Глава 14. КВАРЦЕВЫЕ АВТОГЕНЕРАТОРЫ

Стабильность частоты автогенераторов с LC колебательными контурами невысока. Относительная стабильность частоты не лучше, чем 10-4. Такая стабильность частоты не позволяет использовать эти автогенераторы в качестве возбудителей современных передатчиков. По нормам МККР стабильность их выходной частоты должна быть на два – три порядка лучше, то есть 10-5 – 10-7.

Такую стабильность могут обеспечить кварцевые автогенераторы, где частоту автоколебаний задают кварцевые резонаторы – пластины, особым образом вырезанные из кристалла кварца и обладающие пьезоэффектом. Частота автоколебаний в кварцевых автогенераторах определяется частотой механического резонанса этой пластины. Как известно, кварц обладает малым температурным коэффициентом линейного расширения. Размеры кварцевого резонатора (КР) при колебаниях температуры изменяются незначительно, соответственно и частота автоколебаний остается стабильной. Добротность КР очень высока и составляет величину порядка 105 – 106. Высокая добротность КР снимает влияние нестабильных источников питания и переменной нагрузки на частоту автоколебаний кварцевых автогенераторов.

Кварц – один из самых твердых минералов, поэтому перемена давления в окружающей среде также не оказывает заметного дестабилизирующего действия на частоту колебаний.

Свойства КР зависят от его размеров, формы, а также от ориентации относительно кристаллографических осей кристалла кварца.

Схема замещения кварцевого резонатора.

Схема замещения кварцевого резонатора (КР) приведена на рис. 14.1. LК, CК, rК – параметры динамической ветви кварца, С0 – емкость кварцедержателя.

КР в соответствии с рис.14.1 характеризуется двумя резонансными частотами: частотой последовательного ре-

w К =

1

LКCK

динамической ветви и частотой

зонанса

параллельного резонанса w0, определяемой емкостью об-

кладок кварца:

ω0 =

1

=

ωK

1+ CK

@ ωK (1+ 0,5m),

(6.52)

CKC0

LК

C0

Рис. 14.1

CK + C0

где m = CК/C0 = (1...4)×10 –3 – емкостное отношение.

В зависимости от частоты, для которой изготовлен кварц, параметры элементов схемы замещения лежат в следующих пределах:

LК » (0.001 ÷ 1...2) Гн, СК » (10-2 ÷ 10-3)пФ, С0 » (5 ÷ 60) пФ, rК » (1 ÷ 1000) Ом.

91

Рис. 14.3

Этим параметрам соответствуют значения характеристического сопротивле-

ния ρ =	LК	= 104...108 Ом и добротности Q =	ρ	= (104...107 ).
	CК		rК

Если учесть очень малое значение температурного коэффициента линейного расширения, которым характеризуется кристалл природного кварца, то кварцевый резонатор следует признать почти идеальным элементом для создания стабильного автогенератора.

Действительно, для создания стабильного автогенератора необходимо иметь резонатор, который обладает двумя характеристиками:

–высокой эталонностью собственной частоты. Частота не должна зависеть от внешних дестабилизирующих факторов, прежде всего – температуры. Это требование выполняется, так как кварц обладает малым коэффициентом температурного расширения;

–высокой фиксирующей способностью. Это означает, что изменения фазо-

вых сдвигов (jS – внутри активного прибора, jК – в цепи обратной связи) не должны приводить к существенным сдвигам частоты генерации. Последнее выполняется тем лучше, чем выше крутизна ФЧХ резонатора (чем больше его добротность).

На рис. 14.2 приведены частотные зависимости активного и реактивного сопротивлений кварцевого резонатора. Относительная расстройка между частотами последовательного и параллельного резонансов

ω0 − ωК @ 0,5m = (0,5...2) × 10− 3 , что составляет ωК

(0,05 – 0,2)%. Это свидетельство высокой крутизны зависимости XКВ от частоты ω.

Рис. 14.2 Следует отметить две возможности использования кварца для построения автогенераторов:

– в качестве любой индуктивности в трехточечной схеме. Кварц обладает индуктивным сопротивлением только в интервале между ча-

стотами wK и w0;

– в качестве сопротивления,

величина которого близка к короткому замыканию на частоте

wК. Действительно, на частоте wК сопротивление кварца близко к rК и очень быстро увеличивается при от-

клонении частоты в ту или иную сторону (рис. 14.3).

92