КВАРЦЕВЫЕ АВТОГЕНЕРАТОРЫ

 

 

Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора приведена на рис. 1а.

 

(а)

(б)

Рис. 1.

 

Элементы L_кв, C_кв, R_кв представляют собой последовательный резонансный контур C_п – паразитная емкость. Зависимость проводимости схемы (рис.1а) от частоты представлена на рис.1б. Из рис. 1а, 1б следует, что кварцы представляет собой высокодобротный многорезонансный контур. Основные резонансы кварца – первый, третий, пятый. Рис. 1б показывает, что помимо основного резонанса кварца с частотой f_кв, может существовать паразитный резонанс с частотой f_п из-за влияния проводимости паразитной емкости С_п.

На рис. 2 представлена электрическая схема емкостной трехточки, в которую включен кварцевый резонатор. Если резонансный контур, состоящий из L, C₁, C₂ – рассчитан на рабочую частоту автогенератора, и резонансная частота кварца совпадает с рабочей частотой, то кварц, в этом случае, не влияет на условия стационарного режима, но за счет своей большой добротности повышает стабильность частоты.

Рис. 2..

 

Для работы на резонансной частоте необходимо создать условия, при которых была бы невозможна работа на паразитной частоте f_п

При работе на гармонике кварца необходимо создать условия, при которых была бы невозможна работа на низкой гармонике кварца. Первая проблема решается включением в схему шунтирующего резистора R_ш, который на паразитной частоте вносит активные потери, предотвращая тем самым возбуждение колебаний на паразитной частоте. При работе кварца на высоких гармониках к колебательному контуру добавляется индуктивность L_k. Индуктивность L подбирается таким образом, чтобы резонансная частота контура

находилась в промежутке между рабочей гармоникой и предшествующей гармоникой, например, при работе на третьей гармонике должно выполняться условие: .

В этом случае проводимость контура С_1,L_k на рабочей частоте кварца эквивалентна проводимости емкости, на частоте более низкой гармоники проводимость будет эквивалента индуктивной проводимости, что приведет к нарушению баланса фаз, необходимого для стационарного режима на более низкой гармонике.

Необходимо отметить, что схема (рис.1) автогенератора с кварцем не единственная. В схеме может отсутствовать индуктивность контура L. В этом случае автогенератор будет работать не на резонансной частоте кварца, он будет работать на более высокой частоте, на которой эквивалентная проводимость кварца (рис.1б) будет соответствовать проводимости, исключенной из колебательного контура индуктивности L.

Главным назначением кварца в автогенераторе является повышение добротности всей резонансной системы автогенератора. Повышение добротности связано с уменьшением активных потерь в колебательной системе автогенератора. В первую очередь, это сведение к минимуму активной внешней нагрузки, что достигается слабой связью с нагрузкой или включением малой емкости перед последующим усилительным каскадом.

Другие активные потери вносит сам транзистор. Эти потери обусловлены активными сопротивлениями переходов базы – эмиттер и коллектор-эмиттер. Минимизация этих потерь достигается за счет коэффициента обратной связи схемы (рис.2)

 

(1)

 

 

В колебательном контуре (рис.1а) ток в емкостях с₁ и с₂ представляет собой резонансный ток контура, поэтому K_ок будет определяться емкостями:

 

(2)

 

 

Если выбирать K_ос меньше единицы, то это приводит в соотношении (1) к увеличению напряжения U_k, переходу транзистора в перенапряженный режим и увеличению потерь. Если выбирать K_ос больше единицы, то, в соответствии, соотношение (2) приведет к уменьшению емкости С₂ и, как следствие, включение в контур активных потерь перехода базы эмиттер. Оптимальным для практики является K_{о с}»1.

 

 

ВАРИАНТЫ ВОПРОСОВ

 

 

1

 

1. От какой причины зависит стабильность частоты автогенератора?

а) величины отрицательной активной проводимости нагрузки контура;

б) величины реактивной проводимости индуктивности контура;

в) от добротности контура.

2. Какие виды активных потерь главным образом определяют нестабильность частоты транзисторного автогенератора?

а) входная проводимость транзистора;

б) активная проводимость катушки индуктивности;

в) активные проводимости внешней нагрузки.

3. Для каких целей служит включение параллельного кварцу активного сопротивления?

а) для подачи смещения на базу;

б) для повышения эквивалентной проводимости нагрузки коллектора на паразитной частоте;

в) для повышения эквивалентной проводимости нагрузки коллектора на рабочей частоте.

 

 

2

1. Какие причины влияют на стабильность частоты при низкой добротности колебательного контура?

Указать не правильный ответ.

 

а) нелинейные реактивные параметры транзистора;

б) нелинейные активные параметры транзистора;

в) высшие гармоники коллекторного тока.

2. Указать неверное назначение параллельной коллекторной индуктивности кварцевого автогенератора:

а) служит для настройки в резонанс с емкостью контура С1;

б) для подачи смещения в коллектор;

в) для борьбы с возбуждением низших гармоник кварца.

3. Какими преимуществами обладает простейшая емкостная трехточечная схема, перед индуктивной трехточечной?

а) больше величина добротности;

б) меньше индуктивность;

в) меньше влияние высших гармоник на коллекторную проводимость.

 

 

3

1. Указать на наиболее важную характеристику автогенератора:

а) колебательная мощность;

б) КПД;

в) стабильность частоты.

2. Что произойдет с добротностью колебательного контура, если коэффициент обратной связи сделать много больше единицы?

а) уменьшится;

б) увеличится;

в) останется без изменения.

3. На какой частоте произойдет возбуждение транзисторного автогенератора с кварцем включенным в контур вместо индуктивности?

а) резонансной частоте кварца;

б) на резонансной паразитной частоте;

в) на частоте в интервале двух резонансных частот кварца.

 

 

4

1. Почему рабочие частоты стабильных автогенераторов должны быть много меньше предельной частоты транзистора?

а) необходимо большое значение крутизны коллекторного тока;

б) выполнение условия самовозбуждения;

в) слабое влияние режима колебаний на реактивные параметры транзистора.

2. Объяснить устойчивость стационарного режима транзисторного автогенератора с параллельным контуром, если рабочая точка имеет нулевое смещение.

а) устойчив в режиме класса С;

б) устойчив в недонапряженном режиме;

в) устойчив в перенапряженном режиме.

3. Что произойдет с добротностью колебательного контура транзисторного автогенератора, если взять коэффициент обратной связи много меньше единицы?

а) уменьшится;

б) увеличится;

в) останется без изменений.

5

1. Что произойдет с автогенератором после его включения при отсутствии автосмещения?

а) не самовозбудится;

б) перейдет в перенапряженный режим;

в) будет работать в стационарном режиме в классе А.

2. Определить активную проводимость параллельного резонансного контура, если известна величина реактивного сопротивления катушки Ом и сопротивление потерь катушки 1 Ом:

а) 0,01 1/Ом;

б) 0,1 1/Ом;

в) 1 1/Ом.

3. Возможна ли частотная модуляция с широкой полосой девиации частоты автогенератора с кварцем в контуре?

а) возможно;

б) возможна с низкой стабильностью несущей частоты;

в) невозможна.

 

6

1. Что произойдет с транзисторным автогенератором, если при включении его на базу не подано отпирающее смещение?

а) выйдет из строя;

б) будет работать в. режиме с отсечкой;

в) не возбудится.

2. Определить проводимость параллельного резонансного контура, если известно сопротивление индуктивности 5 Ом и сопротивление потерь катушки 1 Ом:

а) 0,04 1/Ом;

б) 0,2 1/Ом;

в) 1 1/Ом.

3. Какие виды модуляции имеют место при использовании автогенератора с кварцем в контуре (указать не верный ответ)?

а) амплитудная;

б) частотная;

в) импульсная.

Г) фазовая