Главная Промышленная автоматика.

Подставляя его в (4,2), получаем

UnlCiQtl/i \ = \ct, A/2i/4 1 = 2.74.10-Д/». Подставляя (4.4) в (4.3), получаем

(4.4)

оптимальный угол ориентации ДОопт-разб =. Д.опт + J?.: ?

0,9 =йа Д0опт = Зс,вД/2,/4. опт

I 2/

Из (4.5) легко получить ДЭопт = 3<:гоД"/4йа; вопт = 0в + + Зc„iД<V4a• Зависимость /щщ и ДОоп,, от подынтервала рабочих температур показана на рис. 4.5. Однако практически резонаторы изготавливают с некоторой неточностью по углу ориентации, и тем-


Рис. 4.S. Зависимость минимальной температурной иестабильиостн в/кня н оптимального угла ориентации Д9 кварцевых резонаторов AT среза от рабочего интервала температур

пературная нестабильность будет больше, чем определенная по (4.4). Следует отметить, что если угол ориентации 9 будет больше оптимального, то нестабильность частоты будет определяться нестабильностью частоты при tax (6/). а если 0° будет меньше, то значением б/ при температуре /„, т. е. при неточности ориентации нестабильность увеличивается сильнее при уменьшении угла, чем при его увеличении. Максимальное изменение частоты из-за неточности ориентации б/р = О,5*аД0рДн1- Вследствие несимметричности влияния отклонения угла ориентации иа нестабильность частоты для получения одинакового отклонения необходимо сдвигать средней угол ориентации. В первом приближении с учетом разброса

+ 6/р = с,оД<»/4 +

"оптРазб

этом случае нестабильность частоты 6/ = о/;„;„

+ 2аД1гД9с/3.

На рис. 4.5 построены зависимости миинмальнои нестабильности от интервала температур для неточности угла ориентации ±Г и ±2. а также зависимость оптимального угла ориентации с учетом дайной неточности. Для резонаторов ИТ. ТЧХ также представляет собой кубическую параболу, но, в отличие от резонаторов AT, температура перегиба ТЧХ у ннх /( яи 80 °С (у AT ti = = 25-г27 "С); Такие ТЧХ позволяют получать хорошую стабильность только в положительном интервале температур (например, в ТСКГ).

Данные по нестабильности частоты резонаторов от механических воздействий и из-за старения приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Нестабильность частоты

Срез пьезоэлемента

Нестабильность частоты, 10-*

частот 1

-2 МГц

2.5-5 10

5-10 20

2.5-5 5-10

10 20-25

20 35-50

Не оговорено 20

частот 2-

-5 МГц

2.5-5 10

5-10 20

2.5-5 510

10 20-25

20 35-50

Не оговорено 15

ЛТ(В) ИТ(Г)

АТ(В) БТ. ИТ. РТ(Г)

Диапазон частот 5-30 МГц

AT. БТ. 2.5-5 5-10 1-3 10 ИТ(В)

РТ(Г) 10 20 5-10 20-25

20 35-50

Не оговорено 10

Примечани.ч: 1. а - за год, б - за 10-12 лет. в - от механических воздействий. 2. В скобках указан тип корпуса резонатора: В - вакуумные, Г-герметизированные, а, б, в - допустимые по ГОСТ.

Максимально допустимые и рекомендуемые значения мощностей рассеяния приведены в табл. 4.4.

Таблица 4.4. Рассеиваемая мощность

Диапазон частот, МГц

Срез резонатора

Рассеиваемая иа резонаторе мощность, мВт

максимальная по гост 1 1599-67

максимальная*

рекомеидо-баипай*

1-30* 15-ЗО**

АТБТ ИТРТ

0.5 0,2

Максимальная я рекомеядованная по ГОСТ 23546-79 (Т - термостируемые, НТ - нетермостируемые резонаторы) * Колебания первого порядка. *• Колебания высших порядков.



Для уменьшения нестабильности частоты рекомендуется использовать резонаторы при малой мощности рассеяния. Следует отмстить, что менее чувствительны к изменению мощности резона. Торы БТ и РТ.

Сведения о типах корпусов и размерах резонаторов приведены в табл. 4.5.

Таб.шца 4.5. Размеры а обозначения корпусов по ОСТ 11338-002.75 в диапазоне частот 1-30 МГц

Вакуумные резонаторы

Герметизированные резонаторы

Обозначение

Обозначение

Обозначение

Н. MU

Обозначение

Диапазон

частот 1-2 МГц

34 29

СБ, СП СА. СН

47 42 37

ЭЕ ЭД ЭГ

19,7 19,8 .19,6

БА.ББ.БВ.БГ, БД ПА ГА

Диапазон частот 2-3 МГц

СБ. СП

19,7

СА, СН

19,8

19,6

Диапазон частот 3-5 МГц 34 29

Диапазон частот 5--8 МГц

СБ, СП

КБ .

19.7

СА, СН

37 32

ЭГ ЭВ

-

19,8 19,6

СБ. СП

19.7

СЛ, СН

19.8

19.6

13,5

БА, ББ, БВ, БГ.

БА, ББ, БВ. БГ.

БА, ББ, БВ, БГ.

МА, МБ,.МГ, МД, MB, ME ТА, ТБ

Диапазон частот 8-30 МГц

МА, МБ, МГ, МД, MB, ME ТА, ТБ

Примечание. В диапазоне частот 1-2 МГц используются срезы AT, ИТ. в двапагшне частот 2-30 МГц - срезы AT. БТ, ИТ. РТ.

13,-5

Параметры конкретных типов резонаторов (99. 148] приведены в табл. 4.6.

Таблица 4.6. Параметры резонаторов

Параметры

Значения для резонаторов

РГ.07

РГ-05

РВ-П

РВ-59

Диапазон частот.

1.8-

5-30

4,5-30

5-30

Тнп корпуса

К(КА)

Добротность, 10

100-

70-200

80-300

80-300

Емкостное отноше-

ние, I0-

1.5-

5-0,15

5-0,15

5-0,15

Динамическое сопро-

тивление. Ом

10-50

5-30

5-20

Приведенное динами-

2-50

2-50

ческое сопротивление

3-100

Статическая емкость,

Менее 5

Менее 9

Нестабильность, 10-,

в интервале темпера-

тур:

(-10-4-Ь60)°С (-40-=-Ь70)°С

±(20-

-30)

±(15-25)

±15

±(5-10)

±(30-

-50)

±(30-50)

±20

±(20-30)

(-60-f-f90)°C

±(50-

-75)

±(50-75)

±30

±(30-40)

Допустимое откло-

нение рабочей часто-

ты. Ю-»

±(15-25)

±(10-20)

±(10-20)

±5

Помимо основного у резонаторов есть -и побочные колебания. Следует обратить внимание, что у резонаторов AT побочные колебания имеют частоту выше частоты основного колебания, их интенсивность меньше основного на 3-10 дБ. У резонаторов с линзовыми пьеэоэлементамн интенсивность побочных колебании меньше. Разность частот основного и побочного колебаний увеличивается прн уменьшении радиуса кривизны линзового пьезоэлемента. Резонаторы БТ имеют спектр побочных колебаний, аналогичный спектру, резонаторов AT. Резонаторы ИТ имеют большее число побочных колебаний, наиболее интенсивные нз ннх расположены на 10-13% выше частоты основного колебания. Наиболее интенсивны побочные колебания у резонаторов РТ. Так побочное колебание на частоте ниже основного колебания на 10% превышает основное в 4-8 раз.

4.2. Особенности построения КГ

В диапазоне 1-30 МГц проводятся исследование н разработка прецизионных ТСКГ, КГ с различными способами компенсацнн температурной нестабильности частоты, с непосредственной частотной модуляцией н манипуляцией перестраиваемых КГ для использования в цепях частотной н фазовой автоподстройкн. До 20 МГц резонаторы работают с колебаниями первого порядка, начиная с 20 МГц используются уже колебания высших порядков.



При правильном выборе и расчете параметров элементов схемы, режима-их работы стабильность частоты КГ без применения термокомпенсации и термостатировання определяется в основном стабильностью частоты резонатора. Стабильность частоты КГ оценивают обычно по изменению частоты нз-за изменения температуры окружающей среды, воздействия механических и климатических дестабилизирующих факторов, а также старения.

Разработка КГ начинается с выбора схемы. Наиболее широко в диапазоне средних частот применяется емкостная трехточка, которая позволяет получить высокую стабильность частоты (рнс. 4.6).

Частота н интервал рабочих температур резонатора выбираются, как правило, соответствующими этим параметрам КГ.

Рис. 4.6. Эквивалентная емкостная трехтояечиая схема


®кистнаи трехтичечиаи слсма jy -Qj КГ: а - без корректора ча-"Т стоты; б - с индуктивным

корректором частоты

О) " Ю

Резонаторы с известными параметрами С„, Со, Л„, /„, активный элемент КГ, транзистор выбираются, исходя из условия эксплуатации, габаритов, стоимости, а также электрических параметров генератора.

Элементычастотозадающе» цепи КГ обычно рассчитываются, начинай с определения управляющего сопротнвлейня:

Ry = IZyl = I/SYi (9), (4.5)

где Vi (9) характеризует запас по возбуждению КГ и выбирается рав-ным 0,5-0,1, что соответствует коэффициенту запаса по возбуждению 2-10.

Для емкостной трехточки

RyXXJZR, (4.6)

где Х1=1/{о)(Сг + Свых)1; XIU {С+Су. (4.7)

2/? - суммарное сопротивление потерь в цепн резонатора. Обычно Ci > Свх и Cj>CBbix н в первом приближении можно считать 2/? яи При определении (4.7) не учитывались инерционные свойства транзистора и потерн в элементах связи и управления, что вполне допус1нм£для рассматриваемого диапазона частот. При более точном расчете можно воспользоваться соотношениями, прнве-Деинымн в [23].

Подставив в выражение (4.7) = KXi и решив его совместно с (4.6), найдем Xi = VkYi (б)/Со- Коэффициент обратной связи Ко необходимо выбирать равным 0,2-0,8 (17, 1321.

Определив Xj, находим Xj == КоХ. По найденным значениям Xj и X, находим емкости связи С, и Сх соответственно. Амплитуда напряжения на базе Ufi= IjSgya ф). Если исходить из потребляема

мой КГ мощности и требуемой амплитуды напряжения на коллекторе транзистора, то /о = 0,5-5 мА. Напряжение на эмиттере

В первом приближении, без учета потерь в элементах связи можно принять [Кй\ = \XjXi\. Значение частот резонаторов, в общем случае отличается от номинального. Это обусловлено конечной точностью настройки при их изготовлении. Обычно точность настройки резонаторов ±(5-20) • 10-», поэтому значение частот генератора будет также отличаться от номинального, даже при настройке резонаторов в эквивалентах генераторов, имеющих ту же эквивалентную емкость, что н КГ. Разброс по частоте также объясняется разбросом номинальных значений емкостей связи, входных и выходных емкостей транзисторов.

Если необходимо установить номинальную частоту, то в КГ должен быть введен корректор частоты [23], в качестве которого могут использоваться подстроечный конденсатор, варикап, катушка индуктивности. Однако следует учитывать, что при емкостном корректоре увеличиваются отстройка частоты КГ относительно частоты последовательного резонанса резонатора и сопротивление R. Наиболее распространенным вариантом является перестраиваемый индуктивный корректор. Эквивалентная схема КГ с таким корректором приведена на рис. 4.6.

Обеспечивающее коррекцию частоты (на значение Д /) необходимое изменение реактивного сопротивления /

-(Cj д/(, ,„) о.5ж(1-.о) • V/./l-m)

Для устранения возникновения колебаний, ие контролируемых резонатором через емкость Со, параллельно резонатору подключается резистор (см. рис. 4.6), сопротивление которого Rx = UinfCg. Прн этом вносятся максимальные потери в цепь статической емкости резонатора и предотвращается паразитное возбуждение. Чтобы обеспечить соответствие нрминальиых частот КГ и резонатора, последний необходимо настраивать в эквивалентах с учетом корректора частоты.

Работа резонатора на частоте, отличной от частоты последовательного резонанса, приводит к изменению температурной нестабильности частоты резонатора, которое необходимо учитывать при разработке КГ. Изменение температурной нестабильности частоты Д / = О.бтеоКтДЛ где - температурный коэффициент емкостного отношения для AT среза 3 • 10-*); Д/-иитсрвал температур, в котором определяется изменение ТЧХ (рабочий интервал температур).

Чтобы частота КГ была равна частоте последовательного резонанса резонатора, необходимо последовательно с резонатором включать катушку индуктивностн. Эта катушка может служить и корректором частоты. Для схемы рис. 4,6, б

Lx = \1а?Сх + 1/ш2СгЧ- 1/ш*С,.

(4.8

В табл. 4.7 приведены данные о параметрах элементов для емкостной трехточечной схемы КГ. Данные ориентировочны, поскольку расчет проводился для среднего значения Крутизна аппроксимированной характеристики коллекторного тока транз1Гстора





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