Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В
Так как всякое изменение режима работы усилительного элемента ведет к изменению фазового сдвига в цепи обратной связи, что вызывает отклонение частоты, для повышения стабильности частоты автогенератора следует применять в нем контур с высокой добротностю. Добротность нагруженного контура зависит от сопротивления, вносимого последующим каскадом. Для повышения добротности вносимое сопротивление нужно уменьшать, что достигается уменьшением связи последующего каскада с выходной цепью задающего автогенератора.
Для уменьшения влияния температуры на параметры элементов автогенераторов необходимо использование материалов с малым температурным коэффициентом. Катушки индуктивности изготовляются на керамическом каркасе. Накрутку осуществляют вжиганием серебра в керамику. Для печатных плат используют керамику или фторопласт с малым температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости. Перечисленные выше меры стабилизации обеспечивают относительную нестабильность
f |
10 |
4 10 5 , что не всегда удовлетворяет требованиям совре- |
|
|
|||
f r |
|||
|
|
менных радиоэлектронных средств(РЭС). Для обеспечения лучшей стабилизации необходимо использовать пьезоэлектрический резонатор, в том числе кварцевые резонаторы. Эквивалентная схема кварцевого резонатора содержит индуктивность - Lкв, емкость выводов - Св (рис. 2.137).
Св
Рис. 2.137
В такой схеме возможны два резонанса в последовательном
контуре rкв, cкв, Lкв на частоте f1( кв) и в параллельном контуре rкв, cкв, Lкв, cв на частоте f2( 0), причем частота параллельного резонанса
26
f2>f1. Зависимости сопротивлений кварцевого резонатора Хкв и Rэ представлены на рис. 2.138.
Рис. 2.138
На частотах в интервале от f1( кв) до f2( 0) резонатор имеет индуктивное сопротивление, в остальном диапазоне частот емкостное сопротивление. Кварцевый резонатор обладает очень высокой добротностью более 10000, а для обычного контура Q=100…200.
Схемы кварцевых автогенераторов
Ввысокостабильных схемах автогенераторов кварцевый резонатор может быть применен как высокостабильная и высокоэталонная индуктивность вместо индуктивности в трехточечной схеме (осцилляторные схемы), либо как высокодобротный последовательный колебательный контур в цепи положительной обратной связи (фильтровые схемы). При последовательном резонансе сопротивление кварцевого резонатора активно и минимально. На частоте последовательного резонанса коэффициент ОС максимален и сильно уменьшается при отклонении от резонансной частоты.
Восциляторных схемах колебания генерируются на частотах, когда кварц имеет индуктивное сопротивление, на других частотах баланс фаз не выполняется и колебания в автогенераторе не возникают. На практике чаще всего кварц включают вместо индуктивности в емкостной трехточечной схеме (рис. 2.139).
27
Рис. 2.139
Недостатком этой схемы является то, что кварц шунтируется сопротивлением коллекторно-базового перехода транзистора, что снижает стабильность частоты генерируемых колебаний.
На резонаторе в цепи коллектора создается значительное напряжение, вызывающее его нагрев – это также снижает стабильность частоты. В связи с этим кварцевые резонаторы применяются в маломощных автогенераторах. Нестабильность частоты в осцилляторных схемах автогенераторов при добротности кварца Q
≈1
105 составляет 10-6 … 10-7.
Рис. 2.140
В фильтровых схемах кварцевый резонатор включают последовательно в цепь обратной связи (рис. 2.140), соединяющую базу, эмиттер или коллектор транзистора с колебательным контуром.
28
Рис. 2.141
Недостатком схем автогенераторов с кварцем в цепи ПОС (рис. 2.141) является наличие дополнительной обратной связи через емкость кварца, в следствии чего может возникнуть паразитная автогенерация. Для компенсации емкости кварца применяется параллельное включение кварцу индуктивности.
Для частот выше 20 МГц кварцевую пластину нужно изготовить тоньше 0,1 мм. Такая пластина оказывается механически непрочна. Поэтому на частотах превышающих 5 МГц используют кварцевые резонаторы, работающие на высших механических гармониках. При этом для исключения генерации на частотах посторонних гармоник в схему включают дополнительные контуры, предотвращающие баланс фаз на паразитных гармониках (рис. 2.142).
Рис. 2.142
Здесь параллельный контур L1C1 в цепи эмиттера, имея индуктивный характер сопротивления на частотах более низких, чем частота генерации, а параллельный контур L2C2 на более высоких частотах, не допускают самовозбуждения. Если часть напряжения с колебательного контура подать на эмиттер через кварцевый резона-
29
тор, то получим автогенератор, работающий на частоте кварца. Эта схема называется схемой Батлера (рис. 2.143а).
а) |
б) |
|
Рис. 2.143 |
Баланс фаз обеспечивается тем, что напряжение через кварцевый резонатор подается на эмиттер в противофазе. Баланс амплитуд достигается подбором сопротивления резистора Rэ.
Создание высокостабильных колебаний в схеме Батлера достигается включением в цепь обратной связи эмиттерного повторителя на транзисторе VT2 (рис. 2.143б).
30