Проектирование автогенератора с кварцевым резонатором в контуре

Примечаниеот автора: Есть много недочетов, есть лишний пункт (Дополнительная ...) Необходимо написать 2 схемы
Загрузить архив:
Файл: ref-8020.zip (56kb [zip], Скачиваний: 55) скачать

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

TIME @ "д/ММ/гг" д/ММ/гг

Содержание:

TOC o "1-3"                                                                                                                             GOTOBUTTON _Toc470011825 PAGEREF _Toc470011825 3

2. Расчет схемы автогенератора.                                                                       GOTOBUTTON _Toc470011826 PAGEREF _Toc470011826 3

2.1.Расчет аппроксимированных параметров транзистора.                                                                                    GOTOBUTTON _Toc470011827 PAGEREF _Toc470011827 4

2.2.Расчет параметров колебательной системы                                                                                                        GOTOBUTTON _Toc470011828 PAGEREF _Toc470011828 4

2.3.Расчет режима работы транзистора.                                                                                                                       GOTOBUTTON _Toc470011829 PAGEREF _Toc470011829 5

2.4.Расчет элементов цепей питания.                                                                                                                           GOTOBUTTON _Toc470011830 PAGEREF _Toc470011830 6

3.Настройка колебательного контура автогенератора. Выбор катушки индуктивности.                                                                                                               GOTOBUTTON _Toc470011832 PAGEREF _Toc470011832 6

4. Выбор элементов.                                                                                                      GOTOBUTTON _Toc470011834 PAGEREF _Toc470011834 8

5. Размещение элементов на печатной плате.                                          GOTOBUTTON _Toc470011835 PAGEREF _Toc470011835 9

6. Расчет экрана.                                                                                                              GOTOBUTTON _Toc470011836 PAGEREF _Toc470011836 9

6.1. Расчет толщины экрана t.                                                                                                                                           GOTOBUTTON _Toc470011837 PAGEREF _Toc470011837 9

6.2. Расчет эффективности реальной составляющей экрана.                                                                              GOTOBUTTON _Toc470011838 PAGEREF _Toc470011838 10

6.3. Расчет эффективности идеальной составляющей экрана.                                                                            GOTOBUTTON _Toc470011839 PAGEREF _Toc470011839 10

6.4. Расчет конечного значения эффективности экранирования.                                                                        GOTOBUTTON _Toc470011840 PAGEREF _Toc470011840 10

6.5. Дополнительные меры для получения требуемой эффективности экранирования.                               GOTOBUTTON _Toc470011841 PAGEREF _Toc470011841 11

7. Вывод по проделанной работе.                                                                     GOTOBUTTON _Toc470011842 PAGEREF _Toc470011842 11

8.Литература.                                                                                                                    GOTOBUTTON _Toc470011843 PAGEREF _Toc470011843 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.

Òàáëèöà 1.1

ГТ313

NPN-переход

Ge

Основные параметры

Fг, МГц

Sгр, А/В

b0

Å, Â

Ñê, ïÔ

Ñêà, ïÔ

rб, Ом

450-1000

0.05

50

-0,25

2,5

1,25

60

Ïðåäåëüíûå ýêñïëóàòàöèîííûå ïàðàìåòðû

÷åêä÷, Â

÷åýáä÷, Â

Iкд, А

tд,°C

Riд, °С/Вт

Pкд при 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 термоста-тируемых резонаторов

для нетермос-татируемых резонаторов

для термоста-тируемых резонаторов

для нетермос-татируемых резонаторов

Свыше 800 при колебаниях на основной частоте

0,500

1,00

1,00

2,00

2.1.Расчет аппроксимированных параметров транзистора.

Зададимся q=700 (a1=0,436; a0=0,253) и определяем

МГц

2.2.Расчет параметров колебательной системы

Çàäàåìñÿ m=0,1.

Ïàðàìåòð

Îòíîøåíèå åìêîñòåé

Амплитуда первойгармоники IК1коллекторного тока:

Åìêîñòü êîíäåíñàòîðà â öåïè áàçû

Åìêîñòü êîíòóðà ïÔ

Åìêîñòü êîíäåíñàòîðà ïÔ

Íàãðóæåííàÿ äîáðîòíîñòü êîëåáàòåëüíîé ñèñòåìû

Ìîäóëü êîýôôèöèåíòà îáðàòíîé ñâÿçè

Ðåçèñòîð R0 âûáèðàåòñÿ

2.3.Расчет режима работы транзистора.

Àìïëèòóäà íàïðÿæåíèÿ íà áàçå

Амплитуда напряжения на коллекторе В

Постоянное напряжение на коллекторе

Проверяем условие недонапряженного режима

    

Эквивалентное сопротивление колебательной системы автогенератора

Ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ êîëëåêòîðíîãî òîêà

Ìîùíîñòü ïîòðåáëÿåìàÿ òðàíçèñòîðîì îò èñòî÷íèêà  êîëëåêòîðíîãî ïèòàíèÿ

ìÂò   

Êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ òðàíçèñòîðà

Ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà áàçû

Íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ íà áàçå

2.4.Расчет элементов цепей питания.

Ñîïðîòèâëåíèå â öåïè ýìèòòåðà

Èíäóêòèâíîñòü äðîññåëÿ â êîëëåêòîðíîé öåïè âûáèðàåòñÿ èç óñëîâèÿ

Íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà êîëëåêòîðíîãî ïèòàíèÿ

Ðàñ÷åò äåëèòåëÿ áàçèðóåòñÿ íà âûïîëíåíèè äâóõ óñëîâèé: âî-ïåðâûõ, äîëæíî áûòü èñêëþ÷åíî øóíòèðîâàíèå êîëåáàòåëüíîé ñèñòåìû àâòîãåíåðàòîðà äåëèòåëåì è, âî-âòîðûõ, íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ ìåæäó áàçîé è ýìèòòåðîì òðàíçèñòîðà äîëæíî ñîîòâåòñòâîâàòü ðàñ÷åòíîìó ðàñ÷åòíîìó çíà÷åíèþ. Òàêèì îáðàçîì Îì è

ãäå Iäåë - òîê ïðîòåêàþùèé ÷åðåç ðåçèñòîð R2 . Äëÿ òîãî ÷òîáû áàçîâûé òîê íå âëèÿë íà âåëè÷èíó íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ , öåëåñîîáðàçíî Iäåë âûáèðàòü èç óñëîâèÿ: Iäåë = (5¸10)Iá0.

Åìêîñòü êîäåíñàòîðà

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 удобнымифизическими параметрами и широко используется. Провод – медный в изоляции типа ПЭВ, диаметром 0.2 мм (0.15 – 0.30мм).

Индуктивность катушки определяется по формуле:

где 0.45 – поправочный коэффициент;

- длина намотки провода;

D – диаметр катушки (каркаса);

W – количество витков.

Отсюда количество витков:

                      

Зададимся диаметром D = 5 мм.

Так как ферритовый стержень влияет на индуктивность катушки, для расчета числа витков возьмем Lменьше на 10¸20% (LK =3,47мкГн; Þ

L = 3 ìêÃí)

 ñâÿçè ñ òåì, ÷òî âëèÿíèå ýêðàíà íà èíäóêòèâíîñòü íåçíà÷èòåëüíî, â äàííîé ðàáîòå èì ìîæíî ïðèíåáðå÷ü.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå îíî ìîæåò áûòü êîìïåíñèðîâàíî ïðè íàñòðîéêå.

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

4. Выбор элементов.

Поз.

обозна-чение

Наименование

Кол.

Примечание

Конденсаторы

К10-17ОЖО.460.172ТУ

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.467.081ТУ

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.477.005ТУ

1

Lк

Дроссель ДМ-0,1-3,47мкГн±5%ГИО.477.005ТУ

1

Подстроечный

5. Размещение элементов на печатной плате.

6. Расчет экрана.

При расчетах будем считать, что экран изготовлен из меди (магнитная проницаемость меди m = 1, относительная проводимость меди sотн = 1). Экран условно разбивается на две составляющие: реальный сплошной экран (SP) иидеальный 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: где Кпогл. – коэффициент поглащения экраном: ; Котр. – коэффициент отражения экраном: Км.отр. – коэффициент многослойного отражения экрана (

Подставив в формулуданное значение коэффициента экранирования найдем минимальное значение толщины экрана:

, откуда t > 0.123ìì.

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:

6.3. Расчет эффективности идеальной составляющей экрана.

Утечка поля через круглое отверстие определяется формулой:

где x - диаметр отверстия; r – расстояние от источника помехи до экрана;            - падающая волна.

Эффективность экранирования идеальным экраном с отверстиями определяется по формуле: i – номер отверстия.

В разрабатываемом экране нам понадобится 4 отверстия:

1.Отверстие для настройки колебательного контура автогенератора.                Примем x1 = 0,003 м.

2.Отверстие для подвода питания (изоляция ПВХ). Примем x2 = 0,0015 м

3.Отверстие для подвода выходного сигнала (изоляция ПВХ).                      Примем x3 = 0,0015 м.

4.Отверстие для подвода нулевого провода (изоляция ПВХ). Примем x4 = 0,0015 м

5.Отверстие для настройки Скв. Примем x5 = 0,003 м.

Расстояние от источника помехи до экрана рассчитаем по формуле: где l - длина волны: r = 0.009м.

Формулапримет вид: Отсюда Sи = 53,4.

6.4. Расчет конечного значения эффективности экранирования.

Конечное значение эффективности экранирования рассчитывается по формуле:

но справедливо условие:

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

При уменьшении значения r, ñîãëàñíî ôîðìóëå (3), ýôôåêòèâíîñòü ýêðàíèðîâàíèÿ òàêæå áóäåò óìåíüøàòüñÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, â áëèæíåé çîíå экран будет не эффективен.           Рассмотрим эффективность экранирования в дальней зоне

Значение эффективности экранирования реального экрана останется прежним (Sp=114815,36).

Найдем минимальное значение r, ïðè êîòîðîì çíà÷åíèå ýôôåêòèâíîñòè ýêðàíèðîâàíèÿ ñòàíîâèòñÿ óäîâëåòâîðèòåëüíûì.

Ïðèíÿâ Êи равным заданному значению (65 дБ), иç ôîðìóëû (3) ìû èìååì:

Íà÷èíàÿ ñ ïîëó÷åííîãî çíà÷åíèÿ è äàëåå, çíà÷åíèå ýôôåêòèâíîñòè ýêðàíèðîâàíèÿ ñòàíîâèòñÿ óäîâëåòâîðèòåëüíûì.

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:                                     

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

Рассмотрим влияние волноводов на эффективность экранирования для

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=xс 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.