Главная - Литература

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 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 [66] 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

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-

у/ \

*\ /

\ />У

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

N \t

-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-



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 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 [66] 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0094