Проектирование автогенератора с кварцевым резонатором в контуре

Министерство общего и профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

Кафедра ИИСТ

Пояснительная записка по курсовой работе:

“Разработка и расчет экранированного

автогенератора”

Студент гр.6561: Виноградов К.Ю.

Преподаватель: Пыко С.М.

Санкт-Петербург

16/12/99

Содержание:

1. Задание. 3

2. Расчет схемы автогенератора. 3

2.1. Расчет аппроксимированных параметров транзистора. 4

2.2. Расчет параметров колебательной системы 4

2.3. Расчет режима работы транзистора. 5

2.4. Расчет элементов цепей питания. 6

3.Настройка колебательного контура автогенератора. Выбор катушки

индуктивности. 6

4. Выбор элементов. 8

5. Размещение элементов на печатной плате. 9

6. Расчет экрана. 9

6.1. Расчет толщины экрана t. 9

6.2. Расчет эффективности реальной составляющей экрана. 10

6.3. Расчет эффективности идеальной составляющей экрана. 10

6.4. Расчет конечного значения эффективности экранирования. 10

6.5. Дополнительные меры для получения требуемой эффективности

экранирования. 11

7. Вывод по проделанной работе. 11

8.Литература. 13

1. Задание.

Проектирование автогенератора с кварцевым резонатором в 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 |

Рассчитать электрическую схему транзисторного автогенератора и разработать

его конструкцию.

Предложить 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.

Таблица 1.1

|ГТ313 | |

|NPN-перехо|Основные параметры |

|д | |

|Ge | |

| |Fг, |Sгр, |(0 |Е, В |Ск, пФ |Ска, пФ |rб, Ом |

| |МГц |А/В | | | | | |

| |450-1|0.05 |50 |-0,25 |2,5 |1,25 |60 |

| |000 | | | | | | |

| |Предельные эксплуатационные параметры |

| |(екд(, |(еэбд(,|Iкд, А |tд, (C |Riд, |Pкд при |

| |В |В | | |(С/Вт |t(=25(C Bт|

| |12 |0,5 |0,03 |70 |500 |0,09 |

Таблица 1.2

|Частота |Рекомендуемая PКВ, мВт |Допустимая PКВ. д., мВт |

| |для |для |для |для |

| |термоста-тиру|нетермос-тати|термоста-тиру|нетермос-тати|

| |емых |руемых |емых |руемых |

| |резонаторов |резонаторов |резонаторов |резонаторов |

|Свыше 800 при| | | | |

|колебаниях на|0,500 |1,00 |1,00 |2,00 |

|основной | | | | |

|частоте | | | | |

2.1. Расчет аппроксимированных параметров транзистора.

Зададимся [pic]мА; [pic]=-5В; (=700 ((1=0,436; (0=0,253) и определяем [pic]

[pic]МГц

[pic]

2.2. Расчет параметров колебательной системы

Задаемся m=0,1.

Параметр [pic]

Отношение емкостей [pic]

Амплитуда первой гармоники IК1 коллекторного тока: [pic]мА

[pic]

Емкость конденсатора в цепи базы [pic]пФ

Емкость контура [pic] пФ

Емкость конденсатора [pic] пФ

Нагруженная добротность колебательной системы

[pic]Индуктивность контура [pic]мкГн

Модуль коэффициента обратной связи [pic]

Резистор R0 выбирается [pic]Ом

2.3. Расчет режима работы транзистора.

Амплитуда напряжения на базе [pic]В

Амплитуда напряжения на коллекторе [pic]В

Постоянное напряжение на коллекторе [pic]В

Проверяем условие недонапряженного режима

[pic]В [pic]

Эквивалентное сопротивление колебательной системы автогенератора

[pic]Ом

Постоянная составляющая коллекторного тока [pic]мА

Мощность потребляемая транзистором от источника коллекторного питания

[pic]мВт Поскольку вся мощность, отдаваемая транзистором, рассеевается на

кварцевом резонаторе,

[pic] мВт [pic].

Коэффициент полезного действия транзистора [pic]

Постоянная составляющая тока базы [pic]мА

Напряжение смещения на базе [pic]В

2.4. Расчет элементов цепей питания.

Сопротивление в цепи эмиттера [pic]Ом

Индуктивность дросселя в коллекторной цепи выбирается из условия [pic],

тогда [pic]=[pic]мкГн

Напряжение источника коллекторного питания [pic]=[pic]В

Расчет делителя базируется на выполнении двух условий: во-первых, должно

быть исключено шунтирование колебательной системы автогенератора делителем

и, во-вторых, напряжение смещения между базой и эмиттером транзистора

должно соответствовать расчетному расчетному значению. Таким образом [pic]

Ом и [pic]мА

где Iдел - ток протекающий через резистор R2 . Для того чтобы базовый ток

не влиял на величину напряжения смещения , целесообразно Iдел выбирать из

условия: Iдел = (5(10)Iб0. [pic]=[pic]Ом

[pic]Ом

Емкость коденсатора [pic]пФ

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:

[pic] где 0.45 – поправочный коэффициент;

[pic] - длина намотки провода;

D – диаметр катушки (каркаса);

W – количество витков.

Отсюда количество витков:

[pic]

Зададимся диаметром D = 5 мм.

[pic]= 30 мм.

Так как ферритовый стержень влияет на индуктивность катушки, для расчета

числа витков возьмем L меньше на 10(20% (LK =3,47мкГн; (

L = 3 мкГн)

В связи с тем, что влияние экрана на индуктивность незначительно, в данной

работе им можно принебречь. В противном случае оно может быть

компенсировано при настройке.

Подставляя значения в формулу находим количество витков W=63 витка.

4. Выбор элементов.

|Поз. | | | |

|обозна-|Наименование |Кол|Примечание |

|чение | |. | |

| | | | |

| |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 ( = 1, относительная проводимость меди (отн = 1). Экран

условно разбивается на две составляющие: реальный сплошной экран (SP) и

идеальный сплошной экран с отверстиями (Sи). 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: [pic] где Кпогл. – коэффициент поглащения

экраном: [pic]; Котр. – коэффициент отражения экраном: [pic]; Км.отр. –

коэффициент многослойного отражения экрана ([pic]).

Подставив в формулу данное значение коэффициента экранирования найдем

минимальное значение толщины экрана:

[pic], откуда t > 0.123мм.

Примем толщину экрана t = 0.8мм. 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: [pic]

6.3. Расчет эффективности идеальной составляющей экрана.

Утечка поля через круглое отверстие определяется формулой: [pic],

где ( - диаметр отверстия; r – расстояние от источника помехи до экрана;

[pic] - падающая волна.

Эффективность экранирования идеальным экраном с отверстиями определяется по

формуле: [pic]где i – номер отверстия.

В разрабатываемом экране нам понадобится 4 отверстия:

1. Отверстие для настройки колебательного контура автогенератора.

Примем (1 = 0,003 м.

2. Отверстие для подвода питания (изоляция ПВХ). Примем (2 = 0,0015 м

3. Отверстие для подвода выходного сигнала (изоляция ПВХ).

Примем (3 = 0,0015 м.

4. Отверстие для подвода нулевого провода (изоляция ПВХ). Примем (4 =

0,0015 м

5. Отверстие для настройки Скв. Примем (5 = 0,003 м.

Расстояние от источника помехи до экрана рассчитаем по формуле: [pic] где (

- длина волны: [pic]. Следовательно, r = 0.009м.

Формула примет вид: [pic]; Отсюда Sи = 53,4.

6.4. Расчет конечного значения эффективности экранирования.

Конечное значение эффективности экранирования рассчитывается по формуле:

[pic] но справедливо условие:

[pic]

Так как Sи < Sp, то коэффициент экранирования нашего экрана: Кэ.и.= 34 дБ.

При уменьшении значения r, согласно формуле (3), эффективность

экранирования также будет уменьшаться. Следовательно, в ближней зоне [pic]

экран будет не эффективен. Рассмотрим эффективность экранирования в

дальней зоне [pic].

Значение эффективности экранирования реального экрана останется прежним

(Sp=114815,36).

Найдем минимальное значение r, при котором значение эффективности

экранирования становится удовлетворительным.

Приняв Ки равным заданному значению (65 дБ), из формулы (3) мы имеем:

[pic].

Начиная с полученного значения и далее, значение эффективности

экранирования становится удовлетворительным.

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: [pic]

где t – длина трубки волновода, d – диаметр волновода.

Рассмотрим влияние волноводов на эффективность экранирования для [pic].

Отсюда коэффициент экранирования идеальным экраном будет равен:

[pic]где Кэ.и0. берем из пункта 4 равным 34 дБ;

Приняв для всех отверстий нашего экрана t = 1.5 мм и при условии что d=( с

помощью формулы находим: Кэ.волн.=112 дБ, Sи.волн.=398107. Следовательно,

из формулы (5), коэффициент экранирования идеальным экраном Кэ.и.=146 дБ.

Эффективность экранирования идеальным экраном Sи= 19952699. Так как

Sи.>Sр., то коэффициент экранирования в итоге будет равен:

Кэ.=20lgSp.=101,2 дБ. Полученный результат удовлетворяет заданному

требованию (Кэ>Кэ.зад.=65 дБ).

7. Вывод по проделанной работе.

Произведена разработка автогенератора с кварцевым резонатором в контуре,

размещается на печатной плате размерами 5(5 см. Автогенератор снабжен

медным экраном толщиной 0.8 мм с пятью отверстиями: три отверстия диаметром

1.5 мм, предназначенные для проводов питания, выхода и земли, и два

диаметром 3 мм. Отверстия в свою очередь снабжены волноводами, что

позволяет добиться нужной эффективности экранирования. В конструкции

автогенератора предусмотрена настройка колебательного контура. Для удобства

доступа к подстроечной катушке индуктивности в экране предусмотрено

отверстие диаметром 3 мм.

К сожалению использована старая элементная база.

8.Литература.

1 Князев А.Д. и др.

“Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычеслительной аппаратуры с

учетом элекромагнитной совместимости”, Москва, “Радио и связь” 1989г, 224

стр.

2 Митрофанов А.В. и др.

“Радиопередающие устройства” Ленинград, ЛЭТИ, 1983г, 64 стр.

3 Пыко С.М.

Конспект лекций, 1999г.