Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Однако возможность осцилляторных схем генерировать в некотором интервале частот между резонансными частотами КвР при изменении параметровэлементов схемы является их недостатком. Поэтому осцилляторные схемы целесообразноприменять в тех случаях, когда к стабильности частоты автоколебаний не предъявляетсяповышенных требований, а главное – простота и экономичность.В осцилляторных схемах используются сравнительно низкие гармоники: третья, пятая, но не выше седьмой.
Возможность возбуждения на более высоких механических гармониках ограничивается вредным влиянием статической ёмкости С0, а также межэлектродных и монтажных ёмкостей, шунтирующих КвР. Практически осцилляторные схемыс возбуждением на гармониках применяют на частотах до 30…50 МГц. На частотах выше50 МГц без компенсации статической ёмкости практически не удаётся получить индуктивную реакцию КвР.Пример осцилляторной схеСмы гармоникового КАГ с компенСК1LК Ссацией статической ёмкости КвРБЛLКОМПпоказан на рис.22.14.
Схема не+ЕКСЭможет возбудиться, если кварцеСLБЛК2RЭКвРвая пластина не проявляет явлениепьезоэффекта, то есть КвР ведётсебя как ёмкость С0, так как, воR2R1первых, без подключения компенРис.22.14сирующей индуктивности LКОМПне выполняется условие индуктивной трёхточки; во-вторых, участок база – эмиттер шунтируется цепью LКОМП, С0, настроенной на частоту интересующей гармоники. Если же явление пьезоэффекта проявляется на частоте интересующей гармоники, то результирующее сопротивление ветви LКОМП, КвР носит индуктивный характер и процесс автоколебаний в схеме происходит с участием кварца. Влияние LКОМП на частоту автоколебаний вомного раз меньше, чем влияние динамической индуктивности кварцевой пластины, величина которой, как отмечалось, не зависит от номера гармоники и лежит в пределах от десятых долей до единиц генри.Фильтровые схемы КАГОднокаскадные трёхточечные схемы КАГ могут быть не только осцилляторными, нои фильтровыми.
В таких схемах КвР (вместе с подстроечным элементом) ведёт себя нарабочей частоте как активное сопротивление. Автоколебания в фильтровых схемах возможны и без проявления кварцевой пластиной резонатора явления пьезоэффекта, в частности, при коротком замыкании КвР, а часто и при замене КвР в схеме конденсатором сёмкостью С0. При изъятии КвР из схемы и разрыве таким образом цепи автоколебания всхеме не возникают.Фильтровые трёхточечные схемы могут быть построены как на основе ёмкостнойтрёхточки, так и индуктивной трёхточки.
Однако применение индуктивной трёхточки вряде случаев затруднено из-за большого влияния высших гармонических составляющихтока генераторного прибора и склонности к паразитному самовозбуждению.77Последнее обусловливается тем, что части катушки индуктивности контура и межэлектродные и монтажные ёмкости образуют дополнительные контуры и даже систему двух связанных контуров, что может вызвать паразитные автоколебания. На это указывалось в лекции 19 (см. рис.19.9) при рассмотрении одноконтурного АГ с автотрансформаторной обратной связью, соответствующего индуктивной трёхточке.366На рис.22.15 представлены возможные варианты фильтровых схем КАГ на основеёмкостной трёхточки при использовании транзисторов.
Аналогично могут быть выполнены схемы на основе индуктивной трёхточки,8 а также при использовании ламп. Для понимания сути схем на рис.22.15 показаны их эквивалентные аналоги по высокой частоте.Некоторые основные принципиальные схемы будут рассмотрены ниже.Фильтровые схемы (рис.22.15) класКвРсифицируются по месту включения КвР и,соответственно, носят названия:а) с кварцем между эмиттером и конС1С1LLтуром(между катодом и контуром). СхемаС2С2КвРизвестна также как схема Батлера;б) с кварцем между базой и контуромаб(между сеткой и контуром). Схему частоназывают схемой с кварцем в цепи обратной связи;в) с кварцем между коллектором иС1Lконтуром (между анодом и контуром);С1LС2г) с кварцем в контуре.С2Любая из представленных схем генеСРрирует на частоте, близкой к частоте поRШКвРследовательного резонанса используемойгармоники кварцевой пластины КвР, поКвРгвскольку при этом в колебательную систеРис.22.15му АГ вносится минимальное затухание состороны КвР и наилучшим образом выполняется условие самовозбуждения (коэффициентобратной связи в схеме оказывается наибольшим).
Контур L, С1, С2 настраивают так, чтобы АГ с закороченным резонатором возбуждался приблизительно на частоте последовательного резонанса нужной гармоники кварцевой пластины, чем исключается опасностьсамовозбуждения АГ на основной частоте и низших гармониках.В схемах (рис.22.15) заземлён (в первую очередь по высокой частоте) коллектор. Каки в бескварцевых схемах АГ в КАГ может быть заземлён любой электрод АЭ и выборэлектрода для заземления определяется аналогичными соображениями (см. лекцию 19).
Вто же время при надлежащем выборе электрода для заземления может облегчиться реализация КАГ с требуемыми параметрами и на нужную частоту. Частично эти вопросы мыобсудим при рассмотрении конкретных схем.В схеме (рис.22.15,г) возможно возникновение паразитных автоколебаний на частоте1 ПАРАЗ .C1C 2C 0LC1C 2 C1C0 C 2 C0Для предотвращения этого параллельно КвР подключают резистор RШ, сопротивление которого должно удовлетворять условию3...5rК RШ . ПАРАЗ С0На частоте, близкой к частоте последовательного резонанса КвР, RШ практически не оказывает влияния на работу АГ.В схеме (рис.22.15,б) необходимо, чтобы входное сопротивление АЭ было заметноменьше сопротивления КвР rК, так как только в этом случае стабильность частоты автоколебаний будет определяться в основном КвР.8Сказанное, очевидно, уместно отнести к схемам рис.22.15,а, б, в.367Действительно, напряжение U C1 , снимаемое с ёмкости С1 в схеме (рис.22.15,б), рас*пределяется между сопротивлением КвР Z КВ и входным сопротивлением транзистора*Z ВХ .
Соответственно амплитуда напряжения возбуждения**U МБ U C1 Z ВХ.**Z КВ Z ВХПоследнее выражение можно представить в следующем виде:**U МБ U C1 Z ВХ**(22.13)*U МК p ВХ Z ВХ**,(22.14)Z КВ Z ВХp ( Z КВ Z ВХ )где UМК – амплитуда напряжения между коллектором и эмиттером (напряжение на ёмкости С2); p – коэффициент включения контура со стороны ёмкости С2; pВХ – коэффициентвключения контура со стороны ёмкости С1.Очевидно,C1C2p;p ВХ 1 p.(22.15)C1 C 2C1 C 2На основании (22.14) коэффициент обратной связи в схеме (рис.22.15,б)**U МБ p ВХZ ВХ(22.16)k.*U МКp ( Z Z* )КВВХЕсли пренебречь входным сопротивлением в знаменателе (22.16), то можно считать**p Z ВХ p Zk ВХ * ВХ ВХ e j ( ВХ КВ ) .(22.17)p Zp Z КВКВСоответственно условие баланса фаз (19.14) применительно к рассматриваемому АГпринимает вид S oe k D S oe ВХ КВ 0.*Условие устойчивости частоты автоколебаний (22.6) для рассматриваемой схемы i S oe ВХ КВ 0.Как указывалось, стабильность частоты автоколебаний любого АГ определяетсяэлементом схемы, имеющим наибольшую крутизну фазочастотной характеристики.
Всхеме КАГ таким элементом является КвР. Следовательно, применительно к рассматриваемой схеме (рис.22.15,б) условие устойчивости частоты автоколебаний принимает вид КВ 0.(22.18)На рис.22.16 представлена фазочастотная характеристика КвР.Как видно из рис.22.16, условие (22.18) выполняется КВна частоте последовательного резонанса кварцевой пла+π/2стины резонатора ω1. Частота последовательного резонанса пластины является наиболее стабильной, а крутизнафазочастотной характеристики КвР вблизи этой частотыω1ω2существенно превосходит крутизны фазовых характериωстик остальных элементов колебательной системы АГ.Очевидно, если условие ZКВ >> ZВХ не выполняется,-π/2то стабильность частоты автоколебаний в рассматриваемой схеме АГ не будет определяться в основном КвР и,Рис.22.16368следовательно, будет ниже.
Для выполнения указанного соотношения между сопротивлением КвР и входным сопротивлением, учитывая, что на частоте последовательного резонанса ZКВ практически равно rК, параллельно входу АЭ по высокой частоте подключаетсярезистор, сопротивление которого r << rК.Величина коэффициента обратной связи в схеме (рис.22.15,б) согласно (22.16) зависит от коэффициентов включения pВХ, p и на частоте автоколебаний, совпадающей с частотой последовательного резонанса КвР ω1, при выполнении необходимого соотношениямежду сопротивлениями, равнаp rk ВХ.p rКПри большом значении pВХ схема может самовозбудиться через статическую ёмкостьС0, то есть без проявления кварцевой пластиной явления пьезоэффекта, особенно при возбуждении пластины на высшей гармонике.
Для предотвращения такого самовозбужденияприменяют компенсацию статической ёмкости с помощью параллельно подключаемой кКвР компенсирующей индуктивности LКОМП. Можно также нейтрализовать действие ёмкости С0, если с выходного электрода АЭ (анода лампы, коллектора транзистора) податьна входной электрод (сетку, базу) высокочастотное напряжение через конденсаторнейтрализации ёмкостью СНЕЙТР, которое будет напряжением отрицательной обратнойСБЛ+ЕКR1СНЕЙТРСР СНЕЙТРLБЛLКОМПС2КвРСРСLС1R2RЭСЭСР КвР СРrСКLКОМПrRКаLRCбРис.22.17СБЛ+ЕAсвязи.На рис.22.17 представлены два варианта рассмотренной схемы АГ с кварцем в цепиобратной связи. При этом на рис.22.17,б представлен, для примера, ламповый вариантсхемы на основе индуктивной трёхточки (на основе одноконтурного АГ с автотрансформаторной обратной связью), с заземлённым (по высокой частоте) катодом.
У схемы(рис.22.17,а) заземлён (по высокой частоте) эмиттер.Если в схеме (рис.22.15,б), соответственно и в схемах (рис.22.17), через КвР протекает только ток входного электрода (базы или сетки, причём последний может быть весьмамал и поэтому обязательно потребуется включение в схему дополнительного резистора ссопротивлением r), то в схеме (рис.22.15,а) через КвР протекает суммарный ток: эмиттерный или катодный, что увеличивает падение напряжения на КвР. Увеличение падениянапряжения на резонаторе эквивалентно увеличению сопротивления КвР по сравнению свходным сопротивлением или же уменьшению входного сопротивления схемы по сравнению с сопротивлением КвР.9В этом случае, по аналогии с (22.13), напряжение возбуждения можно определитьподобным соотношением**U МБ U C1 Z ВХ**А Z КВ Z ВХ**U C1 Z ВХ / А**,Z КВ Z ВХ / А9В схеме имеет место отрицательная обратная связь по току со всеми вытекающими из этого особенностями.369где с достаточным основанием можно принять А = (1+ IA1/IC1) в ламповом варианте иА = (1+IК1/IБ1) = (1+ β) в АГ на транзисторе; β – коэффициент передачи по току транзистора при включении с общим эмиттером; UC1 = pВХ UL; UL – напряжение на контуре (наиндуктивности контура, оно же на ёмкостной ветви контура, образованной последовательным соединением ёмкостей С1 и С2).Выходное напряжение в схеме (напряжение между коллектором и эмиттером в транзисторном варианте АГ, между анодом и катодом в ламповом варианте АГ)****U МК U КВ U C 2 U КВ pU L U C1 A Z КВ*** pU L U C1 Z КВ** pU L .A Z КВ Z ВХZ КВ Z ВХ / АНа основании последних соотношений получаем (во всех соотношениях коэффициенты включения p и pВХ определяются (22.15))**U МБ*k*p ВХ Z ВХ / А**.Z КВ Z ВХ / АU МКТак как A >> 1, то можно считать**kp ВХ Z ВХ*p ВХ Z ВХ j ( ВХ КВ )e.A Z КВA Z КВПоследнее соотношение подобно (22.17) и для рассматриваемой схемы применимывсе рассуждения относительно устойчивости частоты автоколебаний, сделанные для схемы (рис.22.15,б).На рис.22.18 представлена возможная принСБЛС2Lципиальная схема КАГ с кварцем между эмиттеКвРС1ром и контуром.
Для предотвращения самовозбуждения АГ через статическую ёмкость КвР С0 вRЭСБЛ+ЕКсхеме может быть применена компенсация ёмкоLКОМП R1R2сти С0 с помощью индуктивности LКОМП. Следуетобратить внимание, что сопротивление в цепиэмиттера RЭ подключается по высокой частотеРис.22.18параллельно входу транзистора, уменьшая входное сопротивление АЭ и этим самым способствуя усилению влияния КвР на стабильностьчастоты автоколебаний.В схемах (рис.22.15,а, б) монтажная ёмкость КвР, а также монтажная ёмкость компенсирующей индуктивности при её использовании, оказывают влияние на настройкуконтура L, С1, С2, что усложняет настройку АГ в целом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
