Основные дестабилизирующие факторы

К основным дестабилизирующим факторам обычно относят:

–изменение температуры элементов автогенератора,

–изменение влажности, давления в окружающей среде,

–механические вибрации,

–изменение режима активного прибора.

Механические вибрации могут вызывать смещения, колебания деталей автогенератора и, как следствие, изменение емкостей и индуктивности контура. Меры, уменьшающие влияние механических вибраций – жесткая конструкция автогенератора (литой корпус, короткие толстые монтажные проводники, жесткая фиксация всех деталей).

Изменение температуры приводит к изменению линейных размеров каркасов катушек индуктивности, длины провода намотки, линейных размеров конденсаторов, диэлектрической проницаемости диэлектрика конденсаторов. Эти изменения характеризуются температурными коэффициентами ТКЕ и ТКИ.

	Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ) αL =	L 1			показы-
		L D t

вает относительное изменение индуктивности при изменении температуры на

один градус.
Для	полистироловых	каркасов	катушек	удается	получить

αL » (200 - 1000) × 10− 6 .

Для катушек, намотанных на керамический каркас проводом, нагретым до 80 – 100 °С, αL » (50 - 100) × 10− 6 .

Для катушек, выполненных методом вжигания серебра на каркас из плавленного кварца, αL » (10 - 30) × 10− 6 . Но у таких катушек невысокая добротность Q @ (60–120) из-за пористости серебра, наносимого методом вжигания.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) αС = С 1 показывает от-

С D t

носительное изменение емкости при изменении температуры на один градус. Для конденсаторов с воздушным диэлектриком αС » 50 × 10− 6 .

Для керамических конденсаторов αС » (+ 120 - 1500) × 10− 6 .

Использование конденсаторов с разными знаками температурных коэффициентов позволяет (теоретически) осуществить температурную компенсацию резонансной частоты контура.

Изменение режима активного прибора влияет на частоту генерации следующим образом:

–через изменение межэлектродных емкостей активного прибора, которые частично подключены к контуру;

–через изменение фазовых сдвигов во входной цепи автогенератора и в цепи обратной связи.

86

Для уменьшения нестабильности частоты при изменении емкостей активного прибора необходимо:

–стабилизировать напряжение источника питания,

–стабилизировать режим активного прибора,

–уменьшать коэффициенты подключения активного прибора к контуру.

Влияние нестабильных фазовых углов на частоту автоколебаний

Уравнение баланса фаз можно представить так:

ϕ Н =	− (ϕ S	+ ϕ К ) , cледовательно ϕ Н = − ( ϕ S + ϕ К ) ,
где	ϕ S ,	ϕ К – приращения фазовых сдвигов в активном приборе и в цепи
обратной связи, вызванные изменением режима активного прибора,
ϕ Н и	ϕ Н	– фазовый сдвиг и приращение фазового сдвига между первой

гармоникой коллекторного тока и напряжением на коллекторе транзистора.

Из графика, приведенного на рис. 13.1, следует, что приращение частоты генерации обратно пропорционально крутизне фазочастотной характеристики (ФЧХ) контура:

ωГ ~

ϕ / S ,(13.1)

где S = ∂ ϕ Н ¶ w

– крутизна ФЧХ контура.

Крутизну S ФЧХ найдем из выражения

для сопротивления параллельного контура

ZКОНТ =

x12

=

x12 / r

=

RК

e jϕ , (13.2)

r + jx

1

+ jQn

Рис. 13.1

1+ ξ2

где jН – фазовый угол нагрузки автогене-

ратора.

− arctgξ =

− arctg(Qν) ≈

ϕ H =

(13.3)

é

2Q

ù

» - arctgê

ω0

(ω0 - ω)ú .

ë

û

Дифференцируя (13.3), получим выраже-

ние для крутизны ФЧХ

¶ j

- 1

æ

2Q ö

S =

=

ç

-

÷ .

2

¶ ω

æ

ö

ç

÷

(13.4)

1

+

2QD ω

è

ω0 ø

Рис. 13.2

ç

÷

ç

ω0

÷

è

ø

Подставив выражение (13.4) в выражение

(13.1) получим

ö 2

D ω

Г

D j

é

æ

2QD ω

ù

(13.5)

=

ê

1

+

ç

÷

ú .

ω0

2Q

ê

ç

ω0

÷

ú

ë

è

ø

û

Следовательно,

относительная

нестабиль-

ность частоты будет тем меньше, чем больше

Рис. 13.3

добротность колебательного контура Q и меньше величина фазовых углов, входящих в уравнение баланса фаз автогенератора (рис. 13.2). Для увеличения стабильности нужно использовать контура с большой добротностью и компенсировать специальным фазовращателем в цепи обратной связи (рис. 13.3). Элементы Z4, Z5 должны создать фазовый сдвиг, который скомпенсирует фазовые сдвиги ϕS и ϕК. При этом ϕН = 0 и крутизна ФЧХ контура максимальна.

Влияние режима автогенератора на частоту автоколебаний

На частоту автоколебаний оказывают влияние нестабильные напряжения питания и меняющаяся по каким либо причинам нагрузка автогенератора даже в том случае, когда используется эталонный колебательный контур. По указанным причинам меняются токи входного электрода активного прибора, входное сопротивление ZВХ, фазовые углы φS, φК и, как следствие, частота автоколебаний. Рассмотрим механизм влияния режима автогенератора на фазовые углы, входящие в уравнение баланса фаз.

Рис. 13.4

Рис. 13.5 трехточки – индуктивный.

88

Рис. 13.6

Для определения фазового сдвига φК необходимо воспользоваться теоремой об эквивалентном генераторе.

Определить внутреннее сопротивление Zσ источника возбуждения базовой цепи (рис. 13.4,б) можно, если замкнуть выводы коллектор-эмиттер (рис. 13.4,а).

Тогда Zσ будет параллельным соединением сопротивлений Z3 и Z2. При достаточно добротных контурах, используемых в автогенераторах, Zσ будет реактивным сопротивлением.

Из рис. 13.5 и 13.6 следует, что Xσ в схеме емкостной трехточки имеет емкостный характер, а в схеме индуктивной

Для оценки фазового сдвига ϕК построим векторную диаграмму напряжений схемы (рис. 13.4) в предположении (для простоты построения), что входное сопротивление транзистора имеет чисто резистивный характер (рис. 13.7).

При изменении входного сопротивления транзистора изменяется угол ϕК и,

в соответствии с рис. 13.1, изменяется частота генерации ωГ. Входное сопротивление транзистора зависит от напряженности режима, в частности, от нагрузки транзистора, от питающих напряжений и других факторов. Стабилизация сопротивления нагрузки, питающих напряжений уменьшает ΔϕК и увеличивает стабильность частоты.

Проанализируем причины, вызывающие изменение фазового угла крутизны ϕS при изменении режима автогенератора.

Фазовый сдвиг ϕS определяется постоянной време-

	ни входной цепи τS =	rБrβ	(CЭ + СД + СКА );
		rБ + rβ
	ϕ S = arctg ωτS
	rβ , CД , СКа , СЭ зависят от постоянной состав-
Рис.13.7	ляющей эмиттерного тока, от питающих напряже-
	ний. Следовательно, стабилизация напряженности

режима автогенератора и питающих напряжений стабилизирует фазовый угол

φS. Вышеизложенный анализ дает возможность сформулировать основные рекомендации по проектированию автогенераторов с повышенной стабильностью частоты:

–применение колебательных контуров с высокой добротностью Q.

–детали контуров должны иметь минимальные ТКЕ и ТКИ.

–мощность автогенераторов не должна превышать 5 – 10 мВт.

–использование в автогенераторах высокочастотных транзисторов.

–недонапряженный режим автогенератора.

–термостатирование элементов автогенератора и термокомпенсация.

–герметизация автогенераторов.

–стабилизация напряжений питания.

–применение буферных каскадов между автогенератором и последующими усилителями мощности.

Следует заметить, что даже выполнение этих требований не гарантирует относительной стабильности частоты колебаний лучше, чем 10-4 – 10-5.

Радикально повысить стабильность можно, используя в качестве возбудителя передатчика кварцевые автогенераторы.

Контрольные вопросы

1.Что понимается под абсолютной и относительной стабильностью часто-

ты?

2.Дайте определение понятиям – ТКЕ и ТКИ.

3.Почему в автогенераторах следует использовать контура с высокой добротностью?

4.Какие параметры автогенератора влияют на величину φS?

89

5.Объясните механизм влияния нестабильных питающих напряжений на частоту автоколебаний.

6.Какими свойствами должен обладать буферный каскад, чтобы эффективно снимать влияние последующих каскадов передатчика на частоту автоколебаний?

90