Расчёт элементов и узлов аппаратуры связи

Рассчитаем RC-автогенератор на биполярных транзисторах 2Т928А,Б схема 1. Частота генерации f_Г=200 кГц Напряжение питания U_{пит авт}=15 В Сопротивление нагрузки в коллекторной цепи R_к=10 Ом

Схема 1

Автогенератор собран на составном транзисторе VT1 - VT2 для увеличения входного сопротивления транзистора по цепи базы.

В стационарном режиме работы автогенератора на частоте генерации г=2fг, то должны выполнятся условия баланса амплитуд и фаз:

Теперь можно записать, что:

и коэффициент передачи цепи обратной связи на частоте генерации

Найдём значения сопротивлений R_H и R, входящих в формулы для расчёта _г и Н_ОС(_г).

Входное сопротивление R_Н составного транзистора:

R_Н=R_бэ2 ,

где - коэффициент усиления транзистора по току (для VT1);

R_бэ2 - входное сопротивление транзистора VT2.

Для определения и R_бэ2 нужно выбрать рабочую точку транзистора.

Для этого вначале необходимо построить проходную характеристику транзистора i_k=F(u_бэ) - зависимость действующего значения тока в выходной цепи от входного напряжения u_бэ. В свою очередь, исходными для построения проходной характеристики являются:

входная характеристика транзистора i_б=F(u_бэ)

выходная характеристика транзистора i_k=F(u_кэ)

Входная характеристика Выходные характеристики

На семействе выходных характеристик используемого транзистора 2Т928А,Б проводится нагрузочная прямая через точки с координатами: (0, U_пит) и (U_пит/R_K, 0).

По точкам пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками строим промежуточную характеристику i_k=F(i_б). Для этих целей удобно составить таблицу:

Промежуточная характеристика

Затем используя полученную зависимость и входную характеристику i_б=F(u_БЭ), определяют требуемую зависимость: i_K=F(u_БЭ)

Все данные, необходимые для построения характеристики, сведены в таблицу:

Входная характеристика

По проходной характеристики определяют положение рабочей точки. Лучше всего задаться значением U_БЭ0 = 0,8 В - это середина линейного участка проходной ВАХ.

Тогда по входной ВАХ транзистора определяют в рабочей точке:

.

Коэффициент усиления транзистора по току:

.

Зная R_БЭ2 и , можно рассчитать сопротивление R_H составного транзистора:

R_H = · R_БЭ2

Из условия R>>R_K следовало бы выбрать значение R 10 кОм. Но эту величину необходимо уточнить при дальнейшем расчёте.

Определим теперь амплитуду стационарного колебания на выходе генератора. Для этого построим колебательную характеристику S_ср = F(U_БЭ).

Значение средней крутизны для разных значений U_БЭ можно определить по методу 3-х ординат по формуле:

Представим все расчёты в виде таблицы:

На основании этой таблицы строится колебательная характеристика S_СР = F(U_1(БЭ)).

генератор частота преобразователь

Колебательная характеристика

Для того чтобы по колебательной характеристике определить стационарное действующее значение U_БЭ необходимо предварительно рассчитать значение средней крутизны в стационарном режиме .

Известно, что Н_УС(_Г)=R_K. С другой стороны из баланса амплитуд Н_УС(_Г) = 1/Н_ОС(_Г). Отсюда

.

Определим значение Н_ОС(_Г) для рассчитанных значений R_H и R.

.

R = 100 Ом.

Используя колебательную характеристику и зная значение средней крутизны в стационарном режиме S^*_ср = 3,294 mA/В, легко найти стационарное действующее значение U_БЭ. Оно равно: U_БЭ = U_ВХ = 0,15 В. Тогда напряжение на выходе генератора в стационарном режиме можно найти из соотношения

U_ВЫХ = U_ВХ • Н_УС(_Г)

Определим теперь значение емкости в цепи обратной связи. Из выражения для частоты _Г найдем

;

Емкость С_Р разделительного конденсатора выбирается из условия С_Р>>С или 1/_ГС_Р ? 0,01R. Возьмем С_Р = 1 мкФ.

Осталось определить только значение сопротивления R_Б, задающего рабочую точку U_БЭ0, I _БЭ0. Рассчитаем его по формуле:

.

Выбираем резистор с номиналом R = 100 Ом.

На этом расчет RC-генератора можно считать законченным. Остается лишь привести его схему с найденными значениями элементов.

Расчет спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя

Схема нелинейного преобразователя (схема 2) Тип нелинейного элемента транзистор КП305Е Напряжение на входе U_m=2,5 В Напряжение смещения U₀=-1,0 В

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

Размещено на http://www.allbest.ru/

Амплитуда напряжения на выходе автогенератора больше амплитуды напряжения, которое следует подать на вход нелинейного преобразователя, следовательно, его необходимо ослабить. Для этого используем усилитель, которую подключим между генератором и нелинейным преобразователем.

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

Размещено на http://www.allbest.ru/

Передаточная функция этой схемы:

Так как U_{m вх}=2,5 В, а U_{m вых ген}=4,942 В, тогда :

Расчет нелинейного преобразователя

Используя проходную ВАХ диода, графически определим вид тока на выходе

Для расчета тока и напряжения на выходе нелинейного преобразователя необходимо сделать аппроксимацию ВАХ. Амплитуда выходного сигнала достаточно велика, поэтому выберем кусочно-линейную аппроксимацию

По ВАХ определяем U_отс=0,3 В

Для расчета крутизны S выбираем любую точку на прямой, аппроксимирующей ВАХ Для расчета крутизны S выбираем любую точку на прямой, аппроксимирующей ВАХ, например U_БЭ = 0,8 В, I_К = 3 мА, тогда

Рассчитываем угол отсечки:

Затем вычисляем функции Берга

Постоянная составляющая и амплитуды гармоник спектра тока i_вых рассчитывается по формуле:

I_mk = S U_{m k}(), k = 0, 1, 2, 3, ...

Ограничиваясь третьей гармоникой, имеем:

Напряжение на выходе нелинейного преобразователя при наличии разделительного конденсатора не пропускающего постоянную составляющую u_вых = i_вых • R_к .

Амплитуды гармоник выходного напряжения:

Расчёт электрических фильтров