Главная Промышленная автоматика.

- 0,01)10-«; (0,01 -0,1)10-»; (0,1 - 1)10-»; (1 - 10)10-»; (10 - 100)10-»; более 100- 10-». Внутри каждой группы стабильности могут быть различными. Целесообразно для унификации требований выбирать нестабильности по следующему ряду в одной группе: ±1; ±1,5; ±2; ±2,5; ±3; ±5; ±7,5 и ±10. Обычно в кварцевых генераторах за классификационную стабильность принимают температурную стабильность частоты в рабочем интервале температур.

По диапазону частот: низкочастотные (1 - 1000 кГц); среднечастотные (1-30 МГц); высокочастотные (выше 30 МГц).

По элементной базе н способам конструирования:

на дискретных элементах; гибридные с резонатором; гибридные с пьезоэлементом; интегральные с пьезоэлементом; интегральные на пьезоэлементе.

2.2. Характеристики схем НГ

Схемы КГ могут быть подразделены по следующим признакам: По частотам возбуждения резонаторов: схемы последовательного резонанса (резонатор работает вблизи частоты последовательного резонанса), схемы параллельного резонанса (резонатор работает на частоте, близкой к частоте параллельного резонанса).

По характеру возбуждения резонатора: на основной частотена колебаниях высших порядков. Колебания высших порядков широко используются в высокостабильных (прецизионных) кварцевых генераторах и в случаях, когда необходимо получить высокие частоты (свыше 15-40 МГц) без применения умножителей частоты.

По месту включения резона т о р, а различаются трехточечные схемы с резонаторами соответственно между базой и коллектором транзистора; между базой и эМиттером транзистора; между эмиттером и коллектором транзистора. Схема с кварцевым резонатором, включенным между базой н коллектором транзистора, называется емкостной трехтонкой. Эквивалентная схема КГ, собранного по такой схеме, приведена на рнс. 2.1. Если резонатор включен между базой н эмиттером или эмиттером н коллектором, схемы называются индуктивной трехтонкой. Если последовательно с резонатором не включено реактивное сопротивление или это сопротивление имеет емкостный характер, то резонатор возбуждается на частоте, расположенной между частотами последовательного » параллельного резонансов.

При индуктивном характере реактивного сопротивления, включенного последовательно с резонатором, последний может возбуждаться на частоте ниже или выше частоты последовательного резонанса; при определенном значении этого реактивного сопротив-

Z1

Рис. 2.1. Обобщенная эквивалентная трехточечная схема КГ

ления резонатор возбуждается па частоте, совпадающей с частотой последовательного резонанса.

Наиболее широко из таких схем используется емкостная трех-точка. Она позволяет получить максимальную стабильность частоты КГ, более проста в регулировке, надежна по сравнению с индуктивными трехточкамн.

Схемы с включением кварцевого резонатора в цепи обратной связи показаны на рнс. 2.2 Резонатор в таких генераторах возбуждается на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса. Схемы с кварцевым резонатором в цепи обратной связи менее критичны к значению динамического сопротивления резонатора: в них можно применять резонаторы с большим i?„ по сравнению с трех-

U2J I НП йг"

<у <5> в>

Рис. 2.2. Эквивалентные схемы КГ с кварцевым резонатором в цепи обратной

связи:

а - в цепи базы; б - в цепи эмиттера; а - в цепи коллектора

точечными схемами. При той же мощности, рассеиваемой на кварцевом резонаторе, эти схемы позволяют получить больший уровень напряжения на нагрузке КГ. Однако стабильность частоты КГ, выполненного по схеме с кварцевым резонатором в цепи обратной связи, ниже стабильности при использовании трехточечных схем. Поэтому эти схемы с кварцевым резонатором используютсязначительно реже по сравнению с трехточечными схемами (рнс. 2.3).

2.3. Основные соотношения для расчета КГ

Основным соотношением, описывающим стационарный режим КГ, является уравнение стационарного режима [68, 16]

Syi (e)e*Z„=I

(2.1)

где S - крутизна аппроксимированной статической характеристики коллекторного тока транзистора; 6 - высокочастотный угол отсечки; Yi (6) - коэффициент разложения первой гармоники коси-нусоидального импульса; фз - фаза усредненной за период колебаний крутизны коллекторного тока Sy (6); Zy - управляющее сопротивление автогенератора.

Рассмотрим соотношения для расчета элементов частотозадаю-щей цепи КГ, собранного по емкостной трехточке, в котором последовательно с резонатором Пэ1 включен элемент уравнения частотой генератора 7у.н (рнс. 2.4).

Управляющее сопротивление КГ: Zy = KZi (Z + Zy.H + Z„b)/ (Zj + Zi+ Zy.H + Z„b), где Zhb = Rkb + -"кв - полное эквивалентное сопротивление кварцевого резонатора; Z,, Zj - полные



сопротивления элементов цепи обратной связи; Zy.„ - полное сопротивление элемента управления частотой КГ; К = -Zj (Z2 + + Zy „ + 2,(в) - коэффициент обратной связи.

При этом Zy = -ZiZj/ (Z, + Z2 .+ Zy.„ + Z,;!,). В [16] проанализирован установившийся режим КГ и показано, что модуль управляющего сопротивления генератора

IZvl--

Х2 (1 - tg Ф1 tg Фг) [ 1 - tg(9i + Фг) tg . Ri + Ri + Ry-n + Rb

• oos (

(2.2)


4>

Рис. 2.3. Эквивалентные трсхточечпые схемы КГ: а - емкостная; бив - индуктивные

где Х, Хз и /?2 - реактивные и активные составляющие Zi и г; Куп кв - активные сопротивления управляющего элемента и резонатора соответственно; фд, фг - Фазы Zi и соответственно (tgq,j= /?i/A:i); (tgф2= RzXi): ф5-фаза крутизны транзистора.

Частота КГ, выполненного по схеме емкостной трехточкн в соответствии с обобщенной схемой, приведенной на рис. 2.4, в общем случае ие равна частоте последовательного резонанса резонатора и определяется из выражения/ = /„ [(1-0,5тЛр.полн1--г.поли)), где х,.„аяи=Х1 + Xi+Xy.„-(r, + г + Гу.„) tg (ф1 + Ф2 + Ф,)-значение приведенного полного реактивного сопротивления к,1; i, Х2, Ху „, /-1, г, и Гу „ - приведенные реактивные и активные составляющие; Zi,"Z2 и Zy.H - относительные безразмерные величины, равные отношению сопротивлений к модулю реактивного сопротивления емкости резонатора С„ \Х I = !/соСо.

При изменении реактивного сопротивления, включенного последовательно с резона-2 f тором, изменение частоты КГ определяется из выражения

Д/ == -0.5m/„A.v (1 - e)V (! - Ах {\ - е)],

(2.3)

где Ддг = АХ/\Х(\ - приведенное значение

Рис. 2.4. Эквивалент- измеиення реэктивного сопротивления, пая трсхточсчная Выражением (2.3) пользуются при расчете

том"\нрвлен„я"ча: управляемыл- по частоте КГ: частотио-моду-

стотой лнрованных, с частотной манипуляцией.


термокомпенснроваимых и др., т. е. во всех случаях, когда по известному изменению реактивного сопротивления Дл; необходимо определить изменение частоты, и, наоборот, когда по заданному изменению частоты Д/ необходимо определить требуемое изменение реактивного сопротивления Ах. Это же выражение используется и для расчета дестабилиз41ругощего влияния изменения реактивных сопротивлений, включенных последовательно с резо11атором.

ЭЛЕМЕНТЫ КВАРЦЕВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ 3.1. Резисторы, терморезисторы

Резисторы с постоянным сопротивлением применяются в КГ для создания режима полупроводниковых элементов, в цепях фильтрации и развязки, в цепях формирования термозависимого напряжения, в качестве шунтирующих элементов и др. Требования, предъявляемые к резисторам в составе КГ, определяются иа-зиачением цепи и степенью ее влияния на основные выходные характеристики КГ. Кроме требований, которые предъявляются в обычных Каскадах усиления, резисторы, входящие в состав цепей компенсации ТККГ, наряду с высокой стабильностью сопротивления должны обладать малым температурным коэффициентом. Параметры резисторов с постоянным сопротивлением, наиболее часто применяемых в КГ, приведены в табл. 3.1.

Материал токопроводящего слоя всех перечисленных в табл. 3.1 резисторов, кроме отмеченных звездочкой, -металлодиэлектрик, отмеченных звездочкой - металлофольга. Разброс температурного коэффициента сопротивлений ТКС для каждого типа приведенных в таблице резисторов уменьшается с увеличением поминального значения сопротивления.

В последнее время начат выпуск прецизионных металлофольго-вых резисторов С7- IT, которые имеют номинальную мощность рассеяния 0,125; 0,25; 0,5 Вт н диапазон номинальных сопротивлений 10-10* Ом. Допустимое отклонение сопротивления этих резисторов от номинального значения ±0,01%, изменение за 1000 ч нагрузки ±0,01%, изменение при воздействии механических и климатических факторов ±0,01%.

В табл.. 3.2 приведены параметры микросхем наборов резисторов, выполненных по тонкопленочнон технологии в герметичных металлостеклянных корпусах размером 19,8 X 22 X 4,5 мм. Тонкопленочная технология позволяет в перспективе повысить точность изготовления таких резисторов до 0,005%. Широкое применение резисторных микросхем (наборов резисторов) в КГ ограничивается лишь их большими габаритами.

Резисторы с переменным сопротивлением применяются в цепях установки температуры в ТСКГ, в цепях компенсации для установки определенного значения сопротивления и в цепях коррекции изменения частоты КГ. Во всех этих случаях переменный резистор должен иметь сопротивление высокой точности (высокую разрешающую способность) и сохранять свое значение при воздействии дестабилизирующих факторов. Наиболее полно указанным требованиям



и 5 0.S

« 2 * £ » *2 о. - аз л

эииэио1П1Хо ей »3Xuotf И1чич1гвиивим

га к

X с>

а ЧХЭОИЙТОИ

ВЕИч1Геввион

о - о -• . . «о t~ (D «о из оо" - V -

ХХХХХХХХ XXX -

со ч." м X -

0 000(0000 из (О I--. «3 f-" из

(N со" (N со" " м со

ооооютюю +1 НН НН +1

ё S „ "г о

о" о" 41 •=>

+1 +1

Н +1

Н -Н +1 +1 -н -н -н

§ § к

"7 Т I о о

S S S •« •«

Hi НН +1

о о <о

о о ~ о о I

ООО ООО !М !М !М

о о о TI

н -й § ......

55 НН НН НН

HI НН +1

М М <N М - -<

-н-н-н-н-н-н-н-н

о о о о о

-н -н -н -н -н

ъ ъ ъ ъ ь ъ ъ

о 6 о о

со Ю -• М о (N со I оо со" со со" <>J <>J ~

2 &

- i i 7

I 7 - I ~

-• I <м -< о

~ м" о" со со

ю ю (М ю

<N Ю <N Ю Ю <N Ю - (М - - W -

ю ю ю

. и> <м <N

оооооооо

о о о о о

So"

<j> 5 3

о у и

Таблица 3.2. Параметры резнсторных микросхем (набор резисторов)

•2 О < X

§1

§1 is

if 5

1 it

Чв в

X и tr tr Оо

1- с

а о о.

И2НС.01

Сг-SiO

102-3-10»

±0,5

±0.1

0,125

И2НС.ОЗ

Сг-SiO

103-2,5-10S

±(0.5-

±0.2

0,125-

-1.0)

-0,25

И2НС.05

Cr-SiO

10«-10

±(0,5-

±(0,1-

0.125-

н Сг-NdaOs

-1.0)

-0,5)

-0.25

И2НС.06

Сг н

3-10»

±0,5

±0.1

0,25

Cr-SiO

И2НС.07

Cr-SiO

10=-2-105

±0.5

±0.1

0,251,0

отвечают подстроечные многооборотные проволочные резисторы СП5 (ТКС = ±150 • 10-8) н керметные СПЗ-37 (ТКС = = ±(500 - 1000) • 10-е. Параметры этих резисторов приведены в табл. 3.3.

Терморезнсторы. В термостатнрующнх устройствах ТСКГ н цепях компенсации ТККГ в качестве датчиков температуры широко используются терморезнсторы. У большинства терморезнсторов сопротивление уменьшается по мере увеличения температуры, т. е, они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

Сопротивление терморезисторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления изменяется по экспоненциальному закону:

в/т-в/т.

(3.1)

где Rjfj - значение сопротивления терморезнстора при температуре Та, К; В- постоянная, зависящая от свойств полупроводникового материала терморезнстора.

Такие терморезнсторы выполняются на основе медно-марган-цевых, кобальто-марганцевых н медно-кобальто-марганцевых полупроводников.

Постоянную В можно определить по известным значениям сопротивления терморезнстора при температурах Ti н Т- В = = 2,303 (Ig - Ig Rj)l (Гг - Tj). Используя (3.1), можно определить температурный коэффициент сопротивления терморезнстора: a=RY dRj-ldT - B/T" 1/°С. Температурный коэффициент сопротивления зависит от температуры и задается при 293 К (20 °С). Для терморезисторов ММТ и КМТ эта зависимость показана на рис. 3.1. На этом же рисунке приведена зависимость относительного сопротивления терморезисторов от температуры. Кроме





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

0.0035