Электрический расчет схемы

Порядок расчета LC-генератора на транзисторе. Основными техническими данными для расчета транзисторного LC-генератора являются: выходная мощность, отдаваемая автогенератором в нагрузку, Р_вых и частота генерируемых колебаний f_р. Порядок расчета транзисторного генератора рассмотрим применительно к схеме, приведенной на рис. 9.2,а.

1.Выбираем тип транзистора. При заданном значении Р_вых мощность Р_к, которую должен отдать транзистор в контур, составляет

Р_К =Р_вых/η_к, (1.11)

Вт

Где η_к, - КПД контура.

При повышенных требованиях к стабильности частоты автогенератора КПД контура η_к выбирают в пределах 0,1…1,2. В остальных случаях его можно увеличить до 0,5…0,8.

Выбирая транзистор, необходимо исходить из условий

Р_{К max} >P_K, (1.12)

f_max ≥f_p, (1.13)

где Р_{К max} –максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора выбранного транзистора; f_max –максимальная частота генерации биполярного транзистора; выбранного типа. Параметры Р_{К max} = 0,4Вт. и f_max = 200 МГц. высокочастотных транзисторов приведены в справочнике по полупроводниковым приборам (взяли транзистор КТ 668В, или его аналог BС393)

2. Рассчитываем энергетический режим работы генератора. Выбираем импульс коллекторного тока косинусоидальной формы. Считая, что в критическом режиме угол отсечки тока коллектора θ=90^°,по графикам рис.1.2 находим коэффициенты разложения импульса коллекторного тока α₁=0,5; α₀=0,318.

Находим усредненное время движения τ_п носителей тока между p-n переходами транзистора по формуле

τ_п≈1/2πf_max (1.14)

c

Вычисляем угол пробега носителей тока

φ_пр=2πf_рτ_п (1.15)

Вычисленное по формуле (1.15) значение φ_пр выражаем в градусах. При этом учитываем, что при φ_пр=2π угол φ_пр=360^°. Находим угол отсечки тока эмиттера

θ_э=θ-φ^°_пр (1.16)

;

По графикам рис. 1.2 определяем коэффициенты разложения импульса эмитерного тока α_1(Э) и α_0(Э)

Напряжение питания можно определить по формуле (1.17) при этом U_k берем в пределах 0,8…1,2 В:

(1.17)

;

Коэффициент использования коллекторного напряжения выбираем из соотношения:

ξ=1-2Р_к/Е_к²S_крα₁ (1.18)

;

где S_кр – крутизна линии критического режима выбранного транзистора (при отсутствии данного параметра в справочнике значение S_кр определяют графически в семействе идеализированных выходных характеристик транзистора; из справочника возьмем S_кр=0,03).

Определяем основные электрические параметры режима:

амплитуду переменного напряжения на контуре

U_мк=ξ|E_k|; (1.19)

амплитуду первой гармоники коллекторного тока

I_K1m=2P_K/U_mk; (1.20)

;

Постоянную составляющую коллекторного тока

I_Kпост=α₀I_K1m/α₁ (1.21)

;

максимальное значение импульса тока коллектора

I_{Kи max}= I_K1m/α₁ (1.22)

;

мощность, расходуемую источником тока в цепи коллектора

Р₀=I_Kпост|E_k|; (1.23)

;

мощность, рассеваемую на коллекторе

Р_{К рас}=Р₀-Р_К (1.24)

;

причем необходимо, чтобы

Р_{К рас}<Р_{K max} (1.25)

КПД по цепи коллектора

η=Р_К/Р₀ (1.26)

;

Эквивалентное резонансное сопротивление контура в цепи коллектора

R_рез=U_mk/I_K1m (1.27)

;

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

h_21б(f_p)=h_21б/ (1.28)

;

Где h_21б(f_p) – коэффициент передачи тока на низкой частоте; f _h21б(f_p)-предельная частота коэффициента передачи тока биполярного транзистора выбранного типа.

Для определения параметра h_21б (значение которого не всегда приводится в справочниках) может быть использована формула

h_21б= h_21э/(1+ h_21э) (1.29)

;

где h_21э-коэффициент передачи тока биполярного транзистора в режиме малого сигнала в схеме с ОЭ.

Определяем амплитуду первой гармоники тока эмиттера

I_Э1m=I_K1m/ h_21б(fp) (1.30)

;

Находим амплитуду импульса тока эмиттера

I_{Э u max}= I_Э1m/α_1(Э) (1.31)

;

Рассчитываем амплитудное значение напряжения возбуждения на базе транзистора, необходимое для обеспечения импульса тока эмиттера I_{Э u max} без учета влияния частоты

U_БЭm= I_{Э u max}/(1-cosθ_э)S₀ (1.32)

;

где S₀-крутизна характеристики тока коллектора.

Определяем напряжение смещения на базе, обеспечивающее угол отсечки тока эмиттера,

U_БЭсм=Е_с+ U_БЭmcosθ_э (1.32)

;

где Е_с – напряжение среза.

В случаях, когда значение напряжения среза в справочниках не приводится, его можно найти по идеализированным (спрямленным) характеристикам транзистора или ориентировочно принять равным Е_с=(0,1…0,2)В (полярность Е_с зависит от типа транзистора: для транзисторов p-n-p на базу подается отрицательное, а для транзисторов n-p-n положительное напряжение смещения).

Находим коэффициент обратной связи

К_св= U_БЭm/U_mk (1.33)

;

Для выполнения условия баланса амплитуд необходимо выполнить условие

К_св≥ К_{св min}=1/S₀R_рез (1.34)

;

Рассчитываем сопротивление резисторов R1и R2. Для этого задаемся током делителя, проходящим через эти резисторы

I_Д≈5I_Бпост (1.35)

;

где I_Бпост - постоянная составляющая тока базы выбранного транзистора. Величину I_Бпост можно найти по формуле

I_Бпост=I_Kпост/h_21Э (1.36)

;

(h_21Э – статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора выбранного типа в схеме с общим эмиттером).

Зная I_Д, находим R2 по формуле

R₂= U_БЭсм/ I_Д (1.37)

;

Поскольку ток делителя на много превышает ток базы транзистора, последний не изменит существенно ток, протекающий через резистор R1. поэтому

R₁=(E_k-U_БЭсм)/I_Д (1.38)

;

Мощность, рассеиваемая на резисторах R1 и R2, соответственно равна P_R1=I²_ДR₁; P_R2=I²_ДR₂. С учетом этих значений выбираем стандартный тип резисторов R1 и R2 по шкале номинальных сопротивлений резисторов.

Находим емкость разделительного конденсатора С1 С₁≈(10…20) С_э, где С_э – емкость эмитерного перехода транзистора.

С1 = 15·70 Пф = 1 нФ

Элементы цепочки термостабилизации R₃C₂ определяются так же, как и при расчете избирательного усилителя на транзисторе

R₃≈U_Э/I_Эпост (1.39)

;

где U_Э падение напряжения на резисторе эмиттерной стабилизации (порядка (0,7…1,5)В); I_Эпост – постоянный ток эмиттера (I_Эпост≈I_Кпост).

Емкость конденсатора С2 равна

С2≥(15…30)10³/f_pR₃ (1.40)

;

Где С2 выражается в микрофарадах; f_p – мегагерцах; R₃ – в килоомах

Стандартные значения R₃ и С2 выбираются по шкале нормальных значений сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов

3. Определяем параметры контура. Задаемся добротностью одиночного (ненагруженного)контура. Экспериментальным путем установлено, что у генераторов малой и средней мощности добротность ненагруженных контуров составляет:

на волнах 20…50м (15 МГц…6 МГц) Q=150…300;

на волнах 50…100м (6 МГц…3 МГц) Q=100…250;

на волнах 100…1000м (3 МГц…300 кГц) Q=80…200.

Добротность нагруженного контура подсчитывается по формуле

Q'=Q(1-η_к) (1.41)

;

где η_к – КПД контура.

Находим минимальную общую емкость контура С_{к min} по приближенной формуле

С_{к min}≈(1…2)λ_р (1.41)

;

λ_р – рабочая длина волны колебаний (λ_р=с/f_p, где с – скорость света), м; С_{к min} выражается в пикофарадах).

В общую емкость контура С_{к min} входят емкость конденсатора С3 (рис. 9.2 а) и выносимые (паразитные) емкости: выходная емкость транзистора, емкость катушки контура, емкость монтажа и др. Общая величина вносимой емкости С_вн обычно составляет десятки пикофарад. Следовательно, емкость конденсатора контура С3 мажет быть найдена по формуле

С₃≈ С_{к min}-С_вн (1.42)

;

Вполне понятно, что формула (1.42) позволяет установить лишь ориентировочное значение емкости С3; более точное значение определяется в процессе настройки схемы.

Рассчитываем общую индуктивность контура L_k

L_k=0.282λ²_p/С_{к min} (1.43)

;

где L_k выражается в микрогенри; λ_р – в метрах; С_{к min} – в пикофарадах.

Определим волновое (характеристическое) сопротивление контура

ρ=10³ (1.44)

;

(ρ выражается в омах; L_k – в микрогенри; С_{к min} – в пикофарадах.

Находим сопротивление потерь контура

R_п=ρ/Q^' (1.45)

;

Рассчитываем сопротивление, вносимое в контур

R_вн= R_пη_к/(1-η_к) (1.46)

;

Полное сопротивление контура равно

R_K= R_п+ R_вн (1.47)

;

Определяем амплитуду колебательного тока в нагруженном контуре

I_mk= (1.48)

;

Находим величину индуктивности L2 связи контура с базой транзистора (приложение)

L₂=K_свL_k (1.49)

;

Определяем величину индуктивности связи контура с коллектором транзистора

L₁=L_k-L₂ (1.50)

;

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: