия Ррас ≤ Рmax.

5. Амплитуда коллекторного напряжения , где принимаем .

6. Проверяем напряженность режима: . При режим недонапряженный.

7. Модуль коэффициента обратной связи .

8. Резонансное сопротивление контура .

9. Коэффициент трансформации , где рекомендуется выбирать М = 1, 02…2.

10. Сопротивление С2

.

11. Сопротивление плеча контура между коллектором и базой .

12. Расстройка контура

,

где ; .

13. Собственная частота контура

,

где - добротность нагруженного контура.

14. Сопротивление С1 .

15. Сопротивление L3 .

16. Сопротивление С3 .

17. Параметры контура:

; ; ; .

18. Уточнение значения :

.

При достаточно большом отличие уточненного значения от первоначального выбранного расчет следует произвести заново, взяв в качестве значения уточненное значение.

19. На частотах паразитных колебаний и нижних гармоник

;

,

где ; .

Взяв отношение частоты , получим:

; ; ;

; .

Проверяем условие отсутствия паразитных колебаний и низших гармоник: ; .

20. Далее расчет аналогичен расчету АГ с КР между коллектором и базой.

Так как амплитуда UКЭ может быть велика по сравнению с UВ, следует оценить погрешность приближенного расчета, где значение амплитуды U’B с учетом реакции коллекторного напряжения на ток коллектора определяется выражением ,

где g22, b22 – активная и реактивная составляющие выходной проводимости Y22 транзистора. В тех случаях, когда разница между UB и U'В не превышает 20…25%, приближённый расчет можно считать приемлемым.

Автогенератор с КР в контуре (рис. 12.14). Дополнительно выбираем РКВ. Если , то мощность, рассеиваемая резистором, , где . Коэффициент .

Проверяем выполнение рекомендации: .

1. Для расчета тока определяем

; ; ; .

2. Аппроксимированные параметры транзистора - такие же, как в расчете АГ с КР между коллектором и базой.

3.
Параметры контура:

; ; ; ; ; .

Рисунок 12.15. схема автогенератора с кварцевым резонатором в цепи отрицательной обратной связи
Рисунок 312.14. Схема автогенератора с кварцевым резонатором в контуре
Выбираем L3 из конструктивных соображений, тогда , откуда .

4. Гармонические составляющие коллекторного тока IК1, IК такие же, как в расчете АГ с КР между коллектором и базой.

5. Напряжение возбуждения UВ и смещения UВ0 такие же, как в расчете АГ с КР между коллектором и базой.

6. Модуль коэффициента обратной связи . Коллекторное напряжение .

7. Мощности: ; ; . Проверяем условие .

Автогенератор с КР в цепи отрицательной обратной связи (рис. 12.15). Дополнительно выбираем , , (добротность ненагруженного контура).

1. Сопротивления кварцевого резонатора ; . Ток, через кварцевый резонатор .

2. Высота импульса коллекторного тока . Проверяем выполнение условия .

Аппроксимированные параметры транзистора такие же, как в расчете АГ с КР между коллектором и базой; .

3. Параметры контура

; ; ; , причём рекомендуется, чтобы во избежание влияния входной и выходной проводимостей.

Добротность нагруженного контура .

 

Выбираем L3 , тогда сопротивление потерь в контуре .

Сопротивление ветвей контура:

; ; .

Ёмкости:

; ; .

4. Проверяем выполнение условия во избежание появления паразитных колебаний.

5. На частотах нижней гармоники в связи с ослаблением связи происходит уменьшение , поэтому для оценки сопротивления потерь в контуре можно взять . Тогда, задавшись значением Qнг, вычислим

.

Взяв отношение частот , получим:

; ; .

Обобщенная расстройка контура .

Сопротивление .

Поверим отсутствие колебаний на частотах низших гармоник, для чего достаточно проверить выполнение неравенства .

6. Гармонические составляющие коллекторного тока Iк1, Iк такие же, как в расчете АГ с КР между коллектором и базой. Мощности

; ; ; .

Проверяем выполнение условия .

7. Напряжение возбуждения Uв и смещения Uв0 такие же, как в расчете АГ с КР между коллектором и базой.

Примеры расчета автогенераторов с кварцевой стабилизацией

В примерах расчета используем следующее исходные данные:

Параметры КР: (третья механическая гармоника); ; ; ; мВт; с.

Усредненные параметры транзистора: МГц; h21Э = 50; r’б = 60 Ом; Ска = Cкп = 1 пФ; Iк max = 50 мА; Uкэ max = 12 В; U’ = 0, 3 В; Sкр = 0, 05 А/В; Рmax = 150 мВт.

В соответствие с рекомендациями выбраны: Uк0 = 5 В. (это соответствует углу отсечки , причем ; ; ; ).

Аппроксимированные параметры транзистора: ; ; S = 0.127 A/B; МГц.

Нормированная частота колебаний .

Автогенератор с КР между коллектором и базой. Дополнительно выбираем: мощность нагрузки Рн = 0, 1 мВт; ток мА и α = 0, 1.

1. Мощности, рассеваемая на кварце и отдаваемая транзистором: Ркв = 1 мВт, Р1 = 1, 1 мВт. Условия повышения стабильности частоты и эксплуатационной надежности (Ркв ≤ Рквд) выполняются.

2. Расчет параметров колебательной системы: S1 = 0, 0254 A / B, , C= 20, 7 пФ, С2 = 71 пФ, Х1 = -128, 5 оМ, Х2 = -37, 2 оМ.

Принимая , получаем С1 = 41, 4 пФ, L1 = 0, 34 мкГ.

3. Поправка к частоте колебаний: .

4. Режимные параметры АЭ – гармонические составляющие тока коллектора и амплитуда напряжения на базе .

Амплитуда напряжения на коллекторе Uкэ = 0, 56 В, где .

Мощности, подведенная к коллекторной цепи и рассеиваемая: P0 = 11 мВт; Ррас = 9, 9 мВт. Условие Ррас ≤ Pmax выполняются.

Постоянная составляющая тока база и смещение на базе: Iб = 0, 044 мА; Uв0 = 0, 24 В.

5. В соответствие с рекомендацией выбираем . Принимаем Rб = 500 Ом.

6. Напряжение источников питания цепей коллектора и базы: Uк = 5, 7 В; Uвн = 0, 92 В.

7. Принимаем ток через делитель Iд 0, 22 мА, тогда сопротивление делителя в цепи питания: R1 = = 21, 8 кОм, R2 =5, 1 кОм.

Автогенератор с КР в цепи положительной обратной связи. Дополнительно выбираем Рн = = 2 мВт; Ркв = 0, 5 мВт; Нестабильность частоты в схеме близка к минимальной, если , откуда , Ом.

1. Гармонические составляющие коллекторного тока и амплитуда напряжения на базе: .

2. Сопротивление делителя в цепи обратной связи = 47 оМ.

3. Мощность, отдаваемая транзистором, Р1 = 4, 97 мВт, где Рr = 2 мВт.

4. Амплитуда коллекторного напряжения UКЭ = 2, 5 В, где принимаем

5. Проверяем напряженность режима: UКЭ КР = 4, 8 В. Так как UКЭ < UКЭ КР, то режим недонапряженный.

6. Модуль коэффициента обратной связи

7. Резонансное сопротивление контура Rк =780 Ом.

8. Коэффициент трансформации

9. Сопротивление С2 Х2 = - 18, 4 Ом.

10. Сопротивление плеча контура между коллектором и базой Х3 = 12, 7 Ом.

11. Расстройка контура ξ = - 0, 71.

12. Собственная частота контура МГц, где добротность нагруженного контура QH = 30.

13. Сопротивление С1 Х1 = -115 Ом.

14. Сопротивление ХL = 490 Ом.

15. Сопротивление С3 Х3 = -369, 3 Ом.

16. Параметры контура: С1 = 23 пФ; С2 = 144 пФ; С3 = 7, 2 пФ; L3 = 1, 3 мкГ.

17. Уточненное значение отличается от первоначально выбранного только на 15%, поэтому не имеет смысла проводить пересчет.

18. На частотах паразитных колебаний и нижних гармоник (20 МГц) имеем: где Х0 = -530, 5 Ом;

Условия отсутствия паразитных колебаний и низших гармоник выполняются, так как > > 1; < 0.

19. Постоянная составляющая тока базы и смещение на базе: Iб = 0, 044 мА; Uв0 = 0, 24 В. В соответствии с рекомендацией RЭ = 300 Ом, Rб = 372…744 Ом. Выбираем Rб = 500 Ом.

Напряжение источников питания цепей коллектора и базы: Uк = 5, 7 В; UВН = 0, 92 В.

Принимаем ток через делитель мА, тогда сопротивление делителя в цепи питания R1 = 5, 1 кОм; R2 = 21, 8 кОм.

20. Оценка погрешности приближенного расчета: где мСм, мСм. В тех случаях, когда разница между Uв и не превышает 20…25%, приближенный расчет можно считать приемлемым.

Автогенератор с КР в контуре. Дополнительно выбираем Ркв = 1мВт; Рн = 0, 1 мВт.

1. Сопротивление R = 50 / 0, 1 = 500 Ом.

2. Мощность, рассеваемая сопротивлением, Рr = 0, 1 мВт, где

Коэффициент рекомендация выполняется.

3. Для расчета тока находим: Тогда = 13, 6 мА.

4. Сопротивление и ёмкости контура: Х = -36 Ом; С = 73, 6 пФ; Х1 = -100 Ом; С1 = 26, 5 пФ; Хэ = = - 4, 1Ом; Х3 = 82 Ом. Выбрав из конструктивных соображений L3 =0, 5 мкГ, получим, что С3 = = 25 пФ.

5. Гармонические составляющие коллекторного тока:

6. Напряжение возбуждения и смещения:

7. Модуль коэффициента обратной связи: Коллекторное напряжение UКЭ = 0, 453 В.

8. Мощности Р0 = 14, 7 мВт; Р1 = 1, 2 мВт; Ррас = 13, 5 мВт. Условие Ррас ≤ Рmax выполняются.

Автогенератор с КР в цепи с отрицательной обратной связи. Дополнительно выбираем: Рн = = 1 мВт; Ркв = 1 мВт; Qнен = 100.

1. Сопротивления кварцевого резонатора Ом; Ом. Ток, через кварцевый резонатор мА; мА.

2. Высота импульса коллекторного тока мА. Проверяем выполнение условия .

3. Параметры контура: Ом; Ом; что условию = 0, 2…2. Добротность нагруженного контура Сопротивление потерь в контуре Ом.

Сопротивление ветвей контура: Ом; Ом; Ом.

Ёмкости:

пФ; пФ; пФ.

4. Проверяем выполнение условия во избежание появления паразитных колебаний. Ом; Ом. Неравенство выполняется паразитные колебания

не возбудятся.

5. На частотах нижней гармоники (20 МГц) в связи с ослаблением связи происходит уменьшение , поэтому для оценки сопротивления потерь в контуре можно взять . Тогда, задавшись значением Qнг = 100, получаем Ом.Взяв отношение частот , находим: Ом; Ом; Ом. Ом. Контур сильно расстроен. Обобщенная расстройка контура .Сопротивление Ом.

Проверим отсутствие колебаний на частотах низших гармоник, для чего достаточно проверить выполнение неравенства : Ом; Ом. Неравенство выполняется, генерация колебаний на основной частоте КР невозможно.

6. Гармонические составляющие коллекторного тока Iк1 = 6, 3мА, Iк = 3, 5 мА. Мощности:

мВт; мВт; мВт; мВт. Условие выполняется.

7. Напряжение возбуждения и смещения Uв = 280 мВ; Uв0 = 0, 148 В.

 


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-11; Просмотров: 956; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.082 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь