Главная Промышленная автоматика.

температуры относительно +25 °С. Благодаря сравнительно высокой частоте срабатываний динамическая ошибка такого регулятора не превышает ±0,005С, а статическая ошибка интервала температур от -50 до +65 "С не более +0,15 °С без термостатироваиня элементов схемы.

Рассмотренные в качестве примера три разные схемы регуляторов температуры, разумеется, пе исчерпывают многочисленных моди-фнкадни схем, однако приведенные выше формулы позволят читателю оценить параметры и определить пригодность других разно-


Рис. 8.9. Схема двухпозициоиного регулятора температуры с предварительным

усилителем

видпостен схем для обеспечения технических требований, предъявляемых к тсрмостатнругощему устройству ТСКГ.

Располагая нcoбxoдншми данными по обеспеченнго требуемых параметров термостатирующего устройства, можно перейти к рассмотрению параметров ТСКГ tJ целом.

8.4. Схемно-констр/ктивные особенности ТСКГ

К современным ТСКГ ьредъявляются жесткие требования в отношении нх габаритов н энергопотребления. Это заставляет в большинстве случаев отказываться от термостатироваиня всех элементов ТСКГ и помещать в термостат только элементы, определяющие основную долютемпсратурпонпестабнльностн частоты: резонатор н реактивные элементы корректора частоты с большим импедансом. В этом случае объем ТСКГ уменьшается до (0,3-0,5) дм, а мощность стационарного режима до (4-8) Вт. Поскольку вариант ТСКГ с частичным термостатнрованием элементов является наиболее распространенным, рассмотрим его подробнее на примере ТСКГ с резонатором типа Э.

Конструкция этого ТСКГ (рнс. 8.10) состоит из двух основных частей: термостата с установленными на нем платой 1 активной части генератора с буферным усилителем п платой 10 регулятора со схемой форснровапиого подогрева; наружного металлического корпуса

со съемной крышкой, герметически опаиваемой по периметру основания 11 корпуса.

На рисунке приведен вид сверху на конструкцию ТСКГ-со снятой крышкой н разрезом по камере термостата. Термостат состоит нз цилиндрической медной камеры 5, в которой размещен резонатор 6 с варикапом 4 и развязывающим резистором. На поверхности камеры расположены три обмотки подогрева: основная 7, компенсационная 8 и форсированного подогрева 7. Все обмотки намотаны бифнлярно в одпп слой, причем обмотки 7 основного и форсированного подогрева наматывают одновременно в четыре провода. Датчик 9 расположен под обмоткой 8 компенсационного нагревателя, включенного параллельно основному.

Рис. 8.10. Конструкция ТСКГ с проволочным нагревателем:

/ - плата генератора: 2 - теплоизоляционный кожух; 3 - теплоизоляционная пробка; 4 - варикап: 5 - намера; 6 - кварцевый резонатор; 7 - обмотки нагревателя -- основная и формированного подогрева; . 8 - компенсационная обмотка; 9 - датчик; 70 - плата регулятора; - основание корпуса; 12 - штифты; 13 - рама из прессматерпала; 14 - один из крепежных винтов

Камера с расположепнымп на ней элементами заливается пенополиуретаном ППУ305А в раме 13 нз прессматернала АГ-4, жестко закрепляемой на основании И корпуса.

Теплоизоляционная пробка 3 нз набора войлочных дисков устанавливается в углублении теплоизоляционного кожуха 2, оставляемого при заливке для доступа к камере термостата.

Все электрические соединения от элементов термостата выполнены тонкими проводами, залитыми в теплоизоляционном кожухе, которые распаиваются на штифты 12 рамы 13. ПлатЫ 1 п 10 также крепятся к раме 13 с помощью четырех винтов l4 каждая. Выходные контакты блока выполнены в виде гребенок с металлостеклянпымн спаями в оспованпн И корпуса. На рисунке показаны элементы, ус-таповлеппые па плато 1 генератора, элементы па плате 10 терморегулятора не показаны, чтобы ие загромождать рисунок.

В качестве регулятора температуры используется схема, приведенная па рис. 8.9. Вариант ТСКГ с частичным термостатпрованп-ем элементов па базе кварцевого резонатора типа Э позволяет получить следующие параметры.




Диапазон рабочих частот, МГц, перекрываемый несколькими поддиапазонами с заменой резонатора и элементов схемы при переходе от одного поддиапазона к другому..............4,5-60

Коррекция частоты.....±(7,5-15)-10-

Нестабильность чдстотчл:

от механических и климатических

воздействий . ...... ± 0,5-2)-10-»

в интервале температур окружающей среды от -50 до +60 °С . . ±(0,2-0,5)-10-» за в»емя эксплуатации, не Солее:

1 год........ +-3а0-»

12 лет . . •...... +(5-15)-10-»

Время готовности, мин, к работе с момента включения от холодного состояния, не более....... 10

Потребляемая мощность, Вт, не более:

максимальная ..... 25

в стационарном режиме ... 6 Выходное напряжение, мВ, иа нагрузке 50 Ом ........ 300±100

Напряжения источников питания, В . 12,6±10% и -i-27±15% Габаритные размеры . „ . . . 108X85X44

Стабильность частоты ТСКГ при прочих равных условиях определяется стабильностью параметров примененного резонатора. Поэтому, применяя специальные типы резонаторов, можно в несколько раз повысить и стабильность частоты ТСКГ.

Таким образом, вариант ТСКГ с частичным термостатнрованием элементов позволяет уменьшить его объем и энергопотребление почти в 2 раза при некотором ухудшении температурной стабильности частоты вследствие влияния нетермостатированнон части схемы.

Эта температурная нестабильность частоты может быть уменьшена двумя способами: во-первых, способом температурной компенсации, описанным разд. 7, во-вторых, путем управляющего воздействия на изменение температуры термостатировання при изменении температуры окружающей среды.

Для дальнейшего уменьшения энергопотребления рассматриваемого варианта ТСКГ может быть реко.мендовано камеру термостата 5 (см. рис. 8.10) раз.чещатьвнутри сосуда Дьюара, который укрепляется в раме 13 с помощью заливки герметиком-викснитом У4-21 прн сохранении объема конструкции, приведенной на рисунке. Такое решение позволяет уменьшить мощ)1ость стационарного режима ТСКГ до 1-2 Вт.

Одновременно уменьшить габариты и энергопотребление ТСКГ н Повысить температурную стабильность позволяет использование гнбридно-пленочпон технологии в сочетании с сосудом Дьюара в качестве теплоизоляционного кожуха. При это.м используют миниатюрные кварцевые резонаторы КА, а функциональные узлы выполняют в виде отдельных мнкросборок. Такая конструкция позволяет полностью термостатировать элементы, поместив нх в герметизированную медную камеру термостата, которая, в свою очередь, размещается в сосуде Дьюара, закрепляемом в проином корпусе с помощью вспенен}ого пеиополиуретаиа.

Для уменьшения габаритов камеру термостата бЫнолняют в форме параллелепипеда, а резонатор и микросборки располагают в отсеках по периметру камеры [147]. Это не позволяет использовать проволочный нагреватель для камеры и требует применения специальной схемы пропорционального регулятора температуры на постоянном токе (рнс. 8.11), Регулятор выполнен па основе гибридной технологии с использованием в качестве нагревателей бескорпусных мощных транзисторов Т6, Т7, а в качестве датчиков температуры 5мнттерных переходов бескорпусных транзисторов Т1, Т2. Виутреи-


±0,1-10-» 15

Рис. S.II. Схема регулятора температуры с транзисторным датчиком и нагревателем

НИИ стабилизатор напряжения собран на бескорпусной микросхеме У1 и стабилитроне Д1, регулирующее устройство - на микросхеме У2. Параметры ТСКГ следующие.

Температурная нестабильность частоты, не

более ........

Время готовности к работе, мин

Потребляемая мощность, Вт:

максимальная ... ... 9

в стационарном режиме ... 0,6

Напряжения источников питания, В . . . +12 и +20

Объем, дм .... ... 0,2

Дальнейшее уменьшение габаритов и энергопотребления ТСКГ стало возможным с разработкой так называемых резонаторов-термостатов (РТ) [47], сочетающих в единой конструкции вакуумнро-ванного cтeкляннoгoбaллoa, пьезоэлемент, датчик и нагреватель. В качестве нагревателей в РТ используются проволочные нагреватели нз микропровода или нагреватели из набора включаемых в параллель позисторов. Общий вид РТ с позисторным нагревателем приведен на рис. 8.12. В вакуумнрованном стеклянном баллоне 1 расположена металлическая камера 2, на основании 4 уторой с помощью пружинных держателей закреплен пьезоэлемент 3. К наружной поверхности основания припаяны позисториын нагреватель 6, температура которого контролируется с помощью терморезис-ооного даг-



чика 5. Осиоваиие 4 установлено на металлических стойках 7, закрепленных в теплоизоляционной пластине 8. Выводы 10 выполняют из тонкого провода с минимально возможным коэффициентом теплопроводности. В качестве регуляторов температуры РТ могут быть использованы пропорциональный (см. рис. 8.7) или двухпознцион-

иый (см. рис. 8.8) регуляторы с принудительной частотой переключений.

При выполнении ТСКГ на базе РТ особое внимание должно быть обращено иа уменьшение влияния иетермостатироваиной активной части генератора на температурную стабильность частоты, так как размещение варикапа Д1 электронного корректора в этом случае происходит вне термостатируемого объема. Принципиальная схема актив-

Рис. 8.12. Конструкция резонатора - термостата с позисторным нагревателем: / - вакуумированиый стеклянный баллон: 2 - металлическая камера; 3 - пьезоэлемент; 4 - осиоваиие камеры; 5 - тер-морезисторный датчик; 6 - позисторный нагреватель; 7 металлические стойки: 8 - теплоизоляционная пластина; 9, 10, И - выводы.

иой части ТСКГ (с буферным усилителем) на базе РТ приведена иа рис. 8.13. На схеме штриховой линией обведен пьезоэлемент Пэ1, размещенный в баллоне РТ. Автогенератор выполнен на одном из транзисторов матрицы У1. В качестве электронного корректора используется варикап Д2, смещение иа котором изменяется регулируемым резистором R 1, а подается через развязывающий резистор R6. Элементы LI, СЗ и С2 служат для обеспечения работы резонатора

Г/ г/аозг



Рис. 8.13. Схема активной части ТСКГ с буферным усилителем на бизе резонатора - термостата

вблизи частоты последовательного резонанса и настройки номинального значения частоты 10 МГц. Линейный стабилизатор напряжения выполнен на транзисторе Т2 и стабилитроне Д1, а параметрический стабилизатор - иа полевом транзисторе Т1 и стабилитроне Д1. В качестве буферного усилителя используется резистнвный каскад на одном транзисторе и каскодный резонансный усилитель на двух траизисторах.

Особенностью является использование дополнительной термо-компеисирующей цепочки R3* R4* R5, подключенной между подвижным контактом R1 и источником стабилизированного напряжения на Д1 [25,9]. Это позволяет обеспечить сохранение высокой температурной стабильности частоты при различных напряжениях смещения иа варикапе в процессе коррекции частоты, так как коэффициент передачи напряжения от источника иа варикап изменяется при изменении положения подвижного контакта RI так, что компенсирует влияние изменений ТКЕ варикапа прн разных смещениях. В результате удается сохранить температурную стабильность частоты ТСКГ в процессе коррекции.

Использование РТ позволяет создавать термостатированные кварцевые генераторы с уменьшением температурной нестабильности частоты до ±1-10- и объема до 0,08 дм (на дискретных элементах) илн до 0,03 дм (по гнбридно-плёночной технологии) с потребляемой мощностью в стационарном режиме 0,2-0,35 Вт при крайней отрицательной темпеЕ,атуре.

Прн переходе к более высоким стабильностям частоты приходится учитывать дополнительные факторы, определяющие схемно-конструктивные особенности генераторов. Эти факторы будут рассмотрены в следующем разделе.

ПРЕЦИЗИОННЫЕ КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ 9.1. Прецизионные кварцевые резонаторы

К прецизионным относятся кварцевые резонаторы самой высокой стабильности частоты, которую можно реализовать прн использовании пьезоэффекта. Эти резонаторы имеют высокую добротность и температурную стабильность в рабочем интервале температур, малое изменение частоты во времени как в течение всего срока эксплуатации, так и в течение малого времени (например, в течение суток). Прецизионные резонаторы, как правило, выполняются на конкретные частоты, выбор которых обусловливается возможностью получения высокой стабильности частоты. В настоящее время прецизионные резонаторы могут работать в термостатированных и термоком-пенсированных генераторах.

Рассмотрим сначала параметры прецизионных резонаторов для ТСКГ. Добротность резонаторов уменьшается с увеличением частоты (рис. 9.1) вследствие уменьшения индуктивности. Однако с уменьшением частоты иа низких частотах добротность также начинает уменьшаться преимущественно из-за возрастания потерь в системе крепления пьезоэлемента. На рисунке показаны границы изменения добротности резонаторов - верхняя кривая соответствует большим





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

0.0042