Замедляющие системы. Генераторы с электрическим управлением электронным потоком. Методы и устройства стабилизации частоты и фазы колебании в задающих генераторах простых и сложных сигналов, страница 29

К методам параметрической стабилизации частоты, обеспечи­вающим реализацию сформулированных в п.п. 5.2.3 рекоменда­ций, относятся: стабилизация напряжений  таков в цепях пита­ния автогенераторов; термостатированне и термостабилизация; герметизация; амортизация; оптимизация режима работы; новые решение фиксирующей способности автогенератора.

Стабилизация напряжений и токов в цепях питания автогенератора повышает устойчивость режима его работы, так как способствует уменьшению приращений фазового угла . Для этой цели используются магнитные и электронные стабилизаторы напряжений и токов, химические источники тока; Автономное питание различных цепей автогенератора также способствует стабилизации режима его работы за счет взаимной развязки и снижении мощности источников питания.

Термостатирование, термостабилизация, герметизация и амортизация уменьшают нестабильность частоты за счет повышения эталонное колебательных систем генераторов и применяются при высоких требованиях к стабильности частоты.

Термостабилизация, как правило, применяется во всех автогенираторах и предусматривает использование деталей и материалов с малым температурным коэффициентом теплового расширения (радиофарфора, сплава инвара и т. д.), дополнительных конденсаторов с отрицательным температурным коэффициентом емкости, цепей термостабилизации на специальных диодах и резис­торах и т. д. Автогенераторы, работающие при больших изменениях давления и влажности, выполняются   в   герметизированных модулях, которые часто заполняются инертным газом. Иногда используются специальные вакуумные конденсаторы и другие детали, а также осушители из влагопоглощающих материалов — абсорберы. Для амортизации отдельных элементов и блоков ис­пользуются эластичные материалы (резина, поролон и т. д.) или упругие металлические пружины. Особенно тщательно необходи­мо амортизировать электродвигатели различных систем передаю­щего устройства.

Оптимизация параметров схемы и режима работы автогенера­тора по минимуму нестабильности частоты предусматривает вы­бор режима работы активного элемента без отсечки анодного то­ка и с малыми входными токами, снижение связи контура с гене­раторным прибором и нагрузкой, использование специальных фа­зирующих элементов в цепи положительной обратной связи, ком­пенсирующих паразитные фазовые сдвиги в пей и обеспечиваю­щих работу генератора при .

Повышение фиксирующей способности колебательной системы автогенератора достигается увеличением ее добротности и использованием элементов с малыми потерями. Нагруженная добротность  пропорциональна запасенной энергии , в колебательной системе и обратно пропорциональна мощности суммарных по­терь P_n. Q_n повышается при увеличении W, и использовании элементов с малыми потерями, в том числе и на излучение. Поэтому в диапазоне СВЧ применяют объемные и коаксиальные резонато­ры. Повышение фиксирующей способности во всех диапазонах частот возможно путем затягивания частоты генератора внешней высокодобротной резонансной системой, а в диапазоне низких и высоких частот — применением кварцевых резонаторов.

5.3.3. Кварцевая стабилизация частоты колебаний автогенераторов

Кварцевая стабилизация основана на повышении фиксирую­щей способности колебательной системы или цепи обратной связи автогенератора за счет увеличения крутизны их фазочастотных характеристик. Это достигается благодаря высокой добротности кварцевых резонаторов.

Кварцевые резонаторы изготавливаются из кристаллического природного «кварца или некоторых искусственных кристаллов, в которых возможно возникновение пьезоэффекта. Если к пластине кварца, снабженной электродами (обычно напыленными), подвести переменное напряжение, то изменение зарядов на электродах создает пьезоток. Этот ток резко возрастает при совпаде­нии частоты приложенного напряжения с одной из многих собственных частот упругих механических колебаний кварцевой пластины, то есть кварцевая пластина ведет себя как электромехани­ческий резонатор, добротность которого достигает 10⁵... 10⁶. В  как в системе с распределенными параметрами колебания возбуждаются на основной частоте f_кв и на кратных ей частотах механических гармоник nf_кв, где n—3,5,7.... Частота колебаний зависит от вила деформации (сдвига, сжатия-растяжения, изгиба и т. д.) и размеров пластины. Для колебаний сдвига по тол­щине основная частота в мегагерцах определяется соотношением —частотный коэффициент, за­висящий от типа среза кварцевой пластины из монокристалла; d — толщина пластины в миллиметрах. Для частот f_кв, выше 30 МГц требуются очень тонкие пластины, поэтому в серийных резонаторах используются пластины не тоньше 0,2...0,3 мм на час­тоту основных колебании не выше 15. .30 МГц. Стабилизация же более высоких частот возможна на механических гармониках кварцевого резонатора.

Поведение кварцевого резонатора в электрической цепи опи­сывается эквивалентной схемой (рис. 5.10). Она состоит из параллельно

соединенных статической емкости кварца Со и n последовательных контуров n= 1,3,5.., которые отражают резонансные свойства кварца вблизи основной и нечетных механических гармоник Статическая емкость складывается из емкостей конденсатора с кварцевым диэлектриком, кварцедержателя и выводов. Динамические параметры кварца характеризуют соответственно инерционные и упругие свойства  пластины потери энергии в ней. Они резко  отличаются  от L, С, r обычных электрических контуров на ту же частоту. Так  ни несколько порядков больше L, а на столько же меньше С. В результате характеристическое   сопротивление   контуров . Сопротивление r в зависимости от вида колебаний и частоты составляет единицы-десятки  а добротность таких   значениях добротности для небольших отклонений частоты  от  каждой   из собственных частот кварца справедлива упрощенная   эквивалентная схема (рис. 5.11) и приведенная на рис. 5.12 (сплошная ли­ния) зависимость реактивного сопротивления эквивалентного контура

от частоты. Первая частота соответствует частоте последовательного резонанса, а вторая — частоте парал­лельного резонанса