При уменьшении напряжений на экранирующей и защитной сетках ток в цепи экранирующей сетки увеличивается. Отрицательное динамическое сопротивление -Rit.<, по экранирующей сетке создает для колебательного контура, включенного в ее цепь, отрицательное сопротивление, вызывающее самовозбуждение. Напряжение смещения на защитной сетке рекомендуется создавать за счет токов, протекающих через сопротивление Rc в цепи этой сетки. Такое смещение обеспечивает постоянство амплитуды автоколебаний, так как его величина автоматически регулируется с изменениями амплитуды в контуре.

Если в анодную цепь транзитрониого генератора включить также настроенный контур, то образуется транзитронный генератор с электронной связью. Если при этом выходной сигнал брать от анодного контура, то контур в цепи экранирующей сетки хорошо развязывается с нагрузкой. Чтобы получить полную развязку контура с нагрузкой в этойсхеме транзитрониого генератора с электронной связью, требуется нейтрализация емкости анод - защитная сетка.

6-Зв Двухкаскадный автогенератор с обратной связью. Третьим типом генератора с отрицательным сопротивлением является двухкаскадный генератор с обратной связью. Он представляет собой двухкаскадный RC усилитель, вход и выход которого связаны через колебательный контур, как показано на рис. 6-17.

Рис 6-17. Двухкаскадный генератор с обратной связью.

Такая положительная обратная связь создает для резонансного контура отрицательное сопротивление благодаря тому, что иа частоте, на которой общий фазовый сдвиг составляет 360°, начальное усиление в схеме превышает единицу. Нарастание амплитуды автоколебаний сопровождается уменьшением эффективного коэффициента усиления вследствие нелинейности в схеме, и амплитуда устанавливается постоянной. Форма колебаний и стабильность частоты такого генератора улучшаются, если применять какой-либо вид автоматической регулировки усиления при малой амплитуде.

6-4. АВТОГЕНЕРАТОРЫ, СТАБИЛИЗОВАННЫЕ КВАРЦЕМ

Стабильность частоты генератора зависит от добротности контура и постоянства его параметров. Фазовый сдвиг в цепи обратной связи генератора изменяется с изменениями внутреннего сопротивления и входной емкости

лампы, например в связи с изменением питающих напряжений. Частота автоколебаний изменяется при этом до тех пор, пока реактивное сопротивление колебательного контура не обеспечит общий фазовый сдвнг в схеме точно равным360°. Чем выше добротность контура, тем резче изменение фазового сдвига при одном и том же отклонении частоты и, следовательно, для данной начальной расстройки возможный уход частоты меньше.

Добротность контуров ограничивается главным образом достижимыми добротностями катушек индуктивностей. На практике могут быть получены добротности в пределах 100-300. Заметные уходы частоты вызываются изменениями индуктивности и емкости контура с температурой, особенно если неудачно выбраны элементы термокомпенсации. В генераторах, для которых стабильность частоты имеет особое значение, в качестве контуров широко применяются некоторые типы электромеханических резонаторов. Эти резонаторы обладают высокими добротностями и высокой температурной стабильностью. Среди электромеханических резонаторов наибольшее применение находит кварц.

Кристаллы некоторых веществ, например кварца, обладают способностью преобразовывать их механическую энергию в электрическую и наоборот. Механическая сила, приложенная к такому кристаллу, вызывает появление на его поверхностях электрических зарядов и, наоборот, приложенное электрическое напряжение вызывает в нем механические деформации. Это явление называется пьезоэлектрическим эффектом. Переменное напряжение, приложенное к граням кристалла кварца, вызывает колебания его. Резонансная частота механических колебаний определяется размерами кристалла. На этой частоте преобразование механической энергии в электрическуючрезвычай-но эффективно. В самом кристалле рассеивается очень малая часть энергии. Поэтому резонанс получается весьма острым. Кристаллы кварца имеют эквивалентные добротности Q от 10 000 до 100 000. Кроме того, физические и электрические свойства кварца очень слабо зависят от температуры. Благодаря этому кристаллы кварца являются идеальным средством для стабилизации частоты в схемах автогенераторов.

6-4а. Кристаллический кварц. Форма кристалла природного кварца, показанная на

рис. 6-18, имеет правую систему координатных осей. Встречается также форма с левой системой координат, которая может быть представлена зеркальным отображением кристалла, показанного на рис. 6-18. Кристалл кварца имеет гексагональную форму и относительно оси г образует

Рис. 6-18. Форма кристалла природного кварца с правой системой координат.

три системы х и у осей, как показано на рис. 6-19

Кварц для радиотехнических применений представляет собой пластинку, вырезанную из кристалла. Пластинка с электродами монтируется в держателе так, чтобы она могла сво-

Рис. 6-19. Оси х, у и z в кристалле природного кварца

бодно вибрировать. При изготовлении кварцевой пластинки исходный кристалл распиливается на блоки, ориентированные по осям х, у и г исходного кристалла. Блоки распиливаются на пласты, образующие с осями кристалла такие углы, которые дают возможность получить необходимые электрические свойства пластинки кварца (см § 6-4в) Толщина пластов уменьшается шлифовкой в Соответствии с требуемся частотой Из этих пластов вырезаются заготовки пластинок Заготовки пластинок для укрепления между параллельными пластинчатыми электродами аккуратно очищаются и обтачиваются до окончательных размеров Для пластинок под металлизацию и пластинок, монтируемых на проводниках, процесс обточки и травления прекращается, когда достигается необходимая толщина. После обточки заготовки основательно очищаются и иногда подвергаются циклическому иагреву. Процессы травления и „ нагревания уменьшают измене-

ния частоты за счет старения.

[ j Заготовки под металлизацию

-тр покрываются слоем металла и

монтируются в чистых, свободных от влаги, герметически запаянных держателях После монтировки пластинки точно подгоняются на заданную частоту посредством дополнительного покрытия металлом.

6-46. Характеристикиквар-ца. Кварц может быть представлен эквивалентным контуром, как показано на рис. 6-20. Эквивалентные параметры кварца обозначим Z-i, С, и Rt. С0 составлена параллельными емкостями, емкостью Сэл, образованной электродами с кварцевым диэлектриком между ними, и емкостью Сд держателя кварцевой пластинки. Зависимость реактивного и активного сопротивлений кварца от частоты иллюстрируется рис. 6-21. Кварц имеет ряд резонансов, соответствующих различным виам механических деформаций, которые могут\быть вызваны переменным электрическим напряжением Резонансы на более вы-

Рис. 6-20. Эквивалентная схема радиоквар. ца

щены от основного резонанса, так что ими можно пренебречь и считать справедливой эквивалентную схему рис 6-20.

Кварц имеет две основные резонансные частоты: одну, при которой реактивное сопротивление ветви с последовательными элементами

Рис. 6-21. Зависимость реактивного и активного сопротивления кварца от частоты

равно нулю, и вторую, при которой реактивное сопротивление ветви с последовательными элементами равно по величине и противоположно по знаку сопротивлению С0. Первая резонансная частота называется частотой последовательного резонанса Она равна

2тс У Z.,Ci

(6-29)

Вторая частота называется антирезонансной частотой или частотой параллельного резонанса fa Она определяется по формуле

2* j/"/.,

CiC0

с, + с0

(6-30)

Для стабилизации частоты автогенератора можно использовать как последовательный, так и параллельный резонанс (см § 6-4г) При использовании кварца вблизи параллельного резонанса он эквивалентен индуктивности, а область работы занимает интервал между частотами последовательного и параллельного резонансов. В случае использования кварца на частоте последовательного резонанса он включается в цепь обратной связи автогенератора. При этом частота автоколебаний в схеме очень близка к частоте fp На частоте fa или вблизи нее автоколебаний не будет, потому что сопротивление кварца вблизи этой частоты очень велико, хотя фазовый сдвиг в цепи обратной связи правильный Затухание будет слишком большим и автогенератор не возбудится

Добротность кварца определяется как добротность ветви с последовательными элементами:

соких частотах обычно достаточно далеко сме-

Д." <

(6-31)

Сопротивление Z3 кварца в функции частоты определяется формулой

Z, = Rb + jXa;

- Q[A +

Co i + CM2

где A=

>

/?э - эквивалентное активное сопротивление кварца;

Хъ - эквивалентное реактивное сопротивление кварца.

Если сопротивление R, полагается равным нулю, уравнение (6-32) приобретает вид:

г< I 0

(6-33)

Связь механического резонанса, при котором явления отображаются эквивалентной схемой, состоящей из последовательных Llt d и й,, с электрически м резонансом в контуре, включающем параллельную емкость С0, называется электромеханической связью г„ конструкции кварца. Она определяется как

(6-34)

Минимальная электромеханическая связь имеет место при минимальной параллельной емкости С„ Наименьшее возможное значение ее определяется емкостью Сэл, которая состоит из емкости электродов с кварцевым диэлектриком и параллельной емкости внешнего контура. Для кварцев с пластинчатыми электродами СВЛ определяется приблизительно по формуле

С м = 0,402

(6-35)

где S - эффективная площадь электрода, см2;

h - толщина кварцевой пластинки, см.

Электромеханическая связь увеличивается при подключении дополнительной параллельной емкости. Изменение электромеханической связи г0 путем изменения С0 двояко влияет на характеристику кварцевого генератора. Во-первых, происходит незначительное изменение частоты генератора, что можно видеть из уравнения (6-36):

(6-36)

Антирезонансная\частота /„будет иметь максимальное значение при г0 =1"9л и будет уменьшаться, приближаясь к fp, как пределу, так как г0 увеличивается. Зависимость антирезонансной частоты fa от С0 мбжет использоваться для не-

большого изменения частоты автоколебаний кварцевого генератора с параллельным резонансом. Минимальное значение гзл для кварца любого типа близко к 100. Оно обеспечивает максимальный разнос частот f0 и fp приблизительно до 0,5% fp. Увеличение С0 может снизить частоту автоколебаний на часть этой разности, так как при снижении частоты уменьшается R9 кварца, увеличиваются потери в контуре и колебания срываются.

Во-вторых, влияние увеличения г0 состоит в уменьшении эквивалентного активного сопротивления кварца при частоте fQ параллель-ногорезонанса. При f = f0 активная составляющая сопротивления кварца определяется по формуле

С,Д,г? 1 +

-crkFi- (6"37)

Уменьшение R3 увеличивает ток через кварцевую пластинку. Это приводит к снижению стабильности частоты кварца.

Типовые значения добротностей Q кварцев лежат в пределах 10 000-100 000 в зависимости от типа среза пластинки. В отдельных случаях они могут быть много большими 100 000 (см. § 6-4в).

Изменения температуры вызывают незначительные изменения упругости, плотности и размеров пластинки. Поэтому также невелики изменения резонансной частоты кварца. Температурная стабильность кварцев выражается в относительных уходах частоты при изменении температуры на 1°С. У разных срезов кварцевых пластинок температурная стабильность раз-

ори О

-0,004

-0.008 -0,012 -0,016 -0.020 -0,024 -0.028

-60 -to -го 0 20 40 во 80 100 Температура, °C

Рнс. 6-22. Зависимость частоты от температуры для различных срезов кварцевых пластинок.

лична. С увеличением температуры частота пластинок может либо увеличиваться либо уменьшаться в зависимости от начальной температуры. Это показано на рис. 6-22, где приведены значения температурных коэффициентов частоты для нескольких срезов кварцевых пластинок в функции от окружающей температуры.

Для получения высокой стабильности частоты или возможности точного изменения частоты автоколебаний в небольших пределах кварцы могут помещаться в специальные тер-