Реферат : Проектирование автогенератора с кварцевым резонатором в контуре 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Реферат >> Остальные работы


Проектирование автогенератора с кварцевым резонатором в контуре




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

Содержание:

1. Задание. 3

2. Ðàñ÷åò ñõåìû àâòîãåíåðàòîðà. 3

2.1. Расчет аппроксимированных параметров транзистора. 4

2.2. Расчет параметров колебательной системы 4

2.3. Расчет режима работы транзистора. 5

2.4. Расчет элементов цепей питания. 6

3.Настройка колебательного контура автогенератора. Выбор катушки индуктивности. 6

4. Выбор элементов. 7

5. Размещение элементов на печатной плате. 8

6. Ðàñ÷åò ýêðàíà. 9

6.1. Ðàñ÷åò òîëùèíû ýêðàíà t. 9

6.2. Ðàñ÷åò ýôôåêòèâíîñòè ðåàëüíîé ñîñòàâëÿþùåé ýêðàíà. 9

6.3. Ðàñ÷åò ýôôåêòèâíîñòè èäåàëüíîé ñîñòàâëÿþùåé ýêðàíà. 10

6.4. Ðàñ÷åò êîíå÷íîãî çíà÷åíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ýêðàíèðîâàíèÿ. 10

6.5. Дополнительные меры для получения требуемой эффективности экранирования. 11

7. Вывод по проделанной работе. 11

8.Литература. 12

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. Ðàñ÷åò ñõåìû àâòîãåíåðàòîðà.

Рассчитаем колебательную систему автогенератора, работающего на частоте 4,99992 МГц и выполненного на транзисторе ГТ313.

Òàáëèöà 1.1

ГТ313

NPN-ïåðåõîä

Ge

Основные параметры

Fã, МГц

Sãð, А/Â

b0

Å, Â

Ñê, ïÔ

Ñêà, ïÔ

rá, Ом

450-1000

0.05

50

-0,25

2,5

1,25

60

Ïðåäåëüíûå ýêñïëóàòàöèîííûå ïàðàìåòðû

÷åêä÷, Â

÷åýáä÷, Â

Iêä, А

tä, °C

Riä, °С/Âò

Pêä при t°=25°C Bò

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 мА; =-5В; 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 первой ãàðìîíèêè IÊ1 êîëëåêòîðíîãî òîêà: ìÀ

Åìêîñòü êîíäåíñàòîðà â öåïè áàçû ïÔ

Åìêîñòü êîíòóðà ïÔ

Åìêîñòü êîíäåíñàòîðà ïÔ

Íàãðóæåííàÿ äîáðîòíîñòü êîëåáàòåëüíîé ñèñòåìû

Èíäóêòèâíîñòü êîíòóðà ìêÃí

Ìîäóëü êîýôôèöèåíòà îáðàòíîé ñâÿçè

Ðåçèñòîð R0 âûáèðàåòñÿ Îì

2.3. Расчет режима работы транзистора.

Àìïëèòóäà íàïðÿæåíèÿ íà áàçå Â

Амплитуда напряжения на коллекторе В

Постоянное напряжение на коллекторе В

Проверяем условие недонапряженного режима

В

Эквивалентное сопротивление колебательной системы автогенератора

Îì

Ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ êîëëåêòîðíîãî òîêà ìÀ

Ìîùíîñòü ïîòðåáëÿåìàÿ òðàíçèñòîðîì îò èñòî÷íèêà êîëëåêòîðíîãî ïèòàíèÿ ìÂò Ïîñêîëüêó âñÿ ìîùíîñòü, îòäàâàåìàÿ òðàíçèñòîðîì, ðàññååâàåòñÿ íà êâàðöåâîì ðåçîíàòîðå,

ìÂò .

Êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ òðàíçèñòîðà

Ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà áàçû ìÀ

Íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ íà áàçå Â

2.4. Расчет элементов цепей питания.

Ñîïðîòèâëåíèå â öåïè ýìèòòåðà Îì

Èíäóêòèâíîñòü äðîññåëÿ â êîëëåêòîðíîé öåïè âûáèðàåòñÿ èç óñëîâèÿ , òîãäà =ìêÃí

Íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà êîëëåêòîðíîãî ïèòàíèÿ =Â

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 ìÀ

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. =Îì

Îì

Åìêîñòü êîäåíñàòîðà ïÔ

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 удобными физическими 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;

- äëèíà íàìîòêè ïðîâîäà;

D – äèàìåòð êàòóøêè (êàðêàñà);

W – êîëè÷åñòâî âèòêîâ.

Отсюда количество витков:

Зададимся диаметром D = 5 ìì.

= 30 мм.

Так как ферритовый стержень влияет на индуктивность катушки, для расчета числа витков возьмем L ìåíüøå íà 10¸20% (LK =3,47ìêÃí; 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

К10-17 ОЖО.460.172 ТУ

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.467.081 ТУ

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

C2-23-0,125Вт-931Ом±5%-A-B-B

1

C2-23-0,125Вт-604Ом±5%-A-B-B

1

Lдр

Дроссель ДМ-0,1-365мкГн±5% ГИО.477.005 ТУ

1

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

1

Подстроечный

5. Размещение элементов на печатной плате.

6. Ðàñ÷åò ýêðàíà.

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) è èäåàëüíûé ñïëîøíîé ýêðàí ñ îòâåðñòèÿìè (Sè). Обоснование толщины экрана и параметров отверстий будет приведено ниже.

6.1. Ðàñ÷åò òîëùèíû ýêðàíà t.

Так как расчетные формулы для дальнего и ближнего элекрического поля идентичны, будем оговаривать вид поля (ближнее/äàëüíåå) ïî ìåðå íàäîáíîñòè.

Коэффициент экранирования равен: где Кпогл. – коэффициент поглащения экраном: ; Êотр. – коэффициент отражения экраном: ; Êм.отр. – коэффициент многослойного отражения экрана ().

Подставив в формулу данное значение коэффициента экранирования найдем минимальное значение толщины экрана:

, откуда t > 0.123ìì.

Примем толщину экрана t = 0.8ìì. Данное значение вполне удовлетворяет предполагаемым требованиям жесткости и составляет реальную пропорцию с размерами печатной платы.

6.2. Ðàñ÷åò ýôôåêòèâíîñòè ðåàëüíîé ñîñòàâëÿþùåé ýêðàíà.

В соответствии с формулой (1) коэффициент экранирования реального экрана равен: Кэ.Р.=101.2 дБ. Отсюда находим эффективность экранирования реальным экраном:

6.3. Ðàñ÷åò ýôôåêòèâíîñòè èäåàëüíîé ñîñòàâëÿþùåé ýêðàíà.

Утечка поля через круглое отверстие определяется формулой: ,

где x - диаметр отверстия; rðàññòîÿíèå îò èñòî÷íèêà ïîìåõè äî ýêðàíà; - падающая волна.

Эффективность экранирования идеальным экраном с отверстиями определяется по формуле: где i – íîìåð îòâåðñòèÿ.

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: . Следовательно, r = 0.009ì.

Формула примет вид: ; Îòñþäà Sè = 53,4.

6.4. Ðàñ÷åò êîíå÷íîãî çíà÷åíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ýêðàíèðîâàíèÿ.

Конечное значение эффективности экранирования рассчитывается по формуле:

но справедливо условие:

Так как Sè < Sp, òî êîýôôèöèåíò ýêðàíèðîâàíèÿ íàøåãî ýêðàíà: Кэ.и.= 34 дБ.

При уменьшении значения r, ñîãëàñíî ôîðìóëå (3), ýôôåêòèâíîñòü ýêðàíèðîâàíèÿ òàêæå áóäåò óìåíüøàòüñÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, â áëèæíåé çîíå ýêðàí áóäåò íå ýôôåêòèâåí. 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 Êè 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, dдиаметр волновода.

Рассмотрим влияние волноводов на эффективность экранирования для . Отсюда коэффициент экранирования идеальным экраном будет равен:

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=x с 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.

Вариант 46

Проетирование автогенератора с кварцевым резонатором

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.

Похожие работы: