Министерство общего и профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

Кафедра ИИСТ

Пояснительная записка по курсовой работе:

“Разработка и расчет экранированного

автогенератора”

Студент гр.6561: Виноградов К.Ю.

Преподаватель: Пыко С.М.

Санкт-Петербург

Содержание:

1. Задание.

Проектирование автогенератора с кварцевым резонатором в контуре.

Рассчитать электрическую схему транзисторного автогенератора и разработать его конструкцию.

Предложить методику настройки автогенератора.

Конструкция автогенератора должна учитывать наличие электромагнитного экрана, расчитанного на частоты близкие к частоте автогенератора и обеспечивать заданную эффективность подавления помех.

2. Расчет схемы автогенератора.

Рассчитаем колебательную систему автогенератора, работающего на частоте 4,99992 МГц и выполненного на транзисторе ГТ313.

Таблица 1.1

Таблица 1.2

2.1. Расчет аппроксимированных параметров транзистора.

Зададимся мА; =-5В; q=70⁰ (a₁=0,436; a₀=0,253) и определяем

МГц

2.2. Расчет параметров колебательной системы

Задаемся m=0,1.

Параметр

Отношение емкостей

Амплитуда первой гармоники I_К1 коллекторного тока: мА

Емкость конденсатора в цепи базы пФ

Емкость контура пФ

Емкость конденсатора пФ

Нагруженная добротность колебательной системы

Индуктивность контура мкГн

Модуль коэффициента обратной связи

Резистор R₀ выбирается Ом

2.3. Расчет режима работы транзистора.

Амплитуда напряжения на базе В

Амплитуда напряжения на коллекторе В

Постоянное напряжение на коллекторе В

Проверяем условие недонапряженного режима

В

Эквивалентное сопротивление колебательной системы автогенератора

Ом

Постоянная составляющая коллекторного тока мА

Мощность потребляемая транзистором от источника коллекторного питания мВт Поскольку вся мощность, отдаваемая транзистором, рассеевается на кварцевом резонаторе,

мВт .

Коэффициент полезного действия транзистора

Постоянная составляющая тока базы мА

Напряжение смещения на базе В

2.4. Расчет элементов цепей питания.

Сопротивление в цепи эмиттера Ом

Индуктивность дросселя в коллекторной цепи выбирается из условия , тогда =мкГн

Напряжение источника коллекторного питания =В

Расчет делителя базируется на выполнении двух условий: во-первых, должно быть исключено шунтирование колебательной системы автогенератора делителем и, во-вторых, напряжение смещения между базой и эмиттером транзистора должно соответствовать расчетному расчетному значению. Таким образом Ом и мА

где I_дел - ток протекающий через резистор R₂ . Для того чтобы базовый ток не влиял на величину напряжения смещения , целесообразно I_дел выбирать из условия: I_дел = (5ё10)I_б0. =Ом

Ом

Емкость коденсатора пФ

3.Настройка колебательного контура автогенератора. Выбор катушки индуктивности.

Настройка колебательного контура автогенератора может производиться двумя способами: изменяем емкость или изменением индуктивностей. Наиболее чаще используют подстроечную катушку индуктивности.

В данной схеме автогенератора будет использоваться однослойная цилиндрическая катушка с подстроечником в виде ферритового стержня (сердечника).

В качестве материала каркаса катушки выбран полистерол, так как он обладает удобными физическими параметрами и широко используется. Провод – медный в изоляции типа ПЭВ, диаметром 0.2 мм (0.15 – 0.30мм).

Индуктивность катушки определяется по формуле:

где 0.45 – поправочный коэффициент;

- длина намотки провода;

D – диаметр катушки (каркаса);

W – количество витков.

Отсюда количество витков:

Зададимся диаметром D = 5 мм.

= 30 мм.

Так как ферритовый стержень влияет на индуктивность катушки, для расчета числа витков возьмем L меньше на 10ё20% (L_K =3,47мкГн; Ю

L = 3 мкГн)

В связи с тем, что влияние экрана на индуктивность незначительно, в данной работе им можно принебречь. В противном случае оно может быть компенсировано при настройке.

Подставляя значения в формулу находим количество витков W=63 витка.

4. Выбор элементов.

5. Размещение элементов на печатной плате.

6. Расчет экрана.

При расчетах будем считать, что экран изготовлен из меди (магнитная проницаемость меди m = 1, относительная проводимость меди s_отн = 1). Экран условно разбивается на две составляющие: реальный сплошной экран (S_P) и идеальный сплошной экран с отверстиями (S_и). Обоснование толщины экрана и параметров отверстий будет приведено ниже.

6.1. Расчет толщины экрана t.

Так как расчетные формулы для дальнего и ближнего элекрического поля идентичны, будем оговаривать вид поля (ближнее/дальнее) по мере надобности.

Коэффициент экранирования равен: где К_погл. – коэффициент поглащения экраном: ; К_отр. – коэффициент отражения экраном: ; К_м.отр. – коэффициент многослойного отражения экрана ().

Подставив в формулу данное значение коэффициента экранирования найдем минимальное значение толщины экрана:

, откуда t > 0.123мм.

Примем толщину экрана t = 0.8мм. Данное значение вполне удовлетворяет предполагаемым требованиям жесткости и составляет реальную пропорцию с размерами печатной платы.

6.2. Расчет эффективности реальной составляющей экрана.

В соответствии с формулой (1) коэффициент экранирования реального экрана равен: Кэ._Р.=101.2 дБ. Отсюда находим эффективность экранирования реальным экраном:

6.3. Расчет эффективности идеальной составляющей экрана.

Утечка поля через круглое отверстие определяется формулой: ,

где x - диаметр отверстия; r – расстояние от источника помехи до экрана; - падающая волна.

Эффективность экранирования идеальным экраном с отверстиями определяется по формуле: где i – номер отверстия.

В разрабатываемом экране нам понадобится 4 отверстия:

1. Отверстие для настройки колебательного контура автогенератора. Примем x₁ = 0,003 м.

2. Отверстие для подвода питания (изоляция ПВХ). Примем x₂ = 0,0015 м

3. Отверстие для подвода выходного сигнала (изоляция ПВХ). Примем x₃ = 0,0015 м.

4. Отверстие для подвода нулевого провода (изоляция ПВХ). Примем x₄ = 0,0015 м

5. Отверстие для настройки Скв. Примем x₅ = 0,003 м.

Расстояние от источника помехи до экрана рассчитаем по формуле: где l - длина волны: . Следовательно, r = 0.009м.

Формула примет вид: ; Отсюда S_и = 53,4.

6.4. Расчет конечного значения эффективности экранирования.

Конечное значение эффективности экранирования рассчитывается по формуле:

но справедливо условие:

Так как S_и < S_p, то коэффициент экранирования нашего экрана: К_э.и.= 34 дБ.

При уменьшении значения r, согласно формуле (3), эффективность экранирования также будет уменьшаться. Следовательно, в ближней зоне экран будет не эффективен. Рассмотрим эффективность экранирования в дальней зоне .

Значение эффективности экранирования реального экрана останется прежним (S_p=114815,36).

Найдем минимальное значение r, при котором значение эффективности экранирования становится удовлетворительным.

Приняв К_и равным заданному значению (65 дБ), из формулы (3) мы имеем: .

Начиная с полученного значения и далее, значение эффективности экранирования становится удовлетворительным.

6.5. Дополнительные меры для получения требуемой эффективности экранирования.

Для того, чтобы экран был эффективен как в дальней, так и в ближней зоне, мы будем использовать волноводы. Влияние волновода на эффективность экранирования описывается следующей формулой:

где t – длина трубки волновода, d – диаметр волновода.

Рассмотрим влияние волноводов на эффективность экранирования для . Отсюда коэффициент экранирования идеальным экраном будет равен:

где К_э.и0. берем из пункта 4 равным 34 дБ;

Приняв для всех отверстий нашего экрана t = 1.5 мм и при условии что d=x с помощью формулы находим: К_э.волн.=112 дБ, S_и.волн.=398107. Следовательно, из формулы (5), коэффициент экранирования идеальным экраном К_э.и.=146 дБ. Эффективность экранирования идеальным экраном S_и= 19952699. Так как S_и.>S_р., то коэффициент экранирования в итоге будет равен:

К_э.=20lgS_p.=101,2 дБ. Полученный результат удовлетворяет заданному требованию (К_э>К_э.зад.=65 дБ).

7. Вывод по проделанной работе.

Произведена разработка автогенератора с кварцевым резонатором в контуре, размещается на печатной плате размерами 5ґ5 см. Автогенератор снабжен медным экраном толщиной 0.8 мм с пятью отверстиями: три отверстия диаметром 1.5 мм, предназначенные для проводов питания, выхода и земли, и два диаметром 3 мм. Отверстия в свою очередь снабжены волноводами, что позволяет добиться нужной эффективности экранирования. В конструкции автогенератора предусмотрена настройка колебательного контура. Для удобства доступа к подстроечной катушке индуктивности в экране предусмотрено отверстие диаметром 3 мм.

К сожалению использована старая элементная база.

8.Литература.

1 Князев А.Д. и др.

“Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычеслительной аппаратуры с учетом элекромагнитной совместимости”, Москва, “Радио и связь” 1989г, 224 стр.

2 Митрофанов А.В. и др.

“Радиопередающие устройства” Ленинград, ЛЭТИ, 1983г, 64 стр.

3 Пыко С.М.

Конспект лекций, 1999г.

Вариант 46

Проетирование автогенератора с кварцевым резонатором

Рассчитать электрическую схему транзисторного автогенератора и разработать его конструкцию.

Предложить методику настройки автогенератора.

Конструкция автогенератора должна учитывать наличие электромагнитного экрана, расчитанного на частоты близкие к частоте автогенератора и обеспечивать заданную эффективность подавления помех.