Расчёт кварцевого автогенератора

6. Расчёт кварцевого автогенератора

Данный кварцевый генератор (КГ) предназначен для формирования частоты f=16670 кГц. КГ представляет собой ёмкостную трёхточку, где кварцевый резонатор заменяет индуктивность. Достоинства данной схемы: схема имеет меньшую склонность к паразитной генерации на частотах выше рабочей; схема построена без индуктивностей.

Выбор транзистора АГ. В АГ следует применять маломощный транзистор с граничной частотой много больше рабочей. В этом случае можно не учитывать инерционные свойства транзистора, в этом случае упрощается расчёт АГ, уменьшается нестабильность частоты, связанная с нестабильностью фазового угла крутизны.

Рисунок 6.1 – Схема автогенератора по ёмкостной трёхточке

Используя [5,6], выбираем маломощный транзистор КТ371А со следующими параметрами:

-  fт=3000 МГц;

-  максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер Uкэ_доп=15 В;

-  средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ bo=120;

-  сопротивление материала базы rб=10 Ом;

-  максимальная мощность рассеяния на коллекторе Pкдоп=0.1 Вт.

Выбираем кварцевый резонатор РГ-27: fкв=16.67 МГц, Pкв.доп=2 мВт, rкв=2 Ом.

Нижеприведённая методика расчёта АГ взята из [3].

Расчёт по постоянному току.

Задаём Iко=7 мА, Екэ=10 В, Еэ=2 В, откуда

R3=Еэ/Iко=286 Ом; (4.1)

Еп=Екэ+Еэ=12 В. (4.2)

Определяем ток базы:

Iбо=Iко/bo=58 мкА. (4.3)

Задаём ток делителя:

Iдел=15×Iбо=875 мкА, (4.4)

откуда определяем

Rдел=R1+R2=Еп/Iдел=13.7 кОм. (4.5)

Определяем Еб:

Еб=Еэ+0.7=2.7 В, (4.6)

откуда находим

R2=Еб/Iдел=3.09 кОм; (4.7)

R1=Rдел-R2=10.6 кОм. (4.8)

Расчёт по переменному току.

Определяем сопротивление эмиттерного перехода:

rэ=0.026/Iко=3.71 Ом. (4.9)

Определяем крутизну транзистора:

S=bo/(rб+bo×rэ)=0.263 См. (4.10)

Задаём коэффициент регенерации Gр=5.115 и определяем сопротивление управления:

Rу=Gр/S=19.4 Ом(4.11)

Задаём отношение Кос`=C3/C2£1 – Кос`=1 и вычисляем

Х3==6.23 Ом, (4.12)

откуда

С3=1/(2×p×f×X3)=2.74 нФ;(4.13)

С2=С3/Кос`=2.74 нФ.(4.14)

Ёмкость блокировочного конденсатора определим из формулы:

С1=20/(2×p×f×rэ)=0.1 мкФ.(4.15)

Дроссель Lк рассчитаем по формуле:

Lк=30×X3/(2×p×f)=3.3 мкГн.(4.16)

Дроссель Lб необходим, если не выполняется условие

R1||R2³30×X2 (2.39 кОм>187 Ом).(4.17)

Энергетический расчёт АГ.

Определяем коэффициент Берга g1(q)=1/Gр=1/5.115=0.196, находим соответстующий этому значению q=60° и коэффициенты a1(q)=0.391 и a0(q)=0.218 для стационарного режима.

Вычисляем амплитуду импульса коллекторного тока:

Imк=Iко/aо(q)=32 мА<Imкдоп=40 мА.(4.18)

Определяем амплитуду первой гармоники коллекторного тока:

Iк1=a1(q)×Imк=12.6 мА.(4.19)

Рассчитываем амплитуду напряжения на базе:

Umб=Iк1×Rу=0.244 В. 4.20)

Вычисляем модуль коэффициента ОС:

|Кос|=0.952. (4.21)

Находим амплитуду напряжения на коллекторе:

Umк=Umб/|Кос|=0.24/0.993=0.239 В < Еп=12 В(4.22)

(условие недонапряжённого режима).

Определим мощность, потребляемую от источника коллекторной цепью:

Po=Iко×Екэ=70 мВт.(4.23)

Мощность, рассеиваемая кварцевым резонатором:

Pкв=0.5×rкв×(Umб/X2)²=1.53 мВт£Pквдоп=2 мВт.(4.24)

Мощность, рассеиваемая транзистором

Pк=Po-Pкв=68 мВт<Pкдоп=100 мВт.(4.25)

Оцениваем величину допустимого сопротивления нагрузки из условия, что нагрузка будет потреблять мощность в 10 раз меньше мощности рассеиваемой кварцевым резонатором:

Rндоп³5×Umк²/Pкв=214 Ом.(4.26)

Для уменьшения влияния нагрузки и повышения стабильности частоты целесообразно включение на выходе АГ эмиттерного повторителя (ЭП) (см.рис.6.2).

Рисунок 6.2 – Принципиальная схема эмиттерного повторителя на выходе АГ

По справочникам [5,6] выбираем транзистор ЭП – КТ373Б со следующими параметрами: fт=300 МГц, rб=38 Ом, bo=250, Iкmax=50 мА, Iкmax_и=200 мА, Uкэ_Rmax=25 В, Pкmax=150 мВт.

Рассчитываем ЭП аналогично п.3.3. В результате расчёта получаем следующие параметры: Ек=12 В, Uко=6 В, Rб1=15.5 кОм, Rб2=20 кОм.

Заключение

В результате проделанной работы получили структурную и принципиальную схемы АМ передатчика, рассчитанного на несущую длину волны l=9 м (f=33.33 МГц), мощностью несущей в антенне 30 Вт.

Модуляция производится путем изменения смещения модулируемого оконечного каскада.

Для питания передатчика требуется 3 источника питания: +28 В – для питания УМК и МК, +12 В – для питания ЭП, умножителя У и АГ, +3 В – для подачи начального смещения на базу транзисторов УМК и МК.

Чертёж контурной катушки ВКС приведён на РТФ КП.723500.001.

Использование транзисторов при конструировании передатчика позволит получить оптимальные массо-габаритные характеристики.

Разработанный передатчик можно использовать в качестве связного.

Список использованных источников

1 Шумилин М.С, Козырев В.Б., Власов В.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. Уч.пособие для техникумов. – М.: Радио и связь, 1987. – 320 с.

2 Проектирование радиопередающих устройств: Уч.пособие для ВУЗов/В.В. Шахгильдян, В.А. Власов, В.Б. Козырев и др.,М.: Радио и связь, 1993. – 512 с.

3 Проектирование радиопередающих устройств на транзисторах: Методические указания к курсовому проектированию/Г.Д. Казанцев, А.Д. Бордус, А.Г. Ильин, Ротапринт ТУСУР, 1987. – 79 с.

4 Радиоприёмные устройства под ред. Жуковского: Уч.издание/ Ю.Т. Давыдов, Ю.С. Данич, А.П. Жуковский и др., М.: Высш.шк., 1989. – 342 с.

5 Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник/ В.А. Аронов, А.В. Баюков, А.А. Зайцев и др., М.: Энергоиздат, 1982. – 904 с.

6 Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник/ К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др., М.: Радио и связь, 1981. – 656 с.