Главная Промышленная автоматика.

о r- (O

1 1 1

o" CO -" - СЧ

1 1 1 1 1 1

1 1 1

CO Г0 о

1 1 1 1 1 1

СЧ lO lO CO CO

<M to

со о oo - "*

G г-

(-о I-

о о о

ООО Ю СЧ о

о о ю о со

о о о

о о

со СЧ СЧ

\ I I

8§8

о СЧ ю СЧ - -

00 00 00

I I I

СЧСЧ СЧ

о8§

I I I

ООО lO о lO - со СЧ

Ю Ю ,-г- lO

" -о

t--. ю из t- Ю 04

СЧ со СЧ

о о о о ю о

Ю о - Ю СЧ ю

- (Ti - 1--- ю

I I I I м

о о о о о о о о о lO lO ю

г- С4 Ю СЧ СЧ

о о о о о о о о о о о о

о 00 СЧ lO lO -• со - СЧ - СЧ -

о о о о о о о о о о о о

-Ч* о lO - 1Л

Ч* TJ* 00 со

- - - - СЧ ю

ю о о о

Ю -. СЧ 00

1Л ю о о о о

СЧ t-- lO Ю -Ч* 00

го ю to со

- со С4 го СЧ Ю

о" о о" о о* о"

! М М I

-со со СЧ

сч" - со - тг"

СЧ 05 г- - - 1Л о 00 СЧ LO -

о о о о о 1Л о 00 со 00 00 СЧ

ю СЧ со - со -

М 1 М I

о lO о о Ю иО ю со 00 СЧ со

о о о о о о

о со СЧ со со С1

lO го со

мм I I

о о о о о о

о со со 10 Ю СЧ со СЧ со -

00 00 00 со

СЧСЧ - ~ СЧ ю

о 1Л о со -. со СЧ со СЧ

СЧ о lO о о о - СЧ со го о

н о о о о* н -ч» о

я ра U CD

t-1-1-1-1 f-

CD u CD u a u

t- t- f- h f-1-<<u3«Sb

S = 50 mA/B, коэффициент запаса по возбуждению Кз = 5, Ко = = 0,5.

Кроме емкостных трсхточск в диапазоне средних частот применяются, правда значительно реже, н схемы с резонатором в цепн обратной связи. Такие схемы позволяют обеспечить прн той же мощности, рассеиваемой иа резонаторе, большую мощность на нагрузке. Позвол]яя обеспечить больший запас по возбуждению, схемы с резонатором в цепи обратной связи допускают применение резонаторов с большим •

По сравнению с емкостной трехточкой, в таКой схеме наблюдается большее изменение частоты прн изменениях напряжения питания и других параметров реактивных элементов частотозадающсй цепи и активного элемента.

Расчет элементов колебательной системы X,, Xj, Хз в однотранзн-сторном КГ с резонатором в цепи обратной связи (рис. 4.7) подробно рассмотрен в [132]. Сопротивление делителя в цепн обратной связи R= = t/o (R„/2Ph„)>.» где t/в = = IJS (6) [1 + Qjfsf] - амплн-туда напряжения возбуждения; Рц-о - мощность, рассеиваемая иа резонаторе.

Реактивное сопротивление плеча контура между эмиттером и базой Хг = -(1 + к)- {Х„в (xR - К" (R + ?„в)]- К-М. где X = МК (1 + RjR) - коэффициент трансформации; К = = UjU.g-uojiynb коэффициента обратной связи; М = 1,02-г2 - коэффициент.


Рис. 4.7. Эквипалентиая сзема кг с резонатором в цепн обратной связи

Модуль коэффициента обратной связи

0.5/», (1+(/„/Ш созфн

SYi(0)(/„ -t-[l-t-(l-r,Jr,-4+/„B(l+R/?HB)} •

(4.9)

где Я„ - мощность, отдамсмая в нагрузку; ri„ - КПД, обычно принимается ti„<0,5; <р„ - сдвиг фаз между током /„i и напряжением t/к.в- При определении К нз (4.9) принимается ф„ ж 0. В дальнейшем значения <р„ и К уточняются. Реактивное сопротивление плеча контура между коллектором н базой Хз = Xj (1 -f--f 1/х). Реактивное сопротивление плеча контура между коллектором н эмиттером транзистора Xi = [x/Xj - /?к]~. где - обобщенная расстройка частоты генератора относительно собственной резонансной частоты контура; = { (?„ + R)SiR X

X (/„ s) + (x, (1 -t- к) -t- х„в1 (Sx? - к [1 -t- (fjfsm X

X { [Xj (!+?<)+ X„J5i (fjfs) -(R + ?„в) ISiR - X [1 -t-+ (/k s)1])- Поскольку Хз= Х -f- то Х =

= XJQ (1 - &/Q)-?к. где Q - добротность иенагружеиного контура. Для повышения стабильности частоты рекомендуется выбирать Q = 20-80.

По известным Xj и Хц определяется Х . Уточняется значение cos ф„, принятое в начале расчета равным единице: cos ф,, = = [S,R - X (1 -t- f„/fs)] { (I + I) I (S,R~>i) +(x/„ s)lEc-



ли уточненное значение cos ф„ отличается более чем на (15-20)%, то необходимо повторить расчет при данном значении cos ф„.

При интегральном исполнении КГ, когда элементы активной части выполняются по твердотельной технологии (в активной части генератора используются КМОП структуры), также применяются схемы с резонатором в цепи обратной связи. Во многих случаях прн этом отсутствуют дополнительные частотно-нзбирательные цепн с нидуктнвностями.

Устойчивая работа резонатора обеспечивается в данном случае благодаря созданию фазового сдвига пп (л = О или четное число) в цепи обратной связи на частоте резонатора. Так как резонатор на резонансной частоте /„ имеет минимальное сопротивление, обеспечивается и максимальный коэффициент положительной обратной связи (коэффициент передачи напряжения с выхода на вход).

4.3. Практические схемы КГ

Как уже говорилось выше, в качестве активного элемента в КГ, построенном по трехточечной схеме (рнс. 4.8), может использоваться транзистор, удовлетворяющий условию > /г. Важными параметрами транзистора являются крутизна характеристики, уровень шумов, значение и стабильность проводимостей, габариты и экономичность.

..Пз1 Л

1/73/

•СIt

Рис. 4.8. Кварцевый генератор, выполненный по емкостной трехточечной

схеме:

а - схема без корректора частоты; б - вариант корректора частоты

Частота КГ (см. рис. 4.8 о) выше частоты последовательного резонанса резонатора на значение

Д/о= -0,5/п/ка;о6ш/(1--о6щ) (4 10)

= -Со + I V-) ~ полное приведенное

где дгобщ

+ Свх

сопротивление генератора.

Поскольку величина Д/д определяется полным реактивным сопротивлением КГ, которое определяется, в свою очередь, емкостями связи С, н Cj, входной н выходной емкостями транзистора, имеющими опреде.1ениый разброс то частота генератора будет от-

Лйчаться от частоты последовательного резонанса резонатора даже прн использовании резонатора, частота кЬторого выбрана ниже нО мннальной частоты генератора на tf.

Из-за разброса параметров элементов отстройки частоты КГ отиоснтельно номинального значения

Д / = -0,5тД;к (1 - efl [1 - Д;к (1 - e)]. (4.11)

С пх min Сх rain + Свых mln

Ci гаах "Ь Свх гаах Cj гаах Свх гаа

Сопротивления Кг, определяющие режим транзистора Т1 по постоянному току, обычно до десятков кнлоом в зависимости от требований, предъявляемых к КГ по потребляемой мощности, интервалу рабочих температур, стабильности уровня выходного иапря-жеиня н т. д.

Сопротивление обычно лежнт в пределах от нескольких сотен ом до нескольких кнлоом и зависит также от требований к уровню выходного напряжения, потребляемой мощности. Конденсатор СЗ разделительный, его емкость в зависимости от частоты может быть в пределах от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч пикофарад; R4C4 - фильтр в цепи питания.

Ориентировочные значения емкостей связи Си С, н сопротивления Ru параллельного кварцевому резонатору, приведены в (дли схемы рнс. 4.8) табл. 4.8.

Таблица 4.8. Параметры элементов схемы рис. 4.8

Частота, МГц

5-10

10-15

15-20

20-25

25-30

Rt, кОм Сг. пФ С,. пФ

60-15 1500 680

30-10 1000 390

15-1,5 680 300

5,6-1,5 470 270

3.6-1,2 300 150

1,5-1,0 220 82

1.2-470 150 68

Технические характеристики КГ (см. рис. 4.8)

Напряжение питания. В........ 6-10

Мощность, потребляемая от источника. мВт . . 5-20 Нестабильиость частоты прн изменении напряжении

питания на ±15%. не более....... ±5-10"

Дополнительная нестабильность частоты, обусловленная изменением параметров элементов схемы прн изменении температуры от -50 до 70 °С. не

более............. ±1,5-Ю-»

Выходное напряжение. мВ....... ISOi-500

Генератор не требует иастройкн, кроме установки номинальной частоты, предварительной регулировки. Недостатком является довольно значительное влияние изменении нагрузки на частоту. Для уменьшения «того влияния в цепь коллектора включают дополнн-



тельный резистор, с которого снимается выходное напряжение. Но в этом случае возрастает уровень высших гармонических составляющих в выходном сигнале генератора, Что не всегда допустимо.


Применение интегральных микросхем более эффективно » КГ с резонатором в цепи обратной связи. Активная часть генератора в таких случаях содержит операционный усилитель, логический элемент, выполняющий функцию токового ключа, ограничитель тока на биполярных или полевых транзисторах, а резонатор включают в цепь положительной обратной связи.

На рис. 4.10 приведены варианты схем КГ на ограничителях тока, выполненных на биполярных транзисторах КТ324 (рис. 4.10, а) и полевых транзисторах КП302 (рнс. 4.10, б) .[93].

Технические характеристики КГ (см. рис. 4.10)

Напряжение питания. В . . . .... 6

Мощность, потребляемая от источника, мВт . 20-30 Нестабильность частоты при изменении напряжения

питания на ±15%. не более....... ±2-10"

Дополнительная нестабильность частоты, обусловленная изменением параметров элементов схемы

прн изменении температуры от -50 до 70 °С. . . ±5-10-

Выходное напряжение, мВ....... 50-500

Рио, 4.9. Схема КГ с контуром на выходе усилительного каскада (Общую точку С1 и Пэ1 заземлить)

На рис. 4.9 приведена схема КГ, обеспечивающего фильтрацию высших гармоник и малое влияние нагрузки иа частоту, описанная в [6,17]. Генератор собран по емкостной трехточке, на транзисторе

Т2, иа Т1 собран усилительный

I Tt

п кпзог

кпъог

каскад с общей бвзой. По постоянному току транзисторы Т1 и Т2 включены каскодно. Нагрузкой усилительного каскада служит контур L2C5C6, резистор R6 предотвращает возбуждение усилительного каскада.

Генератор устойчиво работает в диапазоне средних частот, не требуя какой-либо настройки, кроме установки номинальной частоты с помощью L1 и настройки выходного контура по максимуму выходного напряжения.

Рис. 4.10. Схемы КГ на ограничителях тока:

а - иа биполярных транзисторах; б - иа полевых траизисторах

Прн использовании транзисторов КТ324 КГ устойчиво работает во всем диапазоне средних частот, на транзисторах КП302 - в диапазоне частот 1-5 МГц. Сопротивления Ri-равиыеорнеи-тнровочно 150-680 Ом и зависят от параметров резонатора, рабочей частоты генератора, трсбуемогруровня выходного напряжения.

-.I-JT7

г« Г-тТ

Рис. 4.11. Схема КГ на комплементарных МОП структурах

На рнс. 4.11 приведена схема КГ с резонатором в цепн обрат-нон свлзн [120], активная часть которого выполнена иа комплементарных МОП-структурах. Прн использовании в дн.апазоне частот 1-5 МГц такой генератор экономичен и устойчив в работе, имеет малые габариты .н потребление. Однако режимная нестабильность частоты его хуже, чем у выше рассмотренных генераторов.





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

0.0037