Генерирование гармонических колебаний, страница 5

Изменение резонансной частоты  контура может произойти за счет изменения величин  и  контура. Это может произойти из-за изменения температуры, влажности, давления, выходной емкости активного элемента, емкости следующего каскада и др.

Способность контура поддерживать постоянство резонансной частоты при изменении внешних условий называется эталонностью колебательного контура. При работе генератора в условиях изменяющейся температуры, важным показателем эталонности конура является температурный коэффициент частоты (ТКЧ). Он определяется  относительным изменением частоты при изменении температуры на . Для уменьшения ТКЧ следует использовать емкости и катушки индуктивности соответственно с малыми ТКЕ и ТКЛ, или  с разными знаками этих коэффициентов, приводящих к термокомпенсации. Если и этого недостаточно, то колебательный контур помещается в термостат.

При использовании кварцевых резонаторов достигается еще более высокая стабильность порядка  (вместо ).  Кварцевые резонаторы представляют собой кварцевые пластины с металлическими покрытиями и контактами на противоположных сторонах. Они обладают пьезоэлектрическим эффектом (пьезоэффектом). Прямой пьезоэффект –  возникновение электрических зарядов на противоположных поверхностях при механическом сжатии или растяжении кристалла, обратный пьезоэффект – изменение размеров кристалла при изменении приложенного напряжения. Главное достоинство кварцевого электромеханического резонатора состоит в его высокой добротности – до . ТКЧ его зависит от ориентации вырезанной пластины относительно кристаллографических осей и может уменьшаться до . На рис. 11.17, а приведена эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора. Здесь , ,  – индуктивность (десятки и сотни миллигенри), емкость (сотые доли микрофарады) и сопротивление  (десятки Ом) кварца,  - емкость между контактами кварца. Добротность контура кварца получается порядка десятков и сотен тысяч.

Частота параллельного резонанса

.

Обычно . Поэтому частота последовательного резонанса равна:

.

Резонансная частота  кварца обратно пропорциональна его толщине

.

Из конструктивных соображений (хрупкости пластины и недостаточной эталонности) толщину кварца не рекомендуется брать меньше 0.2 мм. Поэтому кварцевые генераторы работают на частотах  до 20 МГц (длина волны более 20 метров). Для более высаких частот применяется умножение частоты.

На рис. 11.17, б даны частотные характеристики активной и реактивной компонент сопротивления . Обычно возбуждаются колебания на частоте, немного меньше , где  имеет индуктивный характер (см. п. 11.6. Двухконтурные генератоы).

11.7. -генераторы с внешней ОС

Генератор с трансформаторной ОС. Схема генератора приведена на рис. 11.18. На схеме обозначено: АЭ – активный элемент, в качестве которого могут быть использованы биполярные и полевые транзисторы, интегральные микросхемы (операционные усилители ОУ); Тр – трансформатор с взаимной индуктивностью обмоток . При положительной ОС    (согласованное соединение обмоток трансформатора), а при отрицательной ОС  (встречное включение обмоток). Следовательно, генератор представляет собой нелинейный резонансный усилитель с трансформаторной ПОС..

                                    Рис. 11.18                        Рис. 11.19

          Основные параметры на частоте генерации:

, , .                         (11.22)

          Условия самовозбуждения:

,  .                                        (11.23)

          Условия стационарного режима генерации:

,  .                                    (11.24)

          Недостаток генератора с трансформаторной ОС заключается в необходимости иметь трансформатор – две катушки индуктивности. От этого недостатка свободны «трехточечные» схемы генераторов.