18

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

(ТУСУР)

Кафедра Электронных приборов (ЭП)

Расчет кварцевого генератора

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине

" Твердотельные приборы и устройства "

Студент гр. 350-1

_______ Н.А. Прокопенко

« ___»__________2014 г.

Руководитель

_______ С.И.Арестов

«____»_______2014 г.

2014

Реферат

Курсовой проект 18 стр,5 используемых источников, Рисунков 2.

КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР.

Целью работы является расчет и конструирование кварцевого генератора для измерения толщин наносимых пленок.

Работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2007.

Уровень математического аппарата – арифметический.

Уровень компьютерной графики - Paint.

Abstract

Course project 18 pages, 5 sources used, Figure 2.

Quartz oscillator.

           The aim of the work is the calculation and design of the crystal oscillator to measure the thickness of the applied film.

Work is done in a text editor Microsoft Word 2007.

Level of mathematical apparatus - arithmetic.

The level of computer graphics - Paint.

Оглавление

1.ВВЕДЕНИЕ 4

2.Суть метода 6

3.Выбор и расчет схемы генератора 6

3.1.Расчёт по постоянному току. 9

3.3.Энергетический расчёт автогенератора. 12

Заключение 13

5.Список литературы 14

Приложение А 15

Приложение Б 16

Приложение В 17

1.Введение

Проанализировав возможности предоставленного оборудования было принято решение использовать кварцевый генератор с использованием кварцевого резонатора на частоте 3125 кГц. С питанием 9 В, и схемой емкостной трехточки.

2.Суть метода

Кварцевый резонатор под воздействием внешнего напряжения производит механические колебания – это явление называется обратный пьезоэлектрический эффект.

Для того чтобы наблюдался обратный пьезоэлектрический эффект на резонаторе нам необходимо чтобы полярность на обкладках резонатора постоянно изменялась. Для этого нам необходимо выбрать подходящий генератор переменного сигнала.

3.Выбор и расчет схемы генератора

В высокостабильных в качестве контуров или их элементов применяются электромеханические резонаторы, обладающие высокой добротностью и достаточной температурной стабильностью. Наибольшее применение находят кварцевые резонаторы – пластины, выпиленные из кристалла кварца. В этих пластинах реализуется так называемый пьезоэлектрический эффект – механическая энергия преобразуется в электрическую и наоборот. Переменное напряжение, приложенное к граням кварцевого резонатора, вызывает его колебания. Резонансная частота механических колебаний определяется размерами пластины и на этой частоте преобразование механической энергии в электрическую чрезвычайно эффективно. В самом резонаторе рассеивается очень малая часть энергии. Поэтому резонанс получается весьма острым. Кварцевые резонаторы имеют эквивалентную добротность Q от 10 000 до 1 000 000.

Эквивалентная схема кварцевого резонатора изображена на рис. 1. У этого контура, если пренебречь сопротивлением потерь R_K, будут две резонансные частоты – частота последовательного резонатора f_S и частота параллельного резонанса f_P, определяемые по формулам:

; ,

где L_K, C_K, C₀ – элементы эквивалентного контура.

Кривая зависимости сопротивлений без учета потерь показана на рис. 1, б пунктирной линией. В первом случае (f_S) реактивное сопротивление X равно нулю, во втором (f_P) – бесконечности. Реально есть потери, и контур обладает комплексным сопротивлением Z = R+jX. На том же рис. 1 показаны зависимости реактивного сопротивления, активного сопротивления и модуля комплексного сопротивления ( ) от частоты. Разность частот f_P-f_S=Δf именуется шириной резонансного интервала.

Рис. 1. Эквивалентная схема кварцеввого резонатора(а) и и зависимости сопротивлений от частоты(б).

О параметрах кварца на механических гармониках известно, что эквивалентная индуктивность на n-й гармонике не меняется, а эквивалентная меньше в n² раз. Резонансный интервал уменьшается в n раз. Следует отметить, что добротность резонатора наиболее высокая на той гармонике, на которой он должен работать по паспорту, и, соответственно, на частоте, указанной на корпусе.

Еще одно общее положение. Кварцы допустимой мощность рассеивания, превышение которой может вывести их из строя. Обычно на кварцах рассеивается менее 10% мощности, подводимой генератору, что для разных типов резонаторов должно составлять 2-4 мВт.

Кварцевые генераторы подразделяются на генераторы параллельного резонанса (осцилляторные схемы) и генераторы последовательного резонанса (фильтровые схемы). В них используются кварцы, возбуждаемые как на основной частоте, так и на не четных механических гармониках. В осцилляторных схемах кварц возбуждается на частоте внутри резонансного интервала, но вблизи параллельного резонанса его реактивное сопротивление имеет индуктивный характер. В генераторе последовательного резонанса возбуждение происходит на частоте вблизи последовательного резонанса, реактивное сопротивление кварца при этом равно нулю, а его активное сопротивление очень мало.

Схема автогенератора изображена на рисунке 2, рабочая частота автогенератора 3125 кГц. В качестве активного элемента в схеме автогенератора будет применен биполярный транзистор КТ 315Б, т.к. он обеспечивает требуемую выходную мощность и может работать на рассчитываемой частоте. Параметры транзистора приведены в ПРИЛОЖЕНИИ А.

Рис. 2.

Автогенератор представляет собой емкостную трёхточку, которая образована транзистором VT1, кварцевым резонатором ZQ1, выполняющим роль индуктивности, и конденсаторами С2 и С3. Резисторы R1, R2, R3 обеспечивают внешнее и автоматическое смещение для транзистора. Конденсатор С1 служит для блокировки резистора R3 на рабочей частоте, что исключает отрицательную обратную связь. Дроссель L _к включен для того, чтобы не зашунтировать трёхточку через источник питания E_к.