Замедляющие системы. Генераторы с электрическим управлением электронным потоком. Методы и устройства стабилизации частоты и фазы колебании в задающих генераторах простых и сложных сигналов, страница 30

Поскольку  кварц имеет индуктивное со­противление в очень узком интервале частот который обычно не превышает 0,5% от . Схемы кварцевых генераторов строят так, чтобы частота их колебаний , лежала именно в этом интервале , где производная фазочастотной характеристи­ки  велика и обеспечивается высокая фиксирующая способность.

Схемы кварцевых генераторов делятся на осцилляторные (трехточечные) и схемы с кварцем в цепи обратной связи (фильтровые схемы). В осцилляторных схемах кварц является элемен­том колебательной системы автогенератора.

Наибольшее распространение среди осцилляторных схем полу­чили емкостные трехточечные схемы, где кварцевый резонатор (включается как индуктивность (рис. 5.13). В фильтровой схеме кварц устанавливается в цепи обратной связи и используется как последовательный контур (рис. 5.14). В схеме на рис.5.13 можно получить возбуждение кварцевого резонатора на одной из метрических гармоник. Для этого параметры контура L, С рассчитыаются так, чтобы его сопротивление было индуктивным для всех низких номеров гармоник и емкостным для выбранной. Тогда условия самовозбуждения на низких частотах не выполняют­ся. На более высоких, чем выбранная, колебания также не возникают

из-за уменьшения средней крутизны характеристики ак­тивного элемента.

Схема на рис. 5.14 также может работать па механических гармоникам кварцевого резонатора. В таком автогенераторе уда­ется .возбудить колебания на довольно высоких (Номерах гармоник — до 15-й, 17-й. Однако в этой схеме возможно возбуждение паразитных колебаний на частотах, не контролируемых кварцем за счет связи цепей коллектора и базы через статическую ем­кость кварца Со. Для компенсации С₀ параллельно кварцу вклю­чают индуктивность L₁. Образованный таким образом контур L₁ C₀

настраивается изменением L на частоту паразитного колебания и размывает для него цепь обратной связи.

В кварцевых генераторах возможна перестройка частоты, но в небольших пределах, примерно до (0,2...0,5)%. Способ пе­рестройки зависит от схемы генератора. Так в схеме емкостной трехсточки, где кварц используется как индуктивность, перестрой­ка возможна только в области частот от . В этом отно­шении выгоднее схема, в которой кварц используется на частоте. Здесь можно получить большую полосу перестройки за счет смещения частоты последовательного резонанса цепи обратной связи с кварцем выше или ниже  (рис. 5.12, пунктирные ли­нии). Этот эффект используется, например, в схеме 5.15.   Здесь

последовательно соединенные кварцевый резонатор совместно с переменной емкостью  варикапа 2   и   индуктивностью  образуют цепь обратной   связи  с  реактивным   сопротивлением . Частота    автоколебаний  соответ­ствует значению  (рис. 5.12).   Величины   индуктивности  и управляемой емкости  выбираются   такими,   чтобы при изменении напряжения ,  изменялись величина и знак их суммарной   эквивалентной   реактивности.   Это позволяет изменением  смешать частоту последовательного резонанса всей цепи обратной связи относительно  в сторону более низких или высоких частот и изменять таким образом частоту автоколебаний.

Недостатками кварцевой стабилизации являются: чрезвычайно малый диапазон частот, в пределах которого возможна стабилизация частоты с помощью одного кварцевого резонатора не­возможность непосредственной стабилизации частоты мощных автогенераторов и автогенераторов СВЧ.

5.3.4. Стабилизация частоты автоколебаний с использованием резонаторов и линий задержки на поверхностных акустических волнах

Приборы на поверхностных акустических волнах (ПЛВ) отно­сятся к классу изделий акустоэлектроники. Работа этих приборов основана на возбуждении в твердых пьезоэлектрических материа­лах (кварц, ниобат лития, германат висмута и др), распростране­нии в них поверхностных акустических волн и обратном преобра­зовании этих волн в электрические колебания. В настоящее время приборы на ПАВ широко используются при построении резонато­ров, линий задержки, полосовых и дисперсионных фильтров, фазовращателей, канвольверов и др. элементов [68, 69].

Важными достоинствами ПАВ является малая скорость распро­странения , т. с. длина     акустической  волны примерно в 105 раз меньше  длины  электромагнитной волны в свободном пространстве при одной и той же частоте f, и возможность взаимодействия с пленарными структурами на по­верхности звукопровода. Это позволяет создавать микроминиа­тюрные устройства на ПЛВ для частот от единиц мегагерц до еди­ниц гигагерц, а также легко сопрягать их с интегральными микро­схемами и создавать законченные функциональные узлы, напри­мер, автогенераторы в интегральном исполнении.

Линия задержки или фильтр на ПАВ в общем случае имеет на подложке изпьезоэлектрика (рис. 5.16) два встречно-штыревых

преобразователя (ВШП), один из которых преобразует входные сигналы в ПАВ. а второй осуществляет обратное преобразование.

Селективные свойства линии задержки или фильтра   на   ПАВ определяются шагом структуры ВШП . ЛЗ   на   ПАВ можно попользовать и для прецизионного формирования ЛЧМ, КФМ сигналов, а также сигналов с заданными нелинейными за­конами ЧМ (см. п. 7.1 — пассивный аналоговый метод формиро­вания сложных сигналов). В линиях задержки на ПАВ, предна­значенных для формирования ЛЧМ сигналов, ВШП выполняются с церемонным шагам. В результате линия становится диспер­сионной. Выходной сигнал такой дисперсионной ЛЗ на ПАВ яв­ляется ЛЧМ радиоимпульсом длительностью, определяемой дли­ной ЛЗ.

Основная идея конструкции резонаторов на ПАВ заключается в создании акустического аналога типического резонатора Фабри-Перо. Так как не существует высокоэффективных сосредоточенных отражателей ПАВ, то используются отражатели в виде распределенных периодических структур. Поэтому резонаторы на ПАВ представляют собой (см. рис. 5.17) подложку из пьезоэлектрика ,

на которой располагаются две отражающие решетки  ограничи­вающие резонансную полость. Энергия колебаний подводится и вы водится из резонансной полости встречно-штыревыми преобразователями , которых может быть один (в одновходовом резонато­ре—рис. 5.17,а) или два (в двухвходовом резонаторе—рис. 5.17,6). Добротность резонаторов на ПАВ достигает 104. На основном ти­пе колебаний  они  работают ,в  диапазоне  частот от   10 МГц