книги из ГПНТБ / Альтшуллер Г.Б. Кварцевая стабилизация частоты
.pdf■+■ [Xl IКв + |
Кв) + К ( X kb + |
* У „ ) ] |
X — 1^ 1^ BX |
^1 *n x |
tg ф* = °; |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rm |
г X I |
|
|
|
(6.53) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выражение, |
характеризующее амплитудные |
соотношения: |
|
||||||||||||||
|
|
|
1^ 1 |
I ^кп 1 Яун) ~ |
‘^ 1 |
I.-'^kb |
Лун |
|
D , |
-4 I ^ВХ |
^1 -Увх ' |
|
|||||
|
|
|
|
|
*L + |
x l |
|
1 г |
|||||||||
— \Кр\cos ф,- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
/ - R |
|
|
^nx ~i~ Нi A'BX |
|
|
A’B>:— IRR^Y |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
\ |
|
|
* L + X L |
|
|
|
R 2 |
+ |
X 2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MIX ~ |
l BX |
|
|
|||||
+ |
I * . . K , + * » ) - r K ,IK |
, + |
( sat- |
- ’- ^ 7 |
.У |
" ) + |
|
|
|||||||||
_______ |
|
|
|
|
|
|
1 |
V |
|
Rux + |
Л пх |
/ |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- - { [ К ц |
^ в ■“ ^y„!-.V1(X"B+.Yy,1)]i'2.Y |
^1 ^-вх |
Явх |
|
|
|
|||||||||||
R2 + Y2 |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
; |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
! |
•4|Xix -г Bi Rax \] |
|
|
|
||||
— |
ГV |
, |
~ R vu)-rRAX'Kll+ X y a ) ] ( z R |
|
|
|
|||||||||||
(л11 |
+ |
С |
+ Хв2х |
tg фх |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
)| |
|
|
(6.54) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 R = R1 — RKa -- /?ун -f Я3; |
X = X, |
f |
Xkii + |
Хун -+- X3; |
|
|
|
||||||||||
.4, = |
11 Rkb — #y„ |(£j -f #3) |
|
(XKB -f Хун) (Xt + |
X3)]; |
|
|
|
|
|||||||||
= |
[iXKB — XyHI (/?, -r Я3) + |
i RKa -г- К ») (X! + |
X3)]. |
|
|
|
|
||||||||||
Выражение (6.53) можно преобразовать, воспользуясь приве |
|||||||||||||||||
денными сопротивлениями, и представить в виде |
|
|
|
|
|||||||||||||
<KDв— ГквКВ*§ф^ |
•'■гПОЛИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.55) |
|||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I ’ ll |
гк в ~ гУв\+ г, ! |
ткп -Г А-ун)1 + h ( |
rK"B -f.■Гу,,)— дг,! |
.r"n -;-.yy„ )]tg 9 ,s |
||||||||||||
tg Фэ = |
|
|
|
|
|
|
Туп I |—[ V1 ( |
гкъ -f- Гун H-Ti ( TKU-|- -Vy„ )] tg cps |
|||||||||
|
!ri ! rKB |
гун ) |
vl |
1 AKH |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.56) |
'■г ПОЛИ -- (-^1 |
I '^3 H- *^ун) |
|
Л, ' ,,Х-Й,Л1!Х - |
К + |
r3 + ry„) + |
|
|
|
|||||||||
|
ГВХ~r $1 X'BX |
|
|
гвх т |
лпх |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.57) |
||||
|
•> |
|
О |
tg Фэ- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ГВХ "Г" ЛВХ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Подставляя в ур-пие |
(6.55) |
значения ,v"„R и г"кв из выражений |
|||||||||||||||
(6.27), |
(6.28), |
получаем |
следующее |
уравнение для нахбждения |
|||||||||||||
расстройки |
(частоты) |
кварцевого генератора: |
|
|
|
|
|
||||||||||
е- — |
|
|
|
■2 дгг |
|
|
|
|
|
Тг ПОЛН ■Г|(В(Г|<В“ |
tgфэ) |
-. |
(6.58) |
||||
|
|
|
-М/ф МЙФэ/,р |
|
|
|
|
|
— |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
юо
Уравнение для определения расстройки (частоты) кварцевого генератора по индуктивной трехточечной схеме аналогично ур-нию (6.29) кварцевого генератора по емкостной трехточечной схеме, и поэтому уравнение (6.58) .имеет решение вида (6.30) — (6.32) при определении величин tgcp3 и хГПолн из выражений (6.56) и (6.57).
Из выражения (6.54) можно после преобразований найти вы ражение для управляющего сопротивления генератора
|
A’l l XKB+ |
А'ун) (1 — tg ф! tg фкв у) ( 1 — tg фп tg ф5) COS ф6 |
||
*у = - Ri ~h R° + |
^ун -Ь RKB+ (Ai RBX+ |
B i Хвх)/[ R^x+ |
(6.59) |
|
XBX) |
||||
где |
|
|
|
|
|
|
^кв + ^ун . tg(p = |
tg фж+ tg фкв у |
|
t g 9 j. = |
r r ~ ; |
t g Ф к в у |
|
1 — tg Ф1 фкву |
|
Ai |
А к в + |
А УН |
|
|
|
|
||
Для |
нахождения соотношений |
между напряжениями UK и 1!ь |
необходимо знать модуль коэффициента обратной связи. Значение комплексного коэффициента обратной связи можно получить из выражения (6.50):
Z BX ( Z K B - f- 2 ун ) |
______ гкв + Аун____ |
(6.60) |
||
|
|
|||
Z\( Xвх + ZKB+ |
ZyH) |
|
|
|
~ ~ ( ZBX+ ZKB+ |
ZyHj |
|
||
|
|
|
||
|
|
ZBX |
|
|
Из выражения (6.60) |
модуль коэффициента обратной связи |
|||
1 |
^кв + ^ ун )2 + ( Ак в + А ун) 2______________ |
(6.61) |
||
1*1 = |
|
|
|
|
[(Д вх + *к в + ^ ун )2 - г ( А вх + |
А кь + А ун)2] |
|
Удобнее представить выражение для модуля коэффициента обрат ной связи в виде
Акв + Х УН
1*1 =
* 1
( А вх + А кв "Г А ун)
/ |
/ |
^В+^УН V |
|
||
|
|
|
V |
|
Кв + А УН I |
|
^ /Rbx -г^кв+^ук V |
|
|
|
\Авх+ Акв+ Аун ) |
(6.62)
Рассмотрим теперь индуктивную трехточечную схему с кварце вым резонатором между коллектором и эмиттером транзистора. Эквивалентная схема генератора, показана на рис. 6.7. В этой схе
ме Z2 с учетом входных сопротивлений транзистора имеет индук
101
Puc. 6.7. Эквива лентная схема ге нератора, собран ного по индуктив ной трехточечной схеме с кварцевым резонатором меж ду коллектором и эмиттером транзи стора
тивный характер; Z3 имеет емкостный характер. В схеме
К = — Z2/(Z2 + Z3) « |
z2/zi, |
|
|
|
(6.63) |
|||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
г / |
Z B b ix |
( -?кв + ^Ун) |
, |
г> |
|
( Z2 + |
Zg) |
(6.64) |
— |
---------------------------- |
Z = |
---—------ ;--------— |
|||||
|
^пых + |
Z KB + Z y „ |
|
|
Z , |
-j- z 2 + |
z 3 |
|
Подставляя значения S, К и Z из выражений |
||||||||
(6.16), (6.63) и (6.64) |
в ур-пие |
(6.15), получаем |
||||||
— |Scpl(l + |
i tg tps) cos <pf X |
|
|
|
|
|||
X |
|
^2 ( ^кп 4 ^ун) |
|
= |
1 . |
|||
|
|
|
|
|
Z"K |
|||
Zo -|- Z 3 |
|
|
( Z 2 -f- |
Z 3) ( |
'УН l |
|
||
Z KB -J- Z y „ 4 - |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.65) |
Подставляя в выражение (6.65) значения комплексных сопро тивлений, получаем после преобразований следующие выражения:
выражение, характеризующее частотные соотношения в кварце вом генераторе:
Х"-(Я'кВ + |
ЯуИН - ^ ( ^ в + |
^уи) |
|
|
[ |
|
* В ЫХ |
^ |
^ 1 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
/?- |
-I |
X2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VRb!X I |
ЛВЫХ |
|
||
|
|
+ |
«У")- |
|
I А'„ + |
^ун'|1 ( S X — |
A i Х вых |
В \ RB |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R't |
|
х |
|
|
-Ь |
l« |
2 t «'кв + |
«ун 1 - |
*=.( |
+ |
А'у,,)] |
ZR 4- |
-^1 ^ВЫХ |
1' |
-^DblJ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^вых + Х вых |
|
|||
" |
( |
I « к в “ « |
у» I |
« |
2 |
( А ; в ^ |
А у„,| |
( |
I |
X - |
Л |
. Х ^ |
- f l W |
W |
)' tgeps = ° . |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
Лных -г Х ш х |
|
/ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.66) |
где |
|
|
к вг «ун -Г «3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
- « |
- |
«2 |
I X |
= |
Х2 4- X ;D+ Хун 4- Х3, |
|
||||||||||||
А = |
[1«;в + |
«У») ( « 2 |
+ |
« 8) - ( А ; в + |
Аун) (A2 + X 3)j, |
|
|
|
||||||||||
в г = |
|
[! К , + |
« ун ) ( « 2 + |
« з ) У- ( « ; в У- |
|
« у „ ) |
( « 2 |
-У А з )]; |
|
|
|
|||||||
|
выражение, |
характеризующее |
|
амплитудные |
соотношения в |
|||||||||||||
кварцевом |
генераторе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
[У?2 ( |
|
|
) - Х 2 (Х"„ -I- Х ун)] ( v R ,r |
|
|
|
|
|||||||||
-!5| cos ф5 |
|
|
|
А1 RB |
|
|
|
|
|
V |
|
Ш1ЫХ+ '^вых |
||||||
|
2 |
R -L |
|
в , Х„ |
|
- f ( s x |
|
^ВЫХ |
^1.^РЫХ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
R - |
' |
X - |
|
|
|
V |
|
|
Р~ |
4_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
чных |
■ ^вых |
|
|
|
|
ХП Ы Х |
• |
/Л НЫХ |
102
|
[Х 2 ( # Кв +^ун ) + Rl (Х кв + |
|
Л,ХВ |
■BiRB |
|
|||||
+ |
Хун)] [ 2 X — — |
г>2 ' |
I |
Х~ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
А ВЫХ |
*1" |
л вых |
|
|
+ ( [ ^ 2 ( ^ к в + ^ у н ) — Х 2 ( Х кв + Х у „ ) ] { 2 X |
Al ^ВЫХ |
|
^ 1 |
|
||||||
р 2 |
|
i_ |
у 2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
А в ы х |
■ |
л в ы х |
|
|
•— [Х2( RliBf ^уи)+^2(Хкв-гХун)] |2 Л + |
/liXB |
fil *в |
|
! tg<ps |
||||||
р2 |
- V2 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= i. |
||
|
|
|
|
|
^ В Ы Х Т - Л DoIX |
|
|
|||
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.67) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выражение |
(6 .6 6 ), характеризующее частотные соотношения в |
||||||||
кварцевом генераторе, можно представить в виде |
|
|
|
|||||||
■^ Кк Вв |
Г к в |
ф э “ I” Х г П о л и — |
|
|
|
|
|
|
(6.68; |
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f X 2 ( Г К В + |
Г у н ) - | - Г 2 ( - ' к в + |
- Г у н ) ] + |
[ г 2 ( Г к в - f Г у н ) — |
.Уд ( X K B + . V y „ ) ] t g |
|||||
tg фэ = |
|
|
|
|
|
|
|
|
Гун)]tgф5 |
|
|
[ Г 2 |
( Г к в + |
ГУ») — * 2 ( * к в + |
ЛУ » )] — |
| > 2 ( г " в |
+ г у „ |
) + |
Г „ ( . |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.69) |
|
*^2 |
_ ^ * в ы х |
& г п ы х ' |
- * т п о л ц |
|
|
|
|
|
в ы х |
‘ и в ы х |
, |
^ 1 Г В Ы Х "Ь |
Л*ВЫХ |
|
tg фэ-
Г2 + Г3 “ЬГун +
(6.70)
Подставляя в ур-ние (6 .6 8 ) значения х"кв |
и г"кв, можно полу |
чить уравнение, аналогичное ур-ниям (6.29) и |
(6.58). Поэтому зна |
чение расстройки для генератора с индуктивной трехточечной схе мой с кварцевым резонатором, включенным между коллектором и эмиттером, можно найти по выражениям, аналогичным выраже
ниям |
(6.30) — (6.32) при определении величин tgcp3 и хГПолн из вы |
|||||||||
ражений (6.69) и (6.70). |
|
|
|
|
|
|
||||
|
Значение управляющего сопротивления генератора можно най |
|||||||||
ти |
из выражения |
(6.67). После |
преобразований |
получаем |
|
|||||
|
|
Х 2 ( Х кв + Х У н ) (1 — t g ф2 t g фкв у ) |
(1 — |
t g Фп t g q>s) cosф5 |
fa ^ |
|||||
t f y |
= |
|
|
А \ RB |
|
R ,X B |
> |
(b./l) |
||
|
|
|
"г R3 |
|
|
|
||||
|
|
^ 2 |
~h Ryu -Ъ RKB + |
R~ |
-i- |
Y - |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
|
|
|
' |
в ы х |
i |
л в ы х |
|
|
|
|
|
|
■ЯУ » |
|
|
|
|
|||
фг |
R> |
’ |
Ф»в у |
; |
tgy„ = |
, 1№ + ^ - у |
|
|||
v |
|
|
|
|||||||
|
|
Ло |
|
Х к в + |
Х |
У » |
|
|
1 — tgф2 tgфквy |
|
|
Значение комплексного коэффициента обратной связи можно |
|||||||||
получить из выражения (6.63): |
|
|
|
|
|
|
||||
К |
|
_^2_ |
Z -i ( 2 ВЫх + 2 КВ -f- Zy„) |
|
|
|
|
|
(6.72) |
|
|
Z, |
ХВЫ ( ХКВ + ^ун) |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
103
Из выражения (6.72) можно найти значение модуля коэффи циента обратной связи, характеризующее соотношение между на пряжением база—эмиттер (Уб и напряжением коллектор-эмиттер
Ui<:
^вых + RKB+ ^ун)2 + (^пых + Л'кв + XУН) |
|
(6.73) |
||||
д X2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
В Ы Х * |
В Ы Х |
+ к |
в + х унп |
|
|
|
г ^ Г [ ( ^ ; ; в + ^ н ) 2 |
|
|
||||
Выражение для модуля коэффициента обратной связи'удобней |
||||||
представить в виде |
|
|
|
|
|
|
X, ( Хв + Хкв + хун) |
1+ '^вых 4* *„в + Дун |
|
||||
|
1вы х I |
^ кв |
ун |
(6.74) |
||
1*1= |
|
_ь ( | в ы х ) 2 |
|
|
||
Хвых (Хкв "1“ ^У») ■ V |
|
|
|
|||
\^ВЫХ I |
|
|
|
|||
|
|
(1 + |
tg3<pKBy) |
|
||
|
|
1 + |
tg2 ф2 |
|
|
|
6.4.ГЕНЕРАТОРЫ С ЕМКОСТНОЙ ТРЕХТОЧЕЧНОЙ СХЕМОЙ НА МЕХАНИЧЕСКИХ ГАРМОНИКАХ
Диапазон частот кварцевых резонаторов, работающих по ос новной частоте, ограничен 20 МГц [80, 81]. Это обусловлено тем, что с ростом частот кварцевых резонаторов, работающих по ос новной частоте, уменьшается толщина кварцевых пластин, так, на пример, пластины среза АТ на частоту 20 МГц имеют толщину около 80 мкм. В [232] приводятся сведения о возможности изго товления кварцевых пластин толщиной порядка 50 мкм, что со
ответствует |
частоте кварцевых резонаторов среза АТ |
порядка |
35 МГц, а |
кварцевых резонаторов среза ВТ — порядка |
50 МГц. |
Однако такие кварцевые резонаторы имеют малые прочность и устойчивость к механическим нагрузкам. Кроме того, при произ водстве тонких пластин увеличивается разброс характеристик ре зонаторов.
Применение умножения частоты усложняет аппаратуру, ухуд шает спектр колебании после каскадов умножения частоты, уве личивает габариты и потребляемую энергию.
Получение высоких частот без умножения возможно при ис пользовании в генераторах механических гармоник кварцевых ре зонаторов. В этом случае возможно непосредственно получить вы сокие частоты (порядка 100 МГц и выше) при малых габаритах и отсутствии субгармоинк. При возбуждении кварцевого резона тора па механической гармонике кварцевый генератор сразу ра ботает на высокой частоте1).
') Например, на частоте 60 МГц по третьей механическом гармонике в спект ре колебаний такого генератора содержатся гармоники 120, 180 МГц и др., а при электрическом умножении кварцевого резонатора по основной частоте и электри ческого умножения частоты в спектре колебаний будут содержаться гармоники
20, 40, 60, 80, 100 МГц и др.
104
В общем случае частота кварцевого резонатора при работе его на механической гармонике не кратна частоте этого же кварце вого резонатора при работе его по основной частоте, а ЧТХ квар цевого резонатора при его работе на механических гармониках не идентична ЧТХ кварцевого резонатора при работе на основной частоте. Поэтому кварцевые резонаторы изготавливаются спе циально для использования в кварцевых генераторах на основной частоте или на заданной механической гармонике.
При использовании кварцевых резонаторов с колебаниями сдвига по толщине используются нечетные механические гармо ники, чаще всего 3,5 или 7. Третья механическая гармоника ис пользуется на частоты 20—90 МГц, пятая механическая гармони ка — на частоты 60—120 МГц, а на частоты выше 120 МГц ис пользуются седьмая и девятая механические гармоники.
Следует отметить, что иногда кварцевые генераторы, исполь зующие механические гармоники кварцевого резонатора, называ ют обертонными или гармониковыми кварцевыми генераторами.
Кварцевые генераторы с механическими гармониками кварце вых резонаторов достаточно широко рассмотрены в литературе, например в [157]. Поэтому они будут рассмотрены кратко. В этом параграфе будут рассмотрены кварцевые генераторы с механиче скими гармониками кварцевых резонаторов, собранные по емкост ной трехточечной схеме.
Для возбуждения кварцевого резонатора на заданной механи ческой гармонике необходимо построить схему генератора так, чтобы условия самовозбуждения не удовлетворялись на основной частоте и низших механических гармониках.
Колебания генератора на более высоких механических гармони ках не возникают из-за ухудшения условий самовозбуждения с ростом номера механических гармоник. Для этого в емкостную трехточечную схему кварцевого генератора между коллектором и эмиттером транзистора включается контур. Он настраивается на частоту ниже частоты генератора и представляет для нужной ме ханической гармоники емкостное сопротивление, обеспечивая ус ловия самовозбуждения для нее. Для основного колебания и бо лее низких механических гармоник кварцевого резонатора контур представляет индуктивное сопротивление и условия возбуждения по фазе не выполняются для указанных видов колебаний.
Для возбуждения вблизи последовательного резонанса кварце вого резонатора на нужной механической гармонике последова тельно с кварцевым резонатором целесообразно включать индук тивное сопротивление Ху, равное полному реактивному сопротив лению генератора (рис. 6 .8 ) на заданной частоте, соответствую щей выбранной механической гармонике. Емкость С4 и индуктив ность Ь 1 образуют расстроенный контур, включенный между эмит тером и коллектором транзистора, емкость С3 блокировочная. Ис пользование индуктивных трехточечных схем при включении ин дуктивности или контура между коллектором и эмиттером (при кварцевом резонаторе, включенном между базой и эмиттером) не
.105
позволяет создать условия для того, чтобы фазовые соотношения не выполнялись на основной частоте, так как контур представля ет для основной частоты индуктивное сопротивление.
Для устранения этого необходимо включать между коллекто ром и эмиттером контур третьего вида, который имеет индуктив-
|
|
|
т |
А, |
ное сопротивление только между его |
||||||||
|
|
|
■СП-ой, |
последовательным |
и |
параллельным |
|||||||
С, |
1 % |
с5 |
резонансами. |
Необходимо |
выбрать |
||||||||
|
|
|
его параметры так, чтобы для основ |
||||||||||
—1Ь |
|
|
|
ной |
частоты |
и |
неиспользованных |
||||||
|
|
|
|
|
механических |
гармоник |
контур |
||||||
п |
|
|
|
|
представлял |
емкостное |
|
сопротив |
|||||
* 0 |
|
|
|
ление. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Cs |
Возможно |
построение емкостной |
|||||||||
кв Л , |
|
|
трехточечной |
схемы, |
работающей |
||||||||
|
|
Hh ■пых на |
механической |
гармонике |
без |
||||||||
|
|
|
включения контура между коллек |
||||||||||
|
|
|
|
Ч |
тором и эмиттером транзистора. Это |
||||||||
|
|
|
|
|
достигается тем, что кварцевый ре |
||||||||
|
|
|
|
------1 |
зонатор, |
включенный |
между |
кол |
|||||
|
|
|
|
лектором и базой транзистора вмес |
|||||||||
Рис, 6.8. Генератор с емкостной |
|||||||||||||
трехточечной схемой, использую |
те с индуктивностью L |, |
обеспечива |
|||||||||||
щий механические гармоники квар |
ющей режим работы кварцевого ре |
||||||||||||
цевого |
резонатора |
|
|
зонатора |
на |
последовательном |
ре |
зонансе заданной механической гармоники, шунтируется сопро тивлением Rp определенной величины. Это сопротивление не вно сит потерь з кварцевый резонатор, работающий на заданной меха нической гармонике вследствие работы резонатора вблизи после довательного резонанса. В этом случае полное реактивное сопро
тивление генератора |
на заданной механической гармонике |
||||
А'г, |
1 |
' „ |
tg ф,п -f-coL = о, |
(6.75) |
|
ев CY л |
|||||
|
|
|
|
||
где |
г тп — суммарные |
потерн генератора па заданной |
механиче |
ской гармонике кварцевого резонатора.
При работе кварцевого резонатора по основной частоте хуполис
не равно нулю: |
|
|
|
_1_ |
п 1 Ш Фэ1 |
со L |
(6.76) |
Г ПОЛИ1 |
п |
||
СО Сг г |
|
|
|
Расстройка кварцевого генератора на основной частоте |
|
||
•'"Г ПОЛИlA 1 |
X Г ПОЛИl) • |
|
(^-77) |
В этом случае сопротивление Rp будет шунтировать кварцевый резонатор и увеличивать его суммарные потери R'KBи .
Суммарное сопротивление резонатора можно найти из следую щего выражения:
Г>. |
Яр [ г * в , -Ь е? ( I - ер- -ь ГКВ , Гр (1 - еР=] |
(6.78)
Кв “I" '•р(1 — ер2 ) 2 + ei (I — еР2
Режим работы генератора должен быть выбран так, чтобы ус ловие самовозбуждения на этой частоте ие выполнялось.
Схема генератора, работающего на механической гармонике кварцевого резонатора без контура между коллектором и эмитте ром транзистора, аналогична схеме рис. 6.5.
При работе генератора на механической гармонике выше тре тьей нужно, чтобы условия самовозбуждения не выполнялись на низших механических гармониках
В этом случае:
■^т полн i “ |
Ч) Сг i |
с |
.tg срэ £ ~j i СО С /П , |
(6.79) |
|
= -'-г поли (7(1 |
%гполн «)■ |
|
(6.80) |
||
Значение R ' l w i x |
можно в этом |
случае |
найти по ф-ле (6.78), |
||
подставляя |
в него значения ei из |
(6.80) и величину приведенного |
эквивалентного сопротивления кварцевого резонатора на /-й меха нической гармонике.
Эти схемы кварцевых генераторов, использующие механиче ские гармоники кварцевых резонаторов, просты и надежны в ра боте и широко используются в аппаратуре на частотах до 60— 80 МГц. К кварцевым резонаторам этих схем предъявляются вы сокие требования по активности. Схемы кварцевых генераторов, использующие механические гармоники кварцевых резонаторов на более высокие частоты, приведены в § 7.3.
Схема, показанная на рис. 6 .8 , применяется в аппаратуре в широком интервале температур, если необходимо получить высо кую стабильность частоты. Для ослабления влияния фазы крутиз ны транзистора целесообразно использовать высокочастотные транзисторы типа 1Т311 и др. Элементы схемы генератора в боль шой степени зависят от условия эксплуатации, параметров квар цевых резонаторов, интервала рабочих температур и других фак торов. Ориентировочные значения элементов и параметров схем
при напряжении питания 12,6 |
В |
приведены в табл. 6.4, |
6.5. |
||||||
Т а б л и ц а |
6.4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Элементы схемы генераторов в диапазоне 20— 100 МГц |
|
|
|||||||
Диапазон частот |
R it кОм |
Rs, кОм |
R з, |
кОм |
L2, мкГ н |
L a, мкГн |
С„ пФ |
||
МГц |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 0 - 3 0 |
|
2,2 |
15 |
|
15 |
|
0,6 |
0,06 |
240 |
30—40 |
|
2,2 |
15 |
|
15 |
|
0,5 |
0,05 |
130 |
40—50 |
|
2,2 |
15 |
|
15 |
|
0,4 |
0,04 |
100 |
50—60 |
|
2 ,2 |
15 |
|
15 |
|
0,3 |
0,03 |
82 |
60—70 |
|
1,8' |
15 |
|
15 |
|
0,3 |
0,03 |
56 |
70—80 |
|
1 , 8 |
15 |
|
15 |
' |
0,2 |
0,02 |
36 |
80—90 |
|
1,8 |
15 |
' |
15 |
|
0,2 |
0,02 |
30 |
90— 100 |
|
1,8 |
15 |
|
15 |
|
0,2 |
0,02 |
24 |
10~
Т а б л 'и ц а 6.5
Ориентировочные параметры схемы генератора в диапазоне частот 20ч-100 МГц
частот |
|
Диапазон |
МГц |
20—30
О. |
|
|
|
|
|
е |
|
СП |
|
С |
|
|
|
|
|
с |
|
= |
X |
|
|
|
|
|
СО |
a |
|
X |
X |
|
|
|
|
|
|
а. |
|
||
|
|
|
|
|
55 |
и» |
о |
с |
ец |
! ° J |
|
S |
к S 1 |
|
|
|
|||
|
О. |
|
|
|
|||||
|
о. — О |
|
|
|
|||||
_ о |
о |
|
О |
с |
| |
с |
|
- |
1 |
зтт! |
|
о. |
\о |
х |
а |
|
|||
= |
са |
л |
|
“-i |
- - “ 2 |
||||
a |
х |
CJ |
с. |
а |
кГ |
<1 |
S +1 |
||
5) |
О |
|
* |
Ь> |
|||||
300 |
|
200 |
70 |
16 |
|
1 |
10------ |
мененииt° о т —50 С+70°до |
Условиявозбуж дения |
из при |
|
|
-6 |
|
|
, |
|
|
Дf |
|
|
|
2 |
По 3-й меха |
|
|
нической гармо |
|
|
нике |
30—40 |
250 |
200 |
60 |
15 |
1 |
2 |
То же |
|
40— 50 |
250 |
200 |
60 |
12 |
1 |
2 |
» |
•» |
50—60 |
230 |
150 |
50 |
11 |
1 |
2 |
- » |
» |
60—70 |
200 |
150 |
50 |
10 |
1,5 |
2 |
По 5-й меха |
|
|
|
|
|
|
|
|
нической |
гармо |
|
|
|
|
|
|
|
нике |
|
70—80 |
200 |
300 |
80 |
9 |
2,5 |
2,5 |
То же |
|
80—90 |
200 |
250 |
80 |
9 |
2,5 |
2.5 |
» |
» |
90— 100 |
180 |
200 |
70 |
9 |
2,5 |
2,5 |
» |
» |
6.5.СТАБИЛЬНОСТЬ ЧАСТОТЫ КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА
Стабильность частоты кварцевого генератора определяется ста бильностью кварцевого резонатора, точностью установки частоты генератора и стабильностью элементов генераторной схемы.
Стабильность кварцевого резонатора была рассмотрена в гл.З. Вопросы уменьшения отклонения частоты генератора от номи нальной будут рассмотрены в гл. 9.
В этом параграфе будем рассматривать составляющие неста бильности частоты транзисторного кварцевого генератора. Состав ляющие нестабильности частоты будем рассматривать на приме ре генератора с емкостной трехточечной схемой, широко приме няющейся в технике кварцевой стабилизации частоты из-за своей
простоты, |
малой склонности схемы к паразитному возбуждению и |
||||
исключения из схемы генератора индуктивных элементов. |
|
||||
|
Составляющие нестабильности частоты индуктивного трехто |
||||
чечного кварцевого |
генератора могут быть определены |
анало |
|||
гично. |
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим нестабильность расстройки, от которой легко пе |
||||
рейти к нестабильности частоты. |
|
||||
|
Изменение частоты под действием дестабилизирующего факто |
||||
ра а можно определить из соотношения |
|
||||
д е |
_ д е |
дхгполн I |
д е |
д tg фэ |
(6 8 И |
d a |
дх |
• да |
д tg(p3 |
да |
|
106
Из выражения (6.31) для расстройки частоты найдем произ водные де/дхг ПОЛИи де/д tg фэ:
Взяв производные от выражения расстройки (6.31) по деста билизирующему фактору и заменяя дифференциалы на конечные приращения, получаем отдельные составляющие нестабильности частоты при изменении элементов схемы, параметров транзистора и кварцевого резонатора.
Нестабильность частоты кварцевого генератора, обусловленная изменением начального сопротивления управляющего элемента:
Л е
А-Туп
х ун
(6.84)
Нестабильность частоты кварцевого генератора, обусловлен ную изменением фазы крутизны транзистора, можно определить из соотношения
|
|
|
2 гКВ -Vr поли |
|
/ |
tg Фэ |
tg Фэ } |
|||
|
|
|
2 |
] |
||||||
Д е |
|
. <Ps |
гр |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Л ср5 |
|
сояер* |
|
|
|
|
1 —ХГПОЛИ |
tg Фэ 1 |
- |
|
Я* |
|
|
|
|
|
|
rv |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2 |
|
|
I |
н- |
|
|
|
|
|
-► — Д'Г ПОЛИ |
Г Р |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
-\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
( Г 1 Го |
АД Х а ) - |
-|- |
( r t ,Vo |
T |
f i |
xi)~ |
|
|
(6.85) |
|
|
|
<ps (74 Vo |
|
|
|
|
|||
[Й Т Г2— •AT А-..) — |
t g |
J - |
To .Vi)!'- |
|
|
|
Д09