Проектирование автогенератора с кварцевым резонатором в контуре

Министерствообщего и профессиональногообразования

Санкт-Петербургскийгосударственныйэлектротехническийуниверситет

КафедраИИСТ

Пояснительнаязаписка покурсовой работе:

“Разработкаи расчет экранированного

автогенератора”

Студентгр.6561:ВиноградовК.Ю.

Преподаватель:ПыкоС.М.

Санкт-Петербург

Содержание:

1.Задание.3

2.Расчет схемыавтогенератора.3

2.1. Расчетаппроксимированныхпараметровтранзистора.4

2.2. Расчетпараметровколебательнойсистемы4

2.3. Расчетрежима работытранзистора.5

2.4. Расчетэлементовцепей питания.6

3.Настройкаколебательногоконтура автогенератора.Выбор катушкииндуктивности.6

4.Выбор элементов.7

5.Размещениеэлементов напечатной плате.8

6.Расчет экрана.9

6.1. Расчеттолщины экранаt.9

6.2. Расчетэффективностиреальной составляющейэкрана.9

6.3. Расчетэффективностиидеальнойсоставляющейэкрана.10

6.4. Расчетконечногозначенияэффективностиэкранирования.10

6.5. Дополнительныемеры для получениятребуемойэффективностиэкранирования.11

7.Вывод по проделаннойработе.11

8.Литература.12

1. Задание.

Проектированиеавтогенераторас кварцевымрезонаторомв контуре.

CН,пкФ	RН,Ом	KЭ,дБ	fкв,МГц	Rкв,Ом	Qкв,тыс	C0,пкФ
4	600	75	4,99992	27,5	91	5,7

Рассчитатьэлектрическуюсхему транзисторногоавтогенератораи разработатьего конструкцию.

Предложитьметодику настройкиавтогенератора.

Конструкцияавтогенераторадолжна учитыватьналичие электромагнитногоэкрана, расчитанногона частотыблизкие к частотеавтогенератораи обеспечиватьзаданнуюэффективностьподавленияпомех.

2.Расчетсхемы автогенератора.

Рассчитаемколебательнуюсистему автогенератора,работающегона частоте4,99992 МГц и выполненногона транзистореГТ313.

Таблица1.1

ГТ313 NPN-переход Ge	Основныепараметры
	Fг,МГц	Sгр,А/В		b0		Е,В		Ск,пФ		Ска,пФ		rб,Ом
	450-1000	0.05		50		-0,25		2,5		1,25		60
	Предельныеэксплуатационныепараметры
	чекдч,В		чеэбдч,В		Iкд,А		tд,°C		Riд,°С/Вт		Pкдпри t°=25°CBт
	12		0,5		0,03		70		500		0,09

Таблица1.2

Частота	РекомендуемаяPКВ,мВт		ДопустимаяPКВ. д.,мВт
	длятермоста-тируемыхрезонаторов	длянетермос-татируемыхрезонаторов	длятермоста-тируемыхрезонаторов	длянетермос-татируемыхрезонаторов
Свыше800 при колебанияхна основнойчастоте	0,500	1,00	1,00	2,00

2.1. Расчетаппроксимированныхпараметровтранзистора.

Зададимся

мА; =-5В;q=70⁰(a₁=0,436;a₀=0,253)и определяем

МГц

2.2. Расчетпараметровколебательнойсистемы

Задаемсяm=0,1.

Параметр

Отношениеемкостей

АмплитудапервойгармоникиI_К1коллекторноготока:

мА

Емкостьконденсаторав цепи базы

пФ

Емкостьконтура

пФ

Емкостьконденсатора

пФ

Нагруженнаядобротностьколебательнойсистемы

Индуктивностьконтура мкГн

Модулькоэффициентаобратной связи

РезисторR₀выбирается

Ом

2.3. Расчетрежима работытранзистора.

Амплитуданапряженияна базе

В

Амплитуданапряженияна коллекторе

В

Постоянноенапряжениена коллекторе

В

Проверяемусловие недонапряженногорежима

В

Эквивалентноесопротивлениеколебательнойсистемы автогенератора

Ом

Постояннаясоставляющаяколлекторноготока

мА

Мощностьпотребляемаятранзисторомот источника коллекторногопитания

мВтПоскольку всямощность,отдаваемаятранзистором,рассееваетсяна кварцевомрезонаторе,

мВт .

Коэффициентполезногодействиятранзистора

Постояннаясоставляющаятока базы

мА

Напряжениесмещения набазе

В

2.4. Расчетэлементов цепейпитания.

Сопротивлениев цепи эмиттера

Ом

Индуктивностьдросселя вколлекторнойцепи выбираетсяиз условия

,тогда = мкГн

Напряжениеисточникаколлекторногопитания

= В

Расчетделителя базируетсяна выполнениидвух условий:во-первых, должнобыть исключеношунтированиеколебательнойсистемы автогенератораделителем и,во-вторых, напряжениесмещения междубазой и эмиттеромтранзисторадолжно соответствоватьрасчетномурасчетномузначению. Такимобразом

Ом и мА

гдеI_дел- ток протекающийчерез резисторR₂.Для того чтобыбазовый токне влиял навеличинунапряжениясмещения ,целесообразноI_делвыбирать изусловия: I_дел= (5ё10)I_б0.

= Ом

Ом

Емкостькоденсатора

пФ

3.Настройкаколебательногоконтура автогенератора.Выбор катушкииндуктивности.

Настройкаколебательногоконтура автогенератораможет производитьсядвумя способами:изменяем емкостьили изменениеминдуктивностей.Наиболее чащеиспользуютподстроечнуюкатушку индуктивности.

Вданной схемеавтогенераторабудет использоватьсяоднослойнаяцилиндрическаякатушка сподстроечникомв виде ферритовогостержня (сердечника).

Вкачестве материалакаркаса катушкивыбран полистерол,так как он обладаетудобными физическимипараметрамии широко используется.Провод – медныйв изоляции типаПЭВ, диаметром0.2 мм(0.15 – 0.30мм).

Индуктивностькатушки определяетсяпо формуле:

где 0.45 –поправочныйкоэффициент;

- длинанамотки провода;

D– диаметркатушки (каркаса);

W– количествовитков.

Отсюдаколичествовитков:

Зададимсядиаметром D= 5 мм.

=30 мм.

Таккак ферритовыйстержень влияетна индуктивностькатушки, длярасчета числавитков возьмемLменьшена 10ё20%(L_K=3,47мкГн;Ю

L= 3 мкГн)

В связис тем, что влияниеэкрана наиндуктивностьнезначительно,в данной работеим можно принебречь.В противномслучае ономожет бытькомпенсированопри настройке.

Подставляязначения вформулу находимколичествовитков W=63 витка.

4. Выборэлементов.

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.460.135ТУ	1	Подстроечный
	РезисторыС2-23 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	ДроссельДМ-0,1-365мкГн±5% ГИО.477.005 ТУ	1
Lк	ДроссельДМ-0,1-3,47мкГн±5% ГИО.477.005 ТУ	1	Подстроечный

5.Размещениеэлементов напечатной плате.

6.Расчетэкрана.

Прирасчетах будемсчитать, чтоэкран изготовлениз меди (магнитнаяпроницаемостьмеди m= 1, относительнаяпроводимостьмеди s_отн= 1).Экран условноразбиваетсяна две составляющие:реальный сплошнойэкран (S_P)и идеальныйсплошной экранс отверстиями(S_и).Обоснованиетолщины экранаи параметровотверстий будетприведено ниже.

6.1.Расчет толщиныэкрана t.

Таккак расчетныеформулы длядальнего иближнегоэлекрическогополя идентичны,будем оговариватьвид поля (ближнее/дальнее)по мере надобности.

Коэффициентэкранированияравен:

гдеК_погл.– коэффициентпоглащенияэкраном: ;К_отр.– коэффициентотраженияэкраном: ;К_м.отр.– коэффициентмногослойногоотраженияэкрана ( ).

Подставивв формулу данноезначение коэффициентаэкранированиянайдем минимальноезначение толщиныэкрана:

,откудаt >0.123мм.

Примемтолщину экранаt = 0.8мм.Данное значениевполне удовлетворяетпредполагаемымтребованиямжесткости исоставляетреальную пропорциюс размерамипечатной платы.

6.2. Расчет эффективностиреальной составляющейэкрана.

Всоответствиис формулой (1)коэффициентэкранированияреальногоэкрана равен:Кэ._Р.=101.2дБ.Отсюда находимэффективностьэкранированияреальным экраном:

6.3. Расчет эффективностиидеальнойсоставляющейэкрана.

Утечкаполя черезкруглое отверстиеопределяетсяформулой:

,

гдеx- диаметр отверстия; r– расстояниеот источникапомехи до экрана;

- падающая волна.

Эффективностьэкранированияидеальнымэкраном с отверстиямиопределяетсяпо формуле:

гдеi– номер отверстия.

Вразрабатываемомэкране нампонадобится4 отверстия:

1. Отверстиедля настройкиколебательногоконтура автогенератора. Примем x₁=0,003 м.

2. Отверстиедля подводапитания (изоляцияПВХ). Примемx₂=0,0015 м

3. Отверстиедля подводавыходногосигнала (изоляцияПВХ). Примемx₃=0,0015 м.

4. Отверстиедля подводанулевого провода(изоляция ПВХ).Примем x₄=0,0015 м

5. Отверстиедля настройкиСкв. Примем x₅=0,003 м.

Расстояниеот источникапомехи до экранарассчитаемпо формуле:

гдеl- длина волны: .Следовательно,r =0.009м.

Формула примет вид:

;ОтсюдаS_и= 53,4.

6.4.Расчет конечногозначенияэффективностиэкранирования.

Конечноезначениеэффективностиэкранированиярассчитываетсяпо формуле:

носправедливоусловие:

Таккак S_иS_p,токоэффициентэкранированиянашего экрана: К_э.и.=34 дБ.

Приуменьшениизначения r,согласно формуле(3), эффективностьэкранированиятакже будетуменьшаться.Следовательно,в ближней зоне

экранбудет не эффективен.Рассмотримэффективностьэкранированияв дальней зоне .

Значениеэффективностиэкранированияреальногоэкрана останетсяпрежним (S_p=114815,36).

Найдемминимальноезначение r,при которомзначениеэффективностиэкранированиястановитсяудовлетворительным.

ПринявК_иравным заданномузначению (65 дБ),изформулы (3) мыимеем:

.

Начинаяс полученногозначения идалее, значениеэффективностиэкранированиястановитсяудовлетворительным.

6.5. Дополнительныемеры для получениятребуемойэффективностиэкранирования.

Длятого, чтобыэкран был эффективенкак в дальней,так и в ближнейзоне, мы будемиспользоватьволноводы.Влияние волноводана эффективностьэкранированияописываетсяследующейформулой:

гдеt –длина трубкиволновода, d– диаметрволновода.

Рассмотримвлияние волноводовна эффективностьэкранированиядля

.Отсюда коэффициентэкранированияидеальнымэкраном будетравен:

гдеК_э.и0.берем из пункта4 равным 34 дБ;

Принявдля всех отверстийнашего экранаt = 1.5мм и при условиичто d=xспомощью формулынаходим: К_э.волн.=112дБ,S_и.волн.=398107.Следовательно,из формулы (5),коэффициентэкранированияидеальнымэкраном К_э.и.=146дБ.Эффективностьэкранированияидеальнымэкраном S_и=19952699.Так как S_и.>S_р.,то коэффициентэкранированияв итоге будетравен:

К_э.=20lgS_p.=101,2дБ. Полученныйрезультатудовлетворяетзаданномутребованию(К_э>К_э.зад.=65дБ).

7. Выводпо проделаннойработе.

Произведенаразработкаавтогенераторас кварцевымрезонаторомв контуре,размещаетсяна печатнойплате размерами5ґ5см.Автогенераторснабжен меднымэкраном толщиной0.8 ммс пятью отверстиями:три отверстиядиаметром 1.5мм,предназначенныедля проводовпитания, выходаи земли, и двадиаметром 3 мм.Отверстия всвою очередьснабжены волноводами,что позволяетдобиться нужнойэффективностиэкранирования.В конструкцииавтогенераторапредусмотренанастройкаколебательногоконтура. Дляудобства доступак подстроечнойкатушке индуктивностив экране предусмотреноотверстиедиаметром 3мм.

К сожалениюиспользованастарая элементнаябаза.

8.Литература.

1Князев А.Д. идр.

“Конструированиерадиоэлектроннойи электронно-вычеслительнойаппаратурыс учетом элекромагнитнойсовместимости”,Москва, “Радиои связь” 1989г, 224стр.

2МитрофановА.В. и др.

“Радиопередающиеустройства”Ленинград,ЛЭТИ, 1983г, 64 стр.

3Пыко С.М.

Конспектлекций, 1999г.

Вариант46

Проетированиеавтогенераторас кварцевымрезонатором

CН,пкФ	RН,Ом	KЭ,дБ	fкв,МГц	Rкв,Ом	Qкв,тыс	C0, пкФ
4	600	75	4,99992	27,5	91	5,7

Рассчитатьэлектрическуюсхему транзисторногоавтогенератораи разработатьего конструкцию.

Предложитьметодику настройкиавтогенератора.

Конструкцияавтогенераторадолжна учитыватьналичие электромагнитногоэкрана, расчитанногона частотыблизкие к частотеавтогенератораи обеспечиватьзаданнуюэффективностьподавленияпомех.