Стабилизация частоты

Частота свободных колебаний в контуре зависит главным образом от его индуктивности и емкости. Эти пара­метры не только связаны со свойствами катушки и конденсатора, но зависят и от присоединенных к колебательному контуру внешних це­пей. Температура и другие параметры окружающей среды могут вы­зывать изменение результирующих индуктивности и емкости и через них влиять на частоту колебаний контура. В случае генератора это приведет к изменению частоты генерируемых колебаний, которая из­меняется также при любых регулировках или изменениях в присоеди­ненных цепях.

Внутренняя емкость усилительного элемента и его входное и вы­ходное активные сопротивления зависят от приложенного напряже­ния питания. Поэтому непостоянство напряжения питания транзисто pa или туннельного диода и других электронных элементов, входящих в состав генератора или подключенных к нему, также вызывает изме­нение частоты. Механические сотрясения и удары также могут приво­дить к изменениям частоты из-за изменений емкости и индуктивности.

Дестабилизирующие факторы - это факторы, которые вызывают нежелательное изменение частоты генерируемых колебаний. По физической природе дестабилизирующие факторы могут быть разделены на две большие группы: технические и естественные.

Главными техническими дестабилизирующими факторами являются:

- изменение напряжений источников питания (пульсации напряжения випрямителей, медленные изменения напряжения электрической сети, нестабильность амплитуды и неравномерность вершины модулирующих импульсов и др.);

- изменение электрического сопротивления нагрузки;

- механические вибрации деталей колебательной системы и генераторного прибора;

· изменение температуры, влажности, давления и др.

Технические факторы по отношению к процессам в генераторах являются внешними факторами. По характеру проявления они могут быть регулярными или случайными, а по скорости изменения чаще медленными. Хотя принципиально они могут быть полностью устраненные, но на практике часто являются главными источниками нестабильности частоты.

Главными естественными дестабилизирующими факторами являются тепловые, дробовые и фликкерные шумы. Эти шумы являются внутренними случайными процессами в элементах генераторов. Они могут влиять на частоту (фазу) колебаний как аддитивно, так и мультипликативно (модулируя анодный или коллекторный токи генераторных приборов). Эти шумы не могут быть полностью устраненные, в связи с чем они и определяют потенциальную стабильность частоты колебаний автогенераторов. Естественные дестабилизирующие факторы становятся определяющими, когда значительно уменьшено влияние технических факторов.

Тепловые шумы обусловлены хаотическим движением электрических зарядов в проводниках и полупроводниках.

Дробные шумы обусловлены дискретностью носителей зарядов в электровакуумных и полупроводниковых приборах.

Фликкерные шумы возникают в полупроводниках, гранулированных резисторах, некоторых типах конденсаторов. Главной причиной этих шумов являются нестационарные процессы связанные с захватом носителей заряда примесными атомами, энергетические уровни которых находятся вблизи уровня Ферми. Время нахождения носителей на этих энергетических уровнях колеблется в границах от долей миллисекунд до долей секунд. Потому эти шумы обусловливают низкочастотные флуктуации проводимости соответствующего элемента схемы. В электронно-вакуумных приборах фликкер-шум обусловливает флуктуации эмиссии электронов с поверхности катода. В полупроводниках - низкочастотные флуктуации тока в объеме полупроводника (например, диода Ганна) или флуктуации тока через р-n-переход транзисторов и диодов.

Шумы в элементах автогенератора влияют на колебание аддитивно и мультипликативно за счет шумовой модуляции колебаний автогенератора (см. рис. 2.11). При этом наиболее сильно влияют низкочастотные составляющие шумов. Низкочастотные составляющие шумов непосредственно не попадают в полосу пропускания контуру и кольца обратной связи. Но их влияние на частоту колебаний, как правило, определяюще. Низкочастотные шумы в элементах автогенератора вызывают флуктуации активных и реактивных параметров этих элементов (емкостей С, индуктивностей L, крутизны характеристики S, внутреннего сопротивления R_i генераторного прибора и др.) и, соответственно, шумовую модуляцию токов и напряжений в этих элементах. Это обусловливает модуляцию шумом анодного или коллекторного тока активного элемента автогенератора. При этом флуктуации фазы первой гармоники анодного (коллекторного) тока приводят к флуктуациям частоты автоколебаний.

Методы стабилизации частоты колебаний автогенераторов делятся на две большие группы:

1. методы параметрической стабилизации;

2. методы синхронизации и автоматической подстройки частоты.

Первая группа относится к прямым методам, которые направлены на устранение или уменьшение дестабилизирующих факторов.

Вторая группа относится к непрямым методам, направленным на уменьшение нестабильности частоты, не изменяя дестабилизирующих факторов.

Выбор метода стабилизации зависит от диапазона частот автогенератора, его назначения, необходимой стабильности частоты, режима работы, условий эксплуатации и других факторов.

Рассмотрим сначала сущность параметрических методов стабилизации частоты.

К методам параметрической стабилизации частоты реализацию относятся:

• стабилизация напряжений и токов в цепях питания автогенераторов;

• термостатирование и термостабилиiзация;

• герметизация;

• амортизация;

• оптимизация режима работы;

• повышение фиксирующей возможности автогенератора.

Стабилизация напряжений и токов питания автогенератору повышает устойчивость режима его работы, поскольку способствует снижению приращений фазового углов в цепи обратной связи. Для этого используются магнитные и электронные стабилизаторы напряжений и токов, химические источники тока.

Термостататирование, термостабилизация, герметизация и амортизация уменьшают нестабильность частоты за счет повышения еталонности колебательных систем генераторов и используются при высоких требованиях к стабильности частоты.

Для улучшения температурной стабильности при изготовлении колебательного контура выбирают материалы, наименее подверженные влиянию температуры. Дополнительно применяют температурную компенсацию, включая у состав контура компенсационный конденсатор, емкость которого благодаря специальному подбору изоляционного материала уменьшается при повышении температуры и вызывает повышение частоты, что компенсирует ее понижение из-за влияния температуры на другие элементы.

Рис.2.12

Чтобы устранить влияние внешней температуры и других свойств внешней среды на генератор, его помещают в герметический термостат - камеру с точно стабилизированной температурой.

Влияние подключенных к контуру внешних цепей и элементов уменьшается ослаблением связи контура с ними и, в частности, с нагрузкой. Чтобы уменьшить влияние нагрузки, применяют между нею и генератором промежуточный «буферный» усилитель.

Воздействие механических сотрясений предотвращается амортизацией, т.е. упругой подвеской генератора.

Дата добавления: 2014-10-17