Промислові модулі кварцових генераторів
Випускаються і модулі кварцових генераторів. Це закінчені пристрої, виконані в герметичних корпусах, призначених для монтажу на друковану плату.
Фірма "Платан"пропонує на нашому ринку серію модулів кварцових генераторів двох типів, показаних на рис. 1.19.
Рис.1.19. Модулі кварцових генераторів
Ці модулі будуються на мікросхемах TTL і МОП, є і варіанти з електронним налаштуванням частоти. Модулі перекривають діапазони частот від 1 до 100 МГц. Напруга живлення модулів 5 В. Модулі типу 1 розраховані на фіксовані частоти, вони мають три задіяних виходи (загальний, харчування і вихід). У модулях типу 2 є додаткових входи для керуючої напруги.
Шляхи покращення параметрів генераторів синусоїдальних сигналів
Вимірювальні аналогові генератори, в тому числі генератори стандартних сигналів (ГСС), вимагають прийняття певних заходів щодо стабілізації частоти і амплітуди синусоїдального сигналу і зменшення його спотворень. Крім того, нерідко потребує забезпечення досить широкого діапазону зміни частоти.
Низькочастотні (звукового та ультразвукового діапазонів частот) аналогові вимірювальні генератори будуються на основі трьох основних типів:
генератори на биттях, що містять два LC-генератора (один з фіксованою
частотою, інший з плавно вимірювальною) і змішувач для виділення різ
ниці частоти;
генератори на основі виборчого RC-ланцюга того чи іншого типу (RC-генератори);
генератори на основі перетворювачів трикутної напруги в синусоїдальний сигнал (аналогові функціональні генератори).
Перший тип генераторів був досить відомий ще в 50-60х роках минулого
століття. Проте його головний недолік - низька стабільність різницевої частоти (особливо найнижчої) подолати не вдалося і випуск таких генераторів був припинений. Основна перевага (а часто недолік) таких генераторів - перекриття всього діапазону частот (наприклад, від 20 Гц до 20 кГц) без розбивки його на піддіапазони. Це до сих пір використовується на генераторах качаючої частоти, причому не тільки низькочастотних, а й високочастотних.
Основним типом НЧЧ генераторів стали описані вище RC-генератори. Як відзначалося, їх стабільність приблизно на порядок гірше стабільності LC- генераторів. Не вдаючись занадто далеко в теорію автогенераторів, все ж зазначимо, що стабільність їх частоти залежить від параметра Q = f0/2Δf - добротності виборчого ланцюга ІЦ, де 2Δf - смуга пропускання, оцінювана по спаду резонансної кривої на 3 дБ по обидві сторони від частоти резонансу f0 (або квазірезонанса для RC-ланцюгів). Чим вище добротність і менша смуга пропускання, тим менше змінюється частота генерації, на якій дотримуються умови балансу фаз і амплітуд. Зміна частоти може бути обумовлено також зміною фази підсилювача або ІЦ внаслідок зміни температури, напруги живлення та інших факторів.
У виборчих RC-ланцюгах Q <1 і це вказує на принципово високу нестабільність частоти. Певні проблеми викликає стабілізація амплітуди синусоїдальних коливань у таких генераторів при одночасному зниженні часу встановлення амплітуди із заданою точністю. В цьому випадку описаний вище інерційний зворотній зв'язок за допомогою термістора або лампи розжарювання виявляється недостатньо ефективною через великих постійних часу зміни опору цих приладів. Генератори доводиться ускладнювати введенням електронної стабілізації амплітуди вихідного сигналу. Проте в цьому випадку важче отримати малі коефіцієнти нелінійних спотворень.
Аналогові функціональні генератори забезпечують широкий діапазон перебудування по частоті, можливість електронного керування частотою і малий час установки амплітуди при перебудові частоти сигналів. Однак вони мають серйозний недолік - високий коефіцієнт нелінійних спотворень. Тому повноцінну заміну RC-генераторів функціональні генератори не забезпечують.
У резонансних LC-контурах Q лежить в межах від декількох десятків до сотень. Так що по стабільності частоти LC-автогенератори, як правило, набагато перевершують RC-генератори. Однак для отримання високої стабільності частоти потрібні відповідні конструктивні заходи, наприклад застосування котушок індуктивності з обмоткою, отриманої вжиганням срібла в керамічний каркас або виготовлення обмотки методом електролітичного осадження срібла. Крім цього використовуються і інші методи поліпшення стабільності частоти LC-генераторів. Вони зводяться:
до вибору високостабільних компонентів - індуктивностей L і конденсаторів C;
застосування температурної компенсації, коли, наприклад, позитивний температурний коефіцієнт зміни індуктивності компенсується відємним температурним коефіцієнтом ємності конденсатора;
застосування термостатів забезпечують сталість робочої температури як в цілому генераторі, так і його резонаторів (наприклад, кварцу або LC- контуру);
використання схем автоматичного підстроювання частоти;
застосуванню буферних підсилювальних каскадів (емітерних повторювачів, каскадів на польових транзисторах з високим вхідним опором, підсилювачів на широкосмугових операційних підсилювачах та ін.)
Більшість аналогових вимірювальних LC-генераторів будується на основі схеми LC-генератора з буферним резонансним каскадом. Застосування такого каскаду різко знижує спотворення форми сигналу через його обмеження в LC-генераторі і зменшує вплив на LC-генератор навантаження. Крім того, це дозволяє легко модулювавти сигнал по амплітуді зміною напруги живлення буферного підсилювача. Як правило, застосовуються і ланцюги автоматичної стабілізації рівня вихідної напруги шляхом порівняння випрямленої напруги сигналу з опорною постійною напругою, посилення їх різниці і впливом її на регулюючий елемент, що змінює напругу живлення буферного каскаду [133]. Зміна опорної напруги за законом НЧ модулюючого сигналу дозволяє легко здійснювати амплітудну модуляцію з досить лінійною модуляційною характеристикою.
Такі генератори, як правило, використовують для зміни діапазонів частот переключення котушок індуктивності і (для плавної зміни частоти) здвоєний повітряний конденсатор змінної ємності. Плавне переналаштування частоти можливе до 2-3 разів. Тому для перекриття діапазону частот від 100 кГц до 35-50 МГц доводиться використовувати до 5-10 піддіапазонів частот.
На виході буферного каскаду ГСС високих частот включається вимірювач вихідної напруги, низькоомний змінний резистор (потенціометр) для плавного
регулювання сигналу і прецизійний дільник вихідної напруги - аттентюатор. Для здійснення частотної модуляції використовується електрично керуючий конденсатор - варикап.
Прийняття всіх цих заходів, або навіть їх частини, веде до істотного ускладнення повних схем ВЧ-генераторів (і тим більше СВЧ) стандартних сигналів. Зрозуміло, для живлення електронних вузлів таких генераторів доводиться використовувати стабілізацію джерела живлення. Розбір конкретних схем вимірювальних генераторів виходить за рамки цієї книги. Тим більше в зв'язку з тим, що випуск вимірювальних генераторів на основі LC-генераторів останнім часом різко скорочується і вони замінюються з генераторами на основі синтезаторів частоти і прямого цифрового синтезу форми сигналів. Вони позбавлені недоліків аналогових ГСС.
Мінімальний рівень вихідного сигналу таких генераторів часто становить
частки мкВ. В таких умовах рівень наведень виявляється вище рівня сигналу. Тому в конструкції ВЧ ГСС доводиться використовувати ретельне (часом навіть подвійне) екранування, застосовувати лите шасі з вирізами для вузлів генератора і т. д. Все це, як і необхідність застосування великої шкали для досить точного відліку частоти і верньєра для її точної установки помітно ускладнює конструкцію генераторів і веде до збільшення їх габаритів і ваги.
Незважаючи на всі ці заходи і конструктивні рішення нестабільність частоти у таких генераторів не вдається знизити до рівня приблизно 10-4 (0,01%). Цього достатньо для випробування звичайних радіоприймальних пристроїв діапазонів довгих, середніх і коротких хвиль. Однак для сучасних магістральних КВ – радіоприймачів з вузькосмуговим трактами телеграфного та телетайпного зв'язку нестабільність частоти повинна бути на 1-2 порядки нижче, тобто бути порядку 10-6 – 10-5. Для цього доводиться застосовувати вже генератори іншого типу - на основі частотного синтезу і прямого цифрового синтезу форми сигналів.
Найвищу стабільність частоти дають кварцові генератори з кварцовим резонатором, добротність якого досягає сотень тисяч і навіть кількох мільйонів. Для одержання особливо стабільних частот використовуються кварцові генератори, розміщені в термостаті, або навіть молекулярні генератори еталонних частот. Але, такі генератори будуються на одну або кілька частот.
Для отримання широкого діапазону частот (аж до СВЧ) використовується описані далі методи цифрового синтезу частот або генератори на основі прямого цифрового синтезу сигналів заданої (у тому числі синусоїдальної) форми. Ці генератори будуються на основі великих і надвеликих інтегральних мікросхем. Вони містять багато тисяч і навіть мільйони транзисторів.
Серійні RC - генератори низьких частот
Генератор низькочастотних сигналів ГЗ-118
RC - генератори звукових (від 20 Гц до 20 кГц) і ультразвукових частот випускаються багатьма фірмами. Вітчизняний генератор сигналів низькочастотний Г3-118 (рис. 1.20) являє собою джерело синусоїдального сигналу прецизійної форми хвилі і призначений для дослідження, настройки і випробувань систем та приладів. Певна риса цього генератора, відсутня у більшості простіших моделей, - дуже низький коефіцієнт нелінійних спотворень.
Рис.1.20. НЧ - генератор ГЗ-118
Генератор має 5 діапазонів частот від 10 Гц до 200 кГц. Забезпечує низький рівень коефіцієнта гармонік вихідного сигналу до 1,5×10- 3% в діапазоні частот понад 200 Гц до 10 кГц (II і III піддіапазони). Найбільше значення рівня з частотою мережі живлення та її гармонік на виході приладу не перевищує 0,00075% від встановленого значення вихідної напруги. Потужність, споживана від мережі при номінальній напрузі, не більше 30 ВА. Габаритні розміри, мм, не більше 312×133×322 мм, маса 7,5 кг.
Прилад оснащується режекторним фільтром для одержання особливо чистих сигналів. Все це необхідно для проектування, макетування та налагодження підсилювачів потужності звукової частоти класу HiiFi і HiiEnd.