Генераторы с кварцевой стабилизации частоты

 

Прецизионные кварцевые генераторы чаще всего используются в аппаратуре, подвергающейся интенсивным внешним воздействиям, в частности изменению температуры. При этом требуется не только сохранить высокую стабильность частоты, и получить высокочастотные колебания не только на основной частоте кварца, но и на его гармониках. Одновременно предъявляются требования к уменьшению объёма, массы и потребляемой мощности, к сокращению времени установления частоты при включении генератора.

Кварц - это природный материал, который может преобразовывать механическое воздействие в электрический сигнал. При прикладывании переменного напряжения кварц создает механические колебания с частотой переменного напряжения. Собственные частоты последовательного и параллельного резонансов кристалла кварца зависит от его структуры (среза) и размеров. Максимальная амплитуда колебаний кварцевого резонатора достигается, если частота возбуждающего сигнала равна собственной частоте кварцевой пластины. При изготовлении кварцевого резонатора на пластину кварца наносят серебряные электроды. Пластина кварца помещают в корпус из стекла или металла на прижимающих контактах.

Резонансная частота колебательного контура с активными потерями находится из выражения , где - собственная частота резонатора, определяемая реактивными элементами; - добротность. Чтобы получить равенство , необходимо добиться условия . Это граничное условие характеризует процесс возбуждения незатухающих колебаний. В диапазоне частот, в котором эквивалентное сопротивление резонансной системы имеет отрицательное значение, генератор нестабилен.

Условное обозначение кварцевого резонатора показано на рис. 6.8 а. Существуют различные схемы кварцевых генераторов. Большинство генераторных схем собираются по типу трехточечных. Кварцевый резонатор включается в такие участки схемы, сопротивление которых для выполнения условия согласования фаз должно иметь индуктивный характер (рис. 6.8 б). Относительная нестабильность частоты достигает 10^-6. Для обеспечения более высоких параметров используют термостатирование кварцев.

Качество работы генераторов оценивается по абсолютной и относительной нестабильности частоты. Абсолютная нестабильность показывает разницу между номинальной и текущей значениями частот. Относительную нестабильность определяют коэффициентом нестабильности. Этот коэффициент определяется относительными изменениями параметров реактивных элементов входящих в контур под действием внешних дестабилизирующих факторов.

Q

а)

Q

Рис. 6.8. Условное обозначение и подключение кварцевого резонатора(а), схема генератора с кварцевым резонатором (б)

 

Основными дестабилизирующими факторами в автогенера­торах являются: колебание температуры окружающей среды; коле­бания напряжения источника питания; изменение атмо­сферного давления и влажности; старение радиоэлектронных элементов и связанное с этим изменение их па­раметров; изменение нагрузки автогенератора.

Для стабилизации частоты автогенераторов используются два основных подхода: описанный ранее с использованием кварцев и параметрический.

Параметрический способ заключается в использовании технологических и конструктивных приемов. В частности, при создании конструкции частотозадающих контуров генераторов используются высококачественных материалов и элементов, резонансные контура располагаются в стороне от нагревающихся элементов, используются высокочастотные транзисторы и микросхемы, подбираются элементы, имеющие противоположные знаки температурных коэффициентов и т.д. Для уменьшения влияния температуры в некоторых случаях используют термостатирование не только контуров, но и полностью автогенераторов.

Q Контрольные вопросы.

1. Для чего используется кварцевая стабилизация и умножение частоты?

2. Назовите основные схемы кварцевых генераторов.

3. Какую относительную нестабильность частоты может иметь кварцевый

Генератор?

4. Назовите дестабилизирующие факторы в автогенера­торах.