Мостовые схемы сложения. АГ гармонических колебаний. Общие сведения и основные положения. LC-автогенераторы. Стабилизация частоты автогенератора, страница 5

                 Характер и величины реактивных параметров колебательной системы зависят от конструкции этих элементов. При этом эффективно для повышения стабильности АГ использовать термокомпенсацию (емкость и индуктивность имеют разные знаки αl и αc) и термостатирование.

                  Тепловой режим АГ  определяется не только окружающей средой, но и тепловыми процессами, протекающими в транзисторе. Для повышения стабильности частоты АГ, необходимо для облегчения его теплового режима снижать  снимаемую с него мощность.

                   Стабильность частоты АГ зависит и от механических воздействий, оказываемых на элементы колебательной системы. Например, вибрация меняет емкость между деталями и проводами, что в свою очередь, изменяет частоту АГ. Уменьшение влияния механических воздействий на частоту АГ достигается за счет использования интегральной технологии.

                   На стабильность частоты АГ влияют изменения параметров транзистора. К контуру АГ подключены комплексные проводимости транзистора ẏ11, ẏ12, ẏ22. Их активные составляющие g11, g12, g22 вносят активные потери в контур, снижая его добротность, а следовательно, стабильность частоты АГ при изменении 𝛗k  и 𝛗β. Реактивные составляющие этих проводимостей В11, В12, В22 вносят поправку к частоте АГ.

                    При изменении напряжения источников питания (например Ек ), изменяются реактивные параметры В11, В12, В22, что вызывает изменение зарядных емкостей транзистора и постоянных времени эмиттерного  и коллекторного переходов. Поэтому для каждого типа транзисторов указывают оптимальные значения напряжения Ек и тока Ik0,  при которых стабильность частоты будет высокой.

                    Для уменьшения влияния изменения параметров транзистора на частоту генератора на практике уменьшают связь колебательного контура с транзистором. С целью повышения стабильности частоты АГ питающее напряжение транзистора стабилизируют.

3.  Параметрическая стабилизация частоты АГ обеспечивается путем введения в его схему дополнительных элементов, параметры которых уменьшают влияние дестабилизирующих факторов на частоту генерируемых колебаний.  Так же элементы колебательных контуров должны быть высокочастотны и прецизионны (иметь высокий класс точности).

        Для  исключения влияния температуры на параметры усилительных элементов АГ  помещают в термостаты, в которых температура поддерживается с точностью до одной тысячной ℃.

          Уменьшение влияния механических воздействий обеспечивает применение печатного монтажа и проводов индуктивностей, вжигаемых в керамику.

          Применение этих мер позволяет снизить нестабильность до 10-5 (уход частоты на Δf=10Гц при генерируемых колебаниях в fp=1 МГц).

          Как указывалось выше, элементы колебательных контуров должны быть высокочастотны. Это же относится и к транзисторам.  Поэтому для уменьшения фазового сдвига 𝛗к в АГ необходимо использовать транзисторы с высокой частотой fs – граничная частота.

          Эффективной мерой повышения частоты АГ является компенсация фазового сдвига 𝛗β за счет включения в техточечную схему добавочного реактивного сопротивления Ẑ4 как показано на рис.

Схема

    С учетом выше рассмотренного приведем полную схему транзисторного АГ по емкостной трехточечной схеме ( схема Клаппа)

схема

особенности схемы.

       Разделительный конденсатор Ср, включенных в индуктивную ветвь контура. Так как он включен последовательно с С2, то общая емкость контура Собщ становится меньшей, чем при двух конденсаторах С1 и С2.

       Для сохранения той же частоты АГ необходимо увеличить индуктивность L. В результате характеристическое сопротивление контура формула растет и, следовательно, контур при сохранении тех же потерь «r», обладает большей добротностью. Это, в свою очередь, приводит к более высокой стабильности частоты АГ.

Лекция 16. Кварцевая стабилизация АГ.

1.  Кварц и его свойства.

2.  Эквивалентная сила кварца.

3.  Разновидности схем кварцевых АГ.

1.        Исследуя влияние факторов, влияющих на стабильности частоты АГ,  было установлено, что δ=Δ𝛗/2Q, где Q – добротность колебательной системы, а  Δ𝛗=𝛗к+𝛗β. Это значит что всякое изменение углов, входящих в уравнение баланса фах, изменяет суммарный фазовый сдвиг, а колебательная система должна быть высокодобротной.

       На LC-элементах обеспечить высокую добротность оказывается сложно. Требуемую добротность могут обеспечить колебательные системы, изготовленные из материалов, обладающих пьезоэлектрическими свойствами, в частности кварцевые резонаторы. Кварц представляет собой кристаллическую двуокись кремния. Добротность кварцевых резонаторов на несколько порядков превышает добротность обычных LC-контуров и достигает нескольких десятков тысяч и даже нескольких миллионов. В кварцевом резонаторе пластина кварца помещается между двумя металлическими электродами, а крепление происходит с помощью кварцедержателей.  Кварцевая пластина вырезается из кристалла под определенным углом (срезом) относительно кристаллических осей. Вид среза определяет температурные характеристики резонаторов, а также частоту механических колебаний.

        В настоящее время используются кварцевые пластины косых срезов с колебаниями «сжатия-растяжения» по ширине (диапазон 50…500кГц) и кварцевые пластины срезов с колебаниями «сдвига» по толщине (диапазон выше 500кГц).

        Основная частота механических колебаний кварцевого резонатора при колебании сдвига по толщине определяется соотношением fкв=M/d, где  M-1,7…3 МГц•мм- частотный коэффициент, зависящий от среза, а d – толщина пластины, мм.