РАСЧЕТ КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА С ФИКСИРОВАННОЙ ЧАСТОТОЙ КОЛЕБАНИЙ

Для расчета кварцевого генератора с кварцем между базой и коллектором вводим файл cg.exe. Программа рассчитана для двух видов кварцевого генератора с фиксированной частотой колебаний и с управлением частотой генератора (частотной модуляции). После запуска программы получаем табл.5. Выбор транзистора осуществляется с помощью курсора так, как и при расчетах маломощного ГВВ или маломощного умножителя.

Рассмотрим пример расчета кварцевого генератора на транзисторе gt311e, работающего на фиксированной частоте. Методика расчета и расчетные формулы приведены в разд.7.

После выбора транзистора получаем табл.8 с параметрами транзистора, варикапов и пустыми клетками для ввода исходных данных для расчета.

 

Таблица 8

Параметры транзистора gt311e

 

				Fm/am
	5.00		0.30
	12.00		2.00		0.02
	500.00		50.00		0.02
	60.00

В табл.8 приняты следующие обозначения:

F - номер основной (первой) гармоники кварца;

N - номер гармоники, на которую работает кварцевый резонатор;

fm/am - режим работы с частотной модуляцией и на фиксированной частоте;

Rп, Cп – сопротивление потребителя (Ом) и емкость потребителя (нФ) для последовательного эквивалента;

dF – девиация частоты (кГц);

Ek – напряжение коллекторного питания (В);

Es – напряжении отсечки тока транзистора (В);

КНИ – коэффициент нелинейных искажений (%);

Ukd – максимально допустимое значение коллектор-эмиттер (В);

Ub – максимально допустимое обратное напряжение база-эмиттер (В);

Ik0m – максимально допустимая постоянная составляющая тока коллектора (А);

Ft – граничная частота (МГц);

Н21 – статический коэффициент усиления в схеме с ОЭ;

Im/2 – амплитуда импульса тока (А), (Im – максимально допустимый импульсный ток транзистора);

Rb – сопротивление тела базы (Ом);

Pk – мощность рассеиваемая в кварцевом резонаторе (мВт);

Ck – емкость коллекторного перехода транзистора (пФ);

Ев, Св – напряжение на варакторе (В) и емкость варактора (пФ) в режиме молчания;

r_в – сопротивление потерь в варакторе (Ом);

Qкв, r_кв, Со – соответственно добротность, сопротивление потерь (Ом) кварцевого резонатора и емкость кварцедержателя (пФ).

 

При расчете кварцевого генератора на фиксированной частоте не используется строка таблицы с параметрами варикапа: Ев, r_в, Св, а также две клетки табл.8:девиация частоты dF и коэффициент нелинейных искажений КНИ.

В соответствующие клетки табл.8 вводим исходные данные: частоту первой (основой) гармоники кварцевого резонатора F (МГц); номер рабочей гармоники (нечетной) N, при этом рабочая частота Fp=FN; признак режима фиксированной частоты (am)и параметры потребителя для последовательного эквивалента: Rn (Ом) и Cn (пФ).

Ниже приведен пример расчета гармоникового генератора с кварцем между базой и коллектором:

F= 20 МГц, N=3, режим am, Rn = 400 Ом, Cn = 10 пФ.

Нажав на клавишу Space (пробел), получаем результаты расчета.

 

ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ Частота колебаний =60.00 МГц Номер гармоники кварца N=3 Rn=100.00 Ом Сп=10.00 пФ   Параметры КР: Добротность=100000 Co=5 пФ r_кв=50 Ом   Коэффициенты гармоник Гамма_0( )=0.61 Гамма_1=0.20 Гамма_0=0.11 Альфа_1=0.39 Альфа_0=0.2

РАССЧЁТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА   Sp=0.150 См S= 0.127Cм rβ=333.33 Ом fs=65.56МГц Ωs= 0.915 Sf= 0.094см |S1f|=0.018cм S1f(cм) =1.352E-02 – 1.238E-02j   РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ КР   Скв= 0.01пФ ,τ0=0.094,

 

 

РАСЧЁТ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА КГ   a=0.10 Каппа=(X2/X1)=0.30 C1=23.72 пФ С2=79.07 пФ   X1=-111.82 Ом X2=-33.55 Ом Rкв=62.51 Ом Xкв=82.43 Ом,   Смещение частоты генерации (fг-fкв)=408.83 Гц , X3=82.43 Ом Обоб растр = 1.36   С1_контура = 47.44 пФ L1_контура=0.30 мкГ

 

и L1 – дополнительные ёмкость и индуктивность в контуре генератора при работе

кварца на третьей гармонике

 

РАСЧЁТ СОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ   Zy(Ом)=2.968E+01+2.717E+01j;   К_ос=2.304E-01+3.241E-01J;   Zn(Ом)=9.894E+01-2.126E+01J;   IZnI= 100.03 Ом   Уравнение стац.режима:   Sif*Kос*Zn=7.377E-01 – 9.095E-13j   РАСЧЁТ ЁМКОСТНОЙ СВЯЗИ С ПОТРЕБИТЕЛЕМ   Xcв =-490.02 Ом С учётом потреб Xcв=-224.76 Ом ; Ccw = 11.80 пФ

РАСЧЁТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА КГ   Pп= 0.10мВт P1= 1.10мВт   Icв=5.66мА Uвх=0.19В   Ik1=3.48мА Uп=0.65В   Iмак=8.90мА iko=1.94мА   Iбо=0.04 Oм Ecм = 0.20В   Rэ=300.00 Ом Rб=503.18 Ом   Eп=5.59В (Ecм)_Rб=0.80В   I=0.19мА   R1=24.74кОм R2= 5.13 кОм   P0=10.85мВт Кпд=0.10

 

Уравнение стац режима Sн*Кос*Zn=7.377E-01 – 9.095E-13j Проверьте выполнение уравнения стационарного режима Sif*Koc*Zn=1 Точность 0.5% можно считать удовлетворительной, при несоблюдении заданной точности необходимо управлять крутизной Sif,для этого скорректируйте угол отсечки Teta на d_Teta=(+/-)0.5.. и повторите расчет.В начальной точке угол Teta =

 

 

9.6 РАСЧЁТ МОДУЛИРУЕМОГО ПО ЧАСТОТЕ КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА

Методика расчёта и расчётные формулы приведенный в разд. 8. Кварц должен возбуждаться на частоте основной(первой) гармоники.При расчёте модулируемого по частоте кварцевого генератора дополнительно используются строка таблицы с параметрами варикапа:Eв,r_в и Св,а также две клетки таблицы, куда вводятся девиация частоты dF и коэффициент нелинейных искажений КНИ.При вводе девиацию частоты необходимо определить как dF= ,где -девиация частоты передатчика; n-коэффициент умножения частоты всего тракта передатчика.Обозначения вводимых параметров на стр. 48

В соответствующие клетки табл. 9 вводим исходные данные: частоту первой(основной) гармоники кварцевого резонатора F(МГц),номер рабочей гармоники N=1, признак режима частотной модуляции:fm,параметры потребителя для последовательного эквивалента: Rп(Ом) и Сп(пФ), девиацию частоты dF(КГц),коэффициент нелинейных искажений 5…10%

Таблица 9

 

ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА gt3l1e

 

 

F,МГц		N грам		Fm/am	fm
Rп,Ом		Сп,пф		dF,кГц
Ek,в	5.00	Es,в	0.30	КНИ,%
Ukd,В	12.00	Ud,В	2.0	Ik0m,A	0.02
Ft,МГц	500.00	H21	50.00	Im/2,А	0.02
Rб,Ом	60.00	Pk,мВт		Ck,пф
Eв,В		r_в,Ом	4.32	Св,пф	18.5
Qкв		r_кв,Ом		Co,пф

 

 

Ниже приведен пример расчета модулируемого по частоте генератора с кварцем между базой и коллектором:

F=10МГц, N=1, режим fm, R_п=400 Ом, С_п=10пФ, КНИ=5%, тип варикапа КВ102А с параметрами: r_в=4,32 Ом, Е_в=4 В, С_в=18,5 пФ.

Результат ввода параметров представлен в виде табл. 9.

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ		КОЭФФИЦИЕНТЫ ГАРМОНИК
Частота колебаний=10.00 МГц		=600 Гамма_0( - )=0.61
Номер гармоники кварца N=1		Гамма_1=0.20 Гамма_0=0.11
		Альфа_1=0.39 Альфа_0=0.22
Rп=400.00 Ом,
Cп=10.00 пФ,		РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
		ТРАНЗИСТОРА
Девиация частоты dF=1.00 кГц,
Коэфф. нелин. иск. k2=0.05.		Sp=0.150 См, S=0.127 См,
		Rв=333.33 Ом, fs=65.56 МГц,
Параметры КР: Добротность=100000,		=0.153, Sf=0.126 См,
C0=5пФ, rкв=50 Ом.		|S1f|=0.025 См,
		S1f(См)=2.429Е-02-3.705Е-03j.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КВАРЦА
Скв=0.01 пФ, =0.016, =5кГц

 

 

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КВАРЦА С УЧЕТОМ ВАРИКАПОВ

Свг=9.25 пФ, b=0.27, нормир.частота = -1.53,

Rкв=4.30 Ом, Xкв=-2249.04 Ом, смещение (fг-fкв)= -7664.85 Гц,

Rв=8.64 Ом , Xв=-1720.59 Ом, частота генер fг=9992335.15 Гц,

=0.70 В, Uм=0.54 В, обобщенная растр =-153.30 Гц.

РАСЧЕТ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА КВАРЦА С УЧЕТОМ ВАРИКАПА

а=0.10, каппа=(X1/X2)=0.30, X1=-44.46 Ом, X2=-13.34 Ом,

R-Rкв+Rв=12.94 Ом, С1=358.22 пФ, С2=1194.08 пФ,

X3=55.63, X1,3=4025.26 Ом, L3=64.11 мкГ.

 

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ		РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА
НАГРУЗКИ		КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА
		Рв=2.01 мВт,
Zy(Ом)=4.070Е+01+6.209Е+00j,
		Рп=0.30 мВт, Р1=3.31 мВт,
Кос=2.833Е-01+9.538Е-02j,
		Iкв=21.55 мА, Uвх=0.29 В,
Zn(Ом)=1.357Е+02-2.377Е+01j,
		|k|=7.06 мА, Un=0.95 В,
|Zn|=i49.82 Ом,		Iмак=18.06 мА, Iko=3.94 мА,
Уравнение стац. режима:		Iбо=0.08 мА Есм=0.16 В,
S1f*K_os*Zn=1.012E+00-5.684E-12j.		Rэ=300.00 Ом, Rб=200.08 Ом
РАСЧЕТ ЕМКОСТНОЙ СВЯЗИ		Еп=6.21 В, (Есм)_Rб=1.37 В,
С ПОТРЕБИТЕЛЕМ
		I=0.39 мА,
Xсв= -662.78 Ом,
		R1=12.29 кОм, R2=4.33 кОм
С учетом потр. Xсв=928.77 Ом,
		Р0=24.44 мВт, КПД=0.14.
Lсв=14781.89 нГ.

 

В рассмотренном примере емкость связи замещена индуктивностью L_св, так как абсолютная величина емкостного сопротивления потребителя |X_п| для последовательного эквивалентна оказалась больше сопротивления |X_св| (формула (7.7) разд. 7).

 

 

Содержание

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

1. Выбор транзисторов на начальном этапе проектирования ………. 2

2. Эквивалентная схема биполярного транзистора на СВЧ. Главные

параметры транзистора …………………………………………….. 3

3. Транзисторные усилители мощности на СВЧ …………………….. 9

4. Мощные транзисторные умножители на СВЧ ..………………….. 18

5. Маломощные транзисторные умножители частоты ..…………… 25

6. Маломощные транзисторные ВЧ и СВЧ-усилители …..………... 30

7. Задающий генератор с кварцевой стабилизацией частоты ..……. 35

8. Частотная модуляция кварцевого генератора …..……………….. 42

9. Расчеты каскадов передатчика на ЭВМ ..………………………... 48

9.1 Расчет мощного генератора с внешним возбуждением …..… 49

9.2 Расчет мощного умножителя частоты …..…………………… 54

9.3 Расчет маломощного умножителя частоты ……………….......... 58

9.4 Расчет маломощного генератора с внешним возбуждением....... 61

9.5 Расчет кварцевого генератора с фиксированной частотой колебаний … ……………………………………………………………... 63

9.6 Расчет модулируемого по частоте кварцевого генератора ……………………………………………………………………...…….. 68

Библиографический список …………………………….