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 i_км 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, Р_кв = Р_н/α; Р₁ = Р_н + Р_кв.

Проверяем условия стабильности частоты и эксплуатационной надёжности: Р_кв ≤ Р_{кв доп} при выполнение этого условия расчет можно продолжать.

2. Аппроксимированные параметры транзистора: S_п =15i_km; r = h_21э / S_п; S = h_21э / (r’_б + r); f_s=f_гр / Sr’_б..

3. Нормированная частота колебаний _s = f_кв / f_s.

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

х =i²_{km 1}(θ ) /[2Р_кв S(1 – cos² θ ²)² (1+ α )] – коэффициент отношения С_1э / С₂.

С_1э = ; ;

; .

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 f_кв 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 R_э его стабилизирующее действие увеличивается, а энергетические показатели ухудшается, то рекомендуется выбирать R_э = 100…500 Ом. В АГ на полевых транзисторах во входную цепь включают дополнительно сопротивление автосмещения R_в= 200…300 кОм, R_б = (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: Р_кв, i_km, η _k (рекомендуется выбирать η _к ≤ 0, 5), Q_нен – добротность ненагруженного контура (для повышения стабильности частоты рекомендуется выбирать Q_нен = 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 I_к1, I_к и амплитуда напряжения на базе U_в 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 Р_рас ≤ Р_max.

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 U_КЭ может быть велика по сравнению с U_В, 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 U_B и U'_В не превышает 20…25%, приближённый расчет можно считать приемлемым.

Автогенератор с КР в контуре (рис. 12.14). Дополнительно выбираем Р_КВ. 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 I_К1, I_К такие же, как в расчете АГ с КР между коллектором и базой.

5. Напряжение возбуждения U_В и смещения U_В0 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 Q_нг, 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 I_к1, I_к такие же, как в расчете АГ с КР между коллектором и базой. Мощности

; ; ; .

Проверяем выполнение условия .

7. Напряжение возбуждения U_в и смещения U_в0 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; h_21Э = 50; r’_б = 60 Ом; С_ка = C_кп = 1 пФ; I_{к max} = 50 мА; U_{кэ max} = 12 В; U’ = 0, 3 В; S_кр = 0, 05 А/В; Р_max = 150 мВт.

В соответствие с рекомендациями выбраны: U_к0 = 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 Р_н = 0, 1 мВт; ток мА и α = 0, 1.

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

2. Расчет параметров колебательной системы: S₁ = 0, 0254 A / B, , C_1э = 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 U_кэ = 0, 56 В, где .

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

Постоянная составляющая тока база и смещение на базе: I_б = 0, 044 мА; U_в0 = 0, 24 В.

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

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

7. Принимаем ток через делитель I_д 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 Р_н = = 2 мВт; Р_кв = 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 Р_r = 2 мВт.

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

5. Проверяем напряженность режима: U_{КЭ КР} = 4, 8 В. Так как U_КЭ < U_{КЭ КР}, то режим недонапряженный.

6. Модуль коэффициента обратной связи

7. Резонансное сопротивление контура R_к =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 Q_H = 30.

13. Сопротивление С₁ Х₁ = -115 Ом.

14. Сопротивление Х_L = 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: I_б = 0, 044 мА; U_в0 = 0, 24 В. В соответствии с рекомендацией R_Э = 300 Ом, R_б = 372…744 Ом. Выбираем R_б = 500 Ом.

Напряжение источников питания цепей коллектора и базы: U_к = 5, 7 В; U_ВН = 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 U_в и не превышает 20…25%, приближенный расчет можно считать приемлемым.

Автогенератор с КР в контуре. Дополнительно выбираем Р_кв = 1мВт; Р_н = 0, 1 мВт.

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

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

Коэффициент рекомендация выполняется.

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

4. Сопротивление и ёмкости контура: Х_2ф = -36 Ом; С_2ф = 73, 6 пФ; Х₁ = -100 Ом; С₁ = 26, 5 пФ; Х_э = = - 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 U_КЭ = 0, 453 В.

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

Автогенератор с КР в цепи с отрицательной обратной связи. Дополнительно выбираем: Р_н = = 1 мВт; Р_кв = 1 мВт; Q_нен = 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 Q_нг = 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 I_к1 = 6, 3мА, I_к = 3, 5 мА. Мощности:

мВт; мВт; мВт; мВт. Условие выполняется.

7. Напряжение возбуждения и смещения U_в = 280 мВ; U_в0 = 0, 148 В.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Глава 16. Причины смерти при механических повреждениях
2. Обзор патентов на полезную модель скважинного фильтра для очистки от механических примесей и песка
3. Определение механических свойств сталей
4. Очистка газов от механических примесей
5. Показатели механических свойств грунтов
6. Раздел III. Расстройство здоровья и смерть от действия механических факторов
7. Расчет АГ с кварцевой стабилизацией на основной частоте кварца
8. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТАМИ НА БАЗЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОГРАММОНОСИТЕЛЕЙ
9. Скважинные фильтры для очистки от механических примесей и песка
10. Часть 2 Исследование АГ с кварцевой стабилизацией частоты