Кварцевая стабилизация частоты колебаний автогенераторов

Кварцевая стабилизация частоты основана на повышении фиксирующей возможности колебательной системы или цепи обратной связи автогенератора за счет значительного повышения крутизны их фазочастотних характеристик. Это достигается благодаря высокой добротности кварцевых резонаторов.

Кварцевые резонаторы изготовляются из кристаллического естественного кварца или некоторых искусственных кристаллов, в которых может возникать пьезоэффект. Кристалл кварца имеет вид шестигранной призмы с двумя шестигранными пирамидами на концах (рис.5.18,а). Кристалл имеет три оси кристаллографий: X -електрическую, Y-механическую, Z-оптическую. Оптическая ось в кристалле кварца одна и проходит через вершину пирамид перпендикулярно плоскости сечения призмы. Количество осей X и Y совпадает с числом граней призмы, которых может быть до 30. Оси X и Y попарно взаимно перпендикулярны и расположенны в плоскости поперечного сечения призмы.

Пастина, вырезанная из кристалла кварца, и помещается между двумя металлическими обкладками (электродами). При механической деформации пластины на ее поверхно­сти возникают электрические заряды (пря­мой пьезоэлектрический эффект); при дей­ствии электрического поля пластина де­формируется (обратный пьезоэлектриче­ский эффект). Если приложенное напряже­ние переменное, то пластина совершает механические колебания.

Кварцевая пластина, как и всякое упругое тело, обладает резонансной частотой меха­нических колебаний, зависящей от ее раз­меров. Будучи включенной в электрическую цепь, пластина представляет собой резонансную систему, обладающую свойствами колебательного контура. Экви­валентная электрическая схема кварцевого резонатора представляет собой последовательно включенные индук­тивность, емкость и активное сопротивление, параллельно которым включена емкость между выводами резонатора.

В соответ­ствии со схемой рис. 2.14 кварцевый резонатор имеет две резонансные частоты: частоту последовательного резонанса ω_кв = 1/√L_KC_K и частоту параллельного резонанса ω_о = 1/√/L_K[C_KC₀/(C_K +С₀)]. Пос­кольку емкость последовательно соединенных С_к и С_о меньше емко­сти С_к, то ω₀ > ω_к. Разница между этими час­тотами составляет несколько сотен герц. Так как С_о зависит и от внешних цепей, то ω₀ менее стабильна, чем ω_к.

Замечательным свойством кварцевого резонатора является сла­бая зависимость его параметров от изменения температуры и напря­жения питания. Эта зависимость может быть еще уменьшена при правильном выборе среза кварца (см. рис.2.16). Так, относительное изменение частоты генератора с кварцевым резонатором (со срезом типа SC) при изменении окружающей температуры на 1°С или питающего напряжения на 0,1 В не превышает 10^-8.

Существует большое число различных схем автогенераторов с кварцевым резонатором, отличающихся активным (усилительным) элементом (лампа, транзистор, туннельный диод, интегральный мо­дуль и т.д.) и способом или местом включения резонатора (резонатор в качестве одного из сопротивлений трехточечной схемы, резонатор в цепи положительной обратной связи и т.д.). Наиболее часто в качест­ве активного элемента используются транзистор.

Одна из возможных практических схем транзисторного кварцевого автогенератора приведена на рис. 2.17. Кварцевый резонатор возбу­ждается на

Рис. 2.17

частоте, близкой к частоте последовательного резонанса ω_к. Для коррекции частоты предусмотрена катушка L, включенная последовательно с резонатором. Рабочая точка транзистора определяется резисторами R1-R2. Конденсаторы С2 и С3 совмест­но с резонатором П и катушкой L образуют схему емкостной трехточки.

Дата добавления: 2014-10-17