Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf

выходного сигнала автогенератора сказываются частотные составляющие, не кратные основной генерируемой частоте. Это приводит к снижению добротности резонатора, а сле­ довательно, и к снижению стабильности. При жестких тре­ бованиях к спектру выходного сигнала необходимо снижать мощность, рассеиваемую на кварцевом резонаторе.

Уровень и распределение по шкале частот побочных резонансов зависят от ряда причин, среди которых основными можно считать конструкцию резонатора, геометрию плас­ тины, а также технологию изготовления резонатора.

При выборе резонатора нужно проверять наличие по­ бочных резонансов и их величину относительно основного. Следует заметить, что если уровни побочных резонансов больше 0,6—0,7 от уровня основного и близки к нему по ча­ стоте, т. е.

( / о - М о < ( Ю - Ы 5 ) - 1 0 - б ,

то настроить резонатор точнее чем (2+5) • 10~6 весьма труд­ но, а в автогенераторе, предназначенном для эксплуатации в широком диапазоне температур, возможны необратимые перескоки частоты с основной на побочную частоту.

На высоких частотах заметно влияют на частоту возбуж­ дения паразитные элементы схемы резонатора. Поэтому при составлении эквивалентной схемы кварцевого резонатора, работающего в широком диапазоне частот до 200 МГц, не­

костей и индуктивностей на частоту возбуждения следует оценивать на частотах, превышающих 70—100 МГц.

Емкости электродов пьезоэлемента относительно корпуса составляют величину порядка 0,25 пФ для микроминиатюр­ ных герметизированных резонаторов вида М (ГОСТ 6503— 67). Поэтому на частотах свыше 70 МГц целесообразно при­ менять вакуумные резонаторы в стеклянных баллонах,у которых эти емкости меньше, но и в этом случае нужно учи­ тывать их влияние на частоту настройки.

Паразитные индуктивности можно рассчитывать как ин­ дуктивности прямого провода. Паразитные индуктивности имеют величину порядка L n ж 0,014-0,005 мкГ и при малых паразитных емкостях уменьшают частоту возбуждения кварцевого резонатора на величину, равную

нансная частота резонатора с учетом паразитных индуктивностей.

Данное выражение получено при определении резонанс­ ной частоты резонатора с учетом последовательно подклю­ ченной Ьп к эквивалентной электрической схеме резонатора (см. рис. 4.2, а).

В диапазоне частот 100—200 МГц относительная ошибка в определении частоты резонанса, если не учитывать влия­ ния индуктивностей вводов, лежит в пределах (З-г-5) х X io-«.

4.3.КВАРЦЕВЫЕ АВТОГЕНЕРАТОРЫ

Широкий диапазон частот, в котором используются кварцевые автогенераторы, разнообразие условий эксплуа­ тации и требований, предъявляемых к ним, привели к появ­ лению множества различных схем и разных их конструк­ тивных решений.

Методика расчета и проектирования кварцевых авто­ генераторов на транзисторах достаточно подробно изло­ жена в [20, 21], поэтому в данном параграфе будут рассмот­ рены методы борьбы с воздействием дестабилизирующих факторов, особенности работы ряда схем, рекомендуемых для применения в широком диапазоне частот [20], и приведен анализ и методика расчета схем кварцевых автогенераторов на туннельных диодах.

Дестабилизирующие факторы, воздействующие на квар­ цевые автогенераторы, могут быть весьма значительными:

—механические вибрационные (до 15 g) и ударные (до 150 нагрузки и линейные ускорения (до 50 g);

—изменение окружающей рабочей температуры от —60 до +70° С;

—изменение питающих напряжений (±10%) и элект­ рических нагрузок (до ±30%);

тивные методы борьбы с влиянием дестабилизирующих фак­ торов и в большинстве случаев удовлетворить требованиям, предъявляемым к стабильности и воспроизводимости ча­ стоты кварцевых автогенераторов (относительная неста­

Чтобы уменьшить влияние влажности на схему автоге­ нератора, применяют влагонепроницаемые покрытия, вла-

частота изменяется из-за изменения пареметров схемы. Например, в резонаторах, работающих на частоте 5 МГц (срез AT), при воздействии ускорений в 15 g в плоскости,

Полностью исключить влияние механических воздей­ ствий на частоту резонатора при помощи совершенствова­ ния конструкции держателя не удается. Основным способом уменьшения влияния механических воздействий (кроме постоянных ускорений) можно считать применение амор­ тизаторов. В качестве амортизаторов можно использовать, например, материалы типа пенополиуретанов, имеющие большое затухание в широком диапазоне частот механи­ ческих воздействий. Чтобы повысить вибростойкость, иногда весь автогенератор заполняют пластмассой и полу­ чают единый жесткий блок.

Влияние изменений питающих напряжений и нагрузок удается уменьшить применением стабилизаторов напря­ жений источников питания и буферных каскадов соот­ ветственно.

Влияние изменений температуры окружающей среды на частоту кварцевого генератора снижают с помощью спе­ циальных способов термостатирования и термокомпенса­ ции. Эти способы будут рассмотрены в § 4.4.

Как уже отмечалось, уменьшить влияние непостоян­ ства нагрузки на генерируемую частоту можно, применяя буферные каскады. При таком решении задачи в качестве буферных используют резонансные или резистивные ка­ скады. Иногда (особенно при низкоомных нагрузках) удобно применить сочетание резистивного и резонансного буферных каскадов (рис. 4.5). Автогенератор (рис. 4.5)

Рис. 4.5. Принципиальная схема автогенератора на 80 МГц с квар­ цевым резонатором в цепи обратной связи (последовательный ре­ зонанс): Транзисторы 1ТЗІЗА, Я п = — 6 В .

собран на транзисторе Т1 по схеме с кварцем в цепи обрат­ ной связи, а буферные каскады — на транзисторах Т2

иТ3.

Получить относительную нестабильность Ю - 7 — Ю - 1 0 , повышая только стабильность питающих напряжений, трудно, поэтому в автогенераторах применяют компенси­ рующие устройства. Принцип действия этих устройств за­ ключается в том, что в схему добавляется реактивное или активное компенсирующее сопротивление, величина ко­ торого зависит от величины напряжения источника пита­ ния, а изменение этого сопротивления приводит к измене­ нию генерируемой частоты. Направление изменения ча­ стоты, вызванного изменением величины компенсирующего сопротивления, должно быть обратным изменению частоты генератора, вызванному изменением напряжения питания. Величины же изменений частоты должны быть одинако­ выми. В качестве компенсирующего элемента схемы может служить р-п переход транзистора или диода.