Проектирование автогенератора с кварцевым резонатором в контуреПредложить методику настройки автогенератора.
Конструкция автогенератора должна учитывать наличие электромагнитного экрана, расчитанного на частоты близкие к частоте автогенератора и обеспечивать заданную эффективность подавления помех. 2. Расчет схемы автогенератора.
Рассчитаем колебательную систему автогенератора, работающего на частоте 4,99992 МГц и выполненного на транзисторе ГТ313. 1.1 ГТ313 NPNпереход Ge | Основные параметры | | F г , МГц | S гр , А / В | b 0 | , | , | , | r б , Ом | | 450-1000 | 0.05 | 50 | -0,25 | 2,5 | 1,25 | 60 | | | | , | , | I кд , А | t д , ° C | R i д , ° С / Вт | P кд при t ° =25 ° C B т | | 12 | 0,5 | 0,03 | 70 | 500 | 0,09 | | | | | | | | | | | | | | Таблица 1.2 Частота | Рекомендуемая P КВ , мВт | Допустимая P КВ. д. , мВт | | для термоста-тируемых резонаторов | для нетермос-татируемых резонаторов | для термоста-тируемых резонаторов | для нетермос-татируемых резонаторов | Свыше 800 при колебаниях на основной частоте | 0,500 | 1,00 | 1,00 | 2,00 | 2.1. Расчет аппроксимированных параметров транзистора.
Зададимся q =70 0 ( a 1 =0,436; a 0 =0,253) и определяем МГц 2.2. Расчет параметров колебательной системы m=0,1. Амплитуда первой гармоники I К1 коллекторного тока: R 0 2.3. Расчет режима работы транзистора. Амплитуда напряжения на коллекторе В Постоянное напряжение на коллекторе Проверяем условие недонапряженного режима Эквивалентное сопротивление колебательной системы автогенератора 2.4. Расчет элементов цепей питания. : - , , - , . I - R 2 . , I : I = (5 10)I 0 . 3.Настройка колебательного контура автогенератора. Выбор катушки индуктивности.
Настройка колебательного контура автогенератора может производиться двумя способами: изменяем емкость или изменением индуктивностей.
Наиболее чаще используют подстроечную катушку индуктивности. В данной схеме автогенератора будет использоваться однослойная цилиндрическая катушка с подстроечником в виде ферритового стержня (сердечника). В качестве материала каркаса катушки выбран полистерол, так как он обладает удобными физическими параметрами и широко используется.
Провод – медный в изоляции типа ПЭВ, диаметром 0.2 мм (0.15 – 0.30мм). Индуктивность катушки определяется по формуле: где 0.45 – поправочный коэффициент; - длина намотки провода; D – диаметр катушки (каркаса); W – количество витков.
Отсюда количество витков: Зададимся диаметром D = 5 мм. Так как ферритовый стержень влияет на индуктивность катушки, для расчета числа витков возьмем L меньше на 10 20% ( L K =3,47 мкГн; L = 3 ) , , . . Подставляя значения в формулу находим количество витков W=63 витка. 4. Выбор элементов. Поз. обозна-чение | Наименование | Кол. | Примечание | | | | | | Конденсаторы | | | | К10-17 ОЖО.460.172 ТУ | | | С1 | К10-17-1Б-М47-332пФ ± 10%-В | 1 | | С2 | К10-17-2А-М47-2383пФ ± 10%-В | 1 | | Сэ | К10-17-2А-М75-1376пФ ± 10%-В | 1 | | Скв | КТ4-25-М750-5/25пФ ± 10%-В-ОЖО.460.135 ТУ | 1 | Подстроечный | | | | | | | | | | Резисторы С2-23 ОЖО.467.081 ТУ | | | R0 | C2-23-0,125Вт-5,6кОм ± 10%-A-B-B | 1 | | R1 | C2-23-0,125Вт-20кОм ± 10%-A-B-B | 1 | | R2 | C2-23-0,125Вт-9,1кОм ± 10%-A-B-B | 1 | | R3 | C2-23-0,125Вт-402Ом ± 5%-A-B-B | 1 | | Rэ | C2-23-0,125Вт-931Ом ± 5%-A-B-B | 1 | | Rн | C2-23-0,125Вт-604Ом ± 5%-A-B-B | 1 | | | | | | Lдр | Дроссель ДМ-0,1-365мкГн ± 5% ГИО.477.005 ТУ | 1 | | Lк | Дроссель ДМ-0,1-3,47мкГн ± 5% ГИО.477.005 ТУ | 1 | Подстроечный | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 5. Размещение элементов на печатной плате. 6. Расчет экрана. При расчетах будем считать, что экран изготовлен из меди (магнитная проницаемость меди m = 1, относительная проводимость меди s отн = 1 ). Экран условно разбивается на две составляющие: реальный сплошной экран (S P ) и идеальный сплошной экран с отверстиями (S и ). Обоснование толщины экрана и параметров отверстий будет приведено ниже. 6.1. Расчет толщины экрана t . Так как расчетные формулы для дальнего и ближнего элекрического поля идентичны, будем оговаривать вид поля (ближнее / дальнее) по мере надобности.
Коэффициент экранирования равен: где К погл. – коэффициент поглащения экраном: ; К отр. – коэффициент отражения экраном : К м.отр. – коэффициент многослойного отражения экрана ( Подставив в формулу данное значение коэффициента экранирования найдем минимальное значение толщины экрана: , откуда t > 0.123 . Примем толщину экрана t = 0.8 мм . Данное значение вполне удовлетворяет предполагаемым требованиям жесткости и составляет реальную пропорцию с размерами печатной платы. 6. 2 . Расчет эффективности реальной составляющей экрана. В соответствии с формулой (1) коэффициент экранирования реального экрана равен: Кэ. Р. =101.2 дБ. Отсюда находим эффективность экранирования реальным экраном: 6.3. Расчет эффективности идеальной составляющей экрана.
Утечка поля через круглое отверстие определяется формулой: где x - диаметр отверстия; r – расстояние от источника помехи до экрана; - падающая волна.
Эффективность экранирования идеальным экраном с отверстиями определяется по формуле: i – номер отверстия. В разрабатываемом экране нам понадобится 4 отверстия: 1. Отверстие для настройки колебательного контура автогенератора.
Примем x 1 = 0,003 м. 2. Отверстие для подвода питания (изоляция ПВХ). Примем x 2 = 0,0015 м 3. Отверстие для подвода выходного сигнала (изоляция ПВХ). Примем x 3 = 0,0015 м. 4. Отверстие для подвода нулевого провода (изоляция ПВХ). Примем x 4 = 0,0015 м 5. Отверстие для настройки Скв.
Примем x 5 = 0,003 м.
Расстояние от источника помехи до экрана рассчитаем по формуле: где l - длина волны: r = 0.009 м.
Формула примет вид: Отсюда S и = 53,4 . 6. 4 . Расчет конечного значения эффективности экранирования.
Конечное значение эффективности экранирования рассчитывается по формуле: но справедливо условие: Так как S и p , коэффициент экранирования нашего экрана: К э.и. = 34 дБ. При уменьшении значения r , (3), . , экран будет не эффективен.
Рассмотрим эффективность экранирования в дальней зоне Значение эффективности экранирования реального экрана останется прежним ( S p =114815,36 ). Найдем минимальное значение r , . и равным заданному значению (65 дБ), и (3) : , . 6.5. Дополнительные меры для получения требуемой эффективности экранирования. Для того, чтобы экран был эффективен как в дальней, так и в ближней зоне, мы будем использовать волноводы.
Влияние волновода на эффективность экранирования описывается следующей формулой: где t – длина трубки волновода, d – диаметр волновода.
Рассмотрим влияние волноводов на эффективность экранирования для где К э.и0. берем из пункта 4 равным 34 дБ; Приняв для всех отверстий нашего экрана t = 1 .5 мм и при условии что d= x с помощью формулы находим: К э.волн. =112 дБ, S и.волн. =398107. Следовательно, из формулы (5), коэффициент экранирования идеальным экраном К э.и. =146 дБ. Эффективность экранирования идеальным экраном S и = 19952699 . Так как S и. >S р. , то коэффициент экранирования в итоге будет равен: К э. =20 lgS p. =101 , 2 дБ. Полученный результат удовлетворяет заданному требованию (К э > К э.зад. =65 дБ). 7. Вывод по проделанной работе.
Произведена разработка автогенератора с кварцевым резонатором в контуре, размещается на печатной плате размерами 5 5 см.
|