Задание 2. Рассчитать конструктивные параметры и выполнить эскизный чертеж топологии фильтра на поверхностных акустических волнах.
Исходные данные:
Центральная частота f0=115 МГц;
Полоса пропускания Δfп=5.75 МГц.
1.Выбираем материал звукопровода из соотношения Δfп/ f0:
Δfп/ f0 = 5.75/115 = 0.05
Так как значение оптимальной полосы в нашем случае 5%, то выбираем танталат лития LiTaO3(ориентация ZY) для которого скорость волны
Vпов = 3329м/c
2.Определяем длину акустической волны λпов, соответствующей центральной частоте f0:
3.Определяем конструктивные параметры входного встречно-штыревого преобразователя ВШП: ширину электрода, зазор между электродами, шаг электродов.
Шаг ВШП определяем по формуле:
С другой стороны b = a+h, где а - ширина штырей, h - расстояние между штырями. Установлено, что целесообразно выбирать отношение a/(a+h), равное примерно 0,6 при материалах с небольшим значением kм. В нашем случае для LiTaO3 k2м = 1,21%, значит можно найти a и h из системы уравнений:
Решив систему, получим a = 0,009мм; h = 0,006 мм.
4.Определяем число пар штырей входного встречно-штыревого преобразователя по формуле:
f0/Δfп = 115/5.75 = 20 (Пар штырей)
5.Расстояние между входным и выходным преобразователями находим из соотношения: lз = 10λпов = 0,29 (мм)
6.Определяем апертуру входного встречно-штыревого преобразователя:
7.Определяем конструктивные параметры выходного встречно-штыревого преобразователя: ширину электрода, зазор между электродами, шаг электродов. Эти значения принимаем аналогичными значениям для входного ВШП.
8.Количество пар штырей возьмём равным N= 2, так как выходной ВШП должен быть широкополосным.
9.Выполним эскизный чертеж топологии фильтра (рисунок 4).
Рисунок 4 – Эскизный чертеж топологии фильтра
Задание 3. Рассчитать конструктивные и основные электрические параметры и выполнить эскизный чертеж однослойной катушки индуктивности.
Исходные данные:
Индуктивность, L = 155 мкГн
Решение:
1.Выбираем для конструирования катушку со сплошной однослойной обмоткой. Такие катушки отличаются высокой добротностью (150…250) и стабильностью при индуктивности не выше 200…500 мкГн и применяются в контурах КВ и СВ.
2.Выбираем диаметр каркаса катушки D = 30 мм согласно значениям предельной индуктивности по таблице
Предельная индуктивность сплошной однослойной обмотки:
Таблица 3
Диаметр каркаса, мм |
10 |
15 |
20 |
30 |
50 |
Предельная индуктивность, мкГн |
30 |
50 |
100 |
200 |
500 |
3.Для расчета индуктивности сплошной однослойной обмотки применяется следующая формула, обеспечивающая погрешность расчета не более 2-3 %:
L=L0N2D10-3
где L – индуктивность, мкГн;
D – диаметр катушки (каркаса), см;
L0 – поправочный коэффициент, величина которого зависит от отношения l/D, а значения приведены в таблице 4.
Таблица 4.
l/D |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 |
0.8 |
0.9 |
1.0 |
L0 |
20.2 |
15.8 |
13.4 |
11.6 |
10.4 |
9.4 |
8.6 |
7.9 |
7.3 |
6.8 |
l/D |
1.0 |
2.0 |
3.0 |
4.0 |
5.0 |
6.0 |
7.0 |
8.0 |
9.0 |
10.0 |
L0 |
6.8 |
4.0 |
2.9 |
2.2 |
1.8 |
1.53 |
1.33 |
1.17 |
1.05 |
0.95 |
Примем отношения l/D=2, тогда т.к. D =30 мм, то длина намотки l=60 мм.
4.Число витков рассчитывается по формуле:
N = ((103L)/(L0D))1/2=((103*155)/(4*3.0))1/2=114
5.Длина катушки l представляет собой расстояние между осевыми линиями крайних витков. Расстояние между осевыми линиями смежных витков называется шагом намотки τ. Величины l и τ связаны между собой простым соотношением:
l = τ(N-1) = ρ*d0(N-1)
где N – число витков.
Находим шаг намотки τ:
τ
=
При сплошной намотке расстояние между смежными витками определяется диаметром провода в изоляции и неплотностью прилегания витков друг к другу. Последнее может быть учтено коэффициентом неплотности ρ, который зависит в основном от диаметра провода (Табл. 5).
Таблица 5
Диаметр провода, мм |
0,08-0,11 |
0,15-0,25 |
0,35-0,41 |
0,51-0,93 |
>1,0 |
Коэфициент ρ |
1,3 |
1,25 |
1,2 |
1,1 |
1,05 |
Подбираем диаметр провода таким образом, чтобы ρ·d0 = τ = 0,53 (мм).
Возьмем провод диаметром d0 = 0,41 мм, при этом ρ = 1,2
Сделаем проверку вычислений:
l = τ(N-1) = ρ*d0(N-1)
l = 1.2*0.41*(114-1) = 55.6 (мм)
l/D = 55.6/30 ~ 2
Откуда L0 = 4 (согласно таблице значений коэффициента, L0)
Вычислим индуктивность катушки:
L=L0N2D10-3
L=4*11423,0*10-3= 155,95 (мкГн)
Погрешность менее 1% (0.6%).
6.Для однослойной неэкранированной КИ расчет собственной ёмкости С0 производится по выражению:
Где a = τ /d, d - диаметр провода без изоляции.
Тогда:
7.Собственная резонансная частота катушки индуктивности равна:
8. На практике, как правило, катушки применяются на частотах не выше f0/3. Откуда можем найти диапазон рабочих частот катушки:
9.Выполним эскизный чертёж полученной катушки (рисунок 5):
Рисунок 5 – Эскиз однослойной катушки индуктивности