Расчёт режима автогенератора

5. Амплитуда импульса коллекторного тока находится по формуле:

6. Постоянный ток коллектора рассчитывается по формуле:

7. Мощность, потребляемая от источника питания, находится по формуле:

8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе, рассчитывается по формуле:

9. КПД генератора находится по формуле:

10. Угол дрейфа носителей тока через базу рассчитывается по формуле:

11. Нижний угол отсечки импульсов эмиттерного тока находится по формуле:

По таблице коэффициентов Берга  находятся следующие коэффициенты:

α_Э1 = 0.472, α_Э0 = 0.286, cos θ = 0.174

12. Постоянный ток эмиттера рассчитывается по формуле:

13. Амплитуда эмиттерного тока находится по формуле:

14. Ток первой гармоники эмиттера рассчитывается по формуле:

15. Крутизна тока коллектора на рабочей частоте находится по формуле:

16. Амплитуда переменного напряжения возбуждения базы находится по формуле:

17. Модуль коэффициента передачи напряжения возбуждения с входных электродов (б-э) на р-n-переход (б^¢-э) определяется в соответствии с рисунком 3.3.

18. Приближенное значение входного сопротивления транзистора на рабочей частоте рассчитывается по формуле:

19. Мощность сигнала на входе предоконечного каскада (ПОК) находится по формуле:

20. Коэффициент усиления мощности в предоконечном каскаде находится по формуле:

21. Тепловое сопротивление радиатора охлаждения транзистора рассчитывается с помощью формулы:

где  t_СР ≈ +(30 40) – температура окружающей транзистор среды;

R_П-К – тепловое сопротивление (переход-корпус) транзистора;

R_К.Т ≈ (0,5 1) - тепловое сопротивление между теплоотводом и корпусом транзистора, °С/Вт.

При постройке конструкции по тепловому  сопротивлению радиатора охлаждения R_Т при помощи справочной литературы определяется его объем и форма конструкции. Однако в данном случае при малой рассеиваемой мощности и очень большом тепловом сопротивлении радиатором можно пренебречь.

Полученное в расчётах значение мощности относительно невелико, что позволяет отказаться от использования второго предоконечного каскада.

 

 

4 Расчёт буферного усилителя радиочастоты

 

Промежуточный каскад усиления, включённый между автогенератором и каскадом усиления мощности, называется буферным, т.е. разделительным. Он выполняет две функции: 1) ослабляет влияние мощных усилительных каскадов на режим автогенератора; 2) обеспечивает по возможности малую нагрузку для автогенератора с целью повышения стабильности его частоты. Первая функция требует минимальной проходной ёмкости с коллектора на базу буферного усилителя, вторая – высокого входного сопротивления усилителя. Обе задачи достаточно хорошо решаются в усилителе, собранном по так называемому каскодному принципу включения, когда первый каскад усиления включён по схеме с общим эмиттером ОЭ, а второй – по схеме с общей базой ОБ. У такого усилителя получаются достаточно высокое (выше, чем у усилителя мощности) входное сопротивление и минимальная проходная ёмкость С₁₂ ≤ 0,1 пФ. Кроме того, каскодный усилитель обеспечивает высокий устойчивый коэффициент усиления сигнала по напряжению.

Расчёт режима буферного усиления делится на три части: расчёт термостабилизации усиления, уточнение Y – параметров для каскодного включения транзисторов и расчёт всех параметров усиления. Схема буферного усилителя представлена на рисунке 4.1. В качестве активных элементов VT₁ и VT₂ взяты транзисторы типа ГТ311Е. Параметры этого транзистора: I_{К ОБР} = 2 мкА, t_П = 70⁰, I_К0 = 5 мА, E_ПИТ = 12 В, U_К0 = 5 В.

 

 

Рисунок 4.1 – Схема буферного  усилителя

 

4.1 Расчёт режима термостабилизации

Расчет режима постоянного тока и температурной стабилизации проводится в интервале ±60°С. Температурное смещение обратного тока коллектора транзистора рассчитывается с помощью формулы:

1. Температурное смещение обратного тока коллектора транзистора:

где T – температура в абсолютной системе градусов Кельвина (T₀ = 293 ⁰К).

2. Температурное смещение напряжения базы находится по формуле:

где γ = (1,6 2,1) – коэффициент температурного смещения, мВ/К.

3. Температурное смещение прямого тока коллектора рассчитывается по формуле:

4. Сопротивление резистора в эмиттерной цепи находится по формуле:

Пусть R_Э = 120 ± 0.5% Ом.

5. Общее сопротивление смещения рассчитывается по формуле:

6. Сопротивление базового смещения транзистора VT₁ находится по формуле:

Сопротивление R₃ = 1.8 ± 0.5% кОм

7. Сопротивление базового смещения транзистора VT₂ рассчитывается по формуле:

Сопротивление R₂ = 15 ± 0.5% кОм

8. Гасящее сопротивление находится из формулы:

Сопротивление R₁ = 18 ± 0.5% кОм

9. Сопротивление фильтра рассчитывается по формуле:

Сопротивление R_Ф = 270 ± 0.5% Ом

10. Ёмкость блокировочных конденсаторов рассчитывается по формуле:

 

4.2 Y-параметры для каскодного включения транзисторов

Расчёт – параметров для каскодного включения транзисторов производится по следующим формулам:

 

 

4.3 Расчёт режима усиления буферного усилителя

Расчёт начинается с выбора согласующего устройства в качестве высокочастотной нагрузки каскада в виде последовательного колебательного контура, представленного на рисунке 4.2. Значения сопротивлений R₁ и R₂ равны соответственно выходному сопротивлению буферного усилителя и входному сопротивлению предоконечного каскада.

Рисунок 4.2 – Схема межкаскадного согласующего устройства

 

1. Устойчивый коэффициент усиления усилителя находится по формуле:

2. Эквивалентная проводимость нагрузки буферного усилителя рассчитывается по формуле:

3. Реальный коэффициент усиления находится по нижеследующей формуле, при этом для устойчивой работы буферного усилителя он не может превосходить коэффициент устойчивого усиления.

4. Сопротивление R₁ находится по формуле:

5. Эквивалентная добротность вычисляется по формуле:

где R₂ = 4.519 Ом – входное сопротивление транзистора ПОК.

6. Индуктивность контура находится по формуле:

7. Ёмкости:

Ёмкость C₁ = 10 ± 5% пФ.

Ёмкость C₂ = 27 ± 5% пФ.

8. Входное сопротивление буферного усилителя находится по формуле:

9. Предполагая, что с автогенератора на вход буферного усилителя поступает переменное напряжение с амплитудой не менее 0.5 В, то выходное напряжение можно вычислить с помощью формулы:

10. Выходная мощность буферного усилителя рассчитывается по формуле:

При корректном расчёте значение выходной мощности должно значительно превосходить входную мощность предоконечного каскада (ПОК), создавая запас:

то есть делается вывод о том, что расчеты корректны.

 

 

5 Расчёт режима автогенератора

Автогенераторами (АГ) называются устройства, в которых энергия источников питания преобразуется в энергию высокочастотных колебаний без внешнего возбуждения. Автогенераторы являются первичными источниками колебаний, частота и амплитуда которых определяются только собственными параметрами схемы и должны в очень малой степени зависеть от внешних условий. В состав автогенератора входят активный элемент (АЭ) и колебательная система (КС). Активный элемент управляет поступлением порций энергии источника питания в колебательную систему для поддержания амплитуды колебаний на определенном уровне. Колебательная система задает частоту колебаний, близкую к одной из ее собственных частот.

Автогенераторы применяются в  качестве задающих генераторов, входящих в состав возбудителей передающих устройств, а также гетеродинов приемников. Выходная мощность АГ играет роль только в однокаскадных передатчиках. В многокаскадных передатчиках основные требования предъявляются к стабильности частоты АГ, которую невозможно улучшить в последующих каскадах. Расчет режима АГ делится на четыре части: расчет режима постоянного тока, энергетический расчет, расчет колебательной системы и расчет режима частотной модуляции полезным сигналом.

Схема автогенератора, работающего  в режиме частотной модуляции  полезным сигналом и сигналом автоподстройки частоты от синтезатора, представлена на рисунке 5.1. В основе АГ заложена схема трёхточки Клаппа с колебательным контуром третьего вида. Автогенератор в данном проекте выполняется на транзисторе ГТ311Е. Рабочая частота АГ определена вариантом задания и составляет 177.15 МГц. В качестве шины питания в схеме предлагается использовать шину с напряжением E_k02 = +12 B для питания всех делителей напряжения, а для коллектора активного элемента напряжение E_k01 от этой шины подается через ограничивающее сопротивление R_ОГР.

 

Рисунок 5.1 – Схема автогенератора

 

 

1. Расчёт режима термостабилизации
1. Температурное изменение обратного тока коллектора рассчитывается по формуле:

2. Тепловое смещение напряжения базы находится по формуле:

где γ = (1,6 2,1) – коэффициент температурного смещения, мВ/К.

3. Температурное изменение прямого тока коллектора находится по формуле: