|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Кварцові генератори. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вузли радіоаматорської техніки. Генератори, гетеродини Відносна нестабільність частоти автогенераторів, що виконуються на резонаторах у вигляді LC-контурів, зазвичай не нижче 10-3... 10-4. Стабільність частоти генератора істотно залежить від добротності та стабільності коливальної системи. Добротність LC-контуру зазвичай не вище 200...300. До сучасних радіопередавачів та приймачів пред'являються більш високі вимоги щодо стабільності частоти. Зазвичай потрібна довготривала відносна нестабільність частоти не гірше ніж 10-6... 10-8що можна забезпечити, застосовуючи кварцові резонатори. Добротність кварцових резонаторів багаторазово перевищує добротність резонаторів на LC-контурах і становить 104... 106. Є багато схем кварцових автогенераторів. Тому виникла необхідність розглянути схеми, що найчастіше застосовуються на практиці. Загальноприйнята еквівалентна схема кварцового резонатора зображено на рис.1. Динамічна індуктивність Ls, динамічна ємність Cs та опір втрат Rs обумовлені наявністю прямого та зворотного п'єзоефекту та резонансними властивостями п'єзоелемента. Паралельна ємність Ср обумовлена міжелектродною ємністю п'єзоелектрика, ємністю корпусу та монтажу. Резонансна частота динамічної галузі називається частотою послідовного резонансу кварцового резонатора Fs.
Добротність кварцового резонатора Q визначається динамічною гілкою відповідно до формули для послідовного коливального контуру Q = (2pFsLs)/Rs Частота паралельного резонансу Fp дещо вище за Fs, що обумовлено паралельним резонансом Ср, Cs та Ls. Важливим параметром кварцового резонатора є відношення його паралельної ємності до динамічної, що позначається г і називається ємнісним коефіцієнтом r=Cc/Cs За різними літературними джерелами, ємнісний коефіцієнт для АТ-зрізу кварцу дорівнює 220...250. Враховуючи, що Cs/Cp<0,1, можна користуватися наближеним виразом для частоти паралельного резонансу Fp=Fs(1+(Cs/2Cp)). Для ємнісного коефіцієнта г>25 резонансний інтервал, що визначається як різницю між частотами паралельного та послідовного резонансів кварцового резонатора, можна записати у вигляді dF=Fs/2r. На механічних гармоніках кварцового резонатора резонансний інтервал зменшується та визначається виразом dFn=Fs/(2rn2) де n – номер гармоніки. Ємнісний коефіцієнт визначає величину резонансного проміжку резонатора, отже, девіацію частоти керованого кварцового генератора, стабільність частоти при зміні параметрів схеми, умови виникнення та підтримки коливань у схемі кварцового автогенератора. Для оцінки здатності кварцового резонатора порушуватись, у деяких схемах кварцових генераторів використовують параметр, званий фактором якості. Він визначається як ставлення добротності резонатора до його ємнісного коефіцієнта м = Q/r. Для кварцових резонаторів значення М лежать у межах від 1 до 10000. При М<2 реактивний опір резонатора виявляється позитивним (ємнісним) і не має області індуктивної реакції. Отже, збудження такого резонатора у схемах кварцових генераторів, які потребують індуктивної реакції, стає неможливим. При М>2 резонатор має область індуктивної реакції і чим більше значення М, тим ця область ширша. На практиці найширше поширені два види кварцових генераторів: а) генератори, в яких кварцовий резонатор є частиною коливального контуру та еквівалентний індуктивності; б) генератори, в яких кварцовий резонатор включений у ланцюг зворотного зв'язку, використовується як вузькосмуговий фільтр та еквівалентний активному опору. Кварцові генератори, в яких кварцовий резонатор використовується як елемент контуру з індуктивної реакцій, називають осциляторними, а генератори, в яких кварцовий резонатор включений в ланцюг зворотного зв'язку, називають генераторами послідовного резонансу. Осциляторна схема кварцового генератора з кварцом між колектором і базою, виконана за схемою із заземленим емітером (ємнісна триточка) наведена на рис.2.
В даний час ємнісна триточка знаходить широке застосування в діапазоні частот до 22 МГц при роботі резонатора на основній частоті і до 66 МГц при збудженні на третій механічній гармоніці (рис.3). Автогенератор з кварцовим резонатором між колектором і базою в схемі із заземленим за високою частотою емітером, не схильний до паразитних коливань на ангармонічних обертонах, має чудову стабільність частоти при зміні напруги живлення і температури навколишнього середовища.
Вплив змін реактивних параметрів транзистора, що залежать від напруги живлення та часу, послаблюється зі зростанням ємностей С1, С3 (рис.2), тобто. із наближенням робочої частоти автогенератора до Fg. Однак надмірне збільшення ємностей призводить до погіршення умов самозбудження. З іншого боку, зі збільшенням ємностей зростає потужність, що розсіюється на резонаторі, що веде до збільшення нестабільності генерованої частоти. За технічними умовами розсіювана потужність на кварці обмежена 1...2 мВт. Однак в діапазоні частот 1...22 МГц при такій розсіюваної потужності частота послідовного резонансу залежить від потужності, що розсіюється, а коефіцієнт пропорційності становить (0,5...2) •10-9 Гц/мкВт, тому для високостабільних генераторів розсіювану потужність на резонатор слід обмежити величиною 0,1...0,2 мВт. Насправді рекомендується вибирати ємності С1, C3 те щоб частота генерації відстояла від Fs лише на чверть резонансного інтервалу. При збудженні кварцового резонатора на непарних механічних гармоніках кварцу замість резистора R3 включають котушку індуктивності Lк (рис.3). На частоті генерації контур Lк-С4 повинен мати опір ємнісний, тобто. його резонансна частота має бути нижчою за частоту генерації. Параметри контуру слід вибирати так, щоб його частота становила 0,7...0,8 від частоти генерації. В результаті контур має ємнісну провідність на частоті необхідної гармоніки, що унеможливлює генерацію на нижчих гармоніках та основній частоті. В осциляторних генераторах, що працюють на частоті вище 22 МГц, резонатор зазвичай збуджують на 3-й або 5-й гармоніці, але не на більш високих, оскільки сильно впливає паралельна ємність. Найчастіше наведена на рис.2, застосовується ємнісна триточкова схема кварцового генератора з кварцовим резонатором між колектором і базою у схемі включення транзистора із заземленим колектором (рис.4). Ця схема особливо зручна для генераторів з електронною перебудовою частоти (при включенні послідовно з кварцом варикапа), і має меншу кількість блокувальних елементів, ніж схема із заземленим емітером. Багато фахівців у галузі кварцових генераторів вважають ємнісну триточку найкращою зі всіх схем кварцових генераторів, що працюють на основній або 3-й механічній гармоніці резонатора. Слід зазначити, що існує схема ємнісної триточки, що не містить індуктивності, яка збуджується на 3-й та 5-й гармоніках.
Автогенератор з кварцом у контурі. Якщо схемою на рис.4 послідовно з кварцом включити котушку індуктивності L1, це призведе до нових властивостей, тобто. у генераторі (рис.5) можливі автоколивання, не стабілізовані кварцовим резонатором.
На високих частотах, де реактивний опір паралельної ємності резонатора менше реактивного опору динамічної гілки кварцового резонатора, можливе самозбудження через паралельну ємність Ср. Наявність індуктивності L1 означає можливість виконання балансу фаз на частоті послідовного резонансу, а також в деякій області розладів нижче частоти послідовного резонансу. Індуктивність L1 забезпечує виконання балансу фаз в умовах, коли М<2 і еквівалентний реактивний опір кварцу не може мати індуктивний характер. Це означає, що генератор з кварцом у контурі може працювати на більш високих частотах і високих номерах механічних гармонік кварцового резонатора. Для виключення паразитного самозбудження через паралельну ємність Ср, яке найбільше ймовірно на високих частотах і на вищих механічних гармоніках, паралельно резонатору включають резистор R1, який вносить втрати в контур паразитного самозбудження. Зменшити вимоги до активності кварцового резонатора на механічних гармоніках можна за умови використання схем генераторів послідовного резонансу. Так як при підвищенні частоти і номери гармоніки активність кварцового резонатора зменшується через збільшення його еквівалентного опору та підвищення шунтуючого впливу статичної (паралельної) ємності Ср необхідно її нейтралізувати або компенсувати. Нейтралізацію можна здійснити в бруківці, де кварц поміщають в одне з плечей збалансованого моста. Мостовий автогенератор послідовного резонансу. У схемі, наведеній на рис.6, при точному балансі моста (Ср=С2, ХL1-2=ХL2-3) зворотний зв'язок здійснюється лише через динамічну гілку резонатора. На механічній гармоніці кварцового резонатора різко зростає провідність послідовної гілки резонатора, міст розбалансується, і при виборі елементів схеми генератор збуджується. Контур L1-C3 має бути налаштований на частоту необхідної гармоніки.
У цій схемі вдається порушити кварцові резонатори на 5-й чи 7-й гармоніках. Схеми з нейтралізацією статичної ємності резонатора дуже критичні до режиму роботи і складні регулювання, хоча їх можна застосовувати на частотах до 100 МГц. Верхня межа частот генератора з нейтралізацією обумовлена складністю отримання великого еквівалентного опору контуру зі зростанням частоти, оскільки початкову ємність контуру не можна зробити малою через паразитні ємності. Схема Батлера (рис.7) характеризується найбільшою стійкістю до дестабілізуючих чинників діапазоні до 100 МГц. Верхня межа частот, що генеруються, обумовлена погіршенням властивостей емітерного повторювача. У схемі Батлера кварцовий резонатор включений у ланцюг зворотний зв'язок між емітерами транзисторів. Транзистор VT1 включений за схемою із загальним колектором, а транзистор VT2 – із загальною базою. Недоліком цієї схеми є схильність до паразитного самозбудження через зв'язок виходу з входом через паралельну ємність кварцу Порівн. Для усунення цього явища паралельно кварцу підключають котушку індуктивності, що утворює спільно з паралельною ємністю кварцу резонансний контур, що налаштовується частоту паразитного коливання.
Автогенератор за схемою Батлера одному транзисторі з компенсацією Порівн. На частотах до 300 МГц доцільно застосовувати однокаскадні схеми фільтрів, наприклад схему фільтра із загальною базою (рис.8). По суті, такий автогенератор є однокаскадним підсилювачем, в якому контур з'єднаний з емітером біполярного транзистора через кварцовий резонатор, що виконує роль вузькосмугового фільтра. Контур, утворений паралельною ємністю кварцу Ср і котушкою L2, налаштовують на частоту гармоніки, що використовується. Зі збільшенням робочої частоти зростають еквівалентні провідності транзистора, тобто. виконання умов самозбудження погіршується. Однак, незважаючи на це, умови самозбудження цього автогенератора на високих частотах виконуються легше, ніж автогенераторів з кварцом між колектором та базою та кварцом у контурі, що визначає його перевагу.
На закінчення необхідно відзначити, що розглянуті схеми кварцових генераторів не вичерпують всього різноманіття схем генераторів, стабілізованих кварцовим резонатором, і на вибір схеми вирішальний вплив надають наявність кварцових резонаторів з необхідними еквівалентними параметрами, вимоги до вихідної потужності, до потужності, що розсіюється на резонатор. частоти та ін. Трохи про резонаторів. При виборі резонатора для генератора особливу увагу слід звертати на добротність резонатора – чим вона вища, тим стабільніша частота. Найбільшу добротність мають вакуумовані резонатори. Але що добротніше резонатор, то він дорожче. Часто трапляються резонатори з великим рівнем побічних резонансів. У СРСР, крім резонаторів з кварцу, випускалися резонатори з ніобату літію (з маркуванням РН або РМ), танталату літію (з маркуванням РТ) та інших п'єзоелектриків. Так як еквівалентні параметри таких резонаторів відрізняються від параметрів кварцових резонаторів, вони можуть не збуджуватися в схемах, в яких добре працюють кварці, хоча частота, маркована на корпусі, може бути однаковою. Вони можуть бути гіршими за стабільність частоти і точність налаштування. Підприємства СРСР зазвичай випускали кварцові резонатори з основною частотою до 20...22 МГц, а вище - на механічних гармоніках. Це пов'язано із застарілою технологією обробки кварцових пластин. Зарубіжні підприємства випускають кварци із основною частотою 35 МГц. Провідні зарубіжні фірми випускають резонатори у вигляді так званої зворотної мезаструктури, що працюють на об'ємних коливаннях зсуву по товщині, частота першої гармоніки яких досягає 250 МГц! Використовуючи такі кварцові резонатори в схемах генераторів, в яких як коливальні системи застосовуються системи з розподіленими параметрами індуктивності та ємності, можна отримати високостабільні коливання аж до частоти 750 МГц без множення частоти! Автор: О.Білоусов, м.Ватутіне Черкаської обл.; Публікація: Н. Большаков, rf.atnn.ru
Штучна шкіра для емуляції дотиків
15.04.2024 Котячий унітаз Petgugu Global
15.04.2024 Привабливість дбайливих чоловіків
14.04.2024
▪ Зловживання сіллю затримує статеве дозрівання ▪ Про планети зірки розповість її фотосфера ▪ Супутник надрукує собі сонячні батареї прямо у космосі. ▪ Процесор Samsung Exynos 5 Octa ▪ Поточний акумулятор із рідким металом
▪ розділ сайту Захист електроапаратури. Добірка статей ▪ стаття Основи бізнесу. Шпаргалка ▪ Що таке "країни третього світу"? Детальна відповідь ▪ стаття Функціональний склад телевізорів Orion. Довідник ▪ Просторова селекція сигналів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page