Главная Промышленная автоматика.

генератора. После этого выбирается схема и рассчитываютси элементы цепи управления частотой для осуществления термокомпеисацнн. Исходным параметрбм при этом является крутизна характеристики управления частотой, которую определяют из допустимого влияния цепи на стабильность частоты. Все необходимые рекомендации и формулы для этих расчетов приведены выше.

В цепи управления частотой кроме элементов, предназначенных для термокомпеисации, включают элементы, с помощью которых подстраивается частота для получения номинального (заданного) значения прн изготовлении и эксплуатации. В качестве таких элементов могут быть использованы конденсаторы постоянной емкости, подбирая которые, осуществляют грубую настройку. Для точной настройки могут использоваться коидеисаторы переменной емкости или перестраиваемые катушки индуктивности. Дистанционная подстройка частоты может быть обеспечена прн использовании в качестве корректоров частоты варикапов. Расчет элементов коррекции проводится по формулам, приведенным в разд. 4.

После расчета корректора частоты выбирается схема актнвибй части генератора, требования к которой в ТККГ не отличаются от требований, предъявляемых к обычным генераторам. Поэтому выбор и расчет элементов активной части схемы могут быть произведены в соответствии с рекомендациями, изложенными в разд. 4. Отличие заключается в учете Сопротивления потерь, которые для ТККГ необходимо определять при максимальной расстройке вверх, где сопротивление потерь имеет наибольшее значение [ 17].

В состав ТККГ целесообразно включать стабилизатор напряжения источника питания, даже если питание осуществляется от ста-билизироваииого источника. Это позволяет скомпенсировать изменения частоты за счет температурной нестабильности" напряжения на выходе стабилизатора и улучшить результирующую стабильность частоты.

Формирователь термозавнсимого напряжения выбирается и рассчитывается по рекомендациям, изложенным разд. 7.

Вследствие разброса ТЧХ и динамических параметров резонаторов и параметров элементов цепи управления частотой, параметры элементов схемы ТККГ имеют большой разброс в зависимости от типа резонатора, частоты и диапазона рабочих температур генератора. Поэтому привести все случаи исполнения практических схем с указанием значений параметров элементов не представляется возможным. Ниже приводятся схемы, иллюстрирующие принципы практического исполнения ТККГ. Во всех приведенных схемах могут использоваться резонаторы AT на частоты 9-15 МГц с колебаниями первого порядка.

На схеме рнс. 7.8 представлена схема ТККГ, компенсация в котором производится с помощью резнсторно-терморезисторного \юста R1-R11 и варикапа ДЗ. Активная часть генератора выполнена по схеме емкостной трехточки на транзисторе Т2. Напряжение высокой частоты снимается с контура L2, С11 С12, настроенного иа частоту первой гармоники. Конденсатор С6 в цепи управления частотой служит для грубой подстройки частоты, точная настройка обеспечивается варикапом Д2, напряжение иа котором меняется с помощью резистора R12. Индуктивность L1 обеспечивает работу генератора на частоте последовательного резонанса резонатора.

В ТККГ рис. 7.9 осуществляется кусочно-нелинейная компенсация с помощью функционального преобразователя с диодом Д2, ко-

торый подключает к ТЗП R1-R4 шунтирующий потенциометр R5 при значениях температуры ниже некоторого значения, определяемого положением подвижного контакта потенциометра. Такой формирователь обеспечивает компенсацию с высокой точностью резонаторов, имеющих в рабочем интервале температур монотонно падающую ТЧХ с экстремумом в районе нижней границы. Напряжение


Рис. 7.8. Схсиа ТККГ с коипеисацнсй с помощью термозавнсииого моста

компенсации подается иа варикап Д4. Для коррекции частоты служат подборная емкость С4 и варикап ДЗ, включенный параллельно индуктивности L1. Активная часть генератора выполнена аналогично схеме рис. 7.8.

Схема рис. 7.10 иллюстрирует практическое исполнение ТККГ с кусочно-иелииейной термокомпеисацией с помощью функциоиаль-


Рис. 7.9. Схема ТККГ с компеисацнеА с помощью функционального преобразователя на диодах



ноГо преобразователя на транзисторах. Формирователь обеспечивает получение ВТХ с одним экстремумом, левая ветвь которой определяется ТЗП R1-R4, правая - ТЗП R7-R9, R13, значение напряжения в районе экстремума ТЧХ резЬнатбра - делителем R5, R6. Резисторы R11, R15 н R12, R16, включенные в эмиттеры транзисторов, служат для регулировки изменения напрякення на участке компенсацнн. Напряжение с выхода формпросатсля подается на варикап Д1. Коррекция частоты осуществляется с помощью


Рис. 7.10. Схема ТККГ с компенсацией с помощью функцион.чльного преобразователи на транзисторах

конденсатора С6 и катушки индуктивности L1. Активная часть генератора выполнена на двух транзисторах микросборки по схеме, аналогичной схеме рис. 7.8.

Термокомпенснрованиые кварцевые генераторы, выполненные в соответствии с описанными в настоящем разделе рекомендациями. Имеют следующие технические характернетнкн: диапазон частот 5-90 МГц; стабильность частоты в интервале температур (от -10 до + 50°С) i (0,5-!)• 10-«, в интервале температур (от-60 до -Ь70°С) ± (1-2)-10-; потребляемая мощность 25-50 мВт; выходное напряжение на нагрузке 50 Ом 150мВ; объем прн выполненин иа дискретных элементах 25-50 см; па интегральных схемах 5-10 см.

Повышьнне стабильности частоты в более широком диапазоне частот независимо от порядка используемого колебания резонатора может быть достигнуто при нспользбваинп термостатированных генераторов, которым посвЯщеи следующий раздел.

ТЕРМОСТАТИРОВАННЫЕ КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

8.1. Кварцевые резонаторы для ТСКГ

Кварцевые резонаторы, предназначенные для ТСКГ, имеют ряд Особенностей, обусловленных спецификой их работы. Одной нз таких особенностей является обеспечение малого измеиення частоты п интервале рабочих температур термостатирующих устройств. Для это-


Рис. 8.1. Зависимость температуры /э различных резонаторов от угла ориентации срезов


Рис. 8.2. Зависимость нестабильности частоты кварцевых резонаторов различных срезов от измеиення температуры Aty, прн tp=t» в р-.о + 5° С



го среднее значение температуры, соответствующее экстремальному значению частоты, ig выбирается вблизи рабочей температуры термо-статирующего устройства, что достигается специальной ориентацией пьезоэлементов различных срезов. Температура

- &ов ± У*ов-ЗаовС

Прн этой Температуре значение температурного коэффициента частоты

1 df

f dt

= «ов+2*ов(э-о) + Згов(а-о)= = 0.

-5 -« -3 -2 -

Из рнс. 8.1 видно, что резонаторы БТ и ДТ наименее чувствительны к неточности ориентации. Изменение частоты при отклонении рабочей температуры tp от температуры ta для различных срезов различно (рис. 8.2). Из анализа кривых видно, что наиболее стабильными являются резонаторы ИТ, РТ и AT. На рис. 8.2 представлен ряд кривых для /р = ta и = + S° С. Как видно из рисунка, лучше выбирать рабочую температуру термостатированного генератора, равную температуре ta.

Представляет интерес .оценить изменение ТКЧ резонаторов при отличии температуры <р от температуры ta (рис. 8.3).

Следует отметить, что ТКЧ резонаторов зависит от скорости изяеив-иия температуры, и поэтому в динамическом режиме ТКЧ резонаторов может существенно увеличиваться. Более подробно это будет рассмотрено в разд. 9.

Стандартом [56] определены пять значений рабочих интервалов температур термостатированных резонаторов. Максимальное отклонение частоты в этих интервалах зависит от типа среза, частоты резонатора, неточности ориентации пластин, а также от размеров пьезоэлемента, электродов и крепления. Значения максимальных относительных отклонении частоты кварцевых резонаторов различных частот по данным [56] приведены в табл. 8.1. Из таблицы видно, что более высокую температурную стабильность частоты имеют резонаторы на частоты выше 800 кГц. Следует отметить, что при каждом включенян ТСКГ резко изменяется температура резонатора (температурный удар). Кроме того, резонаторы в ТСКГ работают при


Рис. 8.3. Зависимость ТКЧ кварцевых резонаторов различных срезов от изменения температуры

Таблица 8.1. Максимальные относительные отклонения частоты резонаторов [ИЗ]

Интервал рабочих

температур. "С

Температура иастройкн резонатора, "С

Максимальное отклонение частоты в Н1гтервале температур, 10-, в диапазоне чаотот, кГц

4 - 800

9-800

14-800

14-60:

1 00 -800

20-30

25±1

±10

±10

±10

±10

45-55

50±1

±30

±10

±10

±10

5565

60±1

±50

±30

±30

±10

65-75

70±1

±50

±30

±10;

75-85

80±1

в диапазоне частот выше 800 кГц для всех интервалов рабочих температур максимальное отклонение частоты может иметь значения ±5; ±10; ±15; ±20; i25: ±30.

Таблица 8.2. Основные характеристики вакуумных резонаторов РВ-11 и РВ-59

Показатели

РВ-59

Тип корпуса

ЭА, ЭВ, ЭБ,

ЭГ, ЭД

Диапазон частот, МГц

4,S-100

S-30

30-100

Допустимое относительное отклонение

±10

±5

частоты, 10""

±10

ИнтерЬал рабочих температур, "С

55-65

65-75

Максимальное относительное отклонение

±(2,5-5)

±(1,5-2)

частоты в интервале температур, 10-

Добротность, 10*

80-300

80-300

Емкостное отношение, 10-

5-0,15

5-0.15

Динамическое сопротивление. Ом

5-75

5-65

Приведенное сопротивление, 10"

2-50

2-50

Статическая емкость Со, пФ

Допустимое относительное изменение

частоты во времени, Ю":

±3

за 1 год

±5

за 12 лет

±(15-20)

±10

Относительное отклонение частот от ме-

±(2-3)

±(1-2)

ханических и климатических воздейст-

вий, 10-»





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

0.0037