Главная Промышленная автоматика.

На низких частотах в генераторах прямоугольных импульсов, стабилизированных с помощью кварцевого резонатора, и в тех случаях, когда не предъявляется высоких требований по стабильности частоты, КГ могут выполняться на операционных усилителях и цифровых микросхемах. Параметры некоторых операционных усилителей, применяемых в КГ, приведены в табл. 3.13. В табл. 3.14 приведены параметры некоторых цифровых микросхем, применяемых в КГ.

Таблица 3.14. Параметры цифровых микросхем

Входной так, мкА

Выходное напряжение, В

Время

задержки, НС

« а

£« §g

ш£

о. X с ч

ЭСТЛ

-(0.72-1.02)

-(1,625-1,88)

КМОП:

0,05

0,05

9±I0%

К176

9±5о/о

КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ НА СРЕДНИЕ ЧАСТОТЫ 4.1. Кварцевые резонаторы на средние частоты

В среднечастотном диапазоне частот 1-30 МГц используютси резонаторы в основном с колебаниями первого порядка (на частотах выше 15 МГц иногда высших порядков) сдвига по толщине.

В диапазоне 1-8 МГц пьезоэлементы резонаторов имеют форму двояковыпуклых или плосковыпуклых линз, а выше 8 МГц пьезоэлементы плоские.

Рассмотрим резонаторы с четырьмя наиболее характерными срезами пьезоэлемеитов: AT. ИТ. ВТ и РТ.

Параметры резонаторов названных срезов приведены в табл. 4.1.

Динамическое сопротивление вакуумных резонаторов R„ лежит в пределах 3--250 Ом. причем наименьшее имеют резонаторы AT.у резонаторов БТ динамическое сопротивление в 2 раза, у ИТ в 2-3 раза, а у РТ в 7-8 раз больше, чем у резонаторов AT. Герметизированные резонаторы имеют динамическое сопротивление в 1,5-2 раза больше, чем вакуумные [148].

Динамическое сопротивление среднечастотных резонаторов мало зависит от температуры. Однако у отдельных резонаторов оно может изменяться в 1.3-2 раза (большие изменения соответствуют низким частотам) в узких интервалах температур. Поэтому в тех-

Таблица 4.1. Параметры резонаторов на средние частоты

Срез пьезоэлемента

Як. Ом

ш, 10->

0, 10»

Диапазон частот 1-2 МГц

АТ(В) AT (Г)

150-50 300-100

4-0,5 8-1

2-1,5 2-1,5

150-1000 70-350

ИТ(В)

250-120

12-2,5

0,6-0.4

200-1000

Диапазон частот 2-8

АТ(В) АТ(Г)

25-5 75-15

1,5-0,3 4-1

2-1,5 2-1.5

400-2000

БТ(В) БТ(Г)

50-ГО 150-20

2,5-0,6 7-1,2

0,7-0.5 0,7-0,5

800-3000 300-1200

ИТ(В) РТ(В)

40-8 180-40

3-1 7-3

0,6-0,4 0,15-0,1

450-2000 1000-3000

Диапазон частот 8-30 МГц

АТ(В)

АТ(Г) БТ(В)

БТ(Г) ИТ(В) РТ(В)

12-3 40-10

25-6 60-25

2,5-1 8-1,5

4-1,5 10-3

5-3.5 5-3,5

1,8-1,5 1,8-1.5

80-400 50-100

200-800 100-200

зо-а

100-20

6-2 15-5

i.65-1.2 0,3-0,2

100-400 200-1000

Примечание. В зироваиные.

скобках указан тип резонатора: В - вакуумные. Г - гермети-

иической документации следует оговаривать допустимое изменение динамических сопротивлений в интервале температур или задавать норму на его максимальное значение также в интервале рабочих температур.

Статические емкости резонаторов: у AT 2-8 пФ, у ИТ примерно такая же. резонаторы РТ и БТ имеют емкость меньше емкости резонаторов AT на 25 и 50% соответственно. Зависимость средних значений реактивного сопротивления статических емкостей средне-частотных резонаторов от частоты приведена иа рис. 4.1.

Емкостное отношение т максимально в поддиапазоне частот 8-30 МГц. в котором используют плоские пьезоэлементы. Большее значение емкостного отношения имеют резонаторы AT, а меньшее - резонаторы РТ. В поддиапазоне частот 1-8 МГц емкостное отношение уменьшается примерно в 2 раза из-за того, что пьезоэлемент имеет линзовую форму, причем ме!1ьшне значения соответствуют малы.м радиусам кривизны сферы.



Добротность Q зависит от диапазона частот, размеров и формы пьезоэлемента и типа среза. Предельное значение добротности может быть найдено из соотношения /Q » 13 • 10", из которого видно, что добротность резонаторов уменьшается по мере увеличения частоты. При уменьшения частоты начинают сказываться потери в ирепленни пьезоэлемента, н при определенных частотах добротность также уменьшается.


0,5 0,4 0,3

Г,МГЦ

го 30 to so 100 zoo

Рис. 4.1. Зависимость средних значений реактивных сопротивлений статшче-ской емкости резонаторов от частоты

На рис. 4.2 показана зависимость предельных значений добротности резонаторов от частоты. Кривые для линзовых пьезоэлементов построены для случая работы по основной частоте.

Температурио-частотные характеристн-к и средиечастотных резонаторов AT, ИТ, БТ и РТ изображены на рис. 4.3. Параметры ТЧХ для трех интервалов рабочих температур приведены в табл. 4.2.

Из рис. 4.3 видно, что ТЧХ резонаторов имеют вид парабол AT н ИТ - кубической, а БТ н РТ - квадратичной. При отсчете отклонения частоты от значения при температуре tg ТЧХ резонаторов БТ описывается степеинйм коэффициентом второго порядка; ТЧХ несимметрична относительно <э (правая ветвь более пологая, чем левая): для йравой ветви Ьцд = -3,5 • 10"/ (°С)2, дли левой 6(,9 = - 6-10-*/ fG) (более точно ТЧХ характеризуется тремя значениями коэффициентов Aqq, 6flQ, Cog, которые указаны, аапрнмер, в (35, 38, 16]. ри работе резонаторов в широком интервале темпера-

тур следует температуру выбирать левее значения середины интервала, например, при рабочем интервале 100 °С разница между и знаЧеинем середины рабочего интервала около 7 °С.

Температуру можно изменять в широких пределах изменением угла среза. Резонаторы БТ имеют большую нестабильность частоты .в интервале температур по сравнению с другими.

Для резонаторов РТ ТЧХ симметрична относительно и опи.-сывается степенным коэффициентом второго порядка Ьцв ~ = (0,6 - 1) • 10-*/"С Так же, как и для резонаторов БТ, можно изменять в широких пределах изменением угла среза. Для


10 Z0 30 50 100 Z03

Рис. 4.1. Зависимость добротности кварцевых резонаторов от частоты

резонаторов РТ ТЧХ более чувствительна к изменению угла среза, чем у резонаторов БТ, ио менее чувствительна, чем у AT. Так как резонаторы AT нашли более широкое применение, чем БТ и РТ, рассмотрим их ТЧХ более подробно.

У резонаторов AT ТЧХ имеет вид кубической параболы со степенными коэффициентами: Ape *09 iO-4°C; Cqq - = 109,5 • 10-12/°С; ka = -0,086 • 10-е мии/°С; = 0,059 х X 10-» мин/С; kc = 0.033 • 10-" мни/°С.

Отиоснтельно температуры ti ТЧХ резоиаторовсимметрнчна и имеет перегиб на значении <г = о - *o9"ofl °" " этому иногда следует выбирать Jo - U- В этом

я; 25-27 "С. По-случае б/

«09 С - о) + 09 - о)- Следует также отметить, что для резонаторов, используемых на практике, можно считать, что коэффициент Cqq = Coo = const. Для различных углов среза ТЧХ резонаторов AT показаны иа рис. 4.4. из которого видно, что при изменении угла среза происходит поворот ТЧХ относительно



Таблица 4.2. Параметры ТЧХ среднечастотных реэонаторой

ш я с S

&1

Коэффициент

1 (»С)»

Температурная нестабильность, 10 в интервале температур (-10 + 60) С, ,(-40-i-+70) "С, (-60-Н + 90) "С

Диапазон частот 1-2 МГц

AT ИТ

20-100 60-150

±(10-15) Диапазон частот 2-10 МГц

±(20-30) ±(30-50)

AT БТ ИТ РТ

-(4-4,5) -(0,6-1)

20-100 0-100 60-150 20-80

±(10-15) -(65-70)

-(10-16)

Диапазон частот 10-30 МГц

AT БТ

ИТ РТ

-(4-4.5) -(0.6-1)

20-100 0-100 60-150 20-80

±(5-10) -(65-70)

-(10-16)

±(20-30) -(145-160)

-(30-50)

±20 -(J 4 5-160)

-(30-50)

±(30-50) -(260-320)

-(50-80)

±30 -(260-320)

-(50-80)


Рис. 4.3. Усредненные ТЧХ кварцевых резонаторов различных срезов

Рассмотрим, какова предельная температурная стабильность частоты резоиаторов-в широких интервалах температур. Обозначим через „ и „ низшую и высшую температуру рабочего интервала. Расчет будем проводить для максимального подынтервала - ti\ или к-il (Дн или Дк,). Для определеииости будем считать, что Л/„ > Д„,-. Минимальная температурная нестабильность и заданном интервале температур будет в том случае, если б/ =

fi/min, где Jmin - значение частоты при tnin - В этом случае значение температуры = н- Воспользуемся условием Дто-т; = = 0.5Д/а,- = 0.5Д/„г. Тогда

(4.1) (4.2)

6/п =-а,9 -нг--е н,;

Найдем из (4.1) коэффициент

(4.3)


Рис. 1.4. Температуриочастотиыё характеристики кварцевых резонаторов AT

среза





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

0.0033