Стабілізації частоти генератора

Стабілізація частоти LС — генераторів

Важливим показником, який визначає можливість використання автогенераторів в пристроях електронної техніки, є стабільність частоти його коливань. Під стабільністю частоти генерованих коливань генератора розуміють незмінність частоти при дії різних дестабілізуючих факторів на протязі визначеного інтервалу часу.

Для якісної оцінки стабільності частоти використовуються поняття абсолютної і відносної нестабільності. Абсолютна нестабільність частоти представляє собою різницю частот до і після дії дестабілізуючих факторів. Відносна нестабільність частоти — це відношення абсолютної нестабільності до заданої частоти, виражена у відсотках:.

Основними дестабілізуючими факторами є:

• коливання температури навколишнього середовища;

• зміна вологості і атмосферного тиску;

• пульсації напруг джерела живлення;

• зміна навантаження автогенератора;

• старіння елементів в часі.

Для підвищення стабільності частоти широко використовується кварцові резонатори, добротність яких досягає величини (3...6) • 106.

Кварцові резонатори складаються із кварцового елемента, електродів і кварцотримача. Кварцові елементи виготовляють із природного або штучного моноблока кварцу у вигляді брусків або пластин із спеціально орієнтованими відносно кристалографічних осей поверхнями. Близькі за своєю орієнтацією і властивостями бруски або пластини називаються зрізом кварцового елементу. В якості електродів часто використовують тонкі металізовані плівки, нанесені на відповідні поверхні кварцового елементу. Кварцотримач представляє собою механічну систему для кріплення кварцового елементу. За конструкцією кварцові резонатори поділяються на герметизовані (в металічних балонах) і вакуумні (в скляних балонах).

Стабілізація частоти автогенераторів основана на використанні кварцових пластин із сильно вираженим п'єзоелектричним ефектом.

Якщо кварцову пластину стиснути або розтягнути, то на її протилежних гранях появляться рівні за величиною, але різні за знаком електричні заряди. Величина їх пропорційна тиску, а знаки залежать від напряму сили тиску. Це явище носить назву прямого п'єзоелектричного ефекту.

Якщо до граней пластини прикласти електричну напругу то пластина буде стискуватися або розтягуватися в залежності від полярності прикладеної напруги. Це явище називається зворотним п'єзоелектричним ефектом.

Цінною властивістю кварцу є дуже висока стабільність частоти механічних коливань, яка визначається геометричними розмірами кварцової пластинки і напрямом деформації. Ця властивість сумісно з прямим п'єзоелектричним ефектом дає можливість використовувати кварцові резонатори для стабілізації частоти автогенератора.

На рис. 1 (а) приведений приклад еквівалентної схеми кварцового резонатора, залежність її реактивного опору від частоти (рис. 1 (б)), де LКВ, СКВ, RКВ – відповідно еквівалентні індуктивність, ємність і опір.

Рисунок 1. Еквівалентна схема кварцу (а) і залежність її реактивного опору від частоти (б)

На частоті ωПОС реактивний опір ХКВ перетворюється в нуль і кварцовий резонатор веде себе як послідовний контур з резонансом напруг. Тому частотаназивається частотою послідовного резонансу.

На частоті ωПАР реактивний опір ХКВ стає рівним нескінченності і кварцовий резонатор веде себе як паралельний контур з резонансом струмів. Тому частота називається частотою паралельного резонансу.

На рис. 2 показана принципова схема триточкового кварцового автогенератора з ємнісним зв'язком і з кварцовим резонатором в колі зворотного зв'язку.

В цій схемі коливальний контур створений конденсаторами С1, С2 і кварцовим резонатором G. Резистори R1, R2 задають необхідне зміщення на базу транзистора, а резистор RЕ здійснює температурну стабілізацію за постійним струмом. Резистор R служить для ліквідації можливості виникнення паразитних коливань. Конденсатори СР1, СР2 є роздільними.

Рисунок 2. Схема кварцового генератора з ємнісним зв’язком