Каталог статей

Главная » Все схемы » Радиосвязь » Трансиверы и радиостанции

Выбранная схема!!!


3956
Схемотехника - УКВ аппаратура_генераторы_2
Часть 1. Блоки УКВ аппаратов

Статья 5. Генераторы для УКВ аппаратуры.

(Продолжение)

Расчет элементов и параметров генераторов.

Профессиональный расчет элементов схемы генератора довольно сложен, к тому же радиолюбителям нет смысла делать такие расчеты. Далее мною предлагается вашему вниманию простеишие (прикидочные) расче-
ты наиболее важных элементов и параметров схемы генератора.
 Сначала следует выписать на отдельный листок справочные данные по применяемому транзистору и назначить (примерно) требуемую выходную мощность генератора.
 Для упрощения расчета принимаем, что контур L2C6 и резистор R4 отсутствуют и что коллектор VT1 напрямую соединен с шиной питания 10В. Следовательно, напряжение на коллекторе равно 10 В. Выход сигнала  осуществляется с эмиттера транзистора VT1. как это показано на рис. 5.2.
 Пусть генератор по схеме на рис. 5.2 должен генерировать сигнал с частотой 20 МГц. Настройка должна осуществляться изменением индуктивности катушки L1. Напряжение питания 10 В. Транзистор КТ368 имеет входную емкость 1,7 пФ. выходную емкость 3 пФ и допускает мощность рассеяния коллектора равную 225 мВт при напряжении 15 В. Планируем получить выходную мощность генератора 40...50 мВт.

1. Значения сопротивлений R1. R2 и R3 должны быть выбраны экспериментально так. чтобы через транзистор протекал ток величиной 5 мА. который мо бы обеспечить выходную мощность 40. .50 мВт при коллекторном нвпряжении 10 В.
 Приняв выходную мощность, равной 45 мВт и разделив ее на 0.3. получим входную мощность (она же равна общей рассеиваемой мощности), равную 150 мВт

2. На этом этапе расчета попробуем удостовериться в том, что транзистор допускает рассеивание мощности 150 мВт при максимально допустимой рабочей температуре.
 По данным справочника, допустимая рассеиваемая на трвнзисторе мощность при температуре 25° С равна 225 мВт максимально допустимая температура трвнзисторв составляет 70° С. Для расчета можно принять,
что уменьшение допустимой мощности при температурах выше 25 "С равно 2 мВт/ "С.

 Проведем расчет для условия, что транзистор работает при 60 °С. При этом условии допустимая мощность уменьшается на 2*(60-25) «70 мВт и составляет 225 70=155 мВт. Этот прикидочный расчет показывает, что при токе коллектора 5 мА рассеивание на транзисторе входной мощности 150 мВт безопасно, но находится на грани допустимого. Поэтому желательно уменьшить величину коллекторного тока и выполнить расчет для вновь принятой величины тока.

3. Назначим ориентировочное значение выходного напряжения рвбочей частоты генератора и величину напряжения обратной связи. При питающем напряжении 10 В напряжение выходного сигнала должно быть равно 10 х 0,8 = 8 В. Разумеется, оно зависит от соотношения компонентов цепей смещения и обратной связи.

 Ориентировочно выберем значение емкости С4 втрое больше, чем СЗ плюс входная емкость. При таком их соотношении сигнал обратной связи составляет 25% от выходного напряжения, или 8 * 0,25 = 2 В. Учитывая,
что к цепи смещения приложено постоянное напряжение и сигнал обратной связи, можно ожидать, что напряжение обратной связи 2 В будет слишком большим, но в первом приближении оно приемлемо.

4. Проведем ориентировочный расчет элементов частотозадающего колебательного контура. Для реальных значений индуктивности L и емкости С резонансного контура выберем емкость С1 из расчета 2 пФ нв 1 м
длины волны. Длина волны равна 300/20 (МГц) = 15 м. а емкость при этом получается С1 = 2 * 15 = 30 пФ.
 Емкость переходного (разделительного) конденсаторе получаем как сумму емкости С1 и входной емкости транзистора С2 = С1 +1,7 = 30 + 1,7 = 31,3 пФ ближайшее номинальное значение будет С2 = 33 пФ.
Величину емкости конденсатора СЗ можно принять равной величине емкости С2. Это предположение не противоречит никаким условиям и вполне оправдывается экспериментами.
 Тогда емкость С4 = СЗ * 3 = 33 * 3= 99 пФ.  Принимаем С4 = 100 пФ.

5 Рассчитаем данные частотозадающего контура. Для начала рассчитаем суммарную величину трех последовательно соединенных конденсаторов С2. СЗ и С4.

 Величина общей емкости параллельной L1, равна СП = 1 / (1 / С2 + 1 / СЗ + 1 / С4) = 1/(1/33 + 1/33 + 1/100) = 14,3 пФ.

Получается что параллельно индуктивности L1 подключена емкость С1 + Сп = 30+14,3 = 44,3 пФ.

 Для этой емкости и частоты резонанса 20МГц значение индуктивности L1 = (2,53 х 104) / [(20)2 х 44.3] = 1,4 мкГн.

Для удобства катушка индуктивности должна перестраиваться от 0,20 до 0.25 мкГн

 Расчеты количества витков контурных катушек различной конструкции можно выполнить с помощью разработанной мною компьютерной программы INDUKTIW.

Необходимо помнить, что неправильно выбранное соотношение компонентов цепей смещения и обратной связи обусловливает искажение формы сигнала, уменьшение выхода.
 Лучшей проверкой правильности выбора индуктивности дросселей в генераторе является измерение в шине питания высокочастотной составляющей напряжения при работающем генераторе. Высокочастотной составляющей не должно быть либо она должна составлять доли вольта (обычно несколько микровольт для типичного транзисторного генератора).
 Если сигнала ВЧ в шине питания нет, то реактивное сопротивление достаточно велико. Затем нужно измерить падение напряжения на дросселе на постоянном токе. Оно также должно составлять доли вольта(микровольты).

6. Величину емкости конденсатора С5 (и других блокировочных конденсаторов, если они будут применены в схеме) можно ориентировочно рассчитать по формуле Хс = 1 / (2п * F * С), где Хс - величина реак-
тивного сопротивления конденсатора (должно быть не более 5 Ом). F - рабочая частота в Гц, С - емкость в Ф. С5 = 1 / (2п * F хюе »ХС) = 1 / (6.28 х 20 х юе х5) = 0.001590 Ф = 1590 пФ. Несколько большая емкость (скажем. 2000 пФ) гарантирует реактивное сопротивление, меньше, чем 5 Ом. на рабочей частоте.

7. Величину индуктивности дросселя Др1 рассчитаем исходя из известной формулы:-   XL - (2тт х F х L) При этом L - индуктивность дросселя в Гн L =• XL/ (2тт х F ) = 2000/(6.28 х 20 « 10е) = 0.000016 Гн = 16 мкГн. Любые значения индуктивностей между 15 и 20 мкГн вполне подойдут для схемы.

 Приведенный выше расчет элементов схемы достаточен для осмысленного выбора любого элементе из любой приведенной ниже схемы генераторов.

На рис. 5.3 приведена схема генератора, выполненного на полевом транзисторе.


Генераторы, выполненные на базе полевых транзисторов отличаются малыми шумами и хорошей стабильностью генерируемой частоты.

На рис. 5.4 и рис. 5.5 приведены схемы транзисторных генераторов, выполненных по схеме индуктивной трехточки.

 

По стабильности генерируемой частоты генераторы по схеме индуктивной трехточки не отличаются от генераторов, выполненных по схеме емкостной трехточки. Расчеты элементов схемы можно проводить по приведенным выше формулам.
 Следует учесть, что величина напряжения обратной связи в этих генераторах зависит от места отвода в контурной катушке, к которому подается обратная связь с эмиттера транзистора VT1 Можно считать, что если
отвод от контурной катушки выполнен от середины, то напряжение обратной связи равно половине выходного напряжения. При перемещении отвода к заземленному (по ВЧ) концу катушки напряжение обратной связи уменьшается. И, наоборот, при удалении отвода от заземленного конца катушки напряжение обратной связи увеличивается. Помните. что когда мы говорим об обратной связи в схеме генератора, то имеем в виду положительную обратную связь, которая усиливает основной сигнал на входе. Бывает также и отрицательная обратная связь, ослабляющая сигнал на входе. Отрицательная обратная связь часто применяется в усилителях низкой частоты для улучшения качества усиливаемого сигнала.

 На рис 5.6 показана электрическая принципиальная схема генератора, часто применяемая на частотах до 450 МГц


В схеме рис. 5.6 транзистор задействован по схеме с общей базой. Обратная связь осуществляется через конденсатор С1 и зависит от величины емкости этого конденсатора. На частотах порядка 400 МГц емкость С1 должна быть равна (примерно) 1...2пФ. на более низких частотах емкость С1 должна иметь большую величину и может составлять 10...30 пФ.

На рис. 5.7 показана схема еще одного простого генератора.


 В этом генераторе транзистор подключен по схеме с общим коллектором. Колебательный контур располагается в цепи базы. Особенностью схемы является междуэлектродная положительная обратная связь, которая всегда присутствует в транзисторах, и при более высокой частоте получается довольно большая величина обратной связи. С понижением частоты эта обратная связь уменьшается.
 Большие неприятности междуэлектродная обратная связь доставляет при изготовлении усилителей высокой частоты. Если не предпринимать никаких действий по её нейтрализации, усилитель превращается в генератор, как говорят "начинает возбуждаться".
 Схему такого генератора можно увидеть Интернете на сайте, расположенном по адресу http://shustikov.by.ru/
Для частоты 50 МГц элементы схемы имеют следующие значения: С1 = 22 пФ, С2 = 100 пФ, катушка L1 имеет 10 витков на каркасе диаметром 4 мм. Для частоты 1500 МГц значения следующие: С1 = 0,5 пФ, С2 = 3,3 пФ, контур L1 выполнен в виде отрезка медного провода диаметром 1,5 мм и длиной 25 мм, который расположен параллельно основанию платы на высоте 3...4 мм.

 Генераторы с кварцевой стабилизацией частоты.

 Во многих случаях генераторы с параметрической стабилизации не могут обеспечить нужную стабильность генерируемой частоты. Особенно важной является стабильность частоты при создании вппаратуры для циф-
ровых видов связи. Выход из создавшегося положения обычно находят в применении генераторов с кварцевой стабилизацией частоты, которые обычно называют Кварцевые Генераторы (КГ).

В КГ значение генерируемой частоты задают тонкие пластинки, специально вырезанные под определенным углом из кристалла кварца, к которым в определенных местах подводится переменное электрическое напряжение. На определенной частоте возникает резонанс. Резонансная частота такого кварцевого резонатора зависит от толщины и других геометрических параметров пластинки, а также от угла, под которым пластинка вырезана из куска кварцевого кристалла. В диапазоне высоких так же как и в диапазоне средних и низких частот широко применяются КГ собранные по емкостной трехточечнои схеме Принципиальная схема одного из вариантов такого КГ показана на рис. 5.8


Собственно генератор выполнен на транзисторе VT1. а транзистор VT2 работает как буферный каскад выполненный в виде эмиттерного повторителя Буфер предназначен для ослабления связи генератора на VT1 с
последующими каскадами которые будут подключены к выходу КГ
 Все элементы этой и последующих схем генераторов можно определять по формулам расчета, приведенного выше в первом разделе этой главы, а расчет некоторых других элементов схемы приведен ниже
 Резисторами R1 и R2 устанавливается величина тока, которая должна соответствовать выбранной для этого генераторе мощности Основная регулировка коллекторного тока транзистора выполняется изменение
сопротивления R1 С уменьшением этого сопротивления коллекторный ток увеличивается, и наоборот. Если получается так, что сопротивление R2 получается очень маленьким последовательно с этим резистором
можно включить дроссель как это сделано на рис 5 1


На рис 5.9 показана схема КГ. выполненная по схеме емкостной трехточки в которой задействованы два транзистора, соединенные между собой последовательно, по каскодной схеме. Изображенный на данном
рисунке генератор предназначен в основном для работы на частотех до 30 ... 40 МГц. Если вы сравните эту схему со схемой на рис 5 1, то найдете много общего. Цепь базы на рис 5.9 отличается от аналогичной цепи
нв рис. 5.1 наличием кварцевого резонатора Q1. резистора R1 и катушки L1, вместо LC контура на рис 5.1. Цепь эмиттера VT1 на рис. 5 9 ничем не отличается от аналогичной цепи на рис. 5.1 те же самые конденсаторы СЗ и С4, регулирующие величину обратной связи.
 Транзистор VT2 добавлен (по сравнению со схемой рис. 5.1) для некоторого увеличения мощности генератора Подобная схема в которой последовательно соединены два транзистора, из которых один задействован
по схеме с общим змиттера, а второй - по схеме с общей базой, называется несходной схемой.
 В коллекторной цепи VT2 располагается контур L2C5C6 настроенный на одну из гармоник резонансной частоты кварца.
 Резистор R6 в этой схеме ит рает довольно важную роль - препятствует возбуждению генератора на частоте настройки контура L2C5C6 Для КГ это очень важно. Два конденсатора (С5 и С6) в контуре служат для того чтобы подать сигнал на низкоомную нагрузку Вы уже знаете (по рис 5.1) что на низкоомную нагрузку сигнал можно по дать и с дополнительной катушки связи Каскодная схема генератора и подача выходного напряжения с точки соединения С5 и С6 мною применена в схеме на рис 5.9 только для демонстрации различных возможностей построения схем генераторов.

Тяпичев Г А

Продолжение следует...

Категория: Трансиверы и радиостанции | Добавил: Vovka (30.12.2011)
Просмотров: 4255 | Теги: УКВ, азбука, схемотехники, аппаратура_генераторы_2 | Рейтинг: 0.0/0


Всего комментариев: 0

Все ссылки на книги и журналы, представлены на этом сайте, исключительно для ознакомления, авторские права на эти публикации принадлежат авторам книг и издательствам журналов! Подробно тут!
Жалоба

Пожалуйста оставьте свои комментарии !!!!

Имя *:
Email:
Код *:


ElectroTOP - Рейтинг сайтов
Copyright Zloy Soft (Company) © 2008 - 2016