Контрольные вопросы
1. Что понимается под абсолютной и относительной стабильностью частоты?
2. Дайте определение понятиям – ТКЕ и ТКИ.
3. Почему в автогенераторах следует использовать контура с высокой добротностью?
4. Какие параметры автогенератора влияют на величину φs?
5. Объясните механизм влияния нестабильных питающих напряжений на частоту автоколебаний.
6. Какими свойствами должен обладать буферный каскад, чтобы эффективно снимать влияние последующих каскадов передатчика на частоту автоколебаний?
Глава 14. Кварцевые автогенераторы
Стабильность частоты автогенераторов с LC колебательными контурами невысока. Относительная стабильность частоты не лучше, чем 10-4. Такая стабильность частоты не позволяет использовать эти автогенераторы в качестве возбудителей современных передатчиков. По нормам МККР стабильность их выходной частоты должна быть на два – три порядка лучше, то есть 10-5 – 10-7.
Такую стабильность могут обеспечить кварцевые автогенераторы, где частоту автоколебаний задают кварцевые резонаторы – пластины, особым образом вырезанные из кристалла кварца и обладающие пьезоэффектом. Частота автоколебаний в кварцевых автогенераторах определяется частотой механического резонанса этой пластины. Как известно, кварц обладает малым температурным коэффициентом линейного расширения. Размеры кварцевого резонатора (КР) при колебаниях температуры изменяются незначительно, соответственно и частота автоколебаний остается стабильной. Добротность КР очень высока и составляет величину порядка 105 – 106. Высокая добротность КР снимает влияние нестабильных источников питания и переменной нагрузки на частоту автоколебаний кварцевых автогенераторов.
Кварц – один из самых твердых минералов, поэтому перемена давления в окружающей среде также не оказывает заметного дестабилизирующего действия на частоту колебаний.
Свойства КР зависят от его размеров, формы, а также от ориентации относительно кристаллографических осей кристалла кварца.
Схема замещения кварцевого резонатора.
Схема замещения кварцевого резонатора (КР) приведена на рис. 14.1. Lк, Cк, rк – параметры динамической ветви кварца, С0 – емкость кварцедержателя.
КР в соответствии с рис.14.1
характеризуется двумя резонансными
частотами: частотой последовательного
резонанса к
динамической
ветви и частотой параллельного резонанса
0,
определяемой емкостью обкладок кварца.
Рис. 14.1
(6.52)
где m = Cк /C0 = (1...4)10 –3 – емкостное отношение.
В зависимости от частоты, для которой изготовлен кварц, параметры элементов схемы замещения лежат в следующих пределах:
Lк (0.001 ÷ 1...2) Гн, Ск = (10 -2 ÷ 10 -3 )пФ,
С0 (5 ÷ 60) пФ, rк = (1 ÷ 1000) Ом
Этим параметрам соответствуют
значения характеристического сопротивления
и добротности
Если учесть очень малое значение температурного коэффициента линейного расширения, которым характеризуется кристалл природного кварца, то кварцевый резонатор следует признать почти идеальным элементом для создания стабильного автогенератора.
Действительно, для создания стабильного автогенератора необходимо иметь резонатор, который обладает двумя характеристиками:
– высокой эталонностью собственной частоты. Частота не должна зависеть от внешних дестабилизирующих факторов, прежде всего – температуры. Это требование выполняется, так как кварц обладает малым коэффициентом температурного расширения;
– высокой фиксирующей способностью. Это означает, что изменения фазовых сдвигов (s – внутри активного прибора, к – в цепи обратной связи) не должны приводить к существенным сдвигам частоты генерации. Последнее выполняется тем лучше, чем выше крутизна ФЧХ резонатора (чем больше его добротность).
Рис. 14.2
что составляет (0,05 – 0,2) %. Это свидетельство
высокой крутизны зависимости Xкв
от частоты ω.
Следует отметить две возможности использования кварца для построения автогенераторов:
Рис. 14.3
– в качестве сопротивления, величина которого близка к короткому замыканию на частоте к. Действительно, на частоте к сопротивление кварца близко к rк и очень быстро увеличивается при отклонении частоты в ту или иную сторону (рис. 14.3).