Контрольные задания. Задание 6. 1. Дан lc-автогенератор гармонических колебаний, построенный на биполярном транзисторе по схеме

Задание 6.1. Дан LC-автогенератор гармонических колебаний, построенный на биполярном транзисторе по схеме, указанной в табл. 6.1. Выполнить:

1. Построение схемы генератора.

2. Выбрать напряжение источника питания, рассчитать элемен­ты смещения.

3. Рассчитать элементы резонансного контура и сопротивления обмотки катушки индуктивности.

4. Из условий самовозбуждения определить величины элемен­тов обратной связи.

5. Определить амплитуду стационарных колебаний.

6. Расчет одноконтурного LC-автогенератора состоит из расчета режима работы транзистора и расчета контура. В большинстве случаев рассчитывается критический режим работы генератора, характеризующийся наибольшей полезной мощностью при высоком к.п.д. Угол отсечки коллекторного тока в критическом режиме составляет q = 90°.

Таблица 6.1

Методика выполнения задания

1. Тип транзистора выбирается из условия, что при заданном значении Рвых мощность P_K, которую должен отдать транзистор в контур, составляет P_K= P_вых/h_K, где h_K = 0,5... 0,8 — к.п.д. кон­тура (при повышенных требованиях к стабильности частоты к.п.д. контура выбирают в пределах 0,1... 0,2), при этом у выбранного

Транзистора P_Kmax ³ P_K ; t_max > f_Г .

2. Коэффициент использования коллекторного напряжения вы­бирают из соотношения

x =1-2P_K /(E²_K s_K a_1K ),

где s_K = DI_K /DU_KЭ —крутизна линии критического режима (рис. 6.17, а) выбранного транзистора; a_1K ,a_0K —коэффициенты разложе­ния импульса коллекторного тока для q (рис. 6.17, б); E_K=6...12 В—напряжение источника питания цепи коллектора

3. Основные электрические параметры режима: амплитуда пере­менного напряжения на контуре U_mK = xE_K; амплитуда первой гармоники коллекторного тока I_K1m = 2P_K / U_mK; постоянная состав­ляющая коллекторного тока

I_K0 = a_0K I_K1m / a_1K ; максимальное зна­чение импульса тока коллектора

I_{K.и max} =I_K1m / a_1K; мощность,расходуемая источником питания в цепи коллектора, P₀ = I_K0 E_K; мощ­ность, рассеиваемая на коллекторе,

P_K.рас = P₀ -P_K < P_Kmax ;эквивалентное резонансное сопротивление контура в цепи коллектора Rрез = E_mK/I_K1m ; коэффициент передачи тока в схеме с ОБ на ра­бочей частоте h_21Б (f_Г)= h_21Б /Ö(1+(f_Г/ f_h21Б)), где h_21Б — коэффициент передачи тока на низкой частоте; f_h21Б —предельная частота коэф­фициента передачи гока биполярного транзистора выбранного типа;

h_21Б = h_21Э /(1+h_21Э), где h_21Э — коэффициент передачи тока биполярного транзистора в режиме малого сигнала в схеме с ОЭ; ампли­туда первой гармоники тока эмиттера I_Э1m =I_K1m /h_21Б(fГ); амплиту­да импульса тока эмиттера I_{Э.и max} =I_Э1m a_1Э , где a_1Э ,a_0Э — коэф­фициенты разложения импульса эмиттерного тока для угла отсечки q_Э тока эмиттера (рис. 6.17, б) определяемого по формуле q_Э =90°- f_Г /f_h21Б.

4. Амплитудное значение напряжения возбуждения на базе тран­зистора, необходимое для обеспечения импульса тока эмиттера
I_{Э.и max} , определяют по формуле

U_БЭm = I_{Э и max} /[(1-cosq_Э)s₀ ],

где s₀ = DI_K /DU_БЭ при U_KЭ = const — крутизна характеристики тока-коллектора (рис. 6.15, в).

5. Напряжение смещения на базе, обеспечивающее угол от­сечки тока эмиттера, определяется по формуле

U_БЭ.см = Е_с + U¹_{БЭ m} * cos Q_Э,

где Е_с = ± 0,1...0,3 В — напряжение среза, которое определя­ется по спрямленным характеристикам I_K = f(U_БЭ) при U_KЭ = сопst (рис. 6.15, в), знак при Е_с определяется типом биполяр­ного транзистора (плюс для п-р-п, минус для р-п-р).

6. Для выполнения условия баланса амплитуд необходимо чтобы коэффициент обратной связи

К_св = U_БЭm / U_mK ³ K_{св min} = 1 /(s₀ *R_рез).

7. Сопротивление резисторов R1 и R2 (рис. 6.1, а, б, в) опреде­ляется по формулам:

R₂ = U_БЭсм / I_д ; R₁ =(E_K - U_БЭсм)/ I_д ,

где I_д»5 I_Б0 =5 I_К0 / h_21Э - ток делителя; I_Б0 — постоянная состав­ляющая тока базы транзистора.

Мощность, рассеиваемая на резисторах R1 и R2, соответствен­но равна P_R1 = = I²_д R₁ ; P_R2 = I²_д R₂ .

Для схемы рис. 6.2, г сопротивление резистора R_Б =U_{БЭ m} / I_Б0 = U_БЭ h_21Э/I_К0.

8. Индуктивность дросселя Lдр в цени базы транзистора (рис.6.2,г) определяется из выражения Lдр =36* 10^-2 /(С _БЭ f²_Г), где С_БЭ —емкость эмиттерного перехода транзистора.

9. Емкость разделительного Ср и блокировочного Сф конденса­торов Ср = 10... 20 С _БЭ; Сф =15 *10³ / f_Г.

10. Элементы цепочки термокомпенсации (рис. 6.1,б) R_Э»U_Э / I_Э0 ; С_Э ³(5... 30)* 10³ /(f_Г R_Э), где U_Э» (0,7... 1,5) В —падение напряжения на резисторе R_Э; I_Э0 —постоянный ток эмиттера (I_Э0» I_Ко); С_Э выражается в микрофарадах, если f_Г в мегагерцах, а R_Э в килоомах.

11. Добротность нагруженного колебательного контура под­считывается по формуле Q'=Q (1 - h_k),

где Q —добротность ненагруженного контура; Q = 80... 120 при f_Г = 0,3...3 МГц; Q =100...140 при f_Г = 3...6мГц; Q = 150...200 при f_Г = 6... 15 мГц; Q= 200...300 при f_Г = 15... 30 мГц; Q= 200...300 при f_Г ³ 30 мГц.

12. Минимальная общая емкость контура

С_{K min} »(1...2) l_р(пФ),

где l _р = с/ f_Г — рабочая длина волны колебаний; с — скорость света. В общую емкость входят емкость конденсатора Ск и вноси­мые (паразитные) емкости: выходная емкость транзистора, емкость катушки контура, емкость монтажа и др. Величина составляет десятки пикофарад.

Емкость конденсатора контура Ск» С_{K min} —С _вн. Эта формула дает ориентировочное значение емкости Ск, которое затем уточня­ется в процессе настройки.

13. Индуктивность контура L_k= 0,282 l² _р/С I²_{k min} кгп1п, где Lк— в микрогенри; С I²_{k min} — в пикофарадах; l _p — в метрах.

14. Волновое сопротивление Zс и сопротивление потерь Rп кон­тура Zс = = 10 ³Ö (L _k / C_{k min}), где Zс —в омах; L _k — в микрогенри; С _{k min} —в пикофарадах; Rп=

= Zс/Q'.

15. Сопротивление, вносимое в контур, R_вн = R_kh _k/(1— h_k).

16. Полное сопротивление контура R _k =R_п +R _вн .

Примечание. При расчете LС- автогенератора по схеме рис. 6.2, а необходимо определить параметры трансформатора TV (r₁,r₂ ,n, r_ос , L_k,L_н , L_oc, n_oc): r₁ = R_k(1 —h_TV)/2 — сопротивление первичной обмотки; h_TV -к.п.д. трансформатора, зависящий от мощности трансформатора (при Р_TV< 1Вт h_TV = 0,7... 0,82; Р_TV= 1. • • 10 Вт, h_TV = 0,8...0,9; Р_TV = 10... 100 Вт, h_TV_= 0,9... 0,94; Р_TV > 100 Вт, h_TV= 0,96...0,98); n» U_выхÖ2 /U_mK — коэффициент трансформации; полагая М = K_и L_k , находим r₂ из выражения

R_k = r₁+ w²_Г М² (r₂ + R_н), где К_и — коэффициент связи между об­мотками трансформатора: К_и = 0,5... 0,9 при сильной связи; К_и =0,01... 0,5 при слабой связи. С_н = 1/(w²_Г L_н), где L_н =n² L_k,

n_ос» U_БЭm / U_mK; L_oc = n²_oc L_k; M_oc = К_{и ос} М.

17. Амплитуда колебательного тока в нагруженном контуре определяется выражением I_{mн. к} = Ö(2 P_k /R _k).

18. Определяем индуктивность L2 (емкость конденсатора С2) связи контура с базой транзистора

L₂ = K_св L_k, С ₂=Ск(1+1/Kсв).

19. Находим индуктивность (емкость) связи контура с базой транзистора L₁

= L_k — L₂; C₁= Ск (1 + K_св).

20. Емкость конденсатора С2 (рис. 6.1, а) выбираем из условия, чтобы на частоте генерации его сопротивление составляло 0,05 от R₂:

С ₂ = 20/(w _Г R₂).

21. Для схемы рис. 6.1, а проверяем условие амплитуды

b ³ h_11Э R_k C_k + М_ос

М_ос L_k

Задание 6.2. Дан RС- автогенератор гармонических колебаний, построенный на операционном усилителе К140УД7 по схеме, ука­занной в табл. 6.2.

Используя справочные данные усилителя К, U⁺_вых, U^-_вых, R_вх, R_вых и данные табл. 6.2, необходимо:

1. Построить схему генератора.

2. Рассчитать элементы схемы генератора.

Таблица 6.2