Цели и задачи курсового проекта

Агентство по образованию Российской Федерации

Вологодский Государственный Технический Университет

Кафедра:	БМТ
Дисциплина:	Техника генерирования электромагнитных колебаний

Курсовой проект

«Проектирование транзисторного автогенератора»

Выполнил:	СмирновД.А.
Группа:	ИМ-31
Проверил:	Домаков А.И.

Вологда

Содержание

 

1.Введение……………………………………………………………………….3

2.Цели и задачи курсового проекта……………………………….....…………4

3.Расчет автогенератора………………………………………………..………..5

3.1 Выбор схемы автогенератора…………………………………………5

3.2 Выбор транзистора……………………………………………………6

3.3Расчет колебательного контура………………………….……………8

3.4 Расчет коллекторной и базовой цепей транзистора…….……..……9

3.5 Расчет делителя в цепи базы……………………………….…………9

4.Схема автогенератора и его спецификация……………………….…………11

5.Заключение………………………………………………………….…………13

6.Литература………………………………………………………….…….……14

 

 

Введение

Автогенераторы (АГ) находят широкое применение в радиолокационной и радионавигационной аппаратуре, в устройствах вычислительной техники, систем связи, радиовещания и телевидения, в измерительных приборах и т. д. Одним из основных требований, предъявляемых к АГ, является обеспечение высокой стабильности частоты генерируемых колебаний, определяющей точность и разрешающую способность радиолокационных и радионавигационных систем, погрешность измерений в устройствах измерительной техники, качественные характеристики и надежность систем связи, радиовещания и телевидения.

Автогенератор — электронный генератор с самовозбуждением.

Автогенератор вырабатывает электрические (электромагнитные) колебания, поддерживающиеся подачей по цепи положительной обратной связи части переменного напряжения с выхода автогенератора на его вход. Это будет обеспечено тогда, когда нарастание колебательной энергии будет превосходить потери (когда петлевой коэффициент усиления больше 1). При этом амплитуда начальных колебаний будет нарастать.

Такие системы называют автоколебательными системами или автогенераторами, а генерируемые ими колебания — автоколебаниями. В них генерируются стационарные колебания, частота и форма которых определяются свойствами самой системы.

Автогенераторы применяются, например, в радиопередающих устройствах.

Существует 2 режима работы автогенератора: мягкий и жесткий режимы.

Мягкий режим характеризуется безусловным быстрым установлением стационарного режима при включении автогенератора.

Жесткий режим требует дополнительных условий для установления колебаний: либо большой величины коэффициента обратной связи, либо дополнительного внешнего воздействия (накачки).

Обзор схем включения транзисторов

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя и более взаимодействующими p-n переходами. Биполярные транзисторы, наряду с полевыми, находят самое широкое применение в радиоэлектронной аппаратуре в качестве активных элементов радиоэлектронных схем.

Транзисторы выполняются как отдельные изолированные устройства в металлических, пластмассовых, стеклянных корпусах (так называемые корпусные транзисторы) и бескорпусные транзисторы, входящие в микросхемы.

Биполярный транзистор как усилительное устройство может быть представлен в виде четырехполюсника. В зависимости от того, какой из трех выводов транзистора является общим для входа и выхода четырехполюсника, различают схемы включения транзистора: с общей базой, с общим эмиттером, с общим коллектором.

 

 

Рис. 9 Включение транзистора по схеме а- с общей базой, б- с общим эмиттером, в- с общим коллектором

 

В случае включения транзистора в схему с общим эмиттером входным током является ток базы, а выходным – ток коллектора. В схеме включения транзистора с общей базой выходным током (как и в схеме с общим эмиттером) является ток коллектора, а входным – ток эмиттера.

Особое место из всех схем включения транзистора занимает схема с общим коллектором, где входным током является ток базы, а выходным – ток эмиттера. Так как нагрузка в схеме с общим коллектором включена в эмиттерную цепь, то эта схема чаще называется схемой эмиттерного повторителя.

История

В 1913 году Мейснер (Майснер) (Германия) изобрёл автогенератор на электронной лампе с трансформаторной положительной обратной связью.

Позже были разработаны автогенераторы «ёмкостная трёхточка» и «индуктивная трёхточка»

Цели и задачи курсового проекта.

Произвести проектирование автогенератора.

Исходные данные:Напряжение источника питания Е=9 В

Частота f=230 кГц

U_вх=10 мВ

В ходе выполнения курсового проекта необходимо:

- выбрать схему автогенератора, обосновав выбор;

- рассчитать элементы схемы.

В данной работе производится выбор и расчет схемы автогенератора по заданным параметрам.

Расчет автогенератора

3.1 Выбор схемы автогенератора

Транзисторные АГ чаще всего выполняются по схеме емкостной трех-точки, имеющая сравнительно высокую стабильность частоты генерируемых колебаний, чем АГ, собранные по индуктивной трех-точке. На рис.1 приведены схемы одноконтурного АГ, важным достоинством которых является единственная частота генерации, близкая к собственной частоте контура. Этим исключается перескоки частоты, характерные для многоконтурных схем АГ в СВЧ диапазоне.

 

а) б)

Рис. 1. Трехточечные схемы АГ: а – индуктивная на полевом транзисторе с заземленным истоком; б – емкостная на биполярном транзисторе с заземленным коллектором

В АГ, как и в любой другой электронной схеме, можно заземлить одну любую точку схемы. При этом режим работы АГ не измениться. Выбор заземленной точки обычно связывают с требованиями улучшения стабильности частоты. Для этого стараются избегать схем параллельного питания, чтобы дроссели не влияли на элементы контура.

В схеме на рис. 2.6, а делитель R₁, R₂ создает начальное напряжение смещения на затворе. Сопротивления и имеют один знак, а сопротивление при имеет противоположный знак. На резонансной частоте контура Х₁ + Х₂ + Х₃ = 0, то есть сопротивление контура на частоте первой гармоники тока имеет активный характер.

В схеме на рис. 2.6, б начальное смещение также снимается с делителя R₁, R₂. На резисторах R_б, R_э создается падение напряжения от токов базы и эмиттера. Такая схема подачи начального напряжения смещения называется комбинированной, ее применяют для стабилизации работы АГ при изменении температуры.

На рис. 2 приведены схемы транзисторных АГ с параллельным питанием (источник питания включен параллельно активному элементу и колебательному контуру). В сравнении со схемами на рис. 1 в схемах на рис. 2 колебательный контур не находится под напряжением источника питания, что облегчает его эксплуатацию особенно в том случае, когда в качестве активного элемента используются мощные генераторные лампы.

а) б)

Рис. 2 Схемы емкостной трехточки АГ с параллельным питанием: а – классическая схема; б – схема Клаппа

Наиболее практическое применение получила не классическая схема емкостной трехточки (рис. 2 а), а схема Клаппа (рис. 2 б), в которой последовательно с индуктивностью контура включается дополнительно конденсатор С₃, что позволяет уменьшить коэффициент включения контура в коллекторную цепь и обеспечить согласование транзистора с контуром высокой добротности Q. Кроме того, появляется возможность раздельной регулировки коэффициента обратной связи и коэффициента включения. Исходя из данных, для проектирования автогенератора выберем схему

Клаппа т.к она обладает наиболее подходящими характеристиками ,а именно согласование транзистора с контуром высокой добротности Q ,низкий коэффициент включения контура, сравнительно высокую стабильность частоты генерируемых колебаний , простота эксплуатации.

3.2 Выбор транзистора

Наиболее широко используются АГ на биполярных транзисторах. Стабильность частоты АГ определяется добротностью колебательного контура, параметрами транзистора и выбранным режимом работы. С целью снижения воздействие дестабилизирующего фактора на частоту f_г , необходимо чтобы выполнялось следующее условие: f_г≤(0,1…0,3)f_s,

где f_s – граничная частота транзистора по крутизне.

В АГ повышенной стабильности транзистор должен работать в облегченном режиме. Поэтому напряжение источника коллекторного питания и амплитуду импульса коллекторного тока следует выбирать из условия:

где Е_к.доп, I_{к.и.макс} – допустимые по паспортным данным значения коллекторного напряжения и импульса тока.

При работе в недонапряженном режиме с малым кпд АГ оказывается низким: <0,1...0,2 и большая часть мощности, потребляемой от источника коллекторного питания, рассеивается на коллекторе транзистора и в элементах цепи питания.

Для обеспечения высокой стабильности амплитуды колебаний угол отсечки коллекторного тока в стационарном режиме выбирает из условия ,а мягкий режим самовозбуждения при <90° создают с помощью автоматического смещения.

Выбор транзистора.

Оценим активную мощность, отдаваемую транзистором P~, задаваясь КПД контура η_к = 0,2; P~ = P~н /η_к = 1/0,2 = 5 мВт. Для обеспечения повышенной стабильности частоты АГ выбираем схему Клаппа и транзистор с fs > 1 МГц, например, транзистор типа ГТ306, основные параметры которого приведены в таблице:

 

Тип прибора	fs, МГц	Eк.доп, В	Iк.н.max, мА		, пФ	, пс	, пФ	пред , мВт
КТ306					Uкб=5В

Зададимся значениями I_кm≈ 0,4 Iк. доп = 0,4 ⋅ 50 = 20 мА; θ = 90° (α₀= 0,32; α₁= 0,5 – коэффициенты разложения импульса тока )

Для выбранного режима определим крутизну S₀ и граничную частоту f_s транзистора КТ306.

Постоянная составляющая I_к0 и первая гармоника I_к1 коллекторного тока:

I_к0 = α₀ I_{m к} = 0,32 ⋅ 20 = 6,4 мА; I_к1 = α₁ I_кm= 0,5 ⋅ 20 = 10 мА.

I_к.м. – амплитуда импульса коллекторного тока;

I_э – ток эмиттера (I_э ≈ I_к0);

– температурный потенциал (при абсолютной температуре Т = 300 К значение = 0,026 В);

где – статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером; =50

– сопротивление («тела») базы биполярного транзистора, ( – входное сопротивление транзистора);

– сопротивление эмиттерного перехода;

– сопротивление открытого эмиттерного перехода;

Сопротивление r_б можно найти из выражения

,

3.3Расчет колебательного контура

Расчет колебательного контура обычно начинается с задания волнового сопротивления = 100 Ом.

При заданных значениях и _г на основании выражений

Находим:

Найдем значение коэффициента обратной связи

Значение коэффициента включения равно:

Рассчитаем значения:

Для исключения влияния собственных емкостей транзистора необходимо значение емкости С₁ уменьшить на С_вых :С_вых=

С₁= 135-1,875=133,125 пФ

а значение емкости С₂ уменьшить на C_вх= ,С₂=

где , – емкости эмиттерного и коллекторного переходов соответственно, приведенные в таблице.

, отсюда следует что

Приведенный расчет емкостей не учитывает емкость монтажа и межвитковую емкость индуктивности контура L_к. Эти емкости для печатной и пленочной технологии изготовления электрических схем пренебрежимо малы. Для навесного монтажа следует их учитывать. Емкость монтажа обычно составляет С_м = 20 пФ.Так как емкость монтажа включена параллельно емкости C₁, то ее значение должно быть уменьшено на величину С_м. Следовательно, для навесного монтажа

На значение емкости С₂ также влияет емкость монтажа,

После расчета C₁, С₂, С₃ производим выбор конденсаторов,

C_1выбр=150 пФ (K74-7)

С_2выбр=6,8 нФ (K78-2)

С_3выбр= 100 нФ (K73-43)

уточняем значение коэффициента обратной связи по выражению

 

определяем С_{к уточ} по выражению и находим значение L_{к уточ.}

 

3.4 Расчет коллекторной и базовой цепей транзистора

Электрический расчет коллекторной и базовой цепей транзистора заключается в последовательном определении следующих величин:

а) амплитуды напряжения на контуре

Электрический расчет коллекторной и базовой цепей транзистора заключается в последовательном определении следующих величин:

а) амплитуды напряжения на контуре

;

б) коэффициента использования транзистора по коллекторному напряжению;

;

в) амплитуды напряжения возбуждения

,

где – крутизна транзистора по первой гармонике, – угол отсечки коллекторного тока;

г) напряжение базового смешения

,

где Е_зап – напряжение запирания исходя из лабораторной работы берем равное следующему значению. Е_зап=60 мВ.

д) напряжение источника коллекторного питания

,

если в коллекторной цепи включен блокировочный дроссель L_бл.

е) мощности, подводимой (потребляемой) от источника коллекторного питания,

;

ж) мощности генерируемой

;

з) мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора

Значение Р_ка не должно превышать предельного значения Р_{ка пред} приведенного в табл. Р_ка < Р_{ка пред} (7,4мВт <75 мВт)

3.5 Расчет делителя в цепи базы.

100X₂ < < R_э5, где Х₂ = 1 /ω _гC₂ = 1/2π* 230* *6,8* Ом.

Выбираем =500 Ом, тогда из соотношения находим

0,064= 58,656 мВ

R₂ = Rд R1 / (R1 – Rд) =1060 Ом

,

3.5 Особое значение при расчете АГ имеет выбор емкости С_э блокировочного конденсатора в цепи эмиттера. С одной стороны, С_э должна быть достаточно велика, чтобы обеспечить фильтрацию переменных составляющих эмиттерного тока. С другой стороны, необходимо выполнить условие устойчивости стационарного режима колебаний АГ, то есть отсутствие режима прерывистой генерации и самомодуляции, значение этой емкости определяется из неравенств ,

значение добротности возьмём равное 55 отсюда следует что

 

4.Схема принципиальная:

Спецификация:

C₁ (K74-7) -Номинальная емкость 150 пФ, допускаемое отклонение емкости 20 %, Интервал рабочих температур -60...+ C. Обозначение при заказе: Конденсатор К74-7 - 16 кВ - 150 пФ 20% - №ТУ Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего токов. Конструкция: обернуты липкой лентой, залиты