§ 12.5. Стабилизация частоты LC-генераторов. Кварцевые генераторы

На стабильность частоты -генераторов сильно влияет напряжение источника питания, от которого зависят значение реактивных составляющих входного и выходного сопротивлений, изменяющих параметры колебательного контура. Поэтому использование высококачественного стабилизатора напряжения для питания генератора является одним из факторов, обеспечивающих высокую стабильность частоты генерации.

Частота LC-генераторов зависит и от температуры окружающей среды, так как с ее ростом обычно увеличиваются индуктивность катушки и емкость конденсатора контура, что приводит к снижению частоты генерации. Поэтому для стабилизации частоты генератора, работающего в широком диапазоне температур, параллельно основному контурному конденсатору в качестве элемента термокомпенсации включают тикондовый конденсатор С, емкость которого уменьшается с ростом температуры (рис. 12.12).

Рис. 12.12.

Температурную стабильность частоты количественно оценивают с помощью температурного коэффициента частоты (ТКЧ), равного относительной нестабильности частоты при изменении температуры на . Температурный коэффициент частоты транзисторных -генераторов обычно составляет

При использовании термокомпенсирующих тикондовых конденсатор ТКЧ удается уменьшить примерно на порядок, т. е. до .

Более высокую стабильность частоты можно получить в схемах кварцевых генераторов, где в качестве высокодобротного колебательного контура со стабильными параметрами используется пластина кварца, обладающая пьезоэлектрическими свойствами.

Если к обкладкам кварцевой пластины приложить переменное электрическое поле (напряжение), то в ней возникают механические колебания. Такое свойство пластины называется обратным пьезоэффектом. Возникшие в пластине механические колебания, в свою очередь, вызывают появление на обкладках электрических зарядов, знак которых изменяется с частотой механических колебаний. В результате через пластину будет протекать переменный электрический ток. Это свойство пластины называется прямым пьезоэффектом.

Кварцевая пластина, помещенная в кварцедержатель, эквивалентна колебательному контуру, электрическая схема которого приведена на рис. 12.13.

Величины зависят от геометрических размеров кварцевой пластины без держателя и от типа механических колебаний.

Для реальных кварцевых пластин указанные величины лежат в пределах Ом.

Так как образуют последовательный колебательный контур, то на частоте

(12.10)

в кварце возникает резонанс напряжений, при котором полное сопротивление контура мало.

Величина возникает при помещении кварцевой пластины в держатель и определяется конструкцией последнего. Обычно .

Рис. 12.13.

С учетом эквивалентная схема кварцевой пластины на рис. 12.14 представляет собой параллельный колебательный контур, на резонансной частоте которого

(12.11)

возникает резонанс токов, при котором полное сопротивление контура очень велико.

В формуле представляет собой последовательное включение внутри контура емкостей .

Сравнивая формулы (12.10) и (12.11), можно сделать следующие выводы: 1) частота последовательного резонанса меньше частоты параллельного резонанса частота (Опосл близка к частоте , так как .

Характер изменения реактивного сопротивления кварца от частоты показан на рис. 12.14. Из рисунка видно, что в диапазоне частот реактивное сопротивление эквивалентного контура кварца имеет индуктивный характер, а в диапазонах - емкостной.

Рис. 12.14.

Варианты построения схем кварцевых генераторов приведены на рис. 12.15, а, б; 12.16, а, б).

Схемы на рис. 12.15 с включением кварца между затвором (базой) и истоком (эмиттером) по своей структуре соответствуют двухконтурной схеме генератора (см. рис. 12.11), в которой возбуждение колебаний возможно только при индуктивном характере сопротивления кварца и стокового (коллекторного) контура. Для выполнения этих условий генерируемую частоту выбирают в пределах , а стоковый (коллекторный) контур настраивают на частоту, лежащую несколько выше частоты мпар.

Связь между стоковым (коллекторным) контуром и кварцем в схемах рис. 12.15, а, б осуществляется через межэлектродную емкость , что обусловливает малое влияние параметров стокового (коллекторного) контура на генерируемую частоту.

Рис. 12.15.

Для возбуждения колебаний на частоте в схемах рис. 12.16, а, б с включением кварца между затвором (базой) и стоком (коллектором) необходимо, чтобы стоковый (коллекторный) контур имел емкостное реактивное сопротивление. Тогда схемы рис. 12.16, а, б будут эквивалентны схеме емкостной трехточки. Для обеспечения емкостного характера сопротивления стокового (коллекторного) контура его резонансная частота должна лежать несколько ниже частоты .

Рис. 12.16.

Контур в цепи стока (коллектора) (рис. 12.16) можно заменить резистором. Возбуждение колебаний в преобразованной схеме обеспечивается с помощью межэлекгродной емкости .

Благодаря высокой добротности кварца, достигающей нескольких сотен тысяч, и малому влиянию реактивных элементов лампы (транзистора) на параметры контура кварцевые генераторы Имеют высокую стабильность частоты. Температурный коэффициент частоты кварцевых генераторов лежит в пределах .

Недостатками этих генераторов являются относительно малая частота генерации, не превышающая 30 МГц, и невозможность плавной настройки.