Главная Промышленная автоматика.

в низкочастотном диапазоне кроме емкостной трехТОчечпоЛ схемы широко применяются схемы с резоиатор.ом в цепи обратной связи и мультивибраторы.

Генераторы, выполненные в виде мультивибраторов, когда резонатор включается вместо одной из частотозадающих емкостей, имеют значительно большую нестабильность частоты по сравнению с емкостными трехточечнымн, но просты и экономичны.

Генераторы с резонатором в цепн обратной связи имеют более высокую стабильность частоты по сравнению с мультивибраторами, но н большую потребляемую мощность. В качестве элемента активной части в КГ с резонатором в цепн обратной связи используются операционные усилители. Прн этом необходимо лишь обеспечить равенство нулю сдвига фаз в петле положительной обратной связи илн же равенство фагового сдвига в петле положительной обратной связи целому числу периодов частоты генерации. Коэффициент усиления операционного усилителя должен обеспечивать мягкий режим возбуждения КГ с учетом потерь в цепи положительной обратной связи. Такие КГ устойчиво работают во всем диапазоне ннзкнх частот.

5.3. Практические схемы КГ

Один нз вариантов практической схемы низкочастотных КГ приведен на рнс. 5.3.

Резонатор Пд! включен в цель положительной обратной связи между выходом операционного усилителя н прямым входом.

При использовании операционного усилителя 1УТ401Б КГ устойчиво работает в диапазоне частот I-50 кГц.

Технические характеристики КГ (см. рис, 5.3)

Напряжение питания, В......

Ток, потребляемый от источника питания, мА Нестабильность частоты прн изменении напряжения питания на ±10% .... Выходное напряжение, В . . .

±(1-3).10-» 1-3

Рабочая частота генератора близка к частоте прследовательио-го резонанса,кварцевого резонатора, форма выходного сигнала прямоугольная. Для повышения устойчивости работы генератора резонатор нужно подключать к прямому входу операционного усилите

ля через дополнительную RC цепочку. Использование более высокочастотных ОУ позволяет повысить диапазон рабочих частот КГ до 1 МГц и выше. Например, КГ с дифференциальным усилителем К500ЛП15 устойчиво работает на частотах от 10 кГц до 1 МГц.

Схема КГ, выполненного на дифференциальном усилителе К500ЛП15, приведена на рис. 5.4 [50]. Рез-нсторы R1-R3 обеспечивают напряжение смещения иа входах, резисторы R4 и R5 служат для согласования выходных уровней. Второй дифференциальный


Рис. 5.3. Схема КГ с кварцевым резонатором в цепи обратной связи усилителя

усилитель формирует прямоугольные сигналы. Устойчивая ра> бота обеспечивается от 10 кГц до верхней частоты низкочастотного диапазона подбором емкости Ci в пределах 100-300 пФ.

Генератор сохраняет работоспособность прн снижении напряжения источника питания до -3 В.

Технические характеристики КГ (см. рнс. 5.4)

Напряжение питания, В........ -5,2

Выходное напряжение, В rraf

0.8-1,7

J/74


Рис. S.4. Схема КГ с формирователем выходного напряжения

/7л/

Рис. S.5. Мультивибратор с кварцевой* стабилизацией частоты

-С=1-

ff3f

Рис. 5.6. Схемы мультивибраторов на инверторах с кварцевой стабилизацией частоты:

а - с одним инвертором в цепн отрицательной обратной связи по постоянному току; б - с тремя инверторами в цепи отрицательной обратной связи по постоянному току

Более экономичны по сравнению с рассмотренными выше КГ с мультивибраторами.

Для стабилизации частоты мультивибратора резонатор надо включать вместо одного нз частотозадающих конденсаторов (рнс. 5.5).

Широко применяются мультивибраторы с кварцевой стабилизацией частоты, выполненные на логических элементах (рис. 5.6, а н 61101). С помощью резистора R1, соединяющего вход и выход первого инвертора (см. рис. 5.6), рабочая точка смещается на лнней-



Рис. 5.7. Схема КГ на инверторе КМОП структуры

ный участок характеристики из-за отрицательной обратной связи по постоянному току. Для возникновения генерации необходимо, чтобы рабочая точка н второго инвертора также вышла иа линейный участок. При этом из-за положительной обратной свизи через резонатор Пд! осуществляется мигкнй режим самовозбуждении. Устойчивый режим самовозбуждения устанавливается noA6opqM сопротивления Ri. Кварцев.ый генератор, схема которого,приведена иа рис. 5.6, менее критичен к значению сопротивлении Ri, так квк рабочие точки трех его инверторов выводятся на линейный участок характеристики благодари наличию отрицательной обратной связи по постоянному току через резистор R1. Положительная обратная

связь обеспечивается с выхода второго инвертора иа вход первого через резонатор Пд!. Для обеспечения „„, больших возможностей по регули-

L .П ровке отрицательной обратной связи

f r"*~l-J I Ij] в некоторых случаях к входу перво-

•- =Lc/ го инвертора подсоединяют допол-

I I иительиый резистор R2.

Рассмотренные схемы КГ иа инверторах просты, экономичны, надежно работают во нсем диапазоне низких частот, позноляют создавать малогабаритные генераторы, хорошо компонующиеся с другими узлами цифровой техники. Большая зависимость частоты от напряжения пнта[ия, температуры ивлиется недостатком, присущим всем схемам КГ с мультивибратором.

Экспериментальные результаты полученные ля КГ, выполненного на логических элементах серии 564 по схеме рис. 5.6, б, показали, что изменении его частоты равны ±(5-15) • 10-* при изменении напряжения питания 9 В иа ±10% и частоте генератора 500 кГц.

Схема КГ, более стабильного по частоте, приведена иа ри<;. 5.7. Рабочая точка характеристики его инвертора также выводится на линейный участок в пределах изменением сопротивления RI (10- 20) МОм.

Необходимо учитывать, что при большом сопротивлении возрастает влнинне помех иа работу генератора, прн малом - ухудшается стабильность частоты. Резистор R2 служит для согласования фаз цепи обратной связи, предотвращает возможность возникновения паразитного возбуждении при большой крутизне характвг ристнкн инвертора или повышенном напрнжеини питания. Кроме того, его сопротивление позволяет регулировать мощность, рассеиваемую иа резонаторе, и токн заряда и разряда конденсаторов С1 и С2.

Сопротивление Rj выбирается в зависимости от параметров резонатора н инвертора, в пределах от нескольких десятков до сотеи килоом.

Емкости Ci и Сг и индуктивность резонатора образуют колебательный контур. Изменением емкости Cj можно регулировать частоту генератора.

Значение емкостей Cj н Cj лежит в пределах от нескольких единиц до нескольких десятков пнкофарад. Кварцевый генератор, собранный по схеме рнс. 5.7 на инверторе серии 564, имеет нестабильность частоты не более ±(0,1-0,5) • 10" при изменении на-

пряжения источника питания 9 В иа ±10%. Среднее .чначеиие потребляемого тока КГ иа инверторах нз двух МОП транзисторов с каналами п- и р-типа может быть уменьшено до 0,5 мкА и даже меньше [10].

Такие схемы широко применяются в электронных и электрои-ио-мехаинческих часах, особеиио малогабаритных. При применении в таких генераторах резонаторов РВ72 илн РВ720К нестабильность частоты не превышает ±(5-10) • Ю-* в интервале температур 10-40 °С.

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ 6.1. Высокочастотные кварцевые резонаторы

Высокочастотным диапазоном КГ считают диапазон частот выше 30 МГц, верхней границей условно считается частота 300 МГц. В резонаторах этого диапазона используются колебания высших поридков. Наиболее широко меняются резонаторы с колебаниями третьего (30-90 МГц) и питого (§0-150 МГц) порядков. Во всем высокочастотном днапазоие применяются резонаторы с пьезоэлемеитамн среза AT, до 60-80 МГц с пьезоэлемеитамн среза БТ.

Динамическое сопротивление, высокочастотных резонаторов больше, чем у среднечастотных. Емкостное отношение у иих уменьшается пропорционально квадрату номера порядка колебаний, в отличие от резонаторов с той же частотой, ио использующих первый порядок колебаний. Емкость Со = 2-7 пФ. Зависимость средних значений реактивного сопротинлеиия емкости Со такая же, как у среднечастотных резонаторов (см. рис. 4.1). Добротность резонатора зависит от его частоты и- вида оформления (вакуумные или герметизированные корпуса) и, как правило, уменьшается с увеличением частоты (см. рис. 4.2),

Параметры высокочастотных резонаторов приведены в табл. 6.1, Температурио-частотиые характеристики высокочастотных резо-

Таблица 6.1. Параметры высокочастотных резонаторов

Диапазон частот, МГц

Срез») пьезоэлемента

V 0-

т, 10-«

0. 10»

20-90

60-150 120-300

f AT (В) AT (Г) БТ (В) 1 БТ (Г) / AT (В) 1 AT (Г) f AT (В) 1 AT (Г)

50-10 80-20 100-20 160-40 70-20 140-35 110-30 180-50

16-5 30-10 25-7,5 50-15 50-20 80-30 18-80 300-150

0.6-0.4

0.6-0.4

0.2-0,15

0,2-0,15

0,2-0,15

0,2-0,5

0.1-0,07

0,1-0,07

90-400 60-200 150-800 100-40 80-200 40-140 55-130 30-80

в скобках указан тип кврпуса резонатора: В - вакуумные, Г - герметизированные.



нвторов с пьезоэлементами срезов AT и БТ аналогичны ТЧХ средиечастотных резонаторов соответствующих срезов (табл. 6.2). Изменения частоты высокочастотных резонаторов во времени, от механических п климатических воздействий аналогичны среднечас-тотным (табл. 6.3).

Таблица 6.2. Параметры высокочастотных резонаторов

S ее Л н

Коэффн-

Температурная нестабильность. 10-», в интервале температур

цнент ioe, Ю- СО

(-104-+ 60)»С

( 40-=-+70)"С

( 60-=-f90)»C

20-60 60-300

/ AT \ БТ AT

-(4-4.5)

20-100 0-100 20-100

± (5-10) -(65-70) ± (5-10)

±20 -(140-160) ±20

±30 - (260-320) ±30

Таблица 6.4. Габаритные размеры и конструктивное исполнение резонаторов цо ОСТ 11-338.002-75

Вакуумные резонаторы

Герметические

Диапазон частот, МГц

резонаторы

Срез пьезоэлемента

§1

«1

О (Ц

§i

Обозначение

30-60

АТ.БТ 1БТ,АТ

27 22

ЭБ ЭА

13,5 6,5

МА, МБ, МГ, МД, MB. ME ТА, ТБ

60-300

f AT I AT

27 22

ЭБ ЭА

13,5

МА, МБ, МГ МД. MB. ME

Таблица 6.3. Нестабильность частоты высокочастотных резонаторов

Диапазон частот, МГц

Срез пьезоэлемента

Изменен!

le частоты". 10 -

реальное

допустимое

«

1 .

20-100

/ AT (В)

2,5-5

5-10

Не оговорено

1 AT (Г)

5-10

20-25

35-50

100-300

AT (В)

2,5-5

5-10

в скобках указан тнп корпуса резонатора; В - вакуумный; Г - герме-тнзнроваииый.

а- за год. б - за 10-12 лет. в - от механических воздействий.

Допустимая мощность рассеяния у высокочастотных меньше, чем у среднечастотные;. При изменении мощности рассеяния у высокочастотных резонаторов происходит большее изменение частоты, чем у средиечастотных.

В соответствии с ГОСТ 11599-67 максимальная мощность рассеяния ие должна превышать 2 мВт; ГОСТ 23546-79 ограничивает ее значение до 1 мВт для петермостатируемых резонаторов и до 0,5 мВт для тсрмостатируемых; причем рекомендуемым значением по этому ГОСТ является 0,5 мВт для петермостатируемых и 0,2 мВт для тсрмостатируемых.

Высокочастотные вакуумные резонаторы выполняются обычно в корпусах КА и Э, а герметизированные - в М и Т.

Данные высокочастотных резонаторов различных типов приведены в табл. 6.4 и 6.5.

В последнее время в литературе появились сообщения о разработке высокочастотных резонаторов иа чпстоты 500 МГц [33, 4). Характерной особенностью является то, что в иих используются

Таблица 6.5. Характеристики иекоторых типов высокочастотных резонаторов

Резонатор

Диапазон частот, МГп

Тип корпуса

0. 10»

т, 10»

«к

РГ-05

30-100

50-120

0.5-0.15

-120

РВ-11

30-100

80-200

0.5-0.15

РВ-59

30-100

80-200

0.5-0.15

РВ-19

100-150

40-80

0,2-0.08

-200

РВ-81

150-300

30-70

0.1-0,05

-160

Продолжение табл. 6.5

Резонатор

е., пФ

Относительное отклонение частоты. 10-

в интервале температур, "С

прн температуре настройке

-(10-60)

-(40-70)

-(60-90)

РГ-05 РВ-11 РВ-59 РВ-19 РВ-81

40-100 20-50 20-50 80-500 400--600

Менее 9 3-6 2-6

Менее 7 5-7

±(15-25)

±15 ±(5-10) ±20

±(30-50)

±20 ±(20-30)

±(50-75)

±30 ±(30-40)

±50

±50

±(10-20) ±(10-20)

±10

±20 ±(20-30)

колебания первого порядка. Это позволяет получить малое сопротивление и большое емкостное отношение т. Пьезоэлемёнты таких резонаторов выполняются в виде пластины, в которой делается углубление. Толщина пьезоэлемента в месте углубления может быть получена очень небольшой, а поскольку частота обратно пропорциональна толщине, то ее удается получить равной 500 МГц н выше.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [10] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

0.0034