Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 106

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 106)

Это положен|не легко уяснить из простой механической аналопии. Представим себе мантии~к, совершающий колеба~вия. Эти колебания сопровождаются прецращеииеи потенциальной энергии верхнего положения маятника в кинетическую энергию д~ввжения в его нижнем положзн~ии; они являются ~реактивными 341 энергиями колебательной системы. Потери энергии аарвделяются треники в подвесе и о воздух. Отношение реактивной энерпии к энергии .потерь определяет добротность маятника квк колебательной системы. Если запас Реактивной энергии мал по сравнению с энерпией потерь (добротность мала), то колеба~ния будут вялыми, быстрозатухающюми и драже слабые удары по маятнику смогут резко изменить ха~ра~ктер его движения. Наоборот, если маятник массивен и высока;поднимается (запас реактивной потенциальной энергии велик), а потери на трение малы, то оста|навить или изменить его движение трудно; стабильность колебаний маятника в этом случае велика.

Однако одного этого мало. Допусти~м, что высакодоброгный маятник подвешен на металличеокой нити, которая сильно удлвняется от нагрева. В этом случае п~ри нагреве частоту колебаний не спасет никакая добротность. Поэтому драме большой добротности колебательная система должна обладать еще высокой эталоннастью — апасабностью сохранять овал па~рамецры нвиэменными под влиянием внешних воздействий. Все это относится к любым колебательным системам, в том числе л к радиотеюническим автогвнератарам.

Поэтому ясно, что в иэвесвных нам схемах наиболее высокую стабильность частоты можно получить, используя двух- контурные автогенератары, в которых один из контуров можно не связывать с нагрузкой (тем самым не ухудшать его добротности) и изолировать от внешних влияний. Роль высокодобротных эталон~нюх контуров в таких системах могут ицрать зле итар о и е ха н ические р ез о нато р ы —,пластинки юристаллов ювцрца.

Пластинки, вырезанные определенным образом из кристаллов юва!рца, обладают замечательными свойствами: если подвергать их сжатию или растяжению, то на их гра~нях .появляются электрические заряды противоположных знаков (рис. 13.3); энаюи зарядов изменяются при переходе от сжатия к растяжению. Это явление ~получило название п р я|м о г о,п ь ел о э л е кт|р и чес к огоа э ф ф е к т а, С другой стороны, имеет место и протвваположное явление; пластинка, помещенная в электрическое поле, сжимается или,растягивается в зависимосги от направления поля.

Это явление носит название о б,р а т н о го пьезоэффекта. Оба этн эффвкта всегда сопровождают друг друга. Если поместить кварцевую пластинку в пере- 342 Рис. 13 3. Пьезоэффект в кварцевых пластинках: а — пьезокварц в цепи переменного тока; б — эквивалентная схема кварца в юварцедержателе менное электрическое поле конденсатора (рис. 13 З,а), то ана придет в состояние колебаний; прн этом на ее гранях появятся переменные элекгричеоюие заряды.

Они будут присяги~вать на пластины конденсатора дополнительные заряды, создавая кажущийся эффект появления некоторого токж цротекающего нарез Юристалл юварца (так называемого пьезо тока), что равноценно появлению в цен~и некоторой дополнительной проводимости. Следовательно, напруэка генератора будет состоять яз конденсатора С, л (ан же обычно играет роль даржателя кварцевой пластинки) и включенного параллельно эквивалентного сопротивления юварца 3г ч (рис. 13.3,6). Какой же ха~рактер имеет эквивалентное соп~ротивление юварца? Лрн любам возбуждающем воздействи~и кварцевая ~пластлока должна будет совершать колеба~н~ия с частотой вынуждающей силы.

Однако сама пластинка, получив некоторую порцию энергии, стремится совершать колебания с собственной частотой. Поэтому если частота внешнего источника ниже собственной частоты кварцевой пластюнюи, то ее деформации, а следовательно, и пропорциональный им пьезотак будут опережать по фазе на~пряжение источника. Таким образом, кварцевая пластинка будет иметь эквивалентное сопротивление емкостного ха~рюктара. Наоборот, при частоте внешнего источника, лежащей выше частоты собсгввнных колебаний пласпенки, деформации и так через юварцевую ьЭ.«З ГЭ.«Э пз,«В «д Л) «эр а) Рис. 13.5.

Эквивалентные электрические параметры кварца в кварце- держателе Рис. !34. Векторные диаграммы кварца в кварцедержателе: а — при резонансе напряжений; б — при резонансе токов пластинку будут отставать по фазе от напряжения источника. К~вврцевая пластинка будет представлять эквивалентное сопротивление индуктивного характера. Чем ближе частота внешнего источника к частоте собственных колебаний пластинки, тем больше их амплитуда,и пьезоток. Поэтому юварцевая пластинка п~рапвляет себя как последовательный элекпрический контур. Тепловые потери при колебаниях пластинки очень малы, ее добротность достигает 10' — 1Ог, что на много порядков выше добротности электрических контуров.

Чем больше частота генератора отличается от собственной частоты и«асти~яки, тем меныпе амплитуда ее колебаний ~и пьезоток и тем больше сдвиг фаз тока относительно напряжения генератора. Как же будет вести себя кварц в юварцедержателеу Если частота генератора намного превышает собственную частоту пластвнюи, то пьезоток велик и отстает по фазе от пал~ряжения. Это показано на рис. 13.4,а, где ~изображена вектцрная диаграмма аварца с ~кварцедержателвм. Вектор У характеризует напряжение генератора, а вектор 1ьч нзображает пьезоток кварца. Векторная диаграмма поспроепа для такой расстройки нварца, нопда ревюгивная составляющая пьезотока 1, р, имеющая |индукгивный характер, ~ра~вна емкоспному току юварцедеРжателя 1, «.

В этом случае л подводящей цепи они уничтожают друг друга, и в ней протекает только значительный тоц активного характера 1„ ,. Поэтому вся система ~перелетаю«нет для генератора малое активное сопротювление; явления н ней аналогичны резонансу ~в последовательном контуре. При большей Рассгройке генератора амплитуда |пьезотока ~резко уменьшается, а сдвиг фаз увеличивается и при неко- горой расспройке реактивная составляющая пьезотока снова будет компенсировать емкоспный ток квцрцедержателя (рис.

13.4,б). Ток в подводящей цепи будет вметь опона чисто активный характер, но он будет очень мал. Поэтому в данном случае система представляет для генератора очень большое активное сопротювление, ларином явления в ней аналогичны |резонансу в параллельном контуре. Такиш образом, юва~рцевая пласги~нка вместе с ее держателем нмеет две реэонаноные частоты, на которых она ведет себя ха~к параллельный или как последовательный контур. Это можно повснить также эювпваленгной электрической схемой юварца в юварцедержателе (рис. 13.5). Резонансные овойства собсгвенно ювврцевой лластинни характеризуюгся схемой вюзи~аз«ситного последовательного контура (цравая ветвь), параллельно которому включена емкость кварцедержателя.

Полученная схема ~представляет собой конгу~р третьего вида, который вмеет две ~резонансные частоты; между вин~и контур ~имеет реактивное сопротивление индуктивного характера (см. гл. 2). Невозбунчденный ювврц в кварце- держателе предста~пласт собой обычный конденсатор с твердым диэлектриком. Следовательно, его сопроти~вление мо.

жег иметь ицдуктювный хврантер только за счет интенсювных пьезоэлекпричесюих юолебапяй. Поэтому юварц используется чаще всего в тех ~местах схем автогене- 343 раторов, где ан должен выполнять роль эквивалентной юндуюти~внссти, что гарантирует работу схемы только в случае,возбуждения,юварца. Длина собственной волны кварцевой пластинки пропорциональна ее толщине (нварц, рассчитанный на;работу в диа~паэаие СВ, представляет собой пластинку нлощадью в несколько квадратных сантиметров и толщиной около 1 ым). Пластинку ювцрца легко изоли.

ровать от внешних влияний, поместив ее в вануумцрова~иный баллон, котарый часто еще совмещается с термостатом— устройспвом, поддерживающим,настоян. ной температуру внутри баллона. Последнее не всегда необходимо, так как у многих кварцевых пластинок температурный коэффициент ,расширения очень мал, а у ~некоторых специально вшрезанных пластинок он даже равен нулю. Таким образом, кварцевые резонаторы можно сделать высокоэталонными. Существенным недостатком кварца является епо Юрупюость. При больших амплитудах колебаний юварцевые пластюнюи,разрушаются,~поэтому они не могут использоваться в схемах одиоконтурных автогенсраторов, пде оюи выполняли бы,роль |нагрузочных контуров.

В схемах двуюконтурных генераторов их используют в цепях, где выделяется небольшая доля генерируемой мощности. В настоящее время нварцевые генераторы .выполняются исключнтельно ла транзисторах (рис. 13.6), работающих Рис. 13.6. Схема кварцевого геиерзтора с ОК при малых напряжениях, что благоприятно для использованная |кварца. Малые размеры ~юварцев и транзисторов позволяют размещать всю схему в малогабаритном термостате, потребляющем небольшую энергию. 344 Поскольку вхошгое соцротивление транзисторов невелико, при ~использовании кварца в схеме с ОЭ оно сильно шунтцровало бы кварц, снижая его добротность. Поэтому чаще используется схема с ОК (аналогламнового а~втогеиератора с общим а~иодом), ~в которой кварц включают между коллектором и базой (рис.

!3.6). Его эквивалентное сопротивление в давкой схеме и~мест индуктивный хара~атер (см. гл. 10), и ои работает вблизи от параллельного резонанса. В некоторых схемах кварц используется в,качестве эквивалентной емкости ~на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса;,при этом оч обычно ~включается последовательно в цепь ОС (рис.

13.7). Такое включение Рис. 13.7. Схема кварцевого генератора с кварцем в цепи ОС выгодно, поскольку,в цепи ОС проходит очень небольшая доля всей геиерюруем ой,мощности. Недостатком юва~рцев является то, что их можно изготовить на сравнительно низкие частоты (обычно менее 10 МГц). Для того чтобы и~меть возможность стабилизюрсвать частоту передатчиков, работающих на более высоких частотах, приходится прибегать к многократному умножению частоты. Имеются схемы генераторов, в которых юва~рцевая пласпинна ~возбуждается на высших механических гармониках (обертонах). В таких генераторах удается получить частоту колебаний до 200 МГц. Приведен~яме схемы кварцевых генераторов являются наиболее распространенным~и.

Характеристики

Список файлов книги