Расчёт автогенератора

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ)

/ УНИВЕРСИТЕТ  МАШИНОСТРОЕНИЯ /

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине

«Устройства генерирования»

на тему:

«Расчёт автогенератора»

 

 

Работу выполнил студент 3 курса заочного отделения Вьюгина А.В.   шифр 612550   Работу принял преподаватель   _____________

 

 

г. Москва

2015

Содержание

                                                                                                   стр.

 

Введение……………………………………………………………………….…2

 

Техническое задание……………………………………………………………4

 

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

 

Список используемой литературы……………………………………….…..11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Устройства генерирования и формирования радиосигналов - радиопередатчики (РПдУ) - используют в системах радиосвязи, вещания, телевидения и т.п. для передачи сигналов информации, а также в радиолокации и радионавигации, и др. Назначением РПдУ является формирование высоко-частотного сигнала, носящего название «радиосигнал», который представляет собой колебания радиочастоты, с одним или несколькими параметрами, изменяющимися в соответствии с передаваемым сигналом информации (амплитуды, частоты, фазы и др). Эти колебания затем излучаются в пространство антенной. Процесс формирования радиосигнала называется «модуляцией» - амплитудной, частотной, фазовой и т.п. При импульсной модуляции в соответствии с передаваемым сигналом изменяют параметры импульса - их амплитуду, длительность, частоту следования и др. РПдУ используют также в качестве разнообразных высокочастотных генераторов в промышленности, медицине, ядерной физике и других областях науки и техники.

В настоящее время в технике  РПдУ широко используются полупроводниковые приборы. По мере увеличения мощности и повышения граничной частоты полупроводниковые приборы находят все более широкое применение, как в маломощных каскадах РПдУ (например, в автогенераторах, умножителях и т.п.), так и в гибридных (лампово-транзисторных) и построенных полностью на полупроводниках РПдУ.

Важнейшими показателями, характеризующими РПдУ являются:

• мощность передатчика;
• стабильность рабочей частоты;
• диапазон рабочих частот;
• мощность побочных излучений.

 

Структурная схема современного радиопередатчика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Возбудитель (электронный генератор) представляет собой устройство, преобразующее электрическую энергию источника постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний требуемой формы, частоты и мощности.

По принципу работы и схемному построению различают генераторы с самовозбуждением (автогенераторы) и генераторы с внешним возбуждением, которые по существу являются усилителями мощности генерируемых колебаний заданной частоты.

Электронные автогенераторы подразделяются на автогенераторы синусоидальных (гармонических) колебаний и автогенераторы колебаний несинусоидальной формы, которые принято называть релаксационным (импульсными) автогенераторами.

Являясь первоисточником электрических колебаний, генераторы с самовозбуждением широко используются в радиопередающих и радиоприемных (супергетеродинных) устройствах, в измерительной аппаратуре, в ЭВМ, в устройствах телеметрии и т. д. Ниже приводится деление генераторов по диапазону генерируемых частот.

 

 

Тип генераторов	Диапазон частот
низкочастотные	от 0,01 Гц до 100 кГц
высокочастотные	от 100 кГц до 100 МГц
сверхвысокочастотные	от 100 МГц и выше

 

Наиболее распространенные схемы генераторов содержат усилительный элемент и колебательную систему, связанные между собой цепью положительной обратной связи. Но в принципе любой усилитель может быть превращен в автогенератор, если ею охватить положительной обратной связью и обеспечить выполнение условия βKu > 1. Для построения генератора обычно используют два типа усилительных схем — резонансные усилители и усилители на резисторах. Генераторы, выполненные на основе схемы резонансного усилителя, часто называют генераторами типа LC, а генераторы, построенные на основе схемы усилителя на резисторах,— генераторами тина RC. Первые используются главным образом на высоких частотах, вторые — на низких.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техническое задание:

 

Рассчитать схему генератора СВЧ колебаний.

 

Исходные данные для расчёта:

Мощность сигнала- 2Вт;

Частота генератора- 18МГц;

Волновое сопротивление- 50 Ом;

КПД контура- 0,88.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет автогенератора

 

Выбираем схему LC- автогенератора с автотрансформаторной связью:

 

Выбираем тип транзистора. При заданном значении Pвых. мощность Рк, которую должен отдавать транзистор в контур, составляет:

,

где ηК- КПД контура. Исходя из получившегося значения, выбираем транзистор КТ851А с максимально допустимой рассеиваемой на коллекторе мощностью 25Вт.

 

Рассчитываем энергетический режим работы транзистора. Выбираем импульс коллекторного тока прямоугольной формы. Считая, что в критическом режиме угол отсечки тока коллектора 900, по графикам находим коэффициенты разложения импульса коллекторного тока α1=0,5, α0=0,318.

Находим усреднённое время движения τп носителей тока между p-n переходами  транзистора по формуле:

,

вычисляем угол пробега носителей тока φпр:

.

 

 

 

Переводим получившееся значение в градусы ( φпр=51,590) и находим угол отсечки тока  эмиттера:

.

 

Графики коэффициентов разложения импульсов тока.

 

По графикам определяем коэффициенты разложения импульса эмиттерного тока α1(Э) и  α0(Э) (α1(Э)=0,138, α0(Э)=0,246).

Коэффициент использования коллекторного напряжения выбираем из соотношения:

 

 

Определяем основные электрические параметры режима

амплитуду переменного напряжения на контуре:

;

 

амплитуду первой гармоники коллекторного тока:

;

 

постоянную составляющую коллекторного тока:

;

 

 

 

максимальное значение импульса тока коллектора:

;

 

мощность, расходуемую источником тока в цепи коллектора:

;

 

мощность, рассеиваемую на коллекторе:

;

 

КПД по цепи коллектора:

.

 

Эквивалентное резонансное сопротивление контура в цепи коллектора:

.

 

Находим коэффициент передачи тока транзистора в схеме с ОБ на рабочей частоте:

 

где h21б — коэффициент передачи тока на низкой частоте; fh21б — предельная частота коэффициента передачи тока.

 

Определяем амплитуду первой гармоники тока эмиттера:

.

 

Находим амплитуду импульса тока эмиттера:

.

 

Рассчитываем амплитудное значение напряжения возбуждения на базе транзистора, необходимое для обеспечения импульса тока эмиттера IЭ.и max без учёта влияния  частоты:

.

 

Определим напряжение смещения на базе, обеспечивающее угол отсечки тока  эмиттера:

.

 

 

 

Находим коэффициент обратной связи:

.

 

Рассчитываем сопротивление резисторов R1 и R2. Для этого задаёмся током делителя,  протекающего через резисторы:

 

 

 

Зная Iд, находим R2 по формуле:

 

 

Выбираем из стандартного ряда номинальных значений сопротивлений Е24  сопротивление резистора 3,9Ом.

Поскольку ток делителя намного превышает ток базы транзистора, последний не изменит существенно ток, протекающий через резистор R1, поэтому:

 

 

Выбираем из стандартного ряда номинальных значений сопротивлений Е24 сопротивление резистора 390Ом.

 

Мощность, рассеиваемая на резисторах R1 и R2 соответственно равна:

;

.

 

Выбираем резисторы с максимально допустимой рассеиваемой мощностью 0,1 Вт и 1 Вт для резисторов R1 и R2 соответственно.

 

Определяем параметры элементов термостабилизации R3С2:

,

где UЭ - падение напряжения на резисторе эмиттерной стабилизации (порядка  (0,7...1,5)В), IЭпост — постоянный ток эмиттера (Iэпост≈IКпост).

Выбираем из стандартного ряда номинальных значений сопротивлений Е24 сопротивление резистора 5,1Ом.

 

Ёмкость конденсатора C2 равна:

.

Выбираем из стандартного ряда номинальных значений емкостей Е24 емкость конденсатора 0,22мкФ.

Определяем параметры контура. Задаёмся добротностью одиночного контура 100.

 

Добротность нагруженного контура подсчитывается по формуле:

.

 

Находим минимальную общую ёмкость контура Скmin по приближённой формуле:

 .

 

Ёмкость конденсатора контура С3 может быть найдена по формуле:

.

 

Это лишь ориентировочное значение, более точное устанавливается в процессе настройки схемы.

 

Рассчитываем общую индуктивность контура Lк:

.

 

Находим сопротивление потерь контура:

.

 

Рассчитываем сопротивление, вносимое в контур:

.

 

Полное сопротивление контура равно:

. 

 

Определяем амплитуду колебательного тока в нагруженном контуре:

.

 

Находим величину индуктивности L2 связи контура с базой транзистора:

.

 

Определяем величину индуктивности связи контура с коллектором транзистора:

.

 

 

 

 

Схема рассчитанного генератора :

 

 

 

V1 – транзистор - КТ851А 

R1 – резистор - 390Ом

R2 – резистор - 3,9Ом

R3 – резистор - 5,1Ом

С2 – конденсатор – 0,22 мкФ

С3 – конденсатор – 20 пФ

Lк – дроссель – 2,6 мкГн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. Расчет электронных схем. Б.С. Гершунский. Киев «Вища школа» 1983г.

 

2. Массовая радиобиблиотека. О.П. Григорьев, В.Я. Замятин. Москва «Радио и связь» 1989г.

 

3. Проектирование радиопередающих устройств. Шахгильдян В.В. Москва «Радио и связь» 1984г.

 

4. История и современное состояние радиоэлектроники. В.П. Литвинов, В.М. Рудой. Москва «МГОУ» 2012г.