ХАРЬКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ПЭЭА
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по курсу «Элементная база» на тему «Колебательный
контур усилителя промежуточной частоты»
Исполнитель:
студент группы ПЕА-98-1
Сытник А.М.
Руководитель:
Свитенко В.Н.
Харьков,
2001
Содержание
Аннотация
Введение
Анализ технического задания и выбор направления проектирования.
Анализ аналогичных конструкций
Расчет электрических и конструктивных параметров
Описание конструкции
Паспорт
Список используемой литературы
Приложение
Аннотация
Целью данной курсовой работы является расчет колебательного контура
усилителя промежуточной частоты.
Проект содержит электрический и конструкторский расчеты составных
деталей контура, их параметров, а также обоснование выбора материалов
элементов конструкции.
Объем пояснительной записки 18 листов.
Графическая часть содержит сборочный чертеж колебательного контура и
сборочный чертеж каркаса.
Введение
Катушки индуктивности в зависимости от их назначения можно разделить на
три группы: а) катушки контуров, б) катушки связи и в) дроссели высокой
частоты. Катушки контуров могут быть с постоянной индуктивностью и с
переменной индуктивностью (вариометры).
По конструктивному признаку катушки могут быть разделены на однослойные
и многослойные, экранированные и неэкранированные, катушки без
сердечников и катушки с магнитными или немагнитными сердечниками,
цилиндрические, плоские и печатные.
Свойства катушек могут быть охарактеризованы следующими основными
параметрами; индуктивностью, допуском индуктивности, добротностью,
собственной емкостью и стабильностью.
1 Анализ технического задания и выбор направления проектирования
Целью данного курсового проекта является проектирование ,
конструкторский и инженерный расчеты колебательного контура,
предназначенного для работы в усилителе промежуточной частоты (УПЧ).
Исходные данные для расчета:
Резонансная частота = 456 кГц.
Контур с подстроечной индуктивностью.
Для уменьшения количества витков, выбрана катушка с ферритовым
сердечником, который перемещается внутри каркаса. Так же катушка будет
экранирована от влияния внешних полей.
Полоса пропускания проектируемого контура – 10 кГц. Добротность катушки
в данной полосе:
Q=f/2(f=46,5
Конденсатор выбираю из числа стандартных конструкций емкостью 1000 пФ.
Допустимое отклонение емкости от номинального значения по ГОСТ-2519-60
5%. Группа температурной стабильности – М700, что соответствует
–700*10-6 град-1
Рабочий диапазон температур - +20…+85(С.
Температурный коэффициент частоты ТКf в данном диапазоне равен
ТКf=(f/(T*f,
где (T=Тмах-Тк=85-20=65(С – рабочий диапазон температур;
(f – половина полосы пропускания;
f – рабочая частота.
ТКf=165*10-6 град-1
Исходный коэффициент индуктивности ТКL может быть найден из выражения:
ТКf= ТКL+ ТКС,
где ТКL – температурный коэффициент емкости конденсатора.
Отсюда
ТКL= ТКf-ТКC=165+700=865*10-6 град-1
2 Анализ аналогичных конструкций
Аналоги Преимущества Недостатки
С броневым сердечником меньше размеры, магнитное поле, собственная
емкость; выше добротность больше вес и габариты
С магнитным сердечником высокая стабильность низкая индуктивность и
добротность
С немагнитным сердечником меньшее число витков, высокая добротность и
меньше размер низкая стабильность параметров катушки
Экранированные меньшее влияние внешних сил ниже индуктивность,
добротность, высокая собственная емкость
Секционированные относ. высокая добротность, низкая собственная емкость
сложность выполнения каркаса
Однослойная высокая добротность и стабильность собств. емкость выше, чем
у многослойных
3 Расчет электрических и конструктивных параметров
Многослойные цилиндрические катушки применяются в тех случаях, когда
требуется индуктивность более 30—50 мкГ. Не секционированные
многослойные катушки с простой намоткой характеризуются пониженными
добротностью и стабильностью, большой собственной емкостью.
Индуктивность многослойной катушки без ферромагнитного сердечника
определяется по формуле:
(3.1)
где L— индуктивность мкГ; Dk — средний диаметр намотки, см; l — длина
намотки, см; t — толщина намотки, см; w — число витков.
Для случая тонких катушек, намотанных непосредственно на сердечник,
длинна которого превышает длину катушки, эффективную магнитную
проницаемость сердечника можно определить по приближенной эмпирической
формуле:
(3.2)
где (н – начальная магнитная проницаемость.
(с=600/(1+0,84(3/10)*(600-1))=9,1
Если катушка намотана на каркас, эффективная магнитная проницаемость
сердечника снижается. Ее можно определить по формуле:
(3.3)
Подставив в формулу 3.3 значения, найденные из формулы 3.2:
(с’=3,9
Сердечник увеличивает индуктивность катушки в (с раз:
Lб.с.=Lc/(с’ (3.4)
Отсюда следует: Lб.с=30мкГн
Теперь необходимо определить влияние экрана на индуктивность катушки:
Для устранения паразитных связей, обусловленных внешним электромагнитным
полем катушки, и влияния на катушку окружающего пространства ее
экранируют, т.е. помещают в замкнутом металлическом экране.
Под влиянием экрана изменяются параметры катушки: уменьшаются
индуктивность и добротность, увеличивается собственная емкость.
Изменение параметров катушки тем больше, чем ближе к ее виткам
расположен экран. Индуктивность экранированной катушки (однослойной или
тонкой многослойной) можно определить по графику (рис. 3.1). Здесь по
горизонтальной оси отложено
Рис. 3.1. Определение индуктивности экранированных катушек.
отношение длины намотки к ее диаметру, по вертикальной — отношение
индуктивности экранированной катушки к индуктивности той же катушки без
экрана. На графике приведены кривые для различных соотношений между
диаметром экрана Dэ и диаметром катушки D. Если экран прямоугольной
формы, при расчете пользуются эквивалентным диаметром, равным полусумме
диаметров вписанной и описанной окружностей.
Т.к. экран будет прямоугольным, со стороной, равной 9мм, то Dэ=10,25мм.
Экраны для высокочастотных катушек индуктивности изготовляют из меди или
алюминия толщиной не менее 0,4—0,5 мм.
Часто экраны высокочастотных катушек индуктивности снабжены отверстиями
для вращения сердечников или изменения положения одной из индуктивно
связанных катушек. В этих случаях отверстия должны быть минимальными по
размеру.
Т.к. отношение Dэ/Dк=2,75 то из рисунка 3.1 видно, что соотношение
индуктивности экранированной катушки к индуктивности той же катушки без
экрана равно единице. Следовательно экран не вносит изменений в
индуктивность катушки.
Теперь из фирмулы 3.1 выведу формулу для расчета количества витков
катушки:
w2=(L*(3Dk+9Lн+10t)/(0,08*Dk2) (3.5)
Подставив в формулу 3.5 все значения получил w=110 витков.
Расчет предельного отклонения индуктивности.
Для нахождения допустимого отклонения индуктивности от номинального
воспользуемся допуском на емкость конденсатора
Расчет оптимального диаметра провода сводиться к определению
вспомогательного коэффициента:
(3.6)
и
(3.7)
где N – число витков;
К – коэффициент для расчета сопротивления катушки;
D – диаметр катушки, см;
z’=72,3
(=37
При 0,3<(<2000 zопт находиться по формуле:
(3.8)
zопт=0,94
Оптимальный диаметр провода будет равен:
dопт=zопт/z’=0,013 см = 0,13 мм.
Это значение совпадает со стандартным радом диаметров. Предполагая
эмалевую изоляцию провода принимаем диаметр по изоляции d0=0,15 мм.
Коэффициент неплотности ( при этом равен 1,25.
Определяем фактическую длину намотки:
l=(d0(N-1), (3.9)
где d0 – диаметр провода по изоляции, мм;
N – число витков.
l=20,44 мм.
Потери катушки:
Активное сопротивление катушки складывается из сопротивления провода
току высокой частоты, сопротивления, вносимого диэлектрическими потерями
в каркасе, сопротивления, вносимого собственной емкостью, и
сопротивлений, вносимых потерями в экранах, сердечниках и т. п. Значение
того или иного слагаемого определяется частотой. На длинных волнах
сопротивление катушки в основном определяется активным сопротивлением
провода току высокой частоты; на коротких волнах значительное влияние
могут оказывать диэлектрические потери. Рассмотрим определение слагаемых
полного активного сопротивления катушки.
r = rf + (rэ+rc, (3.10)
где rf – сопротивление катушки току высокой частоты, Ом;
(rэ - сопротивление, вносимое экраном, Ом;
rc - сопротивление, вносимое сердечником, Ом;
Сопротивление катушки току высокой частоты определяется по формуле:
, (3.11)
где r0 - сопротивление провода катушки току высокой частоты при частоте
f;
d — диаметр провода без изоляции, см;
D — диаметр однослойной катушки или наружный диаметр многослойной
катушки, см;
К. — коэффициент, учитывающий влияние размеров катушки на эффект
близости;
F(z), G(z) – вспомогательные коэффициенты.
Сопротивление провода постоянному току находим:
(3.12)
Подставляя численные значения получаем:
rf=3,03 Ом.
Вспомогательный параметр:
(3.13)
где d — диаметр провода, см; f — частота, гц.
z = 0,93
По таблице [1] определяем вспомогательные коэффициенты: F(z)=1,
G(z)=0,01. Подставляя в формулу (3.14) численные значения параметров
находим сопротивление катушки току высокой частоты:
rf = 3,03 Ом
Такие параметры как сопротивление вносимое экраном и сопротивление
вносимое сердечником очень малы из-за небольших габаритов катушки,
следовательно ими можно пренебречь.
Таким образом сопротивление катушки r = 3,03 Ом.
Расчетную добротность катушки можно найти по формуле:
Q = wL/r, (3.14)
где w=2(f – циклическая частота, рад/с;
L – индуктивность катушки, учитывающая влияние сердечника и экрана, Гн;
r – полное сопротивление катушки, Ом.
Численное значение добротности будет равно
Q=34
Температурная стабильность катушки:
Рассмотрим температурную стабильность индуктивности катушки. Общий ТКL
определяется совместным действием нескольких факторов:
(L = (Г + (В + (Со + (э + (С (3.15)
где (Г – геометрическая составляющая ТКL;
(В – составляющая, вызванная действием тока высокой частоты;
(Со – составляющая, вызванная изменением собственной есмкости;
(э - составляющая, вызванная влиянием экрана;
(С - составляющая, вызванная влиянием сердечника.
Формула для нахождения геометрической составляющей имеет вид:
(3.16)
где (D – ТКЛР диаметра (материала провода), град-1;
(l – ТКЛР длины (материала каркаса) ), град-1;
k – коэффициент, зависящий от отношения l/D, k = 0,4.
(Г = 22,2*10-6 град-1
Величину (В можно оценить воспользовавшись формулой:
(3.17)
где ( - коэффициент, равный для катушек с круглым проводим 2000;
Q – расчетная добротность катушки.
Подставляем значения и получаем:
(В = 2000/34 = 58,8*10-6 град-1.
Емкостная составляющая будет равна:
(Со = ((эк + (D)*(3(D3/(Dc3 - (D3)), (3.18)
где (эк – ТКЛР материала экрана, град-1;
( - коэффициент, зависящий от отношения l/D катушки, ( = 1,1 [1];
Dэ – диаметр экрана, мм;
D – диаметр каркаса, мм;
(D – ТКЛР диаметра, град-1.
(С = -45,9*10-6 град-1.
Составляющая ТКL, учитывающая влияние экрана:
(э = ((серд + (D)*(3(D3/(Dс3 - (D3)), (3.19)
где (серд – ТКЛР материала экрана, град-1;
( - коэффициент, зависящий от отношения l/D катушки, ( = 1,1 [1];
Dс – диаметр экрана, мм;
D – диаметр каркаса, мм;
(D – ТКЛР диаметра, град-1.
(э = 3,17*10-6 град-1.
И общий ТКL будет равен:
(L = 38,27*10-6 град-1.
4 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ
Колебательный контур конструктивно представляет собой многослойную
секционированную экранированную катушку индуктивности. В нем
используется керамический конденсатор постоянной емкости КТ-1, который
подпаивается к выводам катушки и располагается внутри экрана (см.
приложение).
Для подстройки частоты используется магнитный сердечник, который
перемещается внутри катушки посредством резьбового соединения.
На боковой поверхности экрана имеется отверстие для крепления экрана.
При пайке провода выводные концы необходимо зачистить на длину 5(2 мм,
обмотать вокруг ножек в один слой; лудить и паять припоем ПОС-61
ГОСТ21931-76.
ПАСПОРТ
Колебательный контур предназначенный для работы в УПЧЗ приемника:
Технические характеристики:
Рабочая частота контура, кГц 465
Индуктивность катушки, мкГн 117
Предельные отклонения индуктивности при настройке ( 6 мкГн
Добротность контура, не хуже 34
Диапазон рабочих температур, (С +20..+85
Собственная емкость контура, пФ 0,55
Срок эксплуатации не менее, мес 24
Контур необходимо хранить в сухом месте при температуре не ниже +15(С и
не выше +85(С. Важным условием хранения также является отсутствие
агрессивных сред во избежании коррозии тех или иных элементов
конструкции.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Волгов В.А. Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры. М., 1967, 544 с.
Свитенко В.Н. Электрорадиоэлементы: Курсовое проектирование: Учебное
пособие для вузов. М., 1987, 207 с.
Рычина Т.А. Электрорадиоэлементы. М., 1976, 336 с.
Незнайко А.П., Геликман Б.Ю. Конденсаторы и резисторы. М., 1974, 112 с.
Базарова Ф.Ф. Органические и неорганические полимеры в конструкциях
радиоэлектронной аппаратуры. М., 1974, 160 с.
