. Параметрическая стабилизация частоты. Кварцевые автогенераторы

Параметрические способы стабилизации частоты

Для уменьшения влияния изменений температуры на параметры колебательной системы автогенератора в них используют материалы с малым температурным коэффициентом.

Нестабильность источников питания приводит к изменению режима работы транзистора, т. е. изменению амплитуды импульсов базового и коллекторного токов транзистора, угла отсечки и гармонического состава их. В результате час­тота генерации изменяется. Кроме того, уменьшение напряжения источника коллекторного питания переводит транзистор в перенапряженный режим, при котором увеличивается базовый ток, возрастает уровень высших гармоник в базовом и коллекторном токах. Форма базового напряжения искажается и по­является дополнительный сдвиг фаз средней крутизны. Средней крутизной на­зывают отношение амплитуды первой гармоники выходного тока транзистора к амплитуде входного напряжения, т. е. . Увеличивается также емкость коллекторного перехода, что ведет к уменьшению генерируемой частоты.

Изменение режима работы транзистора сопровождается изменением мощ­ностей, рассеиваемых на коллекторе и элементах колебательной системы. Теп­ловой режим нарушается, частота генерации уменьшается.

Для уменьшения влияния нестабильности источников питания применяют стабилизированный источник питания, отдельный для задающего генератора.

Изменение давления и влажности воздуха вызывает изменение диэлектри­ческой проницаемости воздуха. При этом изменяются емкость воздушных кон­денсаторов и паразитные емкости между проводниками и отдельными деталями автогенератора. Появление на поверхности деталей водяной пленки увеличива­ет поверхностную проводимость всех материалов, что приводит к уменьшению добротности колебательных контуров. Лучшим способом ослабления влияния влажности является герметизация задающего генератора и применение гер­метизированных деталей. Целесообразно использование поглотителей влаги.

Нестабильность нагрузки автогенератора приводит к изменению его часто­ты. Нагрузкой для автогенератора является входная цепь следующего каска­да - усилителя. Изменение ее параметров изменяет резонансную частоту и добротность колебательной системы автогенератора. Для ослабления влияния нагрузки на частоту автогенератора между ним и следующим каскадом - уси­лителем включается буферный каскад с высоким входным сопротивлением. В качестве буферного каскада в транзисторных схемах используют эмиттерные или истоковые повторители, а в ламповых - усилители, работающие без тока управляющей сетки. В этих условиях контур автогенератора слабо нагружен, добротность его повышается, что ведет к повышению стабильности частоты.

Изменение внешних электрических и магнитных полей вызывает изменение емкостей и индуктивностей, а следовательно, и частоты автогенератора. Кроме того, излучения мощных соседних радиопередатчиков приводят к изменению ре­жима работы транзистора и появлению дополнительных составляющих в вы­ходном токе. Устранять влияние этих причин на стабильность частоты нужно тщательным экранированием автогенератора и установкой фильтров в цепях питания.

Механические воздействия - вибрации, толчки, тряски - вызывают де­формации деталей, изменение взаимного расположения деталей и монтажных проводов, а в ряде случаев и разрушение их. В самолетных передатчиках это происходит при взлете и посадке, а также при работе двигателя. Указанные причины вызывают изменение параметров колебательной системы, а следователь­но, и частоты автогенератора. Для придания ей жесткости и устойчивости к ме­ханическим воздействиям делают объемные литые шасси, печатный монтаж, жесткое крепление транзисторов. Весь блок автогенератора заливают изоли­рующими смолами или компаундами. Для уменьшения воздействия ударов, вибраций и толчков весь автогенератор, а часто и весь передатчик крепится на пружинах или резиновых амортизаторах.

Схемы кварцевых автогенераторов

Для построения схем высокостабильных автогенераторов кварце­вый резонатор используют либо как высокоэталонную индуктив­ность, замещая им катушку в емкостной трехточечной схеме, ли­бо как высокодобротный последовательный контур в цепи поло­жительной обратной связи автогенератора. В соответствии с мес­том включения кварца в схему автогенератора различают две группы кварцевых автогенераторов: осцилляторные и фильтровые.

Осцилляторные схемы. В них кварц включается вместо одной из индуктивностей в обобщенной трехточечной схеме, как пока­зано на рис. Колебания в этих схемах могут существовать только тогда, когда кварц имеет индуктивное сопротивление, т. е. на частоте, близкой к собственной резонансной частоте кварца . На других частотах баланс фаз не выполняется и колебания в автогенераторе не возникают. На практике чаще всего исполь­зуется емкостная трехточечная схема, у которой кварц включает­ся вместо индуктивности в участок коллектор - база. Эта схема обладает лучшей стабильностью частоты, что является следстви­ем меньшего шунтирования кварцевого резонатора самим тран­зистором.

К роме того, в схеме отсутствуют катушки индуктивно­сти, что дает возможность построения автогенераторов в инте­гральном исполнении. Простейшая принципиальная схема транзис­торного автогенератора с кварцем, включенным в цепь база - коллектор, приведена на рисунке. Это емкостная трехточечная схема автогенератора. Работа автогенератора по этой схеме воз­можна только на частоте кварца. При неисправности кварца (шунтировании его или обрыве в цепи) генерация срывается. Недо­статком этой схемы является то, что кварц шунтируется сопро­тивлением коллекторно-базового перехода транзистора, что сни­жает стабильность частоты генерируемых колебаний, так как это сопротивление изменяется под действием дестабилизирующих факторов. Кроме того, на резонаторе создается значительное на­пряжение, вызывающее его нагрев, что также снижает стабиль­ность частоты. Поэтому кварцевые генераторы выполняют по воз­можности на малую мощность.

Нестабильность частоты в осцилляторных схемах автогенера­торов при добротности кварцевого резонатора составляет .

Фильтровые схемы. В них кварцевый резонатор включают по­следовательно в цепь обратной связи, соединяющую базу, эмиттер или коллектор транзистора с колебательным контуром автогене­ратора. Включения кварцевого резонатора в схему ем­костной трехточки приведены на рис. Кварцевый резонатор может быть также включен в колебательный контур.

Н а частотах, отличающихся от резонансной частоты кварца , сопротивление кварцевого резонатора, являющегося элемен­том обратной связи, комплексное и большое, а коэффициент об­ратной связи мал. Поэтому условие самовозбуждения в этих схе­мах не выполняется и колебания в автогенераторе не возникают. На основной частоте последовательного резонанса (или на не­четной механической гармонике) кварц обладает только неболь­шим активным сопротивлением. При этом создаваемая кварцем цепь обратной связи замыкается, условия самовозбуждения вы­полняются и колебания в автогенераторе возникают. Схема кварцевого автогенератора с кварцем в цепи об­ратной связи приведена на рис.

Н едостатком схем автогенераторов с кварцем в цепи положи­тельной обратной связи является наличие дополнительной обрат­ной связи через емкость кварцедержателя или статическую ем­кость кварца С₀, вследствие которой возможна паразитная гене­рация. Для компенсации емкости С₀ параллельно кварцу вклю­чают индуктивность или используют мостовую схему нейтрализа­ции С₀. Параллельно включенные индуктивность и емкость С₀ об­разуют фильтр - пробку на частоте паразитного колебания. Но для работы автогенератора на гармониках выше 5-й применение компенсирующей индуктивности оказывается неэффективным. На частотах 100 ... 200 МГц можно использовать только мостовые схемы.

Мостовые схемы. Такие схемы дают лучшие результаты по нейтрализации емкости С₀ и обеспечивают повышение стабильно­сти частоты на целый порядок.