Розрахунок генератора із зовнішнім збудженням

Міністерство освіти і науки України

УКРАЇНСЬКА ІНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГІЧНА АКАДЕМІЯ

Розрахунково-пояснювальна записка

до курсового проекту з дисципліни «Приймально-передавальні пристрої»

на тему: «Генератор з зовнішнім збудженням»

Проект виконала студентка 4 курсу

Групи Дре-Е4-1, навчальний шифр Дре-Е4-019 Рекс

Ролик О.М. ______________

Дата закінчення проекту

Керівник проекту Сахацький Д.В.

Харків 2007

1. Введення

Основні характеристики і параметри підсилювачів:

Щоб правильно зібрати і використовувати підсилювач, розглядають

наступні три категорії вихідних даних:

• умови харчування:

• природа і величина джерел живлення;

• струми, споживані підсилювачем;

  • основні параметри:

• тип і величина коефіцієнта підсилення;

• частотні характеристики (частота зрізу, твір коефіцієнта підсилення на смугу, добуток частоти на потужність);

• вхідний і вихідний імпеданс;

  • похибки і можливі погіршення характеристик:

• необхідний рівень точності коефіцієнта підсилення;

• лінійність характеристики;

• внутрішні шуми;

• граничні величини напруг і струмів

2. Вибір та обгрунтування принципової схеми генератора із зовнішнім збудженням

У колах каскаду ГВВ одночасно можуть діяти напруги і протікати струми з суттєво різними частотами:

• робоча (несуча радіочастота) і її гармоніка

• постійний струм, напруга

• модулирующая (звукова) частота

• напруга і струм промислової частоти

Схема каскаду будується таким чином, щоб:

• існували джерела напруг і струмів потрібних частот;

• необхідні напруги були включені до електродів активних приладів;

• існували замкнуті ланцюги для всіх струмів т джерела до «споживачеві» і назад до джерела;

• на потрібних елементах ГВВ виникали падіння від потрібних складових струмів.

Ланцюги з струмами і напругами не повинні заважати один одному: не створювати короткі замикання або розриви в ланцюгах один одного.

Електронні лампи мають помітну ємність між керуючою сіткою і анодом, яка називається прохідною. За рахунок прохідний ємності відбувається пряме проходження енергії з вхідного ланцюга у вихідну і зворотна реакція вихідного ланцюга на вхідні. Прохідна ємність впливає на роботу ГВВ навіть коли лампа замкнені великим негативним напругою зміщення, знято анодна напруга або вимкнений сяють лампи. Наявність зворотного зв'язку вхідний і вихідний ланцюга ГВВ через прохідну ємність може призвести до самозбудження ГВВ. Для ослаблення впливу прохідний ємності в лампових ГВВ з екранує сіткою (тетроди і пентоди), а також побудова ГВВ за схемою із загальною сіткою.

Незважаючи на те, що прохідна ємність тетродів в кілька десятків разів менше ємності таких же за потужністю тріодів, останні знаходять переважне застосування в діапазоні частот до 30 МГц в каскадах потужністю до 500-1000 кВт. Це пов'язано з тим, що для таких потужностей складно виготовити тетрод через труднощі охолодження сітки, що екранує.

На високих частотах (до 1000 МГц і вище) важко забезпечити мале індуктивний опір виведення сітки, що екранує в тетродах, тому і в цьому випадку переважне застосування знаходять тріоди.

Вимушене застосування тріодів при великих потужностях або високих частотах змушує відмовитися від включення ламп по схемі з загальним катодом, що володіє найбільшим коефіцієнтом підсилення по потужності і призводить до необхідності включення ламп по схемі із загальною сіткою для ослаблення прохідний ємності С _кс.

Як відомо, можливі два варіанти побудови схем живлення анодного ланцюга лампового ГВВ: послідовне і паралельне. Частіше застосовується послідовне як найпростіше. Крім цього при послідовному харчуванні коливальна система в анодному ланцюзі лампи не шунтується блокувальними деталями та їх паразитними реактивності. Особливістю послідовного живлення є наявність постійної напруги анодного живлення E _a на елементах коливальної системи. Для виключення умов самозбудження в області високих частот лампу включають за схемою із загальною сіткою.

3. Розрахунок електронного режиму лампи ГВВ

За даними вихідний потужності на першій гармоніці і робочій частоті генератора виберемо лампу ГУ-25Б.

1. Оскільки прохідна потужність зазвичай складає 5-7% від вихідної потужності, то при заданій корисної потужності визначається спочатку розрахункова потужність на 1-ій гармоніці

25000 = 23750 Вт 7 червень

2. Задамося кутом відсічення θ = 75 °, враховуючи, що максимальне ККД і вихідна потужність будуть при θ = 70 ° - 90 °.

3. Визначимо коефіцієнт використання анодної напруги

0,958 7 6

де - Коефіцієнт Берга першого гармоніки струму, береться з таблиці коефіцієнтів Берга для косінусоідальное імпульсів.

- Крутизна ВАХ лампи в граничному режимі

4. Амплітуда напруги на аноді

0,958 · 12000 = 11495 У 6 Липень

5. Амплітуда першої гармоніки анодного струму

23750 / 11 495 = 4,132 А 7 червня

6. Постійна складова анодного струму

4,132 · 0,269 / 0,4548 = 2,444 А 7 червня

7. Потужність, споживана анодної ланцюгом

12000 · 2,444 = 29328 Вт 7 червня

8. Потужність, що розсіюється на аноді

29 328 - 15,0 = 5578 Вт 7 червня

9. Коефіцієнт корисної дії анодному ланцюзі

15,0 / 29 328 = 0,810 7 червня

10. Амплітуда напруги збудження

0,033 · 11 495 + 4,132 / [0,4548 · 0,032 (1-cos 75 °)] = 766,25 У 7 червня

де 30 = 0,033 - проникність лампи

11. Знайдемо зміщення

0,033 (12000 - 2000) = -333,33 У 7 червня

766,25 - 0,033 · 11495) · cos 75 ° -333,33 = -432,48 У 7 червня

12. Амплітуда імпульсу анодного струму

-432,48 / 0,4548 = 5,374 А 7 червня

Причому струм емісії катода обраної лампи може забезпечити цю величину.

13. Максимальне значення модуля сіткової напруги

| -432,48 - 766,25 | = 1 199 В 7 червня

14. Максимальна напруга на сітці і залишкова напруга на аноді

-432,48 + 766,25 = 333,77 У 7 червня

12000 - 11495 = 505 В 7 червня

15. Амплітуда імпульсу сіткового струму

5,374 = 0,269 А 6 липня

16. Кут відсічки сіткового струму

(-432,48) / 766,25 = 0,564 7 червня

17. Постійна складова та амплітуда першого гармоніки сіткового струму

0,269 · 0,269 · 0,65 = 0,047 А 7 червня

0,269 · 0,4548 · 0,7 = 0,086 А 7 червня

де коефіцієнти і враховують некосінусоідальную форму імпульсів сіткового струму.

18. Потужність, споживана ланцюгом сітки від попереднього каскаду

766,25 · 0,086 / 2 = 32,77 Вт 7 червня

19. Потужність, споживана від джерела зсуву

-432,48 · 0,047 = -20,32 Вт 7 червня

20. Потужність, що розсіюється на керуючій сітці

32,77-20,32 = 12,45 Вт 7 червня

21. Визначається прохідна потужність

766,25 · 4,132 / 2 = 1583 Вт 7 червня

22. Визначимо повну вихідну корисну потужність

15,0 +1 583 = 25 333 Вт 7 червня

23. Знайдемо повний опір навантаження в анодному ланцюзі

(766,25 +11 495) / 4,132 = 2 967 Ом 6 липні

4. Розрахунок і вибір блокувальних (розділових) конденсаторів і індуктивностей

1. Блокировочную ємність визначають з умови

1,5 = 225 пФ 7 червня

де вихідна ємність лампи відповідає ємності лампи анод-катод .

2. Індуктивність блокувального дроселя визначається з умови

144000000 · 225 = 4,630 мгн 6 липня

3. Блокувальні елементи і утворюють паразитний коливальний контур, власна резонансна частота якого не повинна потрапляти всередину робочої смуги частот передавача. Тому беруть нижче робочої смуги:

30,984 МГц 7 червня

4. Сітковий конденсатор призначений для забезпечення нульового потенціалу сітки по змінної складової щодо «землі» для того, щоб вона виконувала роль електростатичного екрана між вхідний і вихідний частотами підсилювача. Відповідно, висновок керуючої сітки повинен мати малу індуктивністю, що забезпечується в лампах, які мають кільцевий висновок керуючої сітки. Ємність визначається як:

45 = 9000 пФ 7 червня

Конденсатор знаходиться під великою напругою радіочастоти і напругою зміщення . Через нього протікає змінна складова струму керуючої сітки.

Необхідна величина ємності досягається паралельним включенням декількох (4-8 або більше штук) конденсаторів з малою власною індуктивністю, наприклад, конденсаторів типів К15У-1а і КВІ-3.

5. Блокувальний дросель виконує допоміжну роль - перешкоджає попаданню струму радіочастоти у мережі живлення. Його індуктивне опір має бути в багато разів більше, ніж опір конденсатора

(75398224 · 9000 · ) = 110,5 Ом 7 червня

де 75398224 рад / с

Через дросель протікає постійна складова струму сітки.

6. Конденсатори є розділовими і їх опір для радіочастоти має бути в багато разів менше, ніж вхідний опір лампи.

55 = 8250,0 пФ 6 липня

де - Вхідна ємність лампи, відповідна ємності сітка-катод = 55 пФ.

7. Конденсатори виконують допоміжну роль. Вони створюють найкоротший шлях для струму радіочастоти, що пройшов через дросель, перешкоджаючи потраплянню цього струму в дроти харчування ланцюга розжарення. На практиці ємність цих конденсаторів в каскадах потужністю в кілька десятків кіловат беруть приблизно 3-5 нФ і використовують конденсатори типу К15У-2. Приймемо номінальне значення конденсатора .

8. Катодні дроселі призначені для того, щоб запобігти коротке замикання напруги збудження через ланцюг живлення напруження. Накальной трансформатор для струмів радіочастоти представляє собою велику ємність по відношенню до корпусу передавача. Через дроселі протікають струм розжарення лампи, струми і і деякий струм високої частоти, обумовлений кінцевої величиною реактивного опору дроселя .

Так як струм розжарення набагато більше за інших струмів, то по ньому вибирається переріз проводу дроселя.

Дроселі повинні мати таку індуктивністю, щоб, коли вони включені, паралельно входу лампи істотно не знижували б вхідний опір щаблі

8 · 766,25 / (4,132 +0,086) = 1453,4 Ом 6 липні

звідси індуктивність котушки дорівнює

19,276 мкГн 7 червня

5. Розрахунок конструкції дроселів

1. Для забезпечення стійкості роботи ГВВ по відношенню до дросельним паразитним коливань необхідно, щоб індуктивність сіткового дроселя була б у 3-5 разів менше індуктивності анодного

4,630 / 4 = 1,157 мкГн 6 липня

2. Діаметр дроту сіткового дроселя , Мм, визначається виходячи з величини постійної складової струму, що протікає через дросель

0,11 мм 6 липня

Застосуємо провід марки ПЕВ-1 діаметром 0,11 мм і діаметром в ізоляції 0,135 мм.

3. Зазвичай провід намотується на каркас з порцелянових труб. Виберемо трубу діаметром D = 0,02 м. Для зменшення власної ємності обмотки дроселів їх виконують подовженої форми

0,02 = 0,08 м 7 червня

4. Визначимо кількість витків N дроти з ізоляцією, яке можна розташувати при суцільній намотуванні на довжині l:

80 / 0,135 = 17 витків 7 червня

5. Визначимо крок намотування

5,00 мм 6 липня

6. Потім визначимо напругу між сусідніми витками при суцільній намотуванні

114,95 / 17 = 6,76 У 6 липні

де 11495 = 114,95 У

7. Для катодного дроселя з індуктивністю L = 19,276 мкГн виберемо дріт виходячи з протікає через нього струму

6,12 мм 6 липня

Застосуємо провід марки ПБД з діаметром в ізоляції 5,2 мм

8. Виберемо каркас діаметром D = 0,06 м і з довжиною

0,06 = 0,24 м 7 червня

9. Розрахуємо кількість витків

0,24 / 5,2 = 40 витків 6 липня

10. Визначимо крок намотування

6,14 мм 7 червня

11. Потім визначимо напругу між сусідніми витками при суцільній намотуванні

114,95 / 40 = 6,14 У 6 липні

12. Для блокувального дроселя виберемо дріт

1,02 мм 6 липня

марки ПЕЛШО з діаметром в ізоляції 1,2 мм

13. Виберемо каркас діаметром D = 0,02 м і з довжиною

0,02 = 0,08 м 7 червня

14. Розрахуємо кількість витків

0,08 / 1,2 = 34 витків 6 липня

15. Визначимо крок намотування

2,42 мм 7 червня

16. Потім визначимо напругу між сусідніми витками при суцільній намотуванні

114,95 / 34 = 3,38 У 6 липні

17. Довжина проводу, яким ведеться намотування дроселя, повинна відповідати умові:

25 = 7,5 м 7 червня

6. Розрахунок вихідний коливальної системи передавача

1. Вихідна коливальна система ВКС передавача повинна трансформувати опір навантаження каскаду (вхідний опір антени або фідера), що має в загальному випадку комплексний характер, в активний опір анодного навантаження лампи

0,958 / 4,132 = 2 967 Ом 6 Липень

У якості найпростішої ВКС беруть одноконтурну схему з навантаженням підключається паралельно з ємнісним опором X _СВ, яке пов'язує навантаження з контуром

Рис.1. Схема найпростішої ВКС

Для розрахунку ВКС задаються розрахунковою потужністю генераторної лампи P _1, хвильовим опором фідера W _ф = 75 Ом, КБВ = 0,8 і робочим діапазоном хвиль передавача.

2. Середнє значення хвиль заданого діапазону

12 = 25 м 6 липня

3. Визначається коефіцієнт ослаблення струму другої гармоніки

42,46 7 6

де 0,258 · 5,374 = 1,39 А - амплітуда струму другої гармоніки

75 / 0,8 = 93,75 Ом - вхідний опір фідера.

4. Визначимо опір зв'язку

93,75 / 42,46 = 17,67 Ом 6 Липень

5. Розраховується внесене в контур опір

93,75 / [(93,75 / 17,67) ² +1] = 3,21 Ом 7 червня

6. Знайдемо опір ємності ВКС

97,72 Ом 7 червня

7. Визначається індуктивний опір ВКС

2967 · 3,21 / 97,72 +93,75 · 3,21 / 17,67 = 114,67 Ом 7 червня

8. Обчислимо добротність навантаженого контура без урахування власних втрат

114,67 / 3,21 = 35,67 7 6

9. Визначимо також ККД контуру

35,67 / 150 = 0,76 7 6

де для нашого передавача 150 - добротність ненавантаженого контуру.

10. Обчислимо повне активний опір контуру з урахуванням втрат

3,21 / 0,76 = 4,22 Ом 7 червня

11. Знайдемо уточнені значення ємнісного та індуктивного опорів

111,95 Ом 7 червня

128,85 Ом 7 червня

12. Визначимо що віддається у фідер потужність

0,76 · 23 750 = 18 102 Вт 6 Липень

13. Обчислимо амплітуду струму в ємнісний гілки контуру

1911 495/114, 67 = 67,35 А 7 Червня

14. Обчислимо амплітуду струму в індуктивного гілки

646,23 А 6 липня

15. Знайдемо напругу на вході фідера

1842,3 У 6 липня

16. Визначимо струм у фідері

1842,3 / 93,75 = 19,65 А 6 липня

17. Визначимо струм в опорі зв'язку

1842,3 / 17,67 = 104,29 А 7 Червня

18. Розрахуємо ємності й індуктивності контуру

25/111, 95 = 119,03 пФ 7 червня

25/128, 85 = 754,30 пФ 7 червня

128,85 · 25/1880 = 1,71 мкГн 7 червня

де - В метрах

- В омах.

7. Вибір контурних конденсаторів

Після розрахунку значень ємностей та індуктивностей коливальної системи та визначення доданих до них напруг і протікають через них струмів потрібно вибрати стандартні деталі - конденсатори і розрахувати котушки індуктивності.

Як контурних конденсаторів в діапазоні КХ переважно застосовуються вакуумні конденсатори: змінні типу КП та постійні типу К61, В, ВВ та ін

У потужних передавачах застосовуються також високовольтні конденсатори типу К15У, в малопотужних КТ, КД а також стеклокерамичні і склоемалевих конденсатори типів КС, К21, К22.

Якщо конденсатори змінної ємності доцільно встановлювати в ВКС, то конденсатори постійної ємності призначені для роботи в якості анодно-розділових і сіткових блокувальних.

Оскільки 119,03 пФ, з доданим до нього напругою 11 495 В і протікає через нього струмом 67,35 А, то виберемо конденсатор КП1-3 з номіналом в 120 пФ.

Для 754,30 пФ, з доданим до нього напругою 1842,3 В і протікає через нього струмом 104,29 А, виберемо конденсатор КП1-5 з номіналом 750 пФ.

Для = 225 пФ, з доданим напругою 11 495 В і струмом, що протікає 4,132 А, виберемо конденсатор К61-12 зі значенням 220 пФ.

Для 8250,0 пФ з доданим напругою 766,25 У виберемо конденсатор К61-3 з ємністю 8,2 нФ.

Згідно з п.3.5. приймемо номінальне значення конденсатора і візьмемо стандартний конденсатор КВК-3.

8. Розрахунок конструкції контурної котушки індуктивності

У резонансних коливальних системах передавачів для зручності перебудови контуру по частоті застосовуються котушки змінної індуктивності. Вона реалізується у вигляді котушки з ковзаючим рухомим контактом, для якої застосовують мідний дріт квадратного перетину. Контурні котушки намотуються так, щоб крок намотування був більше діаметра проводу. Для передавачів з потужністю понад 1 кВт котушки намотуються на каркаси, утворені набором труб з радіофарфора. Труби каркаса об'єднуються в жорстку конструкцію двома металевими (алюмінієві сплави, сталь і ін) деталями, що мають форму хрестовини або П-образної рами. Металеві деталі каркаса знаходяться на досить великій відстані від токоведущей спіралі котушки, щоб не знижувати добротність котушки.

Ці котушки використовуються спільно з конденсаторами для отримання резонансних контурів. Вони повинні мати високу стабільність, точність і добротність. У діапазоні довгих і середніх хвиль ці котушки багатошарові, як правило, з намотування типу "Універсал". Для підвищення добротності застосовують багатожильні проводи типу "літцендрат". Для зміни індуктивності застосовують циліндричні сердечники з альсифера або карбонільного заліза.

1. Периметр мідного дроту при повітряному охолодженні котушки визначається з нерівності

6,001 мм 6 липня

де - Різниця температур спіралі і навколишнього повітря, приймається рівною 45 °

2. Для котушки з водяним охолодженням периметр беруть 2-3 рази меншим

Виберемо повітряне охолодження, тому наше значення 6,001 мм 6 липня

3. За обчисленому периметру виберемо переріз дроту (квадратний)

1,5 мм 6 липня

4. Обраний провід намотується на каркас також квадратного перерізу

1,5 = 15,0 мм 6 липня

Скористаємося значенням з ряду труб квадратного перетину із стороною квадрата 16 мм.

5. Довжину спіралі виберемо з умови

16 = 32 мм 6 липня

6. Для розрахунку необхідної кількості витків скористаємося формулою, що застосовується для розрахунку числа витків циліндричної котушки з діаметром d

2 витків 7 червня

де L = 1,71 мкГн - індуктивність котушки;

l = 3,2 см - довжина котушки;

D = a + d = 1,65 см (з креслення конструкції контурної котушки)

Отже, ми отримали такі параметри контурної котушки

Спосіб охолодження - повітряний

L = 1,71 мкГн - індуктивність котушки;

l = 3,2 см - довжина котушки;

N = 74 витків - кількість витків

9. Висновок

У ході виконання курсового проектування були виконані розрахунки електронного режиму лампи генератора із зовнішнім збудженням, блокувальних конденсаторів і індуктивностей, вихідний коливальної системи, а також вибір конденсаторів і конструкцій котушок індуктивності для генератора із зовнішнім збудженням на лампі ГУ-25Б. Даний генератор розрахований для роботи на частоті 12 Мгц і з вихідною потужністю на першій гармоніці 25 кВт. На основі отриманих даних була складена принципова схема з номінальними значеннями вибраних елементів відповідних елементів. Розраховані дроселі виконуються намотуванням із змінним кроком:

• ПЕВ-1 з діаметром в ізоляції 0,135 мм на каркасі діаметром 20 мм і довжиною 80 мм в 17 витків - для сіткового дроселя;

• ПБД з діаметром 5,2 мм на каркасі діаметром 60 мм і довжиною 240 мм в 40 витків - для катодного дроселя;

• ПЕЛШО з діаметром 1,2 мм на каркасі з діаметром 20 мм і довжиною 80 мм в 34 витків - для блокувального дроселя.

Вибрані також конденсатори (згідно з п.7)

• Для - Конденсатор КП1-3 з номіналом в 120 пФ.

• Для - Конденсатор КП1-5 з номіналом 750 пФ.

• Для - Конденсатор К61-12 зі значенням 220 пФ.

• Для - Конденсатор К61-3 з ємністю 8,2 нФ.

• Для - Конденсатор К15У-2 значенням 4 пФ.

• Для візьмемо паралельне включення конденсаторів КВІ-3.

Список використаної літератури

1. Драбнік Г.М. Радіопередавальні пристрої. Посібник по курсовому проектуванню. - Л.: 1969 - 126 с.

2. Кацнельсон Б.В., Калугін О.М., Ларіонов А.С. Електровакуумні електронні та газорозрядні прилади. Довідник.-М.: Радіо і зв'язок, 1985

3. Проектування радіопередавальних пристроїв: Навчальний посібник для ВНЗ / В. В. Шахгільдян, М. С. Шумилін, І. А. Попов, та ін під ред. В.В.Шахгільдяна.-2-е видання., Перероб. і доп. - М.: Радіо і зв'язок, 1984 - 424с.

4. Радіопередавальні пристрої: Підручник для вузів / В. В. Шахгільдян, В. Б. Козирєв, Р. А. Луховкін та ін під ред. В. В. Шахгільдян:-М.: Радіо і зв'язок, 1990 - 432 с.

5. Довідник конструктора РЕА.

6. Шумилін М.С. Проектування радіопередавальних пристроїв. - М.: Зв'язок, 1980 - 152 с.

7. Шумлянський І.І. Проектування радіопередавальних пристроїв. - Одеса: ОЕТІС, 1974 - 320 с.

8. http://www.dvo.sut.ru/libr/eqp/031/index.htm