КУРСАЧ ПО РПрдУ (rkvgener)

Посмотреть архив целиком

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящем пособии даются общие сведения о требованиях, предъявляемых к стабильности частоты автогенераторов, применяемых в радиотехнических устройствах. Приводится описание кварцевых резонаторов (КР), которое затрагивает их электрофизические свойства: характеристики срезов кварца, виды колебаний, возбуждаемые в пьезеэлементе, эквивалентная электрическая схема КР. Ана' лизируются температурно-частотные характеристики КР и зависимость параметров КР от уровня возбуждения. Приводимые таблицы и рисунки позволяют ознакомиться с классификацией и типовыми конструкциями КР. Рассмотрены ряд схем построения транзисторных автогенераторов с КР, нашедших широкое применение 'на практике. Даваемая оценка их технических характеристик позволяет ориентироваться при выборе схемы автогенератора. Приводимые методики расчета для четырех основных схем автогенератора с КР позволяют рассчитать параметры режима работы транзистора, колебательной системы и цепей питания и смещения. Предусмотрены методики расчета как для автогенераторов, работающих на основной частоте КР, так и на его механических гармониках. Для удобства расчета в пособии имеются справочные таблицы. Приводимые методики расчета легли в основу разработанных программ для персональных компьютеров и ЭВМ. Для каждой программы дается краткое описание, позволяющее подготовиться для расчета на ЭВМ. Полные описания имеются в кабинете курсового проектирования кафедры.

Пособие написали: А.К. Ельцов гл. 1, И.И. Постников гл. 2, Р.А. Грановская гл. 3, 4, Е.М. Добычина гл. 5. Общее редактирование пособия выполнила Р.А. Грановская.


































1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРОВ

В современной радиоаппаратуре широкое применение нашли автогенераторы, которые используют в возбудителях радиопередаю-щих устройств (РПУ) и гетеродинах радиоприемных устройств.

Одним из основных требований, предъявляемых к автогенераторам, обычно является требование стабильности частоты колебаний. высокая стабильность частоты возбудителей РПУ и гетеродинов радиоприемных устройств позволяет уменьшить их полосу пропускания и улучшить помехоустойчивость.

При повышении стабильности частоты радиоаппаратуры можно увеличить число радиоканалов в заданном диапазоне частот. Ряд систем связи принципиально требуют высокой стабильности частоты колебаний на выходе РПУ. К таким системам можно отнести, например, службу единого времени и эталонных частот, синхронные системы вещания, системы связи с однополосной модуляцией, системы радиолокации и т.д. Требования к стабильности частоты некоторых радиосистем приведены в табл. 1.1.

Автогенераторы с объемными кварцевыми резонаторами реализуются на частотах 30...50 МГц на основной частоте и до 150...400 МГц при использовании механических гармоник кварцевых резонаторов [1]. Кварцевая стабилизация позволяет обеспечить долговременную нестабильность частоты от 10-5 до 3-10-11 (суточная). Кратковременная нестабильность кварцевых автогенераторов при временах измерения от 10-3 до 10 с лежит в пределах 10-9 +10-7 до 10-9 ¸10-11 [13].

Таблица 1.1

Нестабильность частоты радиосистем


Тип радиосистемы

Диапазон частот, ГТц

Допустимые отклонения частоты

Радиорелейная связь

0,1...0,47 0,47...2,45

2×10-5 10-4


2,45...10,5

2×10-4


10,5...40

3×10-4

Спутниковые системы связи

6,5

4×10-6 ... 3-10-8

Доплеровские РЛС

10

10-6... 10-10

Телевизионные станции

0,3...0,l

не более 1 к Гц

Радиовещательные станции

0,3...0,l

2-10-5

Подвижные станции радиосвязи при выходной мощности

более 5 Вт

менее 5 Вт



0,3...0,l



2×10-6

510'°

Радионавигационные системы

10-10... 2×10-12

Помехоустойчивые системы радиосвязи

10-11... 10-12




2. КВАРЦЕВЫЕ РЕЗОНАТОРЫ

Пьезоэффект известен с конца прошлого столетия, когда французские ученые братья Пьер и Жак Кюри открыли новое физическое явление пьезоэлектричество. В 1880 г. они опубликовали статью, в которой описывалось обнаруженное явление поляризация некоторых диэлектрических кристаллов в результате воздействия на них механического давления. Это явление получило название прямого пьезоэлектрического эффекта.

Французский физик Липман в 1881 г. после ознакомления с работами Кюри, предположил существование обратного пьезоэффекта. В том же гОду братья Кюри подтвердили экспериментально, что под действием приложенного электрического поля в кварцевом кристалле возникают механические деформации. Это явление стало называться обратным пьезоэффектом.

Начало практического использования пьезоэлектричества совпадает по времени с развитием ламповой радиоэлектроники и связанной с ней электроакустики. В это время французский математик и физик Поль Ланжевен (ученик П.Кюри) предложил использовать в качестве излучателя и приемника ультразвука кварцевые пластины, возбуждаемые ламповым генератором. П. Ланжевеном впервые было осуществлено возбуждение пьезоэлектрика переменным электрическим полем и, что особенно важно, в режиме резонансных механических колебаний. Им была оценена эффективность резонансного возбуждения, установлена высокая добротность колебаний кварцевых пластин. Результаты работы П. Ланжевена послужили основой для дальнейших, более подробных исследований в разных странах.

В 1920 г. профессор Вейслейского университета (США) У.Кэди изобрел кварцевый резонатор [1], показав возможности использования его как стабилизатора частоты ламповых генераторов. У.Кэди использовал кварцевую пластину Х-среза, помещенную между двумя, металлическими пластинами. В ней возбуждались механические колебания в направлении длины, что определяло относительно низкую частоту колебаний резонатора. При включении такого резонатора между выходом и входом лампового усилителя возникала цепь положительной обратной связи и в результате возбуждение на частоте собственных колебаний резонатора.' У.Кэди были предложены четырехполюсный резонатор и схема генератора с таким резонатором.

В 1923 г. Г.Пирс (США) предложил новую схему кварцевого генератора, в которой возбуждались продольные колебания кварцевых пластин по толщине, что повысило частоты кварцевых генераторов. В конце 20-х годов начали использовать резонаторы У-среза, в которых возбуждались колебания сдвига по толщине, работавшие более устойчиво, чем резонаторы с пластинами Х-среза. В 20-х годах учеными разных стран была предложена эквивалентная электрическая схема резонатора, что позволило разработать основы теории кварцевого генератора.

В нашей стране в 1927 г. в Ленинграде состоялась первая Всесоюзная конференция по пьезоэлектрическим колебаниячм и использованию их для стабилизации частоты [2].

2.1. Срезы кварца и их основные характеристики

Кристаллический кварц Si02 (кремнезем) безводная двуокись кремния самое распространенное на земле соединение. В нем сочетаются высокая механическая прочность, химическая стойкость и ярко выраженные пьезоэлектрические свойства

Форма кристалла кварца образована гранями пяти видов (рис. 2.1). Этих граней в кристалле кварца шесть: тграни, или призматические (грани гек-сагональной призмы); R грани, или грани большого ромбоэдра; r грани, или грани малого ромбоэдра. Три треугольные грани R и три грани r на концах кристалла образуют шестигранный конус. Кроме того, имеются еще грани тригональной бипирамиды s и триго-нального трапецоэдра х.

При рассмотрении пьезоэлектрических явлений в кварце пользуются прямоугольной системой координат с обозначениями осей X, Y, Z. Хотя эти оси сдвинуты на определенные углы к истинным

кристаллографическим осям кварца, их обычно называют кристаллографическими осями. Ось Z («оптическая» ось) совпадает с осью симметрии высшего порядка кварца (третьего) и с продольной осью кристалла. В этом направлении пьезоэффект не проявляется, электропроводимость выше, чем в перпендикулярном направлении, отсутствует двойное преломление светового луча. Ось Y (механическая ось) проходит в направлении, перпендикулярном любой грани призмы. Осей Y в кристалле кварца три (см. рис. 2.1). Ось Х (электрическая ось) направлена перпендикулярно оси Y и, следовательно, проходит параллельно какой-либо из граней призмы. Три электрические оси Х расположены в плоскости, перпендикулярной оптической оси, под углом 120°

друг к Другу- Каждая из механических осей Y перпендикулярна оптической оси и одной из электрических осей (см. рис. 2.1). По оси Х механические силы вызывают наиболее интенсивное появление электрических зарядов на ребрах призмы, т.е. в направлении этой оси кристалл кварца обладает наибольшими пьезоэлектрическими свойствами. Электрическое напряжение, приложенное вдоль оси X, вызывает механическое напряжение вдоль оси Y.

Для изготовления кварцевых резонаторов (КР) кристаллические элементы (пластины, бруски и т.п.) вырезаются из кристалла кварца под различными углами относительно кристаллографических осей. Такая ориентация, кристаллографического элемента называется срезом. Существует понятие первоначальной ориентации, когда все грани пье-зоэлемента параллельны кристаллографическим осям. Условное обозначение первоначальной ориентации пьезоэлемента (ПЭ) состоит из двухбукв: первая (х, у или z) указывает, какой из осей параллельна толщина пьезоэлемента, вторая какой из осей параллельна его длина. За толщину принимается наименьший размер, а за длину наибольший. На рис. 2.2 приведены все шесть возможных первоначальных ориентаций, кристаллических элементов, имеющих форму прямоугольных пластин, где l — наибольшее (длина), b среднее (ширина) и s наименьшее (толщина) ребро кристаллического элемента. Упомянутые ранее Х и Y срезы на рис. 2.2 имеют соответственно обозначения ху и ух.


Случайные файлы

Файл
166644.rtf
75822-1.rtf
142889.rtf
34130.rtf
114466.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.