4.4 Стационарный режим диодного АГ

I1(U1) АЭ определяет некоторое среднее отрицательное сопротивление

R−ср = U1 и баланс амплитуд может быть представлен в координатах R(U1),

I1

рис. 4.9

Рисунок 4.9 – Характеристика среднего отрицательного сопротивления

Для диодного АГ, как и для транзисторного , можно составить квазилинейное уравнение по первой гармонике напряжения, которое определяет режим нарастания колебаний при RH R−ср , стационарный

Для транзисторного АГ это условие dSdUср 0 .

53

5 СТАБИЛЬНОСТЬ ЧАСТОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРА

5.1 Основные положения и соотношения

Стабильность частоты АГ – это способность автогенератора сохранять заданную частоту основной гармоники выходного напряжения в заданных пределах. Мерой стабильности является оценка нестабильности ±∆f в абсолютных единицах (Герцах), либо относительная нестабильность

δf = ∆f =δω = ∆ω ,

f0 ω0

Где ω0 f0 - заданная частота генерации.

Например, стабильность частоты обычных LC, RC-генераторов составляет 10-2-10-3, кварцевых 10-5-10-7, квантовых 10-7-10-12.

Как было показано выше, частота генерации определяется балансом фаз. Покажем, что и стабильность частоты АГ также определяется балансом фаз в АГ.

В общем случае имеем:

ϕS +ϕK +ϕZ =ϕ(ω, p ) = 2πn , где n=0,1,2…

ϕS - сдвиг фаз в активном элементе,

ϕK - то же в цепи обратной связи,

ϕZ - то же в колебательной цепи,

p - фактор, влияющий на частоту.

Это может быть внешний фактор, например, температура, давление или внутренний, то есть, изменение параметров элементов АГ.

Пусть ω =ω0 , p = p0 , баланс фаз выполняется

(5.1)

p = p0 +∆p , следовательно, изменится частота

ω=ω0 +∆ω , а баланс фаз должен выполняться:

ϕ(ω0 + ∆ω, p0 + ∆p ) = 2πn .

54

Так как (показано выше) изменение частоты ∆ω даже обычных генераторов мало по сравнению с заданной частотой ω0 , разложим в ряд Тейлора последнее уравнение и ограничимся тремя членами:

изменениями фазы в колебательной цепи. Рассмотрим параллельный колебательный контур в качестве КЦ. Имеем следующие соотношения для сдвига фазы в КЦ:

Если имеет место изменение фазы в цепях АЭ и цепи обратной связи ∆ϕ =ϕ'p ∆p , то получим из (5.3):

∆ω = − ∆ϕ = ∆ϕ ω0 или

ϕ'ω 2Q

55

Из (5.5) следует, что нестабильность частоты прямо пропорциональны сдвигу фаз в цепях АЭ и ОС и обратно пропорционально добротности КЦ, то есть для повышения стабильности АГ следует, стремится увеличивать добротность КЦ, а также стабилизировать параметры АЭ и цепи ОС.

Рассмотрим далее влияние на частоту АГ изменений параметров колебательного контура p = L,C или R. Для индуктивности имеем из (5.4):

Откуда следует, что нестабильность частоты АГ прямо пропорциональна изменению нагрузки, если АГ работает вне частоты

резонанса, ω ≠ω0 . Для RC-автогенераторов, где ω0 = R1С , можно получать

56

δωR = −δR,δωC = −δC , то есть стабильность их в два раза хуже стабильности LC-автогенераторов.

Из выражений (5.6-5.8) следует, что стабильность АГ очень сильно зависит от стабильности элементов КЦ, а также то, что автогенератор должен работать на резонансной частоте, причем изменением добротности эти зависимости не изменить.

Способы повышения стабильности частоты автогенераторов:

1) стабилизация элементов КЦ:

-индуктивности: жесткая намотка, провод с малым TKL, напыление на керамику, стабильные ферриты;

-емкости с малым TKE (воздушные, слюдяные, бумажные);

-помещение КЦ в термостат;

-применение резонаторов с распределенными параметрами (СВЧ);

-применение специальных резонаторов: электромеханических, на поверхностно-акустических волнах (ПАВ), кварцевых, квантовых. Наиболее приемлемый и доступный способ – применение кварца.

2) повышение добротности КЦ:

-слабая связь с нагрузкой;

-резонаторы с распределенными параметрами;

-кварцевые резонаторы;

-резонаторы на ПАВ.

3) стабилизация режима АЭ:

-стабильность питания, смещения, нагрузки;

-схемные решения;

-работа на малых токах.

4)цепи обратной связи – короткие, лучше совмещенная с КЦ (трехточка).

5)работа на резонансной частоте КЦ – точная настройка АГ.

57