Гусев - Электроника (944138), страница 122
Текст из файла (страница 122)
8.37. д). Область применения этих генераторов колебаний устройства, работающие в диапазоне частот доли Гц "-сотни кГц, в которых к точности и стабильности частоты пе предъявляются жесткие требования (нестабильность частоты порядка долей — нескольких процентов). Генераторы 1Х-типа. Эти генераторы имекэт сравнительно высокую стабильность частоты колебаний, устойчиво работают при значительных изменениях параметров транзисторов, обеспечивают получение колебаний. имеющих малый коэффициент гармоник. К недостаткам их относятся трудности изготовления высокостабильных температурно-независимых индуктивностей, а также высокая стоимость и громоздкость последних.
Особенно это проявляется при создании автогенераторов диапазона инфранизких частот, в которых даже при применении ферромагнитных сердечников габаритные размеры, масса и стоимость получаются большими. В генераторе (.С-типа формы выходного напряжения весьма близка к гармонической. Это обусловлено хорошими фильтруюгцими свойствами колебательного 1.С-контура.
Они, как правило. работают с иогсечкой» гока активных приборов усилителя. Соответственно форма выходного тока усилителя резко отличается от синусоидальной. При этом в начальный момент возникновения автоколебаний (Ку~>>1, что обеспечивает устойчивую работу автогенератора даже при значительных изменениях параметров его элементов. Для самовозбуждения генератора 1.С-типа также необходимо наличие положительной обратной связи. Сушность самовозбуждения заклн>чается в следуюшем. При включении источника питания конденсатор колебательного контура, включенного чаще всего в коллекторную цепь транзистора, заряжается.
В контуре возникают затухающие автоколебания, причем часть тока (напряжения) этих колебаний подается на управляющие электроды активного прибора, образуя положизельную обратную связь. Это приводит к пополнению энергии 1.С-контура. Автоколебания превращаются в незатухаюшие. Частота авгоколебаний вш гф оы а,' Рис. 8.39. ЬГ'-автотеиераторы; р. ф р р ой ОС. 6 — ананура сф р р й ОС (с оу нана ср а * Х вЂ” о сосна снаоссной р а в первом приближении определяется резонансной частотой 2.С- контура: оао .1о 2а ссЕС Многочисленные схемы автогенераторов ЕС-типа различаются в основном схемами введения сигнала обратной связи и способами подключения к усилителю колебательного контура.
На рис. 8.39, а показано введение положительной ОС с помощью трансформа~орной обратной связи (обмотка 2). Напряжение ОС зависит от соотношения числа витков обмоток 1 и 2. На рис. 8.39, б использована автотрансформаторная обратная связь. Источник питания Е подключен к части витков катушки инлуктивности 1, что уменьшает его шунтирующее действие и повышает добротность колебательного контура ЛСы Сопротивление разделительного конденсатора С, на частоте колебаний близко к нулю. На рис. 8.39,в показан генератор, собранный по схеме емкостной трехточки. В нем напряжение обратной связи снимается с конденсатора Ст.
Энергия, поддерживающая автоколебания, вводится в форме импульсов тока у,. Для уменьшения шунтирующего действия транзистора он подключен к контуру через емкостный делитель напряжения. Для количественной оценки устойчивости автоколебаний часто вводят коэффициент регенарации. Это безразмерный коэффициент, характеризующий режим работы автогенератора и показывающий, во сколько раз можно уменыцить добротность Д колебательной системы по сравнению с ее исходным значением, чтобы автогенератор оказался на границе срыва колебаний: 0 .аеу~ 602 где Х, †.
реактивное сопротивление и индуктивности контура; А †эквивалентное активное сопротивление контура, включак1щее и сопротивление активного элемента, шунти- ~Л~ рующего его. В низкочастотных « автогенераторах коэффициент регенерации обычно не менее !,5 — 3. Следует отметить, что в транзисторных генераторах источник возбуждающих колебаний имеет, КаК ПРаВИЛО, МаЛОЕ ВНУТРЕННЕЕ СО- Рис К4Ц Импульсы коллекторпротивление. Следовательно, в цепи ного тока (а); прерывисто ~енебазы протекает ток несинусоидаль- рируемыв в автогенераторе сигной формы, а напряжение база — "ал Ф) эмиттер остается синусоидальным.
Хорошие энергетические показатели у генератора могут быть получены только при работе с «отсечкой тока» (ток через транзистор имеет форму импульсов; рис. 8.40, а). При этом считается, что наилучшие энергетические характеристики имеют место при 0=50 —.70'. В то же время для возникновения автоколебаний необходимо, чтобы 0 90".
В противном случае до возникновения автоколебаний на базе транзистора будет только запирающее напряжение и без воздействия дополнительного внешне1 о отпираюгцего напряжения («жесткий» режим возбуждения) автоколебания не возникнут. )!ри «мягком» режиме возбуждения на базу должно быть подано отпираншзее напряжение порядка 0,3- — 0,5 В.
При возникновении автоколебаний смещение должно автоматически изменяться в зависимости от амплитуды колебаний до получения нужного угла отсечки О. Здесь нетрудно увидеть взаимосвязь с рассмотренным выше положением о необходимости введения цепи, изменяющей смещение до получения (7су)=). При достаточно 1лубокой ОС и неправильно подобранных емкостях конденсаторов С„С, (рис. 8,39, а) может возникнуть прерывистая генерация или автомодуляция.
В этом случае амплитуда колебаний имеет переменное значение или уменьшается до нуля на определенные промежутки времени (рис. 8.39, б). Прерывистая генерация обусловлена тем, что при определенных условиях напряжение автоматического смещения вследствие зарядки конденсаторов С, С., и С, может приблизиться к амплитуде напряжения ОС. Транзистор перестанет открываться и пополнятт энергию колебательного контура. В итоге автоколебания бысгро затухнут ло нуля и возникнут снова только после разрядки конденсаторов С, и С,. Затем процесс нарастания амплитуды, зарядки конденсаторов и срыва автоколебаний повторится. Поэтому цепи, обеспечивающие бвз автоматическое смещение рабочей точки, обычно приходится подбирать при настройке.
В схемах рис. 8.39, б, в изменения напряжения смещения происходят вследствие зарядки конденсаторов С„С, и С4. Заданную частоту колебаний можно получить при разных значениях индуктивности г, и емкости С, так как она определяется их произведением. Однако увеличение емкости конденсатора С приводит к уменьшению индуктивности, что существенно снижает добротность контура: 0= оЕ!71=14"оС71). где ез †резонансн частота. Уменьшение добротности может привести к искажениям формы автоколебаний и появлению дополнительной нестабильности частоты. Для предотвращения этого добротность колебательного кон~ура берут не менее 30 — 70.
Перестройку частоты автоколебаний осуществляют изменением емкости конденсатора, включенного в колебательный, контур. При этом добротность контура изменяется, что может вызвать изменение режима работы автогенератора. Изменение емкости обычно производят механическим путем. Иногда вместо конденсатора, определяющего частоту колебаний, включают варикап и, меняя приложенное к нему дополнительное постоянное напряжение, изменяют резонансную частоту контура. В этом случае перестройка частоты осуществляется электрическим путем за счет изменения барьерной емкости варикапа.
Относительная нестабильность частоты у автогенераторов 10 з 10 Генераторы с кварцевыми резонаторами и электромеханическими резонансными системами. Их обычно применяют на повышенных частотах, когда требуется получить колебания известной и стабильной частот. В них роль цепи, обладающей резонансными свойствами, выполняет или кварцевый резонатор, или электромеханический фильтр. Кварцевый резонатор является высокодобротным фильтром, частотные свойства которого определяются геометрическими размерами и типом колебаний его пластины. В электромеханических фильтрах используют резонансные свойства механической колебательной системы, выполненной специальным образом. Рассматриваемые генераторы значительно сложнее и дороже в изготовлении, чем 7 С- и АС-генераторы. Однако при создании прецизионных преобразовательных устройств обойтись без них часто не удаегся. Применение кварцевых резонаторов позволяет обеспечить относительное изменение частоты, не превышаюгцее 1О' — !О ~, что на несколько порядков лучше соответствующих параметров У.С- и ЯС-автогенераторов.
604 г ° ' г1 еу Рис. 8.4Ь Виды колебаний кварцевых элементов: . сепии . рясгяисяис, б — изгиб. и.с — круисяия д- сиииг ио конкуру, г скииг иг гоиыиис Для изготовления кварцевых резонаторов используют природный или искусственный монокристаллический кварц. Так как монокристалл кварца является анизотропным телом„то свойства резонатора зависят от ориентации вырезанной пластины относительно его кристаллографических осей. В настоящее время используют различные виды срезов.
Благодаря этому удается удовлетворить многочисленные противоречивые требования, предьявляемые к рассматриваемым резонаторам. В кристаллическом кварце существуют прямой и обратный пьезоэлектрические эффекты. Прямой пьезоэффект характеризуется тем, что при приложении к пластине механического напряжения на обкладках появляется электрический заряд, пропорциональный приложенному напряжению. Обратный пьезоэффект своди~ся к тому, что приложенное к пластине электрическое напряжение (созданное электрическое поляризуюшее поля) приводит к возникновению механических напряжений, изменяющих форму и размеры пластины.
Возможные виды механических колебаний кварцевой пластины представлены на рис. 8.41. Чаще всего используют колебания сжатия растяжения (рис. 8.41, а), изгиба (рис. 8.41, б), кручения (рис. 8.41, и, г), сдвига по контуру (рис. 8.41, д)з сдвига по толщине (рис. 8.41, р). Эти колебания возможны как на основной резонансной частоте кварца, определяемой его геометрическими размерами и видом среза, так и на различных гармониках, кратных этой частоте. Прежде чем вырезанная пластина кварца превратится в резонатор, она проходит ряд сложных уехнологических операций. Поэтому под кварцевым резонатором или просто кварцем в дальнейшем будем подразумевать законченное устройство, способное совершать резонансные колебания под действием электрического поля соответствующей частоты и содержащее кварцевый элемент, электроды и кварцедержатели.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
