Управление частотой автогенератора

Для управления частотой АГ широко используют варикапы. При увеличении напряжения смещения Е_упр на варикапе уменьшается его емкость (см. вольт-фарадную характеристику варикапа на рис. 4.4, где U_мо=E_упр) и, соответственно, увеличиваются резонансная частота колебательной системы АГ и близкая к ней частота генерации.

Для изменения частоты АГ можно также изменять время задержки (сдвиг фаз) в цепи обратной связи. Из условия баланса фаз (3.2) видно, что изменения фаз приводит к изменению сдвига фаз в коллекторной цепи АГ на угол . В частности, при фазовый угол входного сопротивления выходного контура АГ равен . При малых сдвигах фаз ( ) для параллельного колебательного контура справедливо равенство , где Q_Н – добротность нагруженного контура. Из последнего равенства следует, что увеличение времени задержки в цепи обратной связи, т.е. фазы приводит к изменению резонансной частоты колебательной системы АГ и, соответственно, частоты генерации на величину (см. частотные характеристики параллельного колебательного контура на рис. 1.1, где ). Чем больше расстройка частоты генерации относительно резонансной частоты колебательной системы АГ, тем меньше сопротивление колебательной системы |Z_ЭК| (см. рис 1.1) и тем меньше амплитуда колебаний U_K. При очень малой величине сопротивления |Z_ЭК| условие баланса амплитуд не выполняется и происходит срыв автоколебаний.

а б

Рис. 3.2. Схема автоматического смещения в автогенераторе (а) и перемещение рабочей точки автогенератора на семействе колебательных характеристик при прерывистой генерации (б)

Кварцевые автогенераторы

АГ с КС на LС-элементах обладают относительно низкой стабильностью частоты ( ).

Существование прямого и обратного пьезоэлектри-ческого эффекта в кварце, допускающего практически полное преобразование электрической энергии в механическую и обратно, делает удобным использование кварцевого резонатора (КР) в качестве колебательной системы автогенератора.

Эквивалентная электрическая схема КР (рис. 3.3) может быть представлена в виде параллельного соединения емкости кварцедержателя и, в общем случае, бесконечного числа , , контуров, резонансные частоты которых совпадают с частотами механических колебаний кварцевой пластины. Эквивалентная схема КР характеризуется двумя резонансными частотами: частотой последовательного резонанса и частотой параллельного резонанса

а б

Рис. 3.3. Эквивалентные электрические схемы кварцевого резонатора: а – полная; б – упрощенная

Схемы кварцевых автогенераторов несмотря на их многообразие, можно разбить на две большие группы. К первой грyппe схем относятся те, в которых КР включается вместо одного из двухполюсников , , в обобщенной трехточечной схеме АГ (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Обобщенная трехточечная схема кварцевого автогенератора

Это так называемые осцилляторные схемы. В них эквивалентное сопротивление КР должно носить индуктивный характер, а выход резонатора из строя приводит к срыву колебаний, поскольку невозбужденный КР имеет емкостной характер эквивалентного сопротивления.

В осцилляторных схемах частота генерации удовлетворяет условию . Возможные осцилляторные схемы кварцевых АГ представлены на рис.3.5, а,б и в.

а б в

Рис. 3.5. Осцилляторные схемы кварцевых автогенераторов

Во вторую группу схем можно включить схемы с КР в цепи обратной связи и схемы с КР в контуре. Во всех этих схемах, как правило, помимо КР имеется обычный колебательный контур, обеспечивающий выполнение условий самовозбуждения. Отличительной особенностью схем второй группы является возможность сохранения колебаний в автогенераторе при закорачивании КР, поскольку в них используется последовательный резонанс кварца. Схемы с кварцем в цепи обратной связи могут быть получены путем включения КР в одну из вет­вей, соединяющих колебательный контур с эмиттером или базой транзистора, а схемы с кварцем в контуре - включением КР последовательно с одним из двухполюсников , , или . В обе­их схемах генерация происходит на частотах, близких к частоте .

Наиболее часто при построении АГ, работающих на частотах высших механических гармоник КР, находят применение фильтровые схемы (рис. 3.6) и в первую очередь схемы с КР в цепи обратной связи. Принцип работы таких схем основан на том, что сопротивление кварцевого резонатора минимально вблизи частоты последовательного резонанса и резко возрастает при удалении от нее. Следовательно, условия самовозбуждения, выполняемые вблизи частоты будут нарушаться на всех других частотах. Отсутствие генерации на отличных от требуемой гармониках обеспечивается собственной колебательной системой АГ.

а б

Рис. 3.6. Фильтровые схемы автогенераторов