Петров Б.Е. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах (1989) (1095875), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Чтобы пластина сохраняла резонансные свойства и обеспечивала достаточно высокую стабильность частоты, необходимо выполнение условия б„,=цгСкгк,(( « 0,5, где бкк называют параметром качества. На практике часто ограничиваются условием бкк «-0,1 ... 0,3. $4.14. Транзисторные автогенераторы с кварцевой стабилизацией частоты Структурная схема кварцевого автогенератора на биполярном или полевом транзисторе изображена на рис. 4.31.
Назначение согласующей цепи: 1) создание обратной связи; 2) обеспечение оптимального режима АЭ, т. е. трансформация сопротивлений кварцевого резонатора и нагрузки в оптимальное сопротивление Я„на выходах АЭ; 3) преобразование последовательного резонанса кварца в параллельный резонанс на выходных электродах АЭ, имеющего динамическую выходную ВАХ А/-типа, для обеспечения устойчивости стационарного режима; 4) селекция механических гармоник кварцевого резонатора. Желательно, чтобы колебания существовали только при наличии кварцевого резонатора и отсутствовали при его отключении или 159 оказывается большой производная бВк,/бгц (или г)Хк,/г)гц) на резонансных частотах.
Кроме того, кварц мало подвержен воздействиям температуры и влажности, поэтому кварцевый резонатор обладает свойством эталонности. Представим эквивалентную схему кварцевого резонатора в обобщенном виде (рис, 4.30„б) и проанализируем зависимость Вкк (цг) (см.
рис. 4.29, б). Особенности этой зависимости: 1) наряду с частотами последовательного резонанса (дВ„,/дгц ( О): цгй, ог1*,1, гц„",' ... появляются частоты параллельно- выходе из строя. Согласующая цепь должна удовлетворять и этому требованию. Транзисторный автогенератор, работающий на основной частоте кварца. Согласующей цепью транзисторного кварцевого генератора является колебательный контур, настроенный на частоту, близкую рабочей гармонике кварца. В простейшей схеме кварцевого автогенератора применяется емкостная обратная связь (емкостная трехточка) и кварцевый резонатор включается последовательно в контур, играя роль индуктивности (рис. 4.32, а).
Колебания здесь возбуждаются на частоте, несколько большей частоты основного последовательного резонанса кварца. Сг х нагриме а) Ю) Рс. 4.3!. Структурная схема квар- цевого автогенератора Рис. 4.32. Упрогценные схемы кварцевых автогенераторов при работе на основной частоте кварцевого резонатора (а) и на механической гармонике кварца (6) Чтобы эквивалентная индуктивность кварцевого резонатора не была шунтирована емкостью С, необходимо выполнение неравенства 1/(горСе) » го /.,„,.
Учитывая условие резонанса о!р/.,„, = 1/(горСх) где Сх = СгСа/(Сг + Са), запишем ! . ! — ) — или Се(( Сх. Озр Се ыр Сх На практике можно ограничиться требованием Се < Сх/3. (4.41) На частотах, существенно отличающихся от ог„„, кварцевый резонатор эквивалентен емкости С„и возбуждение паразитных колебаний невозможно. В рассматриваемой схеме при минимальном количестве элементов отсутствуют индуктивности, поэтому она часто применяется в ,микроэлектронном исполнении. Транзисторный аатогенератор, работающий на гармонике кварца. Чтобы автогенератор устойчиво возбуждался на механической гармонике кварцевого резонатора, необходимо принять меры, препятствующие генерации на основной частоте кварца.
С этой целью можно применить схему автогенератора, изображенную на рис. 4.32, б. Индуктивность Е выбирают таким образом, чтобы на частоте генерации Г~",~ = го!",1/(2п) схема представляла собой емкостную трех- точку, а на более низких гармониках Г„, ... Г~", " не выполнялось одно из условий существования устойчивых автоколебаний, например балансфаз. Для этого резонансная частота)па контуоа ЕСв должна УдовлетвоРЯть соотношениЯм; Г„", ( Гря ( Г'„'",!. ДлЯ воз- бУждениЯ колебаний на частоте Г!",! контУР Е,„,СхС„„,(С„„,— эк- вивалентнаЯ емкость контУРа ЕСя на Г!",!) настРаиваетсЯ на этУ частоту.
я,„ гга (- 'Г. с, Рис. 4.33. Г1рииципиальиые электрические схемы кварцевых автогеиераторов иа биполярных траивисторах Схемы транзисторных автогенераторов с кварцевой стабилизацией частоты. Простейшая электрическая схема кварцевого авто- генератора на биполярном транзисторе (рис. 4.33, а) соответствует упрощенной схеме рис. 4.32, а. Колебательная система здесь образована кварцевой пластиной, играющей роль индуктивности, и конденсаторами С„С,.
Резисторы )с„)св образуют делитель напряжения для подачи постоянного смещения на базу, )хс„— резистор автосмещения, конденсатор Св„— блокировочный. Источник питания Е„блокируется от токов высокой частоты емкостью Со„, и сопротивлением )св„. Конденсатор С„обеспечивает оптимальную связь с нагрузкой. Поскольку в рассматриваемой схеме нет корректирующей цепочки, для исключения влияния инерционности транзистора на стабильность частоты следует выбрать транзистор, у которого Гр ) 2Гр, где Гр — частота генерации. На рис.
4.33, б изображена схема транзисторного автогенератора, предназначенного для возбуждения колебаний на механической гармонике кварца, соответствующая рнс. 4.32, б. Точная настройка на требуемую частоту осуществляется с помощью подстроечного конденсатора С,. Для упрощения конструкции при использовании подстроечного конденсатора с заземленным корпусом коллектор транзистора по высокой частоте имеет нулевой потенциал относи- !б! тельно земли.
Прн атом исключается необходимость прнменення блокнровочного сопротивления нлн индуктнвностн в цепи питания. Колебательная система, образованная кварцем, емкостями С,— С н нндуктнвностью Е, препятствует возбуждению колебаний на более низких механических гармониках кварца. Цепочка й„,рС„,р корректирующая. Рассмотренные схемы кварцевых автогенераторов на транзисторах являются типичными и позволяют получить весьма высокую стабильность частоты. Если требования к стабильности понижены н желательно иметь ббльшую выходную мощность, применяют схемы, где кварц включен не в контур, как в рассмотренных вариантах, а в цепь обратной связи. Подобные схемы описаны, например. в 111. Расчет кварцевого автогенератора на бнполярном транзисторе целесообразно проводить в такой последовательности.
1, Выбор схемы автогенератора. 2. Выбор транзистора и кварцевого резонатора. 3. Расчет режима транзистора. 4. Расчет внешних цепей, обеспечивающих требуемый режим. Прн расчете используются соотношения н методика, приведенные в 9 4.9, 4.10, 4.! 3. ф 4.15. Кварцевые автогенераторы на туннельных диодах Наиболее часто используемая схема автогенератора на туннельном диоде с кварцевой стабилизацией частоты приведена на рнс.
4.34, а. Генерация здесь осуществляется на последовательном резонансе 1 , для зтого ЕС-контур настраивается в резонанс с Г'„,. Рассмотрим особенности схемы. Если из автогенератора извлечь кварцевый резонатор, схема примет внд рис. 4.34, б. Легко показать, что прн выполнении условия Я = р, где р = Ф'Е/С вЂ” характеристическое сопротивление 1.С- контура, проводимость колебательной системы в точках подключения туннельного диода не зависит от частоты. Действительно, У вЂ” + ! 1 ! л+ 1вг л+ 1! 11ас) л Это свойство чрезвычайно важно для туннельного автогенератора, самовозбуждение которого возможно на любом паразитном резонансе. Прн выборе р из условия отсутствия самовозбуждения (4.42) р=м < И~„~ .„, где Щ „— максимальный модуль крутизны статической ВАХ 'диода, колебания не возбуждаются ни на какой частоте.
Приведенные рассуждения справедлнвы н при наличии кварцевого резонатора, если рассматривать частоты„отличные от Г 162 На частоте г„, кварцевый резонатор эквивалентен малому сопротивлению г,„,. Если им пренебречь, то схема примет вид рис. 4.34„в. Резонансная проводимость нагрузки в точках подключения диода б„= ! ! Ар-1-!т~2 !тр где )тр — — Р!",! — резонансное сопротивление (.С - контура; его добротность с учетом нагрузки и потерь в кварцевом резонаторе, (4. 43) г! Рис. 4.34. Схемы кварцевых автогеиераторов иа туииеаьиых диодах $4.16. Кварцевые автогенераторы иа интегральных схемах В предшествующих параграфах были описаны автогенераторы на дискретных элементах. В последнее время получили распространение кварцевые автогенераторы на интегральных схемах(ИС). Оии могут быть построены на основе емкостной трехточечной схемы рис 4.32, а — для генерации на основной частоте и рис. 4.32, б— Для существования колебаний следует выполнить условие само- возбуждения ~ Се ~ ~1уйв.
(4. 44) Расчет туннельного автогенератора проводится с использованием соотношений (4.42) — (4.44), а также условия резонанса вх„, = =- 1!' ~ г'.С. Для исключения влияния емкости кварцедержателя нужно выполнить условие (4 41), где Сх —— С. Добротность колебательной системы можно рассчитать, полагая, что применена ослабленная связь с нагрузкой и потери происходят только в кварце, при этом Ц = р!г„,. Режим работы диода рассчитывают по методике, приведенной в $ 4.12.
На рис. 4.34, и изображена полная принципиальная электрическая схема автогенератора иа туннельном диоде с кварцевой стабилизацией частоты. Условием ее правильной работы является выполнение соотношения !тат!Яг-'- )хх) = — (тв. агуаа Рнс. 4.86. Топологня ИС кварцевого автогенератора Рнс. 4.35. Прннцнпнальная алек. грнческая схема кварцевого авто- генератора на ИС Наибольшей плотности компоновки достигают, выполняя авто- генератор на кварцевой подложке, совмещая кварцевый резонатор с другими элементами ИС [141.
На рис. 4.36 представлена топологическая схема автогенератора в интегральном исполнении, выполненного по схеме рис. 4.33, а. В качестве активного элемента применен бескорпусной транзистор КТ232Б. Автогенератор размещен иа кварцевой пластине размером 1бх12х0,208 мм, частота генерации 8 М) ц. Эксперименты показали, что стабильность частоты подобных генераторов в диапазоне температур практически такая же, как у автогенераторов на дискретных элементах. $ 4.11.
Диод Ганна в каскадах радиопередатчиков В некоторых типах современных радиопередатчиков диапазона СВЧ автогенераторы выполняют на генераторных диодах— диодах Ганна и лавинно-пролетных. Диодные генераторы часто являются выходными каскадами передатчиков. В этом случае схема передатчика получаетсявесьма простой и содержит лишь автогенератор и модулятор (без тракта усиления мощности несущей частоты). для генерации на механических гармониках. Достоинство этих схем — минимальное число индуктивностей. В автогеиераторах могут быть применены универсальные микросхемы. Например, на рис.
4.35 представлена электрическая схема генератора на гибридной линейно-импульсной микросхеме К2УС249. Схема автогенератора почти такая же, как и на рис. 4.33, а, но при изготовлении она менее трудоемкая, поскольку здесь меньше дискретных элементов. Еще больше снижаются габариты и упрощается монтаж при изготовлении в виде микросхемы всего автогенератора, за исключением кварцевого резонатора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
