Расчет кварцевого генератора с фиксированной частотой колебаний
Для расчета кварцевого генератора с кварцем между базой и коллектором вводим файл cg.exe. Программа рассчитана для двух видов кварцевого генератора с фиксированной частотой колебаний и с управлением частотой генератора (частотной модуляции). После запуска программы получаем табл.5. Выбор транзистора осуществляется с помощью курсора так, как и при расчетах маломощного ГВВ или маломощного умножителя.
Рассмотрим пример расчета кварцевого генератора на транзисторе gt311e, работающего на фиксированной частоте. Методика расчета и расчетные формулы приведены в разд.7.
После выбора транзистора получаем табл.8 с параметрами транзистора, варикапов и пустыми клетками для ввода исходных данных для расчета.
Таблица 8
Параметры транзистора gt311e
 |  | Fm/am | |||
 |  |  | |||
 | 5.00 |  | 0.30 |  | |
 | 12.00 |  | 2.00 |  | 0.02 |
 | 500.00 |  | 50.00 |  | 0.02 |
 | 60.00 |  |  | ||
 |  |  | |||
 |  |  |
В табл.8 приняты следующие обозначения:
F - номер основной (первой) гармоники кварца;
N - номер гармоники, на которую работает кварцевый резонатор;
fm/am - режим работы с частотной модуляцией и на фиксированной частоте;
Rп, Cп – сопротивление потребителя (Ом) и емкость потребителя (нФ) для последовательного эквивалента;
dF – девиация частоты (кГц);
Ek – напряжение коллекторного питания (В);
Es – напряжении отсечки тока транзистора (В);
КНИ – коэффициент нелинейных искажений (%);
Ukd – максимально допустимое значение коллектор-эмиттер (В);
Ub – максимально допустимое обратное напряжение база-эмиттер (В);
Ik0m – максимально допустимая постоянная составляющая тока коллектора (А);
Ft – граничная частота (МГц);
Н21 – статический коэффициент усиления в схеме с ОЭ;
Im/2 – амплитуда импульса тока (А), (Im – максимально допустимый импульсный ток транзистора);
Rb – сопротивление тела базы (Ом);
Pk – мощность рассеиваемая в кварцевом резонаторе (мВт);
Ck – емкость коллекторного перехода транзистора (пФ);
Ев, Св – напряжение на варакторе (В) и емкость варактора (пФ) в режиме молчания;
r_в – сопротивление потерь в варакторе (Ом);
Qкв, r_кв, Со – соответственно добротность, сопротивление потерь (Ом) кварцевого резонатора и емкость кварцедержателя (пФ).
При расчете кварцевого генератора на фиксированной частоте не используется строка таблицы с параметрами варикапа: Ев, r_в, Св, а также две клетки табл.8:девиация частоты dF и коэффициент нелинейных искажений КНИ.
В соответствующие клетки табл.8 вводим исходные данные: частоту первой (основой) гармоники кварцевого резонатора F (МГц); номер рабочей гармоники (нечетной) N, при этом рабочая частота Fp=FN; признак режима фиксированной частоты (am)и параметры потребителя для последовательного эквивалента: Rn (Ом) и Cn (пФ).
Ниже приведен пример расчета гармоникового генератора с кварцем между базой и коллектором:
F= 20 МГц, N=3, режим am, Rn = 400 Ом, Cn = 10 пФ.
Нажав на клавишу Space (пробел), получаем результаты расчета.
ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ Частота колебаний =60.00 МГц Номер гармоники кварца N=3 Rn=100.00 Ом Сп=10.00 пФ Параметры КР: Добротность=100000 Co=5 пФ r_кв=50 Ом Коэффициенты гармоник  Гамма_0(  )=0.61 Гамма_1=0.20 Гамма_0=0.11 Альфа_1=0.39 Альфа_0=0.2 | РАССЧЁТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА Sp=0.150 См S= 0.127Cм rβ=333.33 Ом fs=65.56МГц Ωs= 0.915 Sf= 0.094см |S1f|=0.018cм S1f(cм) =1.352E-02 – 1.238E-02j РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ КР Скв= 0.01пФ ,τ0=0.094,  |
РАСЧЁТ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА КГ a=0.10 Каппа=(X2/X1)=0.30 C1=23.72 пФ С2=79.07 пФ X1=-111.82 Ом X2=-33.55 Ом Rкв=62.51 Ом Xкв=82.43 Ом, Смещение частоты генерации (fг-fкв)=408.83 Гц , X3=82.43 Ом Обоб растр  = 1.36  С1_контура = 47.44 пФ L1_контура=0.30 мкГ |
и L1 – дополнительные ёмкость и индуктивность в контуре генератора при работе
кварца на третьей гармонике
РАСЧЁТ СОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ Zy(Ом)=2.968E+01+2.717E+01j; К_ос=2.304E-01+3.241E-01J; Zn(Ом)=9.894E+01-2.126E+01J; IZnI= 100.03 Ом  Уравнение стац.режима: Sif*Kос*Zn=7.377E-01 – 9.095E-13j РАСЧЁТ ЁМКОСТНОЙ СВЯЗИ С ПОТРЕБИТЕЛЕМ Xcв =-490.02 Ом С учётом потреб Xcв=-224.76 Ом ; Ccw = 11.80 пФ | РАСЧЁТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА КГ Pп= 0.10мВт P1= 1.10мВт Icв=5.66мА Uвх=0.19В Ik1=3.48мА Uп=0.65В Iмак=8.90мА iko=1.94мА Iбо=0.04 Oм Ecм = 0.20В Rэ=300.00 Ом Rб=503.18 Ом Eп=5.59В (Ecм)_Rб=0.80В I=0.19мА R1=24.74кОм R2= 5.13 кОм P0=10.85мВт Кпд=0.10 |
Уравнение стац режима Sн*Кос*Zn=7.377E-01 – 9.095E-13j Проверьте выполнение уравнения стационарного режима Sif*Koc*Zn=1 Точность 0.5% можно считать удовлетворительной, при несоблюдении заданной точности необходимо управлять крутизной Sif,для этого скорректируйте угол отсечки Teta на d_Teta=(+/-)0.5..  и повторите расчет.В начальной точке угол Teta =  |
9.6 РАСЧЁТ МОДУЛИРУЕМОГО ПО ЧАСТОТЕ КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА
Методика расчёта и расчётные формулы приведенный в разд. 8. Кварц должен возбуждаться на частоте основной(первой) гармоники.При расчёте модулируемого по частоте кварцевого генератора дополнительно используются строка таблицы с параметрами варикапа:Eв,r_в и Св,а также две клетки таблицы, куда вводятся девиация частоты dF и коэффициент нелинейных искажений КНИ.При вводе девиацию частоты необходимо определить как dF= 
,где 
-девиация частоты передатчика; n-коэффициент умножения частоты всего тракта передатчика.Обозначения вводимых параметров на стр. 48
В соответствующие клетки табл. 9 вводим исходные данные: частоту первой(основной) гармоники кварцевого резонатора F(МГц),номер рабочей гармоники N=1, признак режима частотной модуляции:fm,параметры потребителя для последовательного эквивалента: Rп(Ом) и Сп(пФ), девиацию частоты dF(КГц),коэффициент нелинейных искажений 5…10%
Таблица 9
ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА gt3l1e
| F,МГц | N грам | Fm/am | fm | ||
| Rп,Ом | Сп,пф | dF,кГц | |||
| Ek,в | 5.00 | Es,в | 0.30 | КНИ,% | |
| Ukd,В | 12.00 | Ud,В | 2.0 | Ik0m,A | 0.02 |
| Ft,МГц | 500.00 | H21 | 50.00 | Im/2,А | 0.02 |
| Rб,Ом | 60.00 | Pk,мВт | Ck,пф | ||
| Eв,В | r_в,Ом | 4.32 | Св,пф | 18.5 | |
| Qкв | r_кв,Ом | Co,пф |
Ниже приведен пример расчета модулируемого по частоте генератора с кварцем между базой и коллектором:
F=10МГц, N=1, режим fm, Rп=400 Ом, Сп=10пФ, КНИ=5%, тип варикапа КВ102А с параметрами: rв=4,32 Ом, Ев=4 В, Св=18,5 пФ.
Результат ввода параметров представлен в виде табл. 9.
| ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ | КОЭФФИЦИЕНТЫ ГАРМОНИК | |
| Частота колебаний=10.00 МГц |  =600 Гамма_0(  -  )=0.61 | |
| Номер гармоники кварца N=1 | Гамма_1=0.20 Гамма_0=0.11 | |
| Альфа_1=0.39 Альфа_0=0.22 | ||
| Rп=400.00 Ом, | ||
| Cп=10.00 пФ, | РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ | |
| ТРАНЗИСТОРА | ||
| Девиация частоты dF=1.00 кГц, | ||
| Коэфф. нелин. иск. k2=0.05. | Sp=0.150 См, S=0.127 См, | |
| Rв=333.33 Ом, fs=65.56 МГц, | ||
| Параметры КР: Добротность=100000, |  =0.153, Sf=0.126 См, | |
| C0=5пФ, rкв=50 Ом. | |S1f|=0.025 См, | |
| S1f(См)=2.429Е-02-3.705Е-03j. | ||
| РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КВАРЦА | ||
Скв=0.01 пФ,  =0.016,  =5кГц |
| РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КВАРЦА С УЧЕТОМ ВАРИКАПОВ |
Свг=9.25 пФ, b=0.27, нормир.частота  = -1.53, |
| Rкв=4.30 Ом, Xкв=-2249.04 Ом, смещение (fг-fкв)= -7664.85 Гц, |
| Rв=8.64 Ом , Xв=-1720.59 Ом, частота генер fг=9992335.15 Гц, |
 =0.70 В, Uм=0.54 В, обобщенная растр  =-153.30 Гц. |
| РАСЧЕТ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА КВАРЦА С УЧЕТОМ ВАРИКАПА |
| а=0.10, каппа=(X1/X2)=0.30, X1=-44.46 Ом, X2=-13.34 Ом, |
| R-Rкв+Rв=12.94 Ом, С1=358.22 пФ, С2=1194.08 пФ, |
| X3=55.63, X1,3=4025.26 Ом, L3=64.11 мкГ. |
| РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ | РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА | |
| НАГРУЗКИ | КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА | |
| Рв=2.01 мВт, | ||
| Zy(Ом)=4.070Е+01+6.209Е+00j, | ||
| Рп=0.30 мВт, Р1=3.31 мВт, | ||
| Кос=2.833Е-01+9.538Е-02j, | ||
| Iкв=21.55 мА, Uвх=0.29 В, | ||
| Zn(Ом)=1.357Е+02-2.377Е+01j, | ||
| |k|=7.06 мА, Un=0.95 В, | ||
|Zn|=i49.82 Ом,  | Iмак=18.06 мА, Iko=3.94 мА, | |
| Уравнение стац. режима: | Iбо=0.08 мА Есм=0.16 В, | |
| S1f*K_os*Zn=1.012E+00-5.684E-12j. | Rэ=300.00 Ом, Rб=200.08 Ом | |
| РАСЧЕТ ЕМКОСТНОЙ СВЯЗИ | Еп=6.21 В, (Есм)_Rб=1.37 В, | |
| С ПОТРЕБИТЕЛЕМ | ||
| I=0.39 мА, | ||
| Xсв= -662.78 Ом, | ||
| R1=12.29 кОм, R2=4.33 кОм | ||
| С учетом потр. Xсв=928.77 Ом, | ||
| Р0=24.44 мВт, КПД=0.14. | ||
| Lсв=14781.89 нГ. |
В рассмотренном примере емкость связи замещена индуктивностью Lсв, так как абсолютная величина емкостного сопротивления потребителя |Xп| для последовательного эквивалентна оказалась больше сопротивления |Xсв| (формула (7.7) разд. 7).
Содержание
Введение ………………………………………………………………... 1
1. Выбор транзисторов на начальном этапе проектирования ………. 2
2. Эквивалентная схема биполярного транзистора на СВЧ. Главные
параметры транзистора …………………………………………….. 3
3. Транзисторные усилители мощности на СВЧ …………………….. 9
4. Мощные транзисторные умножители на СВЧ ..………………….. 18
5. Маломощные транзисторные умножители частоты ..…………… 25
6. Маломощные транзисторные ВЧ и СВЧ-усилители …..………... 30
7. Задающий генератор с кварцевой стабилизацией частоты ..……. 35
8. Частотная модуляция кварцевого генератора …..……………….. 42
9. Расчеты каскадов передатчика на ЭВМ ..………………………... 48
9.1 Расчет мощного генератора с внешним возбуждением …..… 49
9.2 Расчет мощного умножителя частоты …..…………………… 54
9.3 Расчет маломощного умножителя частоты ……………….......... 58
9.4 Расчет маломощного генератора с внешним возбуждением....... 61
9.5 Расчет кварцевого генератора с фиксированной частотой колебаний … ……………………………………………………………... 63
9.6 Расчет модулируемого по частоте кварцевого генератора ……………………………………………………………………...…….. 68
Библиографический список …………………………….