2.1 Розрахунок по постійному струмі
Задаємо постійну складову колекторного струму ІК0, напругу між колектором та емітером ЕКе і напругу на емітері.
IК0 = 5 mA, ЕКе = 7 B и Ее = 2 B.
Розраховуємо опір автозміщення в емітерному колі:
R3 =ЕЭ / IК0 = 4,5/ 10 ∙ 10-3 = 450 Ом;
Вибираємо стандартне значення опору R3 = 470 Ом.
Ряд Е24 – ряд існуючих номіналів елементів.
Розраховуємо напругу джерела живлення:
EK = ЕКе + Ее = 10 + 4,5 = 14,5 B.
Розраховуємо струм бази:
IБ0 = IК0 /β0 =10 ∙ 10–3 / 100 = 100 мкА,
где β0 – коефіцієнт передачі струму транзистора.
Задаємо струм дільника напруги кола фіксованого зміщення:
IДіЛ = (10…20) ∙ IБ0 = 15 ∙ 100 ∙10-6 = 0,15 А = 1500 мА.
Розраховуємо опір дільника напруги:
RДіЛ = R1 + R2 =EK / IДіЛ = 14,5 / 1500 ∙ 10-6 = 9,7 кОм.
Визначимо напругу зміщення на базі транзистора:
ЕБ = Ее +0.7 = 4,5 + 0.7 = 5.2 В.
Знайдемо значення опорів R1 та R2:
R1 = ЕБ / IДіЛ = 5,2 / 1500 ∙ 10-6 = 3,5 кОм,
R2 = RДіЛ – R1 = 9,7 – 3,5 = 6,2 кОм.
Вибираємо стандартні значення опорів R1 та R2:
R1 = 3.6 кОм, R2= 6,2 кОм.
2.2 Розрахунок по змінному струмі.
Визначаємо крутизну транзистора:
S
=
,
де
- високочастотний
опір
бази,
- опір
емітерного переходу.
= τК / СК = 15 ∙ 10-12 / 3,75 ∙ 10-12 = 4 Ом,
де τК – постійна часова кола зворотнього зв’язку, СК – ємність колекторного переходу.
h21 – коефіцієнт зворотнього зв’язку по напрузі.
Так як в описі даного транзистора його не має, то можна визначити за такою формулою:
h21=U1/ U2 .
h21=450 мВ.
U1 – зміна напруги між базою та емітером.
U2 – зміна напруги між колектором та емітером.
= 26 / IК0 = 26 / 10 = 2,6 Ом.
S = 100 / ( 4 + 100 ∙ 2.6) = 380 мА/В.
Задамо коефіцієнт генерації GP = (3…7) = 5 і знаходимо керуючий опір:
RУ = GP / S = 5 / 380 ∙ 10-3 = 13 Ом.
Задамо коефіцієнт зворотнього зв’язку автогенератора:
К’ОС = С3 / С2 = 1
і розрахуємо реактивний опір ємності С3.
X3
=
=
=
10.2
Ом,
де rкв – опір кварцового резонатора, який знаходиться по формулі:
rкв = 1 / ω ∙ Ck ∙ Qk = 1 / 2 ∙ π ∙ 433,9 ∙ 106 ∙ 3,2 ∙ 10-15 ∙ 2 ∙ 106 = 8 Ом.
Ck - ємність кварцового резонатора, Qk – добротність кварцового резонатора.
Знаходимо ємність конденсаторів С2 і С3:
С2 = С3 = 1 / ωкв ∙ X3 = 1 / 2 ∙ π ∙ 433,9 ∙ 106 ∙ 10.2 = 3,6 мкФ.
Стандартні значення: С2 = С3 = 3.6 мкФ.
Розраховуємо ємність блокуючого конденсатора:
С1
= (10…20)
= 15 / 2 ∙ π
∙ 433,9 ∙ 106
∙ 2.6 = 2.1 нФ,
Стандартне значення С1 = 2.2 нФ.
Розрахуємо індуктивність блокуючого дроселя:
Lk
= (20…30)
= 25 ∙ 10.2 / 2 ∙ π
∙ 433,9 ∙ 106
= 0.093 мкГн.
Визначимо необхідність дроселя LБ з умови:
R1 ∙ R2 / (R1 + R2 ) ≥ (20…30) ∙ X3,
Якщо вона не виконується, то дросель необхідний.
Перевірка
3.5 ∙ 103 ∙ 6,2 ∙ 103 ≥ 25 ∙ 10.2
2170 ≥ 255
Умова виконується, отже, дросель не потрібен.
Енергетичний розрахунок автогенератора.
Визначимо коефіцієнт Берга γ1 = 1 / Gp і через нього коефіціенти α0 і α1.
γ1 = 1 / Gp = 1 / 5 = 0.2; θ = 60˚;
γ0 = 0.11; α0 = 0.21; α1= 0.4.
Значення взяті з таблички коефіцієнтів Берга(для радіо техніки).
Розрахуємо амплітуду колекторного струму:
Imk = Ik0 / α0(θ) = 10 ∙ 10-3 / 0.21 = 47.6 mA.
Перевіряємо умову Imk < Imk доп, 47.6 mA < 100 mA.
Знаходимо амплітуду першої гармоніки колекторного струму:
Ik1 =α1(θ) ∙ Imk = 0.4 ∙ 47.6 ∙ 10-3 = 19 mA.
Розраховуємо амплітуду напруги на базі транзистора:
UmБ = Ik1 ∙ Ry = 19 ∙ 10-3 ∙ 13 = 0.247 B.
Обчислюємо модуль коефіцієнта зворотнього зв’язку:
=
= 0.98.
Знаходимо амплітуду напруги на колекторі:
Umk
=
=
0.247 / 0.98
= 0.252
B.
Виявляємо потужність, споживану від джерела колекторного кола:
P0 = Ik0 ∙ EКе = 10 ∙ 10-3 ∙ 10 = 100 мВт;
Потужність, розсіювана кварцевим резонатором:
Pкв = 0.5 ∙ ( UmБ / X3 ) 2 ∙ rкв = 0.5 ∙ ( 0.247 / 10.2 ) 2 ∙ 8 = 2.34 мВт;
Перевіряємо умову Pкв < Pкв доп, де Pкв доп – допустима потужність розсіювана на кварцевому резонаторі, 2.34 мВт < 100 мВт.
Потужність, розсіювана транзистором:
Pk = P0 – Pкв = 100 – 2,34 = 97.66 мВт;
Перевіряємо умову Pк < Pк доп, де Pк доп – допустима потужність розсіювана транзистором, 97.66 мВт < 150 мВт.
Оцінимо величину допустимого опору навантаження:
R н доп ≥ 5 ∙ U2mk / Pкв = 5 ∙ 0.2522 / 2.34 ∙ 10-3 = 136 Ом.
З умови, що буде споживатись потужність:
Pн = 0.1 ∙ Pкв = 0.1 ∙ 2.34 = 0.234 мВт
Знайдемо КПД автогенератора:
η =Pн / P0 = ( 0.234 / 100 ) ∙ 100% = 0.23 %.