Главная Промышленная автоматика.

no Б0збуя{дени10, является схема, приведенная На рис. 12.8. Собст-вецно генератор собран иа транзисторах Т2 н ТЗ, и каскад иа транзисторе Т1 фактически является эыиттсриым повторителем, обеспечивающим на нагрузке 1 кОм выходное напряжение не менее 300 мВ. Генератор проверен в диапазоне частот 5-15 МГц в широком интервале температур.

Дальненшпм путем повышения точности измерений является уменьшение коэффициента Кп с помощью схем автоматической регулировки амплитуды (АРА), которая позволяет уменьиГнть амплитуду напряжения иа резонаторе в соответствии с коэффициентом регулирования, равным произведению коэффициентов передачи усилителей, и детектора между точ-

угв:



Рис. 12.8. Схема КГ с малой мощностью рассеивания на кварцевом резонаторе

кой съема напряжения с генератора и входом цепи егО смещения. Использование АРА приводит также к пропорциональному ослаблению влияния изменений уровня возбуждения резонатора, связанного с воздействием различных дестабилизирующих факторов, например изменением температуры, напряжения питания и т. д. Кроме того, малый уровень возбуждения способствует повышению долговременной стабильности частоты, уменьшая старение резонатора по сравнению со случаем, когда уровень возбуждения является неконтролируемым.

Рассмотрим две схемы КГ - с простой и сложной АРА. Принцип работы этих генераторов заключается в необходимом нзменеиин тока транзистора генератора, а следовательно, и уровня напряжения на элементах генератора, в тдм числе и резонаторе, благодаря воздействию управляющего напряжения, определяемого коэффициентом регулирования. В случае простой схемы АРА (рис. 12.9) для диапазона частот 10-20 МГц усиливается только напряжение с генератора, которое затем подается на детектор, что обеспечивает коэффициент регулирования, пропорциональный произведению коэффициента усиления усилителя и коэффициента передачи детектора.

Напояжение на вход усилителя, собранного на транзисторе Т2, подается с базы транзистора генератора через конденсатор С4. Усиленное напряжение детектируется диодами Д1 и Д2, входящими в удвоитель выпрямленного напряжения. Управляемое напряжение, снимаемое с нагрузки детектора R8, изменяет напряжение смещения на базе транзистора Т1, которое определяется напряжением на резисторе R7.

Рассмотрим кратко работу АРА. Предположим, что напряжение иа выходе усилителя увеличилось. Тогда возрастает выпрямленное напряжение, т. е. падение напряжения на резисторе R8. Это значит, что результирующее напряжение смеш.еиия транзистора TI, пред-

ставляющее собой разность падений напряжений иа резисторах R7 н R8, уменьшается. Прн этом уменьшается крутизна транзистора Т1, а значит, и амплитуда напряжения гснерацпн. Соответственно уменьшаются напряжения на элементах генератора, в том числе снижается напряжение, а следовательно, и мощность, рассеиваемая в резонаторе.

Сложная схема АРА (рнс. 12.10), кроме усиления переменного напряжения до детектора, содержит усилитель постоянного тока, включенный посла детектора. Такой генератор позволяет повысить коэффициент регулирования более чем иа порядок при сохранении

/74 т

CI 0,01

Rl 1,Sk

C3 2D0

tXRZ \\i,Sk

CS 52

C7,, 1Z

C8„ ItT

-Oifcix

RS ZiK

Af к

/,8л

/?BJCS

0,01

R8 24 к

сз o,oi

Рис. 12.9. Схема КГ с простой АРА

устойчивости и стабильности самой системы регулирования. Это достигается как благодаря правильному распределению усиления между каскадами переменного и постоянного напряжений, так и использованием в качестве усилителя постоянного тока дифференциального каскада, обладающего повышенной стабильностью своих параметров.

Напряжение с базы генератора, собранного на транзисторе Т1 сборки У1, через конденсатор С12 и резистор R9 подается на базу эмиттериого повторителя, который служит для развязки генератора от влияния нагрузки. Напряжение, усиленное резонансным усилителем ил транзистореТ5, поступает на удвоитель напряжения, состоящий из дподов. Д1 н Д2, конденсаторов С5 и СЮ и резистора R8.

Продетектиропаппое напряжение, выделенное на резисторе R8, используется для управления током транзистора ТЗ, эмиттер которого соединяется с эмиттером дополнительного транзистора Т2 В результате изменения тока транзистора ТЗ вызывает противоположное по знаку изменение тока транзистора Т2, а следовательно, и тока траизпсторп Т1, включенного с транзистором Т2 последовательно.

Любое изиеисиие напряжения на базе транзистора Т! генератора приводит, благодаря опнсапному кольцу АРА, к появлению



управляющего воздействия, стабилизирующего амплитуду напряжения иа базе генератора и иа резонаторе.

Схемы АРА уменьшают влияние мощности рассеяния, но не устраняют это влияние, так как при вариациях динамического сопротивления резонатора мощность рассеяния будет изменяться даже при постоянном напряжении иа резонаторе.

Достаточный запас генератора по возбуждению. При измерении толщины (или массы) уровня влажности и силы динамическое сопротивление может увеличиваться или уменьшаться в несколько раз, поэтому генератор должен иметь достаточный запас по возбуждению и устойчиво работать при вариациях динамического сопротивления. Это достигается выбором режима генератора. В тех случаях.

ПШ 120

0,0f

1£г

£8 ZOO

Jj?7 Wi? 15k\1,Zk к7«

R5 S,Zk

~0,01

ЙЗ ISO ,

07 ~SZ

С1 сг

510 130

С5 0,01

-с=Н

С10,,0,01

%Wo,of

R1Z 11к

RIZIZ

Рис. 12.W. Схема КГ со сложной АРА 190

/?7 390 F


Рис. 12.11. Схема КГ с малой мощностью потребления

когда Необходимо сочетать большой запас по возбуждению и малую мощность, рассеиваемую в резонаторе, целесообразно применять АРА.

Применение иерезоиаи-сиых схем. В иекоторых случаях, например при измерении массы или толщины пдеиок, изменение частоты генераторов может достигать 200-300 кГц. Из-за этого целесообразно ие применять настроенные контуры. Одна.из схем таких генераторов была показана иа рис. 12.8.

Малая мощность потреб, леиии. Иногда, например при измерении температуры, источником погрешности может быть изменение

мощности потребления генератором и вследствие этого температуры резонатора. Для повышения точности ~измерения целесообразно уменьшать мощность потребления генератора. Одна из схем такого генератора показана на рис. 12.11. Оиа аналогична схеме, показанной иа рис. 12.8, ио в ией по-другому подаются напряжения иа базы транзисторов. Генератор потребляет мощность около 1 мВт при иа-пряжеиии питания 5 В и t/вых 200 мВ на нагрузке 1 кОм.

12.4. Измерительные КГ с длинной линией

Для ослабления влияния генератора в некоторых случаях целесообразно разнести резонатор и генератор, т. е. ие подвергать генератор воздействию, под которым оказывается кварцевый датчик. В частности, использование такого генератора повышает пределы измереиия температуры, так как предельные температуры иа датчики намного превышают температуру работоспособности современных полупроводниковых приборов.

В этих случаях резонатор соединяется с генератором через длинную линию. Возбуждение подключенного к генератору через длинную линию резонатора рассмотрено в [100, 32, 53, 156, 157]. Анализ, приведенный в этих работах, показывает, что при определенных длинах линии эквивалентная добротность резонатора с учетом линии остается достаточно высокой и возможно получение высокой стабильности частоты, а следовательно, и точности измереиия. При работе резонатора вблизи последовательного резонанса и использовании схем, в которых эквивалентное сопротивление колебательного контура минимально, длина линии должна быть кратной Я,,/2. В этом случае длина линии (обычно коаксиального кабеля)

/д, = 150 л/а:/, (12.5)

где п = 1, 2, 3, АГ - коэффициент укорочения длины волиы в длинной линии; /, МГц.



Коэффициент укорочений Длины волйы характеризует уменьшение скорости распространения электромагнитной энергии в кабеле по сравнению со скоростью распространения его в свободном пространстве:

где е - диэлектрическая постоинная изоляционного материала кабеля.

Коэффициент ускорения длины волиы для коаксиального кабели со сплошной полиэтилениой изоляцией (рабочий интервал температур от - 60 до + 85° С) составляет 1,52, а для кабелей со


Рис. 12.12. Схема КГ с подключением кварцевого резонатора через коаксиальный кабель с l-W

сплошной фторопластовой изоляцией (рабочий интервал температур от - 60 до + 200° С) - 1,41 -1,44. В [531 описана конструкции коаксиального соединения, работоспособная до +400° С.

Максимально допустимую длину, задаваясь допустимым уменьшением добротности резонатора я = Рк/Окд.л. можно определить из соотношения, приведенного в [156]:

X 1п-

«(d-l)«

2d ± y4d-n» (п-1)2 (d+l)»

где = RjW; W - волновое сопротивление кабеля; а - коэффициент затухания кабеля.

При работе резонатора с расстройкой эквивалентная добротность будет уменьшаться с увеличением длины линии значительно сильнее, чем при е = О, а экстремум эквивалентной добротности в этом случае смещается от I, определенной по (12.6), на Zq.

Выражение для 1 можно получить, нспользун формулу, приведенную в [156], при е 0,3:

arctg 2

Wn {l-e)e

2р ю„(1 е)»-е»

где Wn = W/Xol; Р - коэффициент фазы.

Рассмотрим одну из схем КГ [32], использующего возбуждение резонатора с коаксиальным кабелем длиной Х/2 (рис. 12.12). Генератор собран на двух траизисторах ГТ3088, причем транзистор Т2 представляет собой эмиттериый повторитель. Изменением сопротивления резистора R5 можно регулировать мощность, рассеиваемую иа резонаторе, который включен между базой транзистора Т1 и землей. Сопротивление резистора R1 иа входе коаксиального кабеля подбиралось из условия устойчивости генератора при отсутствии кварцевого резонатора Пэ1. Для устранения паразитных колебаний контур C2L1 должен обладать высокой избирательностью, коэффициент связи L/Li л; 0,1.

~Т5Б0

I « 0,01 W С5,,5,1

ип/сТс

о,озз

Zn 03 OS

o,i?33 0,033 уоу

Am \л18к

±

e--e-

trial

Puc. 12.13. Схема КГ с длинной линией с трансформацией резонансов кварцевого, резонатора

В этой схеме резонатор возбуждается на частотах, близких к последовательному резонансу. Генератор проверялся на частотах 2,7; 5; 10; 15 и 30 МГц.

Для возбуждения резонаторов через отрезок длинной линии можно применять схемы КГ с трансформацией последовательного резонанса резонатора в параллельный резонанс схемы. Одни из вариантов такой схемы [7, 157] представлен на рис. 12.13. По своему начертанию она аналогична двухкаскадиой схеме генератора с резонатором в цепи обратной связи, включенной между эмиттерами транзисторов (между выходом эмиттерпого повторителя и входом усилительного каскада с «общей базой»). В данной схеме между эмиттерами включены конденсаторы СЗ и С6, а мегкду их общей точкой и землей включена длинная линия, нагруженная на конце резонатором. Оптимальная длина длинной линии кратна Xji.

Максимальный коэффициент передачи цепн обратной связи будет при максимальном входном сопротивлении (параллельный резонанс) отрезка длинной липни, нагруженной резонатором; при этом резонатор работает на частоте минимума полного сопротивления (вблизи последовательного резонанса).





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