Автогенератор с буферным каскадом (стр. 2 из 3)

Поскольку С_к<<С₀, то частота параллельного резонанса

отличается от частоты последовательного резонанса незначительно. Относительный разброс частот составляет

Добротность кварцевого резонатора достигает больших значений (порядка 10⁵).

Рис. 2

Рис. 3

Электрические параметры кварцевого резонатора определяются геометрическими размерами, типом среза пластин и видом колебаний. Для различных типов среза значение собственной частоты кварца колеблется в пределах f₀=1,6/d – 3,6/d МГц, где d – толщина среза пластины (в мм).

Вариант 2

Данный генератор является LC-автогенератором, который обладает достаточно стабильной частотой генерации. Представленный автогенератор является аввтогенератором с мягким возбуждением колебаний, т.е. для его работы достаточно лишь включить источник питания.

Под действием различных дестабилизирующих факторов частота колебаний с течением времени изменяется сложным образом. Относительная стабильность данного АГ частоты Dw/w₀ которого 10^-2…10^-3.

Энергия колебаний передаётся из выходной цепи транзистора в колебательную систему при условии, что управляющее током коллектора колебательное напряжение u_БЭ (t) имеет определённый фазовый сдвиг относительно напряжения u_кэ(t) между коллектором и эмиттером. Передача напряжения с выхода на вход обеспечивается цепью обратной связи. Чаще всего применяют схему с ёмкостной обратной связью.

В базовую или эмиттерную цепь транзистора включается корректирующая цепочка для устранения фазового сдвига между i_к(t) и u_у(t). Для реализации поставленной задачи будем использовать транзисторный автогенератор с ёмкостной обратной связью и дополнительной ёмкостью в индуктивной ветви (С3), которая необходима для развязки по постоянному току цепей питания и смещения.

Колебательная система образована в схеме элементами L,С₁,С₂,С₃. Цепочка R_кор’С_кор’ - корректирующая, R _см - сопротивление автосмещения, С_бл1 и С_бл2 - блокировочные ёмкости, R_бл- блокировочное сопротивление. С_св обеспечивает оптимальное сопротивление нагрузки на выходных электродах транзистора и препятствует прохождению в нагрузку постоянного тока источника питания. Фиксированное смещение осуществляется путём подачи на базу транзистора части напряжения Е_пит через резисторный делитель R₁ и R₂.

Рис. 4

Вариант 3

Особенностью этого варианта является использование туннельного диода. Как видно на схеме отсутствует ёмкость контура, т.к. в качестве неё используется собственная ёмкость диода. Сопротивление rk – собственные активные потери контура. Данный автогенератор является АГ с внутренней обратной связью. Это связанно с особенностью вольтамперной характеристикой туннельного диода. Условие самовозбуждения этого генератора выполняется в весьма широком частотном диапозоне.

Рис. 5

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВАРИАНТА

Из предложенных вариантов я считаю что наиболее рациональым будет использование варианта№2. Хоть LC-генератор и не обладает такой высокой стабильностью как кварцевый он обладает достаточно низкой стоимостью, что тоже является немаловажным фактором, особенно при массовом монтаже.

Составление принципиальной схемы

В соответствии с заданием проектируемый автогенератор должен иметь буферный каскад. Буферные каскады используются для согласования параметров различных функциональных блоков в готовом устройстве. В качестве такого каскада я считаю целесообразным использовать эмитерный повторитель в силу его основных достоинств, а именно: высокое входное и низкое выходное сопротивление, повторение фазы входного сигнала на выходе, простота составления электрической схемы и её расчёта. Буферный каскад включается непосредственно после АГ и обеспечивает ему постоянную во времени нагрузку, Одновременно ослабляя влияние его на работу последующих каскадов.

Рис. 6

По заданию нам необходимо получить регулировку частоты автогенератора в заданных пределах. Этого можно добиться использованием специальных регулируемых конденсатров С1, С3 а также индуктивности L.

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Расчет автогенератора

Обычно расчёт автогенератора происходит в три стадии. Первая стадия заключается в расчете режима работы транзистора, т.е. его выборе и проверке стабильности его работы на заданной частоте. Вторая стадия заключается в электрическом расчете схемы. Третья стадия – энергетический расчёт, т.е. определение мощности генерируемых колебаний и мощностей в цепях генератора, а также определение КПД. Методики приведенных расчетов взяты из литературы [2,5,6].

Таким образом нам необходимо найти R_к, Е_см, Р₁ и КПД. Выберем транзистор, определим параметры корректирующей цепи и рассчитаем режим работы транзистора.

Для увеличения стабильности частоты в задающем АГ выбирают транзисторы малой мощности. Чтобы фазовый сдвиг между колебаниями i_k(t),u_б(t) можно было устранить с помощью корректирующей цепочки, следует выбирать транзистор, граничная частота которого больше, чем заданная частота колебаний f_нес = 1,5 МГц. Выбираем транзистор малой мощности КТ 331Г-1 с граничной частотой f_т = 400 МГц, со следующими паспортными данными:

· барьерные ёмкости коллекторного и эмиттерного переходов С_к = 5 пФ, С_э= 8 пФ

· постоянная времени цепи внутренней обратной связи t_ос=120 пс

· допустимые напряжения и токи U_отс = 0.6 В, U_{кб доп} = 15 В, i_{к доп} = 0,02 А, U_{б доп}= 3 В

· допустимая мощность Р_доп = 15мВт

· крутизна линии граничных режимов на выходных статических ВАХ транзистора S_гр = 20 мА/В

· коэффициент усиления тока В = 40.

f_b= f_t/В = 10 МГц; f_a= f_t+ f_b= 11,5 МГц. Активная часть коллекторной ёмкости С_ка=2 пФ и сопротивление потерь в базе r_б = t_ос/С_ка= 60 Ом.

R_кор, R_з - сопротивления, корректирующие частотные свойства транзистора в открытом и закрытом состояниях. R_кор должно быть меньше R_з, от этого зависит эффективность применения корректирующих цепей , иначе следует выбрать другой транзистор.

Крутизна переходной характеристики транзистора с коррекцией S^к = 1/R^/_кор = 1/10 = 0,1 А/В. Чтобы мгновенные значения напряжения и тока коллектора не превышали допустимых значений u_{К ДОП}и i_{К ДОП,} выбираем i_kmax= 0,8i_{k доп}= 0,8×20 = 16 мА; i_kmax- максимальное значение импульса коллекторного тока;

Величина k_ос=U^к_бэ/U_к1отражает относительное шунтирующее влияние на резонатор входной и выходной проводимостей транзистора. Наибольшая стабильность частоты в транзисторном АГ получается при k_ос=1…3. Примем k_ос=1.

При выборе угла отсечки следует учесть необходимый запас по самовозбуждению Sk_ос=(3…5)G_К, а также условие баланса активных мощностей С_К(w) = -G_А(U_А1); êG_А ê= êG₀ êg₁(q)-из этих трёх условий следует, что в стационарном режиме колебаний g₁(q) » 0.2…0.3. выбираем

q = 60⁰.

Тогда a₀=0,218, a₁=0,391, g₀=0,109, Cosq = 0,5.

Рассчитаем основные параметры генератора:

I_k1 = a₁i_kmax= 0,391×16 = 6,3 мА; I_k0 = a₀i_kmax= 0,218×16 = 3,5мА, I_К1,I_К0 - амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая коллекторного тока.

U^к_б1,U_к1 - амплитуды первой гармоники напряжения на базе и коллекторе транзистора с коррекцией.