КУРСАЧ ПО РПрдУ (rkvgener3)

Посмотреть архив целиком

3. СХЕМЫ ТРАНЗИСТОРНЫХ АВТОГЕНЕРАТОРОВ С КВАРЦЕВЫМИ РЕЗОНАТОРАМИ


3.1. Классификация схем

Широкий диапазон частот, в котором используются автогенераторы с кварцевыми резонаторами (КР), разнообразие условий эксплуатации и требований, предъявляемых к ним, привели к появлению множества различных схем и разных их конструктивных решений. При проектировании автогенераторов (АГ) следует выбирать такую схему, которая наиболее удовлетворяет заданным требованиям к АГ, служащим критериями при выборе. Общие требования к кварцевым автогенераторам даны в гл. 1.

Схемы АГ с КР классифицируются по трем группам, которые различаются функцией КР в схеме и характером его полного сопротивления на частоте генерируемых колебаний: осцилляторные, с затягиванием и фильтровые [12].

Осцилляторные схемы относятся к трехточечным. В них КР с подстроечным элементом, если он подключен,: имеет реактивное сопротивление индуктивного характера ( Хкв > 0 ). Короткое замыкание КР, выключение его из схемы или замена емкостью приводят к срыву колебаний, поскольку при этом не выполняется условие баланса фаз. Если подстроечным элементом служит емкость, частота генерации / расположена внутри интервала частот fкв ... f0 (см. рис. 2.11). При подключении индуктивности к КР генерируемая частота может выходить за пределы этого интервала (f<fкв ). КР включается вместо индуктивного плеча контура АГ. Чаще всего используют схему АГ с включением КР между коллектором и базой транзистора. Она проста по устройству и имеет высокую стабильность частоты.

В схеме с затягиванием КР входит в колебательную систему АГ как вторичный контур, связанный с основным первичным контуром АГ, обеспечивающим выполнение условий самовозбуждения. Здесь генерация существует независимо от того, включен КР в схему или нет, так как условия самовозбуждения выполняются помимо него. Схемы с затягиванием применяются редко из-за противоречия между условиями наибольшей стабильности генерируемой частоты и условиями максимальной устойчивости генерации.

В фильтровых схемах КР подобен узкополосному фильтру, обычно включенному в цепь, соединяющую один из электродов транзистора с колебательным контуром, настроенным в резонанс на частоту, как правило, близкую к частоте последовательного резонанса КР fкв , где КР имеет минимальное полное сопротивление (Zкв » rкв ). Известны схемы, в которых колебания возникают вблизи частоты максимального полного сопротивления КР f0. Фильтровые схемы АГ с КР в цепи обратной связи могут быть одно-, двух- и трехтранзисторными.

При работе АГ на основной частоте КР генерируемая частота ограничена частотой примерно 20...30 МГц (иногда 50 МГц) ввиду уменьшения размеров кварцевых пьезоэлементов с ростом частоты (см. разд. 2.1). Применение умножения частоты усложняет устройства и ухудшает спектральную чистоту выходных колебаний, увеличивает габаритные размеры и энергопотребление. Получение частот выше 30 МГц без умножения частоты возможно в АГ с возбуждением КР на механических гармониках.

В осцилляторных схемах возбуждения на высоких механических гармониках (выше пятой, п > 5) ограничена вредным влиянием статической емкости КР С0 и паразитных емкостей (междуэлектродных и монтажных), шунтирующих КР.

В фильтровых схемах можно получить колебания на высоких механических гармониках КР (п > 5), если уменьшить шунтирующее влияние емкости КР С0.

Шунтирующее влияние статической емкости КР C0 можно устранить двумя путями:

- нейтрализацией емкости C0 при помощи сбалансированного моста, когда КР и нейтродинную емкость Сн включают в плечи моста так, что равные по величине и противофазные емкостные токи уравновешивают друг друга в нагрузке, Сн0 ;

- компенсацией емкости cq подключением параллельно КР индуктивности L, образующей с С0 параллельный контур, настроенный на выбранную механическую гармонику КР, при этом wквL=1/wквС0.

В осцилляторных схемах применение этих способов проблематично. .

В фильтровых схемах более целесообразным является путь компенсация емкости cq, так как схема с нейтрализацией емкости С0 весьма критична к режиму работы и сложна в регулировке. Фильтровую схему АГ с компенсацией влияния емкости С0 можно применять вплоть до частот 300...400 .МГц [10].

Схемы автогенераторов с КР бывают однокаскадные и многокаскадные. В диапазоне частот 1...100 МГц наибольшее применение получили однокаскадные АГ, которые чаще всего строят по схемам, эквивалентным емкостной трехточке как более надежной и стабильной, чем индуктивная [8]. Многокаскадные АГ содержат два и более транзистора, а КР включают в цепь обратной связи. На рис. 3.1 приведены эквивалентные схемы однокаскадных АГ с КР, которые являются характерными для применения в АГ, построенных по схеме емкостной трехточки. В схемах (а), (б) и (в) КР соединен последовательно с элементами контура, а в схемах (г) и (д) он включен в цепь обратной связи. Схемы (а) и (б) - осцилляторные, в них КР является эталонным контуром, имеющим сопротивление индуктивного характера, поэтому самовозбуждение за счет емкости КР С0 паразитных колебаний принципиально невозможно.

Рис. 3.1


Схемы (в), (г), (д) фильтровые трехточечные. Частота колебаний в них близка или равна частоте последовательного резонанса fкв и КР может иметь как небольшое активное, так и индуктивное, и емкостное сопротивления. В этих схемах принципиально могут возбудиться паразитные колебания на частотах fпк за счет емкости С0, а также на частотах fнг механических гармоник более низких, чем выбранная, если КР работает на механических гармониках.

Для их подавления в схеме (в) КР шунтируют сопротивлением R, а в схемах (г) и (д) компенсируют индуктивностью или соответствующим образом выбирают параметры колебательного контура.

Мощность в нагрузке АГ Рн , которую можно получить в каждой из схем, оценивается как [15]:

Рн = (0,1 ...0,3) Ркв для схем (а), (б), (в);

Рн = (1...10)Ркв для схем (г); (3.1)

Рн = (1... 5) Ркв для схем (д).

Здесь Ркв - мощность, рассеиваемая на КР.

В автогенераторе по схеме (а) возможна генерация на основной частоте (n = 1) КР, а в схемах (б)-(д) как на основной частоте, так и на механических гармониках КР (n > 1).

Наименьшая нестабильность частоты получается, если КР работает на частоте последовательного резонанса КР fкв .

Температурная нестабильность частоты в основном определяется КР и во всех схемах примерно одинакова.

Нестабильность частоты за счет изменения питающих напряжений, параметров элементов контура и параметров транзистора наименьшая в АГ по схеме (а), несколько выше по схеме (в) и в несколько раз больше в схемах (г) и (д).

На рис. 3.2...3.4 и рис. 3.6, 3.9 приведены примеры схем транзисторных автогенераторов с КР, наиболее часто встречающихся в практике проектирования различного вида радиоустройств. Заметим, что целесообразность заземления по высокой частоте того или иного электрода транзистора определяется конструкцией транзистора или другими причинами сугубо практического характера.


3.2. Осциляяторные схемы

Автогенератор с КР между коллектором и базой по схеме рис. 3.2 самый простой, надежный и стабильный. Однако в нем возможна генерация только на основной частоте КР (n = 1) и fкв £ 30МГц,

а мощность в нагрузке Рн невелика (3.1). Эквивалентная схема АГ дана на рис. 3.1,а.

В схеме по высокой частоте заземлен эмиттер транзистора. Колебательная система состоит из КР и емкостей С1 и С2. Генерирование возможно, если КР имеет сопротивление индуктивного характера (X >0), поэтому частота колебаний АГ f выше частоты последовательного резонанса КР fкв (f > fкв).

Условие Хкв >0 исключает возможность возбуждения паразитных колебаний за счет статической емкости КР С0. Схема не содержит катушек индуктивности, что удобно для гибридного варианта конструкции. Из-за слабого влияния емкостей С1 и С2 на частоту колебаний не удается ее корректировка, особенно на низких частотах, когда емкости имеют большие номиналы и выполнить их переменными затруднительно.

Нагрузка Rн связана с колебательной системой емкостью Ссв. Схема АГ имеет источник питания Uк , напряжение от которого подается в цепь коллектора через блокировочное сопротивление R. Начальное отпирающее напряжение смещения Uнач подается с помощью резистора R2 делителя R1, R2, подключенного к источнику Uк. Для создания автосмещения, обеспечивающего запирающее напряжение смещения, включены сопротивления в цепи базы Rб и эмиттера Rэ. Блокировочные емкости: Cбл1 шунтирует по переменному току Rэ, а емкость Cбл2 - источник Uк . Цепь автосмещения Rэ, Сбл1 улучшает термостабильность режима транзистора.

Схема АГ с КР между коллектором и базой на рис. 3.3 отличается от схемы на рис. 3.2 наличием колебательного контура L1,C1 (см. рис. 3.1, а, б). АГ работает надежно на частотах, для которых нормированная статическая емкость КР t0 = wквС0rкв £ 0,25 (wкв = 2pfкв), его сопротивление в последовательной схеме замещения носит индуктивный характер. АГ возбуждается на механических гармониках КР и работает до fкв == 100 МГц. Схема на рис. 3.3 обеспечивает возбуждение КР на его механических гармониках, если параметры контура L1, С1 выполнить так, чтобы на частотах более низких гармоник, чем выбранная, его сопротивление было индуктивным и условия самовозбуждения для них не выполнялись.

В схеме на рис. 3.3 по высокой частоте заземлен эмиттер транзистора. Напряжение от источника питания в цепь коллектора подается через индуктивность L1. Назначение остальных элементов такое же, что и в схеме на рис. 3.2.

Отметим, что в рассмотренных схемах АГ на его работу и стабильность большое влияние оказывает соотношением емкостей С1 и С2. При слишком малых и при чрезмерно больших значениях емкостей

С1, С2 нестабильность частоты возрастает. Рекомендуется, чтобы частота генерации отстояла от/ не более чем на четверть резонансного промежутка fкв ... f0 [10].



3.3. Фильтровые схемы

На рис. 3.4 приведена схема АГ с КР в контуре. Возбуждение колебаний АГ может быть как на основной частоте КР, так и на его механических гармониках. Лучшая стабильность частоты АГ будет при работе на частоте последовательного резонанса КР на выбранной механической гармонике. Колебательная система АГ состоит из КР, емкостей С1, С2, индуктивности L3 и подстроечного конденсатора С3 включение которого облегчает настройку контура, а также способствует подавлению нежелательных колебаний (см. рис. 3.1, в). В АГ возможно возбуждение паразитных колебаний за счет статической емкости КР С0. Частота паразитных колебаний близка к собственной частоте коллекторного контура из L3, С3, С1, С2, С0 (рис. 3.5). С повышением частоты паразитных колебаний усугубляются инерционные свойства транзистора, что облегчает их подавление. Нарушить условия самовозбуждения паразитных колебаний можно включением резистора R параллельно емкости С0 (рис. 3.5, пунктир).

За счет R увеличиваются потери в контуре. С помощью R удается также подавить колебания на частотах более низких гармоник, чем выбранная. Выбор сопротивления ведется по соотношению . В схеме АГ по высокой частоте заземлен коллектор

транзистора. Источник питания Uк обеспечивает подачу напряжения в коллекторную цепь и питает делитель R1, R2. Начальное отпирающее напряжение смещения Uнач снимается с R2, а запирающее обеспечивается автосмещением в цепи базы и эмиттера с помощью резисторов Rб и Rэ. Элементы Сбл1, Сбл2, Lбл - блокировочные элементы. Lбл предотвращает заземление эмиттера по высокой частоте.

Связь с нагрузкой Rн - емкостная св).

Схема АГ с КР в цепи положительной обратной связи показана на рис. 3.6. АГ построен по принципу емкостной трехточки, а в цепь обратной связи включен делитель напряжения, состоящий из КР и резистора r (см. рис. 3.1, г). Нередко в схемах в качестве rд используется входное сопротивление транзистора. АГ применяют как при возбуждении КР на основной частоте, так и на его механических гармониках. Частота колебаний АГ f равна (или близка) к частоте последовательного резонанса выбранной гармоники КР fкв.


Случайные файлы

Файл
148679.doc
128815.rtf
45.doc
23345.rtf
26977.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.