Расчет автогенератора

Обычно расчёт автогенератора происходит в три стадии. Первая стадия заключается в расчете режима работы транзистора, т.е. его выборе и проверке стабильности его работы на заданной частоте. Вторая стадия заключается в электрическом расчете схемы. Третья стадия - энергетический расчёт, т.е. определение мощности генерируемых колебаний и мощностей в цепях генератора, а также определение КПД. Методики приведенных расчетов взяты из литературы [2,5,6].

Таким образом нам необходимо найти R_к, Е_см, Р₁ и КПД. Выберем транзистор, определим параметры корректирующей цепи и рассчитаем режим работы транзистора.

Для увеличения стабильности частоты в задающем АГ выбирают транзисторы малой мощности. Чтобы фазовый сдвиг между колебаниями i_k(t),u_б(t) можно было устранить с помощью корректирующей цепочки, следует выбирать транзистор, граничная частота которого больше, чем заданная частота колебаний f_нес = 1,5 МГц. Выбираем транзистор малой мощности КТ 331Г-1 с граничной частотой f_т = 400 МГц, со следующими паспортными данными:

барьерные ёмкости коллекторного и эмиттерного переходов С_к = 5 пФ, С_э = 8 пФ

постоянная времени цепи внутренней обратной связи _ос=120 пс

допустимые напряжения и токи U_отс = 0.6 В, U_{кб доп} = 15 В, i_{к доп} = 0,02 А, U_{б доп} = 3 В

допустимая мощность Р_доп = 15мВт

крутизна линии граничных режимов на выходных статических ВАХ транзистора S_гр = 20 мА/В

коэффициент усиления тока В = 40.

f = f_t /В = 10 МГц; f = f_t + f = 11,5 МГц. Активная часть коллекторной ёмкости С_ка=2 пФ и сопротивление потерь в базе r_б = _ос/С_ка= 60 Ом.

R_кор, R_з - сопротивления, корректирующие частотные свойства транзистора в открытом и закрытом состояниях. R_кор должно быть меньше R_з, от этого зависит эффективность применения корректирующих цепей , иначе следует выбрать другой транзистор.

Крутизна переходной характеристики транзистора с коррекцией S^к = 1/R^/_кор = 1/10 = 0,1 А/В. Чтобы мгновенные значения напряжения и тока коллектора не превышали допустимых значений u_{К ДОП} и i_{К ДОП,} выбираем i_{k max} = 0,8i_{k доп} = 0,820 = 16 мА; i_{k max} максимальное значение импульса коллекторного тока;

Величина k_ос=U^к_бэ/U_к1 отражает относительное шунтирующее влияние на резонатор входной и выходной проводимостей транзистора. Наибольшая стабильность частоты в транзисторном АГ получается при k_ос=1…3. Примем k_ос=1.

При выборе угла отсечки следует учесть необходимый запас по самовозбуждению Sk_ос=(3…5)G_К, а также условие баланса активных мощностей С_К() = G_А(U_А1); G_А = G_{0 1}() из этих трёх условий следует, что в стационарном режиме колебаний ₁() 0.2…0.3. выбираем = 60⁰.

Тогда ₀=0,218, ₁=0,391, ₀=0,109, Cos = 0,5.

Рассчитаем основные параметры генератора:

I_k1 = ₁i_{k max} = 0,39116 = 6,3 мА; I_k0 = ₀i_{k max} = 0,21816 = 3,5мА, I_К1,I_К0 амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая коллекторного тока.

U^к_б1,U_к1 амплитуды первой гармоники напряжения на базе и коллекторе транзистора с коррекцией.

R_к сопротивление нагрузки транзистора.

P₁ = 0.5I_K1U _K1 = 0,5 6,3 мА 0,32 В = 1,01 мВт ;

Po = I_K0U_K0 =3,5 мА 4,5 В=15,75 мВт

P_pac = Po-P₁= 15,75 1,01 = 14,74 мВт < P _доп = 15 мВт

Р₁,Р₀,Р_рас колебательная, потребляемая и рассеиваемая в транзисторе мощности.

= P₁/Po = 0,064 = 6,4% электронный КПД;

Е_см = U_ост U^k_б1cos = 0,6 0,320,5 = 0,44 В,

где U_отс напряжение отсечки на переходной ВАХ транзистора.

Е_см U^к_б1 < 3 В;

= U_k1/U_k0 0,07; _гр=1 i_{k max} /(S_грU_k0) = 0,82 ,

где напряжённость режима, _гр напряжённость граничного режима

< 0,5_гр условие получения недонапряжённого режима при относительно слабой зависимости барьерной ёмкости С_к от U_к для увеличения стабильности частоты.

На частоте 1,5 МГц оптимальным значением индуктивности контура будет L=10 мкГн с добротностью 125. Считаем, что Q₀ Q_L, так как потери в индуктивности намного больше потерь в ёмкости. Вычислим параметры элементов резонатора.

=_рL = 6,28 1,510 = 94,2 (Ом)

С=1/²_рL=1/(41,5²10⁸)=1,11 (нФ);

R_р= Q₀ = 94,2 125=11775 (Ом);

= 0,0042462

С^I₂=C/р=1,11 Ф/0.0042462 = 26 нФ;

С₁ = С^I₂ / k_ос =25 нФ;

С₃ = (1/С-1/С₁-1/С^I₂)^-1 =(1/1,11 - 1/25 - 1/25)^-1= 1,21 пФ;

Где С суммарная ёмкость контура; р коэффициент включения контура в выходную цепь транзистора; R_р резонансное сопротивление контура при его полном включении; характеристическое сопротивление.

Чтобы сопротивление нагрузки R^I_Н, пересчитанное к выходным электродам транзистора, не снижало заметно добротности контура, примем R^I_Н 3R_k 150 Ом. Добротность последовательной цепочки С_свR_н

Отсюда ёмкость связи С_св=1/R_НQ = 20,7 пФ

С^I_СВ = С_СВ/(1+1/Q²) = 20,7 пФ/(1+1/0,8464) = 45,15 пФ;

C₂=C^I₂-C^I_СВ = 1300 пФ - 45,15 пФ = 1254,85 пФ

Проверка:

условие должно выполняться для исключения шунтирования сопротивлениями R₁,R₂ колебательный контур.

R_см =3R_ист/В= 125 Ом

R₁ = R_истЕ_ПИТ /U_б = 16689 /1.027=15 кОм

R₂ = R₁U_б /(Е_П -U_б) = 15 кОм 1.027 /(9 1.027 )=1.93 кОм

С_{БЛ 2} = 10 /_рR_СМ =1350 пФ

R_БЛ = 5R_К = 250 Ом.

Выбираем 1/_рС_{БЛ 1} = 1 Ом, тогда С_{БЛ 1} = 20 нФ

С_БЛ,R_БЛ блокировочные элементы. Сопротивление ёмкости С_БЛ на _р должно быть по возможности малым, много меньше внутреннего сопротивления источника питания.