Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
КОУ, Л.31, стр.1
КОУ, Л.31. СХЕМЫ АВТОГЕНЕРАТОРОВ
Вопросы лекции:
31.1. Кварцевые автогенераторы.
31.2. RC – автогенераторы.
31.1. Кварцевые автогенераторы.
Существование прямого и обратного пьезо эффекта в кварце делает возможным его использование для стабилизации частоты.
При приложении к пластинке кварца переменного тока благодаря обратному пьезо эффекту происходит периодическая деформация пластины. При этом на определенной частоте возникают резонансные колебания значительной амплитуды. Благодаря прямому пьезо эффекту эти механические колебания вызывают переполяризацию кристалла, наведенные при этом заряды оказывают воздействие на внешнюю цепь.
Пьезокварцевый резонатор имеет высокий коэффициент преобразования электрической энергии в механическую и обратно, что характеризует его как высокодобротную систему. Это качество, а также устойчивость к дестабилизирующим факторам (температура, влажность и другие) делают кварцевый резонатор незаменимый в схемах высокостабильных генераторов.
Эквивалентная схема кварцевого резонатора (рис.31.1) учитывает существование колебаний не только на основной частоте, но также и на гармониках.
X
rK1 rK11 rK111 rK
ƒr
C0 C0
LK1 LK11 LK111 LK ƒr ƒd
а)
CK1 CK11 CK111 CK
б) в) г)
Рис. 31.1. – кварцевый резонатор:
а) обозначение;
б) эквивалентная схема для трех гармоник;
в) эквивалентная схема для первой гармоники;
г) зависимость сопротивления от частоты.
С0 – емкость кварцедержателя;
rК , LК , CК – ветви, обеспечивающие резонанс на гармониках;
ƒr , ƒd – частота последовательного и параллельного резонанса схемы.
КОУ, Л.31, стр.2
С1 +
С1 Е
Rэ VT1 Rк Uв –
С2
+ RБ1 Lком
Еэ – С2 VT1 КВ
КВ
СБЛ
RБ2
Рис.31.2. – кварцевый АГ, выполненный Рис.31.3. – схема Батлера для
по схеме емкостной трехточки. гармониковых резонаторов с ком -
пенсирующей индуктивностью.
Существует большое разнообразие схем кварцевых генераторов. Кварц может быть использован в качестве индуктивности, как это сделано в емкостной трехточке (рис.31.2), или в качестве последовательного колебательного контура для одной из гармонических частот (рис.31.3) и другим образом, например, как параллельный колебательный контур.
В схемах кварцевых генераторов особое место уделяют стабильности частоты, которая достигает 10-8. с этой целью стараются устранить действие дестабилизирующих факторов:
В некоторых случаях выполняют перестраивание по частоте автогенератора. Перестройка в пределах 10-4… 10-3 от генерируемой частоты достигается обычно изменением емкости контура с помощью варикапа. Диапазонная перестройка обеспечивается совместной работой относительно низкочастотного перестраиваемого обычного автогенератора и кварцевого автогенератора на смеситель, после которого образуются суммарно – разностные комбинационные частоты. Полезный продукт преобразования, выделяют полосовым фильтром.
31.2. RC – автогенераторы.
RC – генераторы имеют несомненное преимущество в том, что в их схеме отсутствует индуктивность. Их проще реализовать в интегральном исполнении, в виде ИМС. Рабочий диапазон современных RC – генераторов от единиц Гц до десятков МГц. RC – генераторы имеют относительно низкую стабильность частоты 10-3….10-4. Структурная схема RC-генератора приведена на рис.31.4.
КОУ, Л.31, стр.3
β(ω)
2
пос
1 UВЫХ
оос 3
β(ω)
Рис. 31.4. – Структурная схема RC – автогенератора:
1 – усилитель;
2 – цепь частотнозависимой положительной обратной связи;
3 – цепь зависимой от Uвых отрицательной обратной связи.
На частоте генерации обеспечивается положительная обратная связь, соблюдается баланс амплитуд и баланс фаз. Рост амплитуды ограничивается цепью зависимой от Uвых отрицательной обратной связью. Обычно такая связь обеспечивается терморезистором, установленным в цепи отрицательной обратной связи. При росте амплитуды выходного напряжения сопротивление терморезистора изменяется под действием протекающего через него тока и глубина отрицательной обратной связи возрастает, что приводит к уменьшению Uвых.
Простейшая принципиальная схема RC – автогенератора приведена на рис. 31.5.
+ E
RK RБ1 –
сР1
CP2 R R R
VT1
I3 I2 I1
Rt RБ2 C C C U2
Рис. 31.5. – принципиальная схема простейшего RC – генератора.
Коэффициент усиления усилителя .
Коэффициент передачи четырехполюсника обратной связи .
Общий сдвиг по фазе 2π обеспечивает баланс фаз. Баланс амплитуд обеспечивается при .
Метод контурных токов позволяет записать систему из трех уравнений с тремя неизвестными.
(31.1).
КОУ, Л.31, стр.4
Решив систему (31.1), определим токи I1 , I2 , I3 .
В частности:
Тогда:
Фазовый сдвиг π получается при:
Т.е. откуда определяем частоту генерации:
Тогда:
Откуда:
При выборе величин R и C необходимо обеспечить R>>RН . Изменением RC возможно изменять частоту генерации. Обычно с помощью изменения R – ступенчато, а изменением С – плавно.
RC – генератор, схема которого приведена на рис.31.5, выполнен на операционном усилителе А1, охваченном положительной обратной связью через четырехполюсник, коэффициент передачи которого максимален на частоте резонанса.
RСВ А1 – КОС
C1 r1
Rt C2 R2
Рис.31.5. – RC – генератор на ОУ.
КОУ, Л.31, стр.5
(31.3)
В результате преобразования (31.3):
(31.4)
Нулевой фазовый сдвиг будет при:
Следовательно: откуда: (31.5)
где: ;
на частоте генерации: . При , ,
Итоги занятия.