LC–генераторы

Генераторы гармонических колебаний

Генераторы гармонических колебаний для средств измерений выполняются в двух видах: генераторы сигналов (ГС) и генераторы стандартных сигналов (ГСС). ГСС имеют более высокие показатели стабильности частоты и формы, но меньшие уровни сигнала, чем ГС. Отечественные генераторы сигналов маркируются Г3, а генераторы стандартных сигналов – Г4.

Обобщенные структурные схемы измерительных генераторов гармонических сигналов типа ГС и ГСС представлены на рис. 10.2.

В LC-генераторах, для которых выполняются условия балансов амплитуд и фаз, частота в основном определяется резонансом колебательного контура:

.

а)

б)

Рисунок 10.2 – Обобщенные структурные измерительные схемы: а – генератора сигнала; б – генератора стандартных сигналов

Упрощенная схема современного LC-генератора на операционном усилителе показана на рис. 10.3 а. Усилитель автогенератора охвачен двумя цепями обратной связи, обеспечивающими режимы балансов амплитуд и фаз. Баланс амплитуд устанавливается цепью отрицательной ОС, состоящей из резисторов и . С ее помощью задается требуемый коэффициент усиления собственно усилителя . Баланс фаз обеспечивает цепь положительной ОС, состоящая из резистора и параллельного колебательного LC-контура. Коэффициент передачи цепи положительной ОС:

где – резонансное сопротивление параллельного контура.

а)	б)
Рисунок 10.3 – LC-генераторы на ОУ а – упрошенная электрическая; б – с кварцевой стабилизацией

Кварцевая стабилизация частоты. К LC-генераторам относятся и генераторы с кварцевой стабилизацией частоты. Данный способ стабилизации основан на применении в электрических схемах кварцевого резонатора вместо элементов -контуров, что позволяет снизить нестабильность частоты колебаний автогенератора до (отклонение частоты на от генерируемой =1 МГц). Относительная нестабильность частоты в дискретных точках составляет за 15 мин и за 16 ч работы генератора.

Кварцевый резонатор (сокращенно кварц) представляет собой помещенную в кварцедержатель тонкую прямоугольную пластинку минерала кварца, грани которой определенным образом ориентированы по отношению к осям кристалла. Из физики известно, что кварц обладает прямым и обратным пьезоэлектрическим эффектам (проще, пьезоэффектом). Прямой пьезоэффект возникает при механическом сжатии или растяжении кварцевой пластинки и сопровождается появлением на ее противоположных гранях электрических зарядов.

При воздействии на кварцевую пластинку переменного электрического поля в ней возникают упругие механические колебания (обратный пьезоэффект), приводящие, в свою очередь, к появлению электрических зарядов на гранях пластинки. Кварц можно рассматривать как электромеханическую колебательную систему и сравнивать ее свойства с обычным колебательным LC-контуром. Добротность кварцевого резонатора достигает сотен тысяч, тогда как у колебательного контура она не превышает 300...400. Механическая прочность и слабая зависимость частотных свойств от температуры обусловливают достаточно высокую эталонность частоты кварцевых резонаторов. На рис. 10.3 б показана упрощенная схема LC-генератора с кварцевой стабилизацией.

Как правило, LC-генераторы предназначаются для работы в автоматизированных измерительно-вычислительных комплексах и обеспечивают возможность дистанционного управления частотой и уровнем выходного напряжения посредством команд, передаваемых двоично-десятичным кодом. Диапазон перестройки частоты обычно лежит в пределах от 0,01 Гц до единиц мегагерц, минимальная дискретность ее установки составляет 0,01 Гц.

Дата добавления: 2014-11-08