Методика расчета взята из [6]. Параметры и режим автогенератора (АГ) должны быть рассчитаны так, чтобы обеспечить надежную работу при допустимых значениях мощностей, рассеиваемых кварцевым резонатором (КР) т.е. Р кв≤ Р квд и АЭ. Надёжность гарантируется как правильным выбором запаса по самовозбуждению на рабочей частоте, так и созданием условий, при которых невозможно возбуждение паразитных колебаний за счёт статической ёмкости С 0 КР. Запас по самовозбуждению характеризуют коэффициентом регенерации или связанным с ним коэффициентом разложения γ 1(θ). На рабочей частоте рекомендуется выбирать
γ 1(θ)=0,1…0,3. (2.10)
Поскольку параметры биполярного транзистора зависят от соотношения между рабочей частотой f к и граничной частотой коэффициента передачи тока по схеме с ОЭ f гр, рекомендуется выбирать АЭ так, чтобы выполнялось условие
f гр≥(3…5) f к. (2.11)
Мощность в нагрузке оценивается следующим соотношением
Р н= Р 1 ή кс, (2.12)
где ή кс –КПД колебательной системы АГ.
Однако, степень связи колебательной системы с нагрузкой принято оценивать не КПД ή кс, а коэффициентом
а = Р н / (Р кв+ P r), (2.13)
где P r –потери на активном сопротивлении КС.
При повышенных требованиях к стабильности частоты рекомендуется выбирать
ή кс≤0,2; а≤ 0,25.
АГ с повышенной стабильностью частоты работают в недонапряженном режиме с недоиспользованием АЭ как по току, так и по напряжению:
i км≤(0,5…0,8) I kmax; U k0≤(0,4…0,5) U кэmax, (2.14)
где I kmax, U кэmax –допустимые значения коллекторного тока и напряжения.
Расчёты проведены при частоте f к=50 МГц, что соответствует возбуждению КР на пятой механической гармонике.
|
Исходные данные:
Параметры КР: r k=95 Oм; C о=2,66 пФ; Q кв=78935; P квд=2 мВт; нормированная статическая ёмкость С о КР: τo = ω k С о r k= .
В качестве АЭ выбран транзистор типа ГТ311. Его параметры: f гр=500 МГц; h 21э=50; r' б=60 Ом; C ka= C кп=1 пФ; I k max=50 мА; U кэ max=12B; U '=0,3B; S kp=0,05 A/B; P max=150 мВт при t ср=+25°С.
В соответствии с рекомендациями выбраны: U ko=5B; коэффициент γ 1(θ)=0,2. Такому значению γ 1(θ) соответствует угол отсечки θ =60°, при этом cos θ =0,5; α o(θ)= 0,22, α 1(θ)= 0,39, γ o(θ)=0,11, γ 1(π- θ)=0,61.
Мощность в нагрузке Р н=0,1мВт; f к=50 МГц; транзистор ГТ311. Выбраны ток i км=10 мА и коэффициент а =0,1, Р кв=1 мВт.
Расчёт проводится в следующей последовательности:
1. Мощности, рассеиваемая на кварце (2.11) и отдаваемая транзистором (P r=0):
Р кв=0,1/0,1=1 мВт; P 1=1,1 Вт (P 1= Р н+ Р кв+ P r)
Поскольку. Р кв=1 мВт меньше P квд=2 мВт, условие Р кв≤ Р квд выполняется и можно продолжать расчет.
2. Аппроксимированные параметры транзистора:
S п=15 i км; r = h 21э/ S п; S = h 21э/(r' б+ r); f s= f гр/ S r' б. (2.15)
S п=0,15 А/В; S =0,127 А/B; r=333 Ом; f s=65 МГц.
3. Нормированная частота колебаний:
Ω s= f к/ f s, (2.16)
Ω s=50/65=0,77.
4. Рассчитываем параметры колебательной системы. Ёмкости С 1э, С 2:
(2.17)
17 пФ.
С 2= С 1э/χ=17/0,29=59 пФ.
Сопротивления Х 1, Х 2 определяются
(2.18)
Х 1= -187,2 Ом, Х 2= -54 Ом.
Индуктивность L 1 и емкость С 1 определяем из условия
(2.19)
принимая =2, находим С 1:
(2.20)
Тогда по известной С 1 определим L 1:
(2.21)
5. Находим режимные параметры АЭ. Гармонические составляющие тока коллектора и амплитуда напряжения на базе:
I k= α o(θ) i км, I к1= α 1(θ) i км; (2.22)
(2.23)
I k=0,22×10=2,2 мА, I к1=0,39×10=3,9 мА;
|
Амплитуда напряжения на коллекторе:
U кэ=2 Р 1 / I к1cosφk, cosφk= (2.24) U кэ=
где cosφk=0,13.
Мощности, подведенная к коллекторной цепи и рассеиваемая:
P 0= I k U k0=5×2,2=11 мВт;
P расс =Р 0 -Р 1
P расс=9,9 мВт, Р<P рас.
Постоянная составляющая тока базы и смещение на базе:
I б= I k / h 21э=0,044 мА, (2.25)
(2.26)
6. В соответствии с рекомендацией принимаем R э=300 Ом. Сопротивление R б определим из соотношения R б=(10…20) Х 2=540…1080 Ом. Возьмем R б=800 Ом.
7. Напряжения источников питания цепей коллектора U k и базы U вн:
U k= U ko+(I k+ I б) R э=5,7 В, (2.27)
U вн= U во+(I k+ I б) R э+ I б R б=0,903 В. (2.28)
8. Принимаем ток через делитель I д=5 I б=0,22 мА.
Сопротивления делителя в цепи питания:
R 1=(U k- U вн)/ I д=18,6 кОм, (2.29)
R 2= U вн/(I д- I б)=5,1 кОм. (2.30)