Полагая 0 K, из (8) получаем |
|
|
|
|
2Q |
|
|
|
|||||
|
|
|
0 |
|
0 |
(9) |
|
|
|
Подставляя (9) в (5) получим выражение для относительной нестабильности частоты |
|||||||
|
|
|
|
|
|
(10) |
|
|
|
|
2Q |
||||
0 |
0 |
0 |
|||||
|
|||||||
|
Поскольку |
|
= S+ + экв |
(11), |
|||
то всякое изменение углов, входящих в уравнение баланса фаз, изменяет суммарный фазовый сдвиг.
Дестабилизирующие факторы по-разному влияют на изменение частоты АГ. Если эти факторы меняют углы S и (меняются, например, эквивалентные
параметры транзистора из-за изменения режима работы), не меняя резонансной частоты контура ( экв 0), то = S + , и из (10) следует, что стабильность
частоты возрастает с ростом добротности контура. |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
экв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+900 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Физически это объясняется тем, что при |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Q1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q2 > Q1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
большой добротности контура крутизна его |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+Δ экв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фазочастотной характеристики оказывается |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
высокой и при изменении углов S и |
нужно |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ωК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
очень малое компенсирующее изменение |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-900 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
частоты АГ (и экв). |
11 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Другая группа дестабилизирующих факторов (температура, влажность и т. д.) действует непосредственно на резонансную частоту контура к, не изменяя S и
( S+ =0).
Если частота контура к изменилась на малую величину к, то при к 0 из (7) и (11) имеем
|
= экв= к 2Q/ 0 |
(12) |
|||
|
|
|
|
К |
|
Подставляя (12) в (10) получим |
|
|
|
|
|
0 |
2Q |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
||
(13) Из (13) следует, что независимо от добротности изменение резонансной частоты
контура на к вызывает такое же изменение частоты АГ.
Изменение резонансной частоты контура к может происходить за счет изменения
температуры окружающей среды, давления, влажности и т. д. Если под действием |
||||||||||||||
|
|
К |
|
1 |
|
|
|
1 |
L |
|
C |
|
|
|
этих факторов параметры |
контура |
L и С |
К |
полу |
чают малые приращения L |
К |
и С , то |
|||||||
|
|
К |
|
К |
C |
|
2 |
|
|
C |
|
К |
||
|
К L |
L C |
|
L |
|
|
|
|
||||||
резонансная частота контура изменяется на относительную величину |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 (14) |
Из (14) следует, что для создания высокостабильных АГ нужно использовать
Для работы в широком температурном диапазоне нужно применять индуктивности
иемкости с малыми температурными коэффициентами: индуктивности ТКИ= L/L t
иемкости ТКЕ= C/C t , где t - изменение температуры среды.
Выражение (14) с учетом соотношений для ТКИ и ТКЕ можно представить в виде
ТКЧ |
|
|
К |
|
1 ТКИ ТКЕ |
(15) |
||
t |
К t |
|||||||
|
|
|
2 |
|
||||
температурного коэффициента контура АГ. |
|
|
|
|||||
Повышение стабильности АГ достигается |
применением термокомпенсации и |
|||||||
термостатирования. |
|
|
|
|
|
|
||
Значение ТКИ в основном определяется температурными коэффициентами линейного расширения материалов провода и каркаса катушки и всегда положительное (+10-3…+5 10-5).
Наилучшими материалами для изготовления каркасов катушек индуктивности признаны радиофарфор, плавленый кварц, стеатит, пирофиллит. При этом катушку индуктивности изготовляют методом вжигания серебряной спирали в каркас.
Экранирование катушки увеличивает её ТКИ.
Нежелательно также использование каких-либо ферро и немагнитных сердечников.
13
Использование в АГ конденсаторов с твёрдым диэлектриком нежелательно, поскольку последний обладает относительно большим температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости ТКε (слюда, керамика и т.п.).
Лучшими для использования в АГ следует считать конденсаторы с воздушным диэлектриком, ТКЕ которых приблизительно равен +5·10-6, что в десять раз меньше ТКЕ керамических конденсаторов и значений ТКИ лучших катушек.
ТКЕ конденсаторов в основном зависит от температурных свойств диэлектрика и м.б. положительным или отрицательным (для диэлектрика из тиконда).
Конденсаторы производятся с рядом нормированных значений ТКЕ, например, М75 (ТКЕ= -75 10-6), МП0 (ТКЕ=0)
П33 (ТКЕ= +33 10-6) и др..
Полная компенсация ТКИ и ТКЕ контура АГ возможна только при определенной температуре t и на одной частоте. Оптимальным является подбор ТКИ и ТКЕ, при котором значения ТКЧ на краях рабочего диапазона частот АГ равны по величине, но противоположны по знаку.
14
Конденсаторы с линейной зависимостью от температуры
Обозначение |
Междунар. |
ТКЕ (ppm/°С)* |
Буквенный |
|
ГОСТ |
обозначение |
код |
||
|
||||
П100 |
P100 |
+100 |
A |
|
П33 |
|
+33 |
N |
|
МП0 |
NP0 |
0(+30…-75) |
C |
|
М33 |
N030 |
-33 (+30…-80) |
H |
|
М47 |
N050 |
-47 (+30…-80) |
M |
|
М75 |
N080 |
-75 (+30…-80) |
L |
|
М150 |
N150 |
-150 (+30…-105) |
P |
|
М220 |
N220 |
-220 (+30…-120) |
R |
|
М330 |
N330 |
-330 (+60…-180) |
S |
|
М470 |
N470 |
-470 (+60…-210) |
T |
|
M750 |
N750 |
-750 (+120…-330) |
U |
|
M1500 |
N1500 |
-1500(-1300) |
V |
Цвет**
красный
(+фиолетовый)
серый
черный
коричневый
желтый
красный
оранжевый
желтый
зеленый
голубой
фиолетовый
оранжевый
(+оранжевый)
M2200 |
N2200 |
-2200 |
K |
желтый |
(+оранжевый) |
* В скобках приведен реальный разброс для импортных конденсаторов в диапазоне
температур -55…+85°С, ppm=10-6
** Современная цветовая кодировка. Цветные полоски или точки. Второй цвет корпуса. 15
Например, включив в контур два параллельно соединенных конденсатора (см.рис.),
получим: |
|
1 |
|
|
C1 |
|
|
|
|
C2 |
|
|
|
|
|
|
ТКЧ |
ТКИ |
|
ТКЕ |
|
|
|
ТКЕ |
|
|
|||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(16) |
||||
|
C C |
|
|
C C |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
2 |
|
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
где ТКЕ1, ТКЕ2 - температурные коэффициенты соответственно конденсаторов С1 и С2. Выбрав конденсаторы с разными знаками их ТКЕ и установив определенное соотношение между С1 и С2, можно на порядок понизить ТКЧ.
Для работы в широком интервале изменения внешней температуры (например, от –60 до +600 С) элементы АГ помещают в камеру термостата, в которой
поддерживается практически постоянная температура с точностью до ±(0,5 – 1)0 С.
Тепловой режим АГ определяется также и тепловыми процессами, протекающими непосредственно в транзисторе.
Для облегчения теплового режима транзистора и улучшения стабильности частоты нужно снижать снимаемую с него мощность.
Снижение ТКЧ параллельным |
|
включением конденсаторов с |
16 |
разными знаками ТКЕ |
Для ослабления влияния нагрузки последующего каскада на частоту АГ применяют слабую связь нагрузки с контуром АГ или применяют буферный каскад с большим входным сопротивлением.
Защита от воздействия излучения мощных каскадов РПУ обеспечивается электромагнитной экранировкой АГ, установкой фильтров по цепям его питания, разносом частот АГ и мощных каскадов.
На стабильность частоты АГ влияет изменение параметров транзистора. Например, при изменении напряжений источников питания EК, EСМ за счет изменения
барьерных емкостей и постоянных времени коллекторного и эмиттерного переходов транзистора изменяются его реактивные параметры b11,b22, b12.
Изменение реактивных составляющих b11, b22, b12 транзистора приводит к
изменению частоты автоколебаний аналогично механизму влияния собственной емкости и индуктивности колебательного контура.
Для уменьшения изменения реактивных проводимостей транзистора, вызванного изменением питающих напряжений, питающие напряжения стабилизируют. Можно также увеличить рабочие токи и напряжения на переходах транзистора. Однако при этом возрастает мощность, рассеиваемая транзистором и изменяется его температурный режим, а следовательно, ухудшается стабильность частоты. Поэтому для каждого типа транзисторов существуют оптимальные
напряжение Ек и ток Iко, при которых стабильность частоты будет наибольшей. 17
Изменение давления и влажности окружающей среды изменяет условия охлаждения элементов контура АГ, изменяет диэлектрические постоянные воздуха и сопротивления изоляции деталей. Действенным средством уменьшения влияния этих дестабилизирующих факторов является герметизация контура или всего АГ.
Механические воздействия (удары и вибрации) прямо влияют на кратковременную нестабильность частоты АГ. Вибрация меняет емкости между деталями и проводами, что вызывает изменение частоты АГ. Уменьшение влияния механических воздействий на частоту АГ достигается применением жесткого крепления деталей, прочных корпусов, печатной технологии монтажа, использованием интегральной технологии.
Возможны кратковременные изменения фазы, обусловленные эффектом дрожания (jitter). Этот эффект может быть вызван пульсациями питающего напряжения, внешними акустическими воздействиями (микрофонный эффект) или фликкер- эффектами в элементах генератора. Дрожание оценивают по значению СКО моментов перехода фазы через нуль и измеряют в пикосекундах.
Дестабилизирующие факторы могут раздельно или одновременно влиять на частоту АГ. Используют разные методы определения общей (суммарной)
нестабильности частоты fобщ.
18
Один из них заключается в определении fобщ как среднестатистической величины.
Другой состоит в определении влияния каждого из дестабилизирующих факторов на частоту АГ. Затем вычисляют отдельно суммы всех положительных и отрицательных уходов частоты. Большая из сумм с учетом коэффициента одновременности воздействия разных факторов (КОДН=0,8…1) определит общую абсолютную нестабильность частоты.
fК |
|
f |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
n |
. |
||||
ОБЩ |
|
ОДН |
|
|
|
||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
19