книги из ГПНТБ / Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет

В [23] предложена схема (рис. 4.6), обеспечивающая высокую стабильность частоты при значительных измене­ ниях напряжения источника питания. Здесь на кварцевый резонатор, включенный в цепь обратной связи, с мульти­ вибратора, работающего в режиме деления на три, подает­ ся возбуждающий импульс (резонатор возбуждается на 3-й механической гармонике). Частота следования импульсов мультивибратора, собранного на транзисторах Т 2 и Т8, синхронизируется и стабилизируется кварцевым резона-

Рис. 4.6. Принципиальная схема кварцевого автогенератора на ча­ стоту 500 кГц и график зависимости частоты от питающего напря­

жения.

тором. Относительно высокая стабильность режима и сла­ бая связь резонатора со схемой через емкость С5 обеспечи­ вает малые уходы частоты при изменении питающих напря­ жений в широких пределах. Схема испытывалась на часто­ тах 72 и 500 кГц. График зависимости А/// от Еп приведен для / = 500 кГц при QK B = 107. Кратковременная неста­ бильность данного автогенератора из-за большого числа пассивных и активных элементов схемы должна быть не­ высокой.

Для уменьшения влияния всех (внешних и внутренних) дестабилизирующих факторов применяют элементы схе­ мы автогенератора, параметры которых мало зависят от

времени и воздействия дестабилизирующих факторов, при­ чем обеспечивается облегченный режим работы всем элемен­ там, оптимальный режим связи резонатора со схемой. При выборе таких элементов схемы необходимо помнить о тре­ бовании к их шумовым свойствам — резисторы, конденса-

Рис. 4.7. Принципиальные схемы кварцевых автогенераторов:

а — с кварцевым резонатором в цепи обратной связи; б —емкостная трехточка.

торы и активные элементы должны быть малошумящими. Выбор той или иной схемы зависит от конкретных техни­ ческих требований, предъявляемых к автогенератору.

Для примера приведем результаты исследований дол­ говременной и кратковременной нестабільностей частоты кварцевых автогенераторов (рис. 4.7), собранных по наибо­

лее распространенным	схемам — «емкостная	трехточка»
и «с кварцевым резонатором в цепи обратной		связи» [24],
обладающей повышенной	стабильностью в диапазоне тем-

220

	Применение этих схем в низкочастотном диапазоне (4—
500	кГц) обусловлено сравнительно большим значением
гкв	кварцевого резонатора. При большом rm \ езбходим

большой коэффициент усиления, который можно обеспечить

Рис. 4 . 10 . Принципиальная					схема
автогенератора		с	кварцевым		резона­
тором в контуре.			Выходной		сигнал
снимается	с	части		контура		для
уменьшения	влияния			нагрузки		на
генерирующую			частоту; С 4		>	С 3 .

увеличением числа каскадов. В рассматриваемых автоге­ нераторах можно получить большую выходную мощность при малой мощности, рассеиваемой на кварцевом резона-

> L

с5

П - L

Рис. 4 . 1 1 . Принципиальная схе­

ма автогенератора с кварцевым резонатором в цепи обратной связи, работающим на 3-й ме­ ханической гармонике:

/=52			МГц,		d—?l		пФ,	С2 = 10		пФ;
C s	=	1 ООО пФ,				С 4 = Ю 0 О			пФ,	С , =
=	1000		пФ,		L , = 0,65		мкГ, L 2 = 1 0 0			мкГ
і - к о м		— индуктивность					для	компенсации
статической					емкости		резонатора;			« , =
2 = 0		Ом,		« г	= 1 , 1	кОм,		/?з =	300	Ом,
			« 4	= 1 2 кОм,			£ п =	— 6В;
				транзистор			1Т313А.

Рис. 4 . 12 . Принципиальная

схема		автогенератора,				пред­
ложенная			Батлером.		Статиче­
ская		емкость		компенсирует­
ся	индуктивностью				LKOM. Схе­
ма	охвачена			отрицательной
обратной			связью		(Rs).	Ча­
	стота настройки 100 МГц;
			£ П =	6В.

торе. Для возбуждения кварцевых резонаторов в цепи об­ ратной связи автогенераторов на гармониках применяют колебательные системы, настроенные на частоту соответ-

ствующей гармоники. На рис. 4.11 и 4.12 показаны прин­ ципиальные схемы автогенераторов с кварцевым резона­ тором в цепи обратной связи при использовании высших механических гармоник резонатора. Верхний частотный предел схемы (рис. 4.11), обусловленный свойствами тран­ зистора, составляет 90—100 МГц с учетом применения фа­ зирующей цепочки для компенсации фазы крутизны тран-

Рис. 4.13. Принципиальная схема перестраиваемого кварцевого автогенератора (емкостная трехточка) со средней частотой 3 МГц и его регулировочная характеристика. Сопротивления R3 типа ММТ-4 стабилизирует частоту в диапазоне температур (элемент

термокомпенсации).

вистора, а схемы рис. 4.12 по тем же причинам — 500 МГц (схема Батлера менее критична к увеличению фазы крутиз­ ны транзистора на высоких частотах). Отметим еще одно достоинство автогенераторов с резонатором в цепи обрат­ ной связи — они мало чувствительны к величине г к в и по­ этому не требуют специального подбора резонаторов по этому параметру. К недостаткам рассматриваемых схем относятся склонность к возбуждению на паразитных ре­ зонансах и трудности компенсации статической емкости резонатора.

В генераторах с перестройкой частоты обычно приме­ няются уже рассмотренные схемы. В качестве органа пере­ стройки чаще всего используют изменяемую емкость р-п перехода (рис. 4.13 — 4.15). Пределы перестройки со­ ставляют ± ( 1 0 - 4 -т- Ю - 3 ) от генерируемой частоты. За-

висимость генерируемой частоты от управляющего напря­ жения оказывается нелинейной (рис. 4.13). Отметим, что для расширения пределов перестройки разрабатываются генераторы, в которых резонаторы используются на ча­ стоте, лежащей ниже (о,(В (характер Хнв — емкостный) 112]. В этом случае органом перестройки может служить изменяемая индуктивность.

С, йг

W00 5,1к

Рис.	4.14.		Принципиальная			Рис.	4.15.	Принципиальная
схема	перестраиваемого				квар­	схема	перестраиваемого			квар­
цевого генератора				(емкостная		цевого генератора (схема Бат-
трехточка) для				обычных и		лера)	для	гармониковых		резо­
гармониковых				резонаторов		наторов (контур			Ц, С3,	СІ).
(контур		L j , С2 , С3 ). Рабочая				Емкость		С0 компенсируется
частота		от 15 до 75 МГц. Пере­				индуктивностью			LKOM-	Сред­
стройка		относительно			гене­	няя частота 60 МГц; относи­
рируемой			частоты		Ю - 4 ,	тельная перестройка				± 1 0 - 5 ,
						выходное		напряжение		1 В.

При разработке перестраиваемых генераторов необходимо учитывать, что с расширением диапазона перестройки ста­ бильность генерируемой частоты уменьшается (относитель­ ная нестабильность примерно на порядок меньше относи­ тельной перестройки).

С повышением генерируемой частоты добротность резо­ наторов, а значит, и стабильность генерируемой частоты, снижаются. Попытка сохранить долговременную стабиль­ ность, применив умножение частоты, приводит к значи­ тельному усложнению схемы радиотехнических устройств и значительному снижению кратковременной стабильности частоты. Для устройств, в которых необходимы высокая долговременная и кратковременная стабильность, можно

рекомендовать кварцевый генератор — умножитель, схе­ ма которого представлена на рис. 4.16. В этой схеме гене­ ратора высокостабильных колебаний используется эффект

синхронизации высокочастотных	колебаний	низкочастот­
ными [20]. Генератор с частотой 28 МГц (Т4		на	рис. 4.16)
синхронизируется колебаниями	генератора	с	частотой

1 МГц. Долговременная стабильность обеспечивается низко­ частотным резонатором, кратковременная — высокочастот­ ным резонатором. Режим синхронизации сохраняется при

Рис. 4.16.	Принципиальная схема			автогенератора		высокостабиль­
ных колебаний. На Tt —			генератор	(емкостная трехточка)				на ча­
стоту 1 МГц;		на Т2 и Т3	— усилитель-исказитель;			на	Т4	— гене­
ратор		(емкостная трехточка) на частоту 28 МГц.
		Транзисторы 1Т3085; £ ^ = — 6 1 3 .
изменении	питающих		напряжений		на ± 1 0 %	в	широком
диапазоне температур.			Суточный		относительный		уход ча­

стоты 28 МГц при термостатировании генератора на частоте 1 МГц не превышает 2 • 10~8.

Выходной сигнал, весьма близкий к синусоидальному, можно получить в автогенераторе, принципиальная схема

которого приведена на рис. 4.17. В этом генераторе	(индук­
тивная трехточка) две кварцевые пластины на одну	частоту
помещены в одном баллоне так, что их плоскости	парал­

лельны и между пластинами через стекло крепежной пу­ говки осуществлена механическая связь. Электрическая связь между резонаторами очень мала, так как электроды,

расположенные	на поверхностях пластин, обращенных
друг к другу,	заземлены и образуют статический экран.

В пластине, имеющей с генераторной частью схемы только механическую связь, возникают колебания. Развиваемое на пластине напряжение подается на вход каскада, работа-

ющего в линейном усилительном режиме (Т2 ). Благодаря слабой связи между резонаторами и большому затуханию в элементе связи (стеклянная крепежная пуговка) высоко­ частотных составляющих, форма выходного напряжения ненагруженного резонатора и усилителя, работающего в линейном режиме, весьма близка к синусоидальной. Сле­ довательно, кратковременная стабильность .генератора вы­ сока. Это особенно важно на высоких частотах.

Рис. 4.17. Принципиальная схема автогенератора с малой кратко­ временной нестабильностью частоты. На транзисторе 7\ — ге­ нератор (индуктивная трехточка); на Т$ — линейный усилитель. Генерируемая частота/ = 12 МГц. Транзисторы 1Т308Б; Еп = —9В.

4.4.КВАРЦЕВЫЕ АВТОГЕНЕРАТОРЫ НА ТУННЕЛЬНЫХ ДИОДАХ

Высокая стабильность частоты у автогенераторов, ста­ билизированных кварцевым резонатором, может быть по­ лучена при использовании туннельного диода (ТД) в ка­ честве активного элемента схемы.

Кварцевые автогенераторы на ТД благодаря присущим им достоинствам (предельная простота схемы, малое число элементов, малые габариты и вес, высокая устойчивость ак­ тивного элемента схемы — ТД — к воздействию радиоак­ тивного излучения [25] и т. д.) широко применяются в ка­ честве задающих генераторов в схемах эталонов частоты, опорных и технологических генераторов и в других радио­ технических устройствах.

К недостаткам схем кварцевых автогенераторов на ТД (как, впрочем, и обычных — бескварцевых — автоге-

нераторов на ТД) можно отнести малые колебательные мощ­ ности, получаемые от них. Для кварцевых автогенераторов это не является существенным, поскольку главным тре­ бованием, предъявляемым к таким автогенераторам в большинстве практических применений, является требова­ ние высокой стабильности генерируемой ими частоты.

В отечественной и зарубежной литературе к настоящему времени имеется ряд работ, в которых в основном были предложены и анализировались четыре схемы кварцевых

Рис. 4.18. Схема	автогене­	Рис. 4.19. Схема	автогене­
ратора на ТД с кварцевым		ратора на ТД с	кварцевым
резонатором в	индуктив­	резонатором в	емкостной

ной ветви контура. ветви контура.

автогенераторов на ТД(рис. 4.18—4.21)**. Среди них особый интерес представляют схемы рис. 4.18—4.20, работающие на частоте последовательного резонанса кварцевого резона­ тора в осцилляторном режиме. Такие схемы не генерируют при отсутствии кварцевого резонатора или при выходе его из строя, а при его включении возбуждаются на частоте, равной или близкой к частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора. Эти схемы нашли наибольшее при­ менение на практике. Автогенератор с параллельным резо­ нансом (рис. 4.21) представляет схему с затягиванием и, как правило, не используется.

Несмотря на простоту схем кварцевых автогенераторов на ТД, создание их и практическое использование преи­ муществ ТД как активного элемента автогенератора сопря­ жено и с определенными специфическими трудностями. Главными из них являются обеспечение устойчивости схемы и устранение паразитной генерации.

Некоторую трудность при расчете и конструировании различных схем кварцевых автогенераторов на ТД пред-

*> Известны также схемы кварцевых автогенераторов на тун­ нельных диодах для диапазона метровых и дециметровых волн [26],