книги из ГПНТБ / Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет
.pdfВ [23] предложена схема (рис. 4.6), обеспечивающая высокую стабильность частоты при значительных измене ниях напряжения источника питания. Здесь на кварцевый резонатор, включенный в цепь обратной связи, с мульти вибратора, работающего в режиме деления на три, подает ся возбуждающий импульс (резонатор возбуждается на 3-й механической гармонике). Частота следования импульсов мультивибратора, собранного на транзисторах Т 2 и Т8, синхронизируется и стабилизируется кварцевым резона-
Рис. 4.6. Принципиальная схема кварцевого автогенератора на ча стоту 500 кГц и график зависимости частоты от питающего напря
жения.
тором. Относительно высокая стабильность режима и сла бая связь резонатора со схемой через емкость С5 обеспечи вает малые уходы частоты при изменении питающих напря жений в широких пределах. Схема испытывалась на часто тах 72 и 500 кГц. График зависимости А/// от Еп приведен для / = 500 кГц при QK B = 107. Кратковременная неста бильность данного автогенератора из-за большого числа пассивных и активных элементов схемы должна быть не высокой.
Для уменьшения влияния всех (внешних и внутренних) дестабилизирующих факторов применяют элементы схе мы автогенератора, параметры которых мало зависят от
времени и воздействия дестабилизирующих факторов, при чем обеспечивается облегченный режим работы всем элемен там, оптимальный режим связи резонатора со схемой. При выборе таких элементов схемы необходимо помнить о тре бовании к их шумовым свойствам — резисторы, конденса-
Рис. 4.7. Принципиальные схемы кварцевых автогенераторов:
а — с кварцевым резонатором в цепи обратной связи; б —емкостная трехточка.
торы и активные элементы должны быть малошумящими. Выбор той или иной схемы зависит от конкретных техни ческих требований, предъявляемых к автогенератору.
Для примера приведем результаты исследований дол говременной и кратковременной нестабільностей частоты кварцевых автогенераторов (рис. 4.7), собранных по наибо
лее распространенным |
схемам — «емкостная |
трехточка» |
и «с кварцевым резонатором в цепи обратной |
связи» [24], |
|
обладающей повышенной |
стабильностью в диапазоне тем- |
220
|
Применение этих схем в низкочастотном диапазоне (4— |
500 |
кГц) обусловлено сравнительно большим значением |
гкв |
кварцевого резонатора. При большом rm \ езбходим |
большой коэффициент усиления, который можно обеспечить
Рис. 4 . 10 . Принципиальная |
схема |
|||||
автогенератора |
с |
кварцевым |
резона |
|||
тором в контуре. |
Выходной |
сигнал |
||||
снимается |
с |
части |
контура |
для |
||
уменьшения |
влияния |
нагрузки |
на |
|||
генерирующую |
частоту; С 4 |
> |
С 3 . |
увеличением числа каскадов. В рассматриваемых автоге нераторах можно получить большую выходную мощность при малой мощности, рассеиваемой на кварцевом резона-
> L
с5
П - L
Рис. 4 . 1 1 . Принципиальная схе
ма автогенератора с кварцевым резонатором в цепи обратной связи, работающим на 3-й ме ханической гармонике:
/=52 |
МГц, |
d—?l |
пФ, |
С2 = 10 |
пФ; |
|||||
C s |
= |
1 ООО пФ, |
С 4 = Ю 0 О |
пФ, |
С , = |
|||||
= |
1000 |
пФ, |
L , = 0,65 |
мкГ, L 2 = 1 0 0 |
мкГ |
|||||
і - к о м |
— индуктивность |
для |
компенсации |
|||||||
статической |
емкости |
резонатора; |
« , = |
|||||||
2 = 0 |
Ом, |
« г |
= 1 , 1 |
кОм, |
/?з = |
300 |
Ом, |
|||
|
|
|
« 4 |
= 1 2 кОм, |
£ п = |
— 6В; |
|
|||
|
|
|
|
транзистор |
1Т313А. |
|
|
Рис. 4 . 12 . Принципиальная
схема |
автогенератора, |
пред |
||||
ложенная |
Батлером. |
Статиче |
||||
ская |
емкость |
компенсирует |
||||
ся |
индуктивностью |
LKOM. Схе |
||||
ма |
охвачена |
отрицательной |
||||
обратной |
связью |
(Rs). |
Ча |
|||
|
стота настройки 100 МГц; |
|||||
|
|
|
£ П = |
6В. |
|
|
торе. Для возбуждения кварцевых резонаторов в цепи об ратной связи автогенераторов на гармониках применяют колебательные системы, настроенные на частоту соответ-
ствующей гармоники. На рис. 4.11 и 4.12 показаны прин ципиальные схемы автогенераторов с кварцевым резона тором в цепи обратной связи при использовании высших механических гармоник резонатора. Верхний частотный предел схемы (рис. 4.11), обусловленный свойствами тран зистора, составляет 90—100 МГц с учетом применения фа зирующей цепочки для компенсации фазы крутизны тран-
Рис. 4.13. Принципиальная схема перестраиваемого кварцевого автогенератора (емкостная трехточка) со средней частотой 3 МГц и его регулировочная характеристика. Сопротивления R3 типа ММТ-4 стабилизирует частоту в диапазоне температур (элемент
термокомпенсации).
вистора, а схемы рис. 4.12 по тем же причинам — 500 МГц (схема Батлера менее критична к увеличению фазы крутиз ны транзистора на высоких частотах). Отметим еще одно достоинство автогенераторов с резонатором в цепи обрат ной связи — они мало чувствительны к величине г к в и по этому не требуют специального подбора резонаторов по этому параметру. К недостаткам рассматриваемых схем относятся склонность к возбуждению на паразитных ре зонансах и трудности компенсации статической емкости резонатора.
В генераторах с перестройкой частоты обычно приме няются уже рассмотренные схемы. В качестве органа пере стройки чаще всего используют изменяемую емкость р-п перехода (рис. 4.13 — 4.15). Пределы перестройки со ставляют ± ( 1 0 - 4 -т- Ю - 3 ) от генерируемой частоты. За-
висимость генерируемой частоты от управляющего напря жения оказывается нелинейной (рис. 4.13). Отметим, что для расширения пределов перестройки разрабатываются генераторы, в которых резонаторы используются на ча стоте, лежащей ниже (о,(В (характер Хнв — емкостный) 112]. В этом случае органом перестройки может служить изменяемая индуктивность.
С, йг
W00 5,1к
Рис. |
4.14. |
Принципиальная |
Рис. |
4.15. |
Принципиальная |
|||||
схема |
перестраиваемого |
квар |
схема |
перестраиваемого |
квар |
|||||
цевого генератора |
(емкостная |
цевого генератора (схема Бат- |
||||||||
трехточка) для |
обычных и |
лера) |
для |
гармониковых |
резо |
|||||
гармониковых |
|
резонаторов |
наторов (контур |
Ц, С3, |
СІ). |
|||||
(контур |
L j , С2 , С3 ). Рабочая |
Емкость |
С0 компенсируется |
|||||||
частота |
от 15 до 75 МГц. Пере |
индуктивностью |
LKOM- |
Сред |
||||||
стройка |
относительно |
гене |
няя частота 60 МГц; относи |
|||||||
рируемой |
частоты |
Ю - 4 , |
тельная перестройка |
± 1 0 - 5 , |
||||||
|
|
|
|
|
|
выходное |
напряжение |
1 В. |
При разработке перестраиваемых генераторов необходимо учитывать, что с расширением диапазона перестройки ста бильность генерируемой частоты уменьшается (относитель ная нестабильность примерно на порядок меньше относи тельной перестройки).
С повышением генерируемой частоты добротность резо наторов, а значит, и стабильность генерируемой частоты, снижаются. Попытка сохранить долговременную стабиль ность, применив умножение частоты, приводит к значи тельному усложнению схемы радиотехнических устройств и значительному снижению кратковременной стабильности частоты. Для устройств, в которых необходимы высокая долговременная и кратковременная стабильность, можно
рекомендовать кварцевый генератор — умножитель, схе ма которого представлена на рис. 4.16. В этой схеме гене ратора высокостабильных колебаний используется эффект
синхронизации высокочастотных |
колебаний |
низкочастот |
|
ными [20]. Генератор с частотой 28 МГц (Т4 |
на |
рис. 4.16) |
|
синхронизируется колебаниями |
генератора |
с |
частотой |
1 МГц. Долговременная стабильность обеспечивается низко частотным резонатором, кратковременная — высокочастот ным резонатором. Режим синхронизации сохраняется при
Рис. 4.16. |
Принципиальная схема |
автогенератора |
высокостабиль |
|||||
ных колебаний. На Tt — |
генератор |
(емкостная трехточка) |
на ча |
|||||
стоту 1 МГц; |
на Т2 и Т3 |
— усилитель-исказитель; |
на |
Т4 |
— гене |
|||
ратор |
(емкостная трехточка) на частоту 28 МГц. |
|
||||||
|
|
Транзисторы 1Т3085; £ ^ = — 6 1 3 . |
|
|
|
|||
изменении |
питающих |
напряжений |
на ± 1 0 % |
в |
широком |
|||
диапазоне температур. |
Суточный |
относительный |
уход ча |
стоты 28 МГц при термостатировании генератора на частоте 1 МГц не превышает 2 • 10~8.
Выходной сигнал, весьма близкий к синусоидальному, можно получить в автогенераторе, принципиальная схема
которого приведена на рис. 4.17. В этом генераторе |
(индук |
тивная трехточка) две кварцевые пластины на одну |
частоту |
помещены в одном баллоне так, что их плоскости |
парал |
лельны и между пластинами через стекло крепежной пу говки осуществлена механическая связь. Электрическая связь между резонаторами очень мала, так как электроды,
расположенные |
на поверхностях пластин, обращенных |
друг к другу, |
заземлены и образуют статический экран. |
В пластине, имеющей с генераторной частью схемы только механическую связь, возникают колебания. Развиваемое на пластине напряжение подается на вход каскада, работа-
ющего в линейном усилительном режиме (Т2 ). Благодаря слабой связи между резонаторами и большому затуханию в элементе связи (стеклянная крепежная пуговка) высоко частотных составляющих, форма выходного напряжения ненагруженного резонатора и усилителя, работающего в линейном режиме, весьма близка к синусоидальной. Сле довательно, кратковременная стабильность .генератора вы сока. Это особенно важно на высоких частотах.
Рис. 4.17. Принципиальная схема автогенератора с малой кратко временной нестабильностью частоты. На транзисторе 7\ — ге нератор (индуктивная трехточка); на Т$ — линейный усилитель. Генерируемая частота/ = 12 МГц. Транзисторы 1Т308Б; Еп = —9В.
4.4.КВАРЦЕВЫЕ АВТОГЕНЕРАТОРЫ НА ТУННЕЛЬНЫХ ДИОДАХ
Высокая стабильность частоты у автогенераторов, ста билизированных кварцевым резонатором, может быть по лучена при использовании туннельного диода (ТД) в ка честве активного элемента схемы.
Кварцевые автогенераторы на ТД благодаря присущим им достоинствам (предельная простота схемы, малое число элементов, малые габариты и вес, высокая устойчивость ак тивного элемента схемы — ТД — к воздействию радиоак тивного излучения [25] и т. д.) широко применяются в ка честве задающих генераторов в схемах эталонов частоты, опорных и технологических генераторов и в других радио технических устройствах.
К недостаткам схем кварцевых автогенераторов на ТД (как, впрочем, и обычных — бескварцевых — автоге-
нераторов на ТД) можно отнести малые колебательные мощ ности, получаемые от них. Для кварцевых автогенераторов это не является существенным, поскольку главным тре бованием, предъявляемым к таким автогенераторам в большинстве практических применений, является требова ние высокой стабильности генерируемой ими частоты.
В отечественной и зарубежной литературе к настоящему времени имеется ряд работ, в которых в основном были предложены и анализировались четыре схемы кварцевых
Рис. 4.18. Схема |
автогене |
Рис. 4.19. Схема |
автогене |
ратора на ТД с кварцевым |
ратора на ТД с |
кварцевым |
|
резонатором в |
индуктив |
резонатором в |
емкостной |
ной ветви контура. ветви контура.
автогенераторов на ТД(рис. 4.18—4.21)**. Среди них особый интерес представляют схемы рис. 4.18—4.20, работающие на частоте последовательного резонанса кварцевого резона тора в осцилляторном режиме. Такие схемы не генерируют при отсутствии кварцевого резонатора или при выходе его из строя, а при его включении возбуждаются на частоте, равной или близкой к частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора. Эти схемы нашли наибольшее при менение на практике. Автогенератор с параллельным резо нансом (рис. 4.21) представляет схему с затягиванием и, как правило, не используется.
Несмотря на простоту схем кварцевых автогенераторов на ТД, создание их и практическое использование преи муществ ТД как активного элемента автогенератора сопря жено и с определенными специфическими трудностями. Главными из них являются обеспечение устойчивости схемы и устранение паразитной генерации.
Некоторую трудность при расчете и конструировании различных схем кварцевых автогенераторов на ТД пред-
*> Известны также схемы кварцевых автогенераторов на тун нельных диодах для диапазона метровых и дециметровых волн [26],