Розрахунок автогенераторів типу LC

Мета роботи:

· навчити студентів розраховувати автогенератори типу LC

· закріпити знання студентів про генератори та автогенератори.

 

 

Підготовка до виконання роботи

· Закріпити теоретичні знання про генератори

· Ознайомитись із завданням для виконання роботи.

 

Основні теоретичні відомості

До будь-якого автогенератора ставляться певні електричні та експлуатаційні вимоги. Найважливішими з них є стабільність частоти генерованих коливань і забезпечення заданої потужності коливань у навантаженні. Розрахунок одноконтурного автогенератора з самозбудженням складається з розрахунку енергетичного режиму і контура. Вихідними даними звичайно є корисна вихідна потужність автогенератора, діапазон генерованих частот і допустима нестабільність частоти.

Автогенератор може працювати в різних режимах. Для характеристики режиму застосовується коефіцієнт використання анодної (або колекторної) напруги ξЦей коефіцієнт дорівнює відношенню амплітуди змінної напруги на контурі U_mK. до постійної напруги на аноді (або колекторі):

(1)

При ξ < 1 встановлюється недонапружений режим роботи автогенератора. При ξ>1 режим роботи називають перенапруженим.

При ξ ≈ 1 генератор працює в так званому критичному режимі. Здебільшого розраховують критичний режим роботи автогенератора або недонапружений режим, близький до критичного. У цьому разі автогенератор віддає значну корисну потужність при досить великому к. к. д. Форма струму в анодному (колекторному) колі автогенератора залежить від режиму роботи. Якщо струм проходить протягом усього періоду напруги на вході, то коливання струму мають синусоїдну форму і їх називають коливаннями першого роду. Цей режим характеризується незначним к. к. д. і тому в автогенераторах застосовується рідко. Значно вигіднішим є режим коливань другого роду з відсіканням анодного (або колекторного) струму.

Спинимося на деяких особливостях роботи транзисторних автогенераторiв. Основною особливістю роботи транзисторів на високих частотах є вплив часу пробігу τ_n носіїв струму (електронів або дірок) на режим роботи генератора. Цей час незначний і на порівняно низьких частотах ним можна знехтувати, але з підвищенням частоти вплив його посилюється. Перш за все заряди, одночасно інжектовані емітером у базу, приходять до колектора в різні моменти часу. Виникає розсіювання носіїв струму. Це призводить до зменшення коефіцієнта підсилення транзистора за струмом, яке тим більше, чим вища частота генерованих коливань. Інерційність носіїв струму призводить також до виникнення між першою гармонікою колекторного струму і коливальною напругою на контурі фазового зсуву φ_пр що залежить від тривалості руху носіїв струму.

Істотний вплив на роботу транзисторного автогенератора в області високих частот виявляють ємності емітерного і колекторного р — n - переходів транзистора. З підвищенням частоти для підтримання на потрібному рівні колекторного струму і корисної потужності на виході автогенератора треба підвищувати амплітуду напруги збудження на ділянці база — емітер.

Для розрахунку транзисторних автогенераторів звичайно користуються ідеалізованими (спрямленими) характеристиками транзистора (рис. 1. Одним з основних параметрів транзистора, що працює в схемі автогенератора, є крутість лінії критичного режиму (рис. 1 а). Деякі типи транзисторів мають S_K > 1000 ма/в. У процесі розрахунку використовується також крутість характеристики струму колектора S_o = при U_K.e = const (рис.1 б). Параметром генераторного транзистора є і напруга зрізу Е₃. _р, що визначається для заданої робочої напруги на колекторі U_к. _{е. р} (рис. 1 б).

 

Завдання до роботи

Розрахувати транзисторний автогенератор з автотрансформаторним зворотним зв'язком за такими вихідними даними:

1. вихідна потужність Р_вих = 0,2 вт;
2. робоча частота ƒ_р = 6 Мгц.

Порядок виконання роботи

1. Вибираємо тип транзистора. При заданому значенні Р_вих потужність Р, яку має віддавати транзистор у контур,

(2)

При підвищених вимогах до стабільності частоти автогенератора к. к. д. контура η_к вибирають у межах 0,1—0,2. В інших випадках його можна підвищити до 0,5—0,8.

Приймаючи η_к = 0,2, дістанемо:

Вибираючи транзистор, треба виходити з таких вимог:

(3)

де Р_{к. макс. доп} — допустима потужність розсіювання на колекторі;

ƒ_а — гранична частота підсилення за струмом.

З довідника вибираємо транзистор типу П601 з параметрами: Р_{к. макс. доп} = 1 вт(без радіатора); ƒ_а = 20 Мгц; U_K. _е. _{макс. доп} = 25 в; І_к._{макс. доп} = 1 а; С_{б. к} = 200 пф; S_o = 4,5 а/в; S_K = 350 ма/в; Е_зр — 0,2 в. Приймаємо є. р. с джерела живлення кола колектора Е_к= 20 в.

2. Розраховуємо енергетичний режим роботи автогенератора. Вибираємо імпульс колекторного струму косинусоїдної фррми з кутом відсікання Ө = 90°. За графіком, що на рис. 2,

знаходимо коефіцієнти розкладання імпульсу колекторного, струму а₁ = 0,5; а_о = 0,318. Знаходимо тривалість руху носіїв струму між р — п-переходами τ_п

(4)

Обчислюємо кут пробігу носіїв струму

(5)

Знаходимо кут відсікання струму емітера

(6)

За графіком (рис. 2) визначаємо коефіцієнти розкладення імпульсу струму емітера а_{1 (e)} = 0,43; а_{0 (е)} = 0,26. Коефіцієнт використання колекторної напруги вибираємо з співвідношення

(7)

де S_K —крутість лінії критичного режиму транзистора. Підставляючи у формулу (25-53) числові значення, дістанемо:

Визначаємо основні електричні параметри режиму: амплітуду змінної напруги на контурі

(8)

амплітуду першої гармоніки колекторного струму

(9)

сталу складову колекторного струму

(10)

максимальне значення імпульсу струму колектора

(11)

потужність, що витрачається джерелом струму в колі колектора

(12)

потужність, яка розсіюється на колекторі,

(13)

що значно менше, ніж Р_к. _{макс. доп} = 1 вт; к. к. д. кола колектора

(14)

еквівалентний опір контура у колі колектора

(15)

Знаходимо коефіцієнт підсилення за струмом у схемі з спільною базою на частоті ƒ_р

(16)

де а_0(н)—коефіцієнт підсилення за струмом на низькій частоті. Приймаючи коефіцієнт підсилення за струмом у схемі з спільним емітером β = 20, знаходимо а_О(_Н)

Отже,

Визначаємо амплітуду першої гармоніки струму емітера

Знаходимо амплітуду імпульсу струму емітера

Обчислюємо амплітудне значення напруги збудження на базі транзистора, потрібне для забезпечення імпульсу струму емітера І_е. _макс

без врахування частотних впливів

(17)

де S_o — крутість характеристики струму колектора (в тих випадках, коли значення S_o не наводиться в довіднику, його можна знайти за статистичними характеристиками транзистора, користуючись формулою

Підставляючи у формулу (17) числові значення, дістанемо

Визначаємо напругу зміщення на базі, що забезпечує кут відсікання струму емітера

(18)

де Е₃ — напруга зрізу (коли це значення в довіднику не наводиться, його можна знайти за спрямленими вхідними характеристиками транзистора або орієнтовно прийняти Е_зр = —(0 1 ÷ 0,2) в). З формули (18) дістаємо:

Знаходимо коефіцієнт зворотного зв'язку

(19)

Для виконання умови балансу амплітуд треба, щоб

(20)

Для нашого прикладу умова (20) виконується, оскільки

Визначаємо величину опору Re ланцюжка автозміщення

(21)

де І_{б. пост} — стала складова струму бази:

(22)

Отже,

(23)

З довідника вибираємо резистор R_б = 51 ом. Потужність, що розсіюється на резисторі R_б,

Застосовуємо резистор R_б типу ОМЛТ-0,125. Індуктивність дроселя L_др у колі бази транзистора обчислюємо і за формулою

(24)

де λ_макс — максимальна робоча довжина хвилі автогенератора, м;

С_б._e — ємність емітерного переходу транзистора, пф;

L_др — у мікрогенрі.

Звичайно в довідниках значення Сб. _е не наводиться. Приймаючи С_б. е ≈ С_{б. к} = 200 пф, а також λ_макс = λ_р = 50 м, дістанемо:

Знаходимо ємність розділового конденсатора С_р

(25)

Приймаючи С_{б. е}. — С_б. к = 200 пф, дістанемо:

З довідника вибираємо конденсатор С_р типу КД-2 ємністю 3900 пф. Розраховуємо ємність конденсатора, що блокує джерело

живлення, За формулою С_ф ≈ 50λ_Макс Для нашого прикладу λ._Макс =

= λ_р = 50 м. Тому С_ф = 50 • 50 = 2500 пф.

Вибираємо конденсатор С_ф типу КД-2 ємністю 2700 пф.

3. Визначаємо параметри коливального контура. Для розрахунку параметрів контура і його зв'язку з транзистором можна застосувати методи, які використовуються при розрахунку лампових автогенераторів.

Задаємося добротністю контура Q = 120. За наближеною формулою С_к ≈ (1 ÷ 2) λ_р знаходимо орієнтовне значення загальної ємності контура

З врахуванням внесеної ємності (приблизно 50 пф) з довідника вибираємо контурний конденсатор С типу КД-1 ємністю 51 пф з робочою напругою 100 в.

Обчислюємо індуктивність контура

Визначаємо хвильовий опір контура

(26)

Знаходимо опір втрат контура

(27)

Опір, внесений у контур,

(28)

Опір контура з врахуванням R_Bн

(29)

Визначаємо амплітуду коливального струму в навантаженому контурі

(30)

Знаходимо величину індуктивності зв'язку контура з колектором транзистора

(31)

Визначаємо величину індуктивності зв'язку контура з базою транзистора

(32)

Складаємо схему розрахованого автогенератора (рис. 3).

 

 

Зміст звіту

1. Мета роботи

2. Короткі теоретичні відомості

3. Вихідні дані для розрахунку автогенератора типу LC

4. Порядок розрахунку автогенератора типу LC

5. Висновки

 

 

Контрольні питання

1. Поняття про автогенератори та генератори

2. Режим роботи ξ < 1

3. Режим роботи ξ>1

4. Режим роботи ξ ≈ 1

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4