Главная Промышленная автоматика. На низких частотах в генераторах прямоугольных импульсов, стабилизированных с помощью кварцевого резонатора, и в тех случаях, когда не предъявляется высоких требований по стабильности частоты, КГ могут выполняться на операционных усилителях и цифровых микросхемах. Параметры некоторых операционных усилителей, применяемых в КГ, приведены в табл. 3.13. В табл. 3.14 приведены параметры некоторых цифровых микросхем, применяемых в КГ. Таблица 3.14. Параметры цифровых микросхем
КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ НА СРЕДНИЕ ЧАСТОТЫ 4.1. Кварцевые резонаторы на средние частоты В среднечастотном диапазоне частот 1-30 МГц используютси резонаторы в основном с колебаниями первого порядка (на частотах выше 15 МГц иногда высших порядков) сдвига по толщине. В диапазоне 1-8 МГц пьезоэлементы резонаторов имеют форму двояковыпуклых или плосковыпуклых линз, а выше 8 МГц пьезоэлементы плоские. Рассмотрим резонаторы с четырьмя наиболее характерными срезами пьезоэлемеитов: AT. ИТ. ВТ и РТ. Параметры резонаторов названных срезов приведены в табл. 4.1. Динамическое сопротивление вакуумных резонаторов R„ лежит в пределах 3--250 Ом. причем наименьшее имеют резонаторы AT.у резонаторов БТ динамическое сопротивление в 2 раза, у ИТ в 2-3 раза, а у РТ в 7-8 раз больше, чем у резонаторов AT. Герметизированные резонаторы имеют динамическое сопротивление в 1,5-2 раза больше, чем вакуумные [148]. Динамическое сопротивление среднечастотных резонаторов мало зависит от температуры. Однако у отдельных резонаторов оно может изменяться в 1.3-2 раза (большие изменения соответствуют низким частотам) в узких интервалах температур. Поэтому в тех- Таблица 4.1. Параметры резонаторов на средние частоты
Примечание. В зироваиные. скобках указан тип резонатора: В - вакуумные. Г - гермети- иической документации следует оговаривать допустимое изменение динамических сопротивлений в интервале температур или задавать норму на его максимальное значение также в интервале рабочих температур. Статические емкости резонаторов: у AT 2-8 пФ, у ИТ примерно такая же. резонаторы РТ и БТ имеют емкость меньше емкости резонаторов AT на 25 и 50% соответственно. Зависимость средних значений реактивного сопротивления статических емкостей средне-частотных резонаторов от частоты приведена иа рис. 4.1. Емкостное отношение т максимально в поддиапазоне частот 8-30 МГц. в котором используют плоские пьезоэлементы. Большее значение емкостного отношения имеют резонаторы AT, а меньшее - резонаторы РТ. В поддиапазоне частот 1-8 МГц емкостное отношение уменьшается примерно в 2 раза из-за того, что пьезоэлемент имеет линзовую форму, причем ме!1ьшне значения соответствуют малы.м радиусам кривизны сферы. Добротность Q зависит от диапазона частот, размеров и формы пьезоэлемента и типа среза. Предельное значение добротности может быть найдено из соотношения /Q » 13 • 10", из которого видно, что добротность резонаторов уменьшается по мере увеличения частоты. При уменьшения частоты начинают сказываться потери в ирепленни пьезоэлемента, н при определенных частотах добротность также уменьшается. 0,5 0,4 0,3 Г,МГЦ го 30 to so 100 zoo Рис. 4.1. Зависимость средних значений реактивных сопротивлений статшче-ской емкости резонаторов от частоты На рис. 4.2 показана зависимость предельных значений добротности резонаторов от частоты. Кривые для линзовых пьезоэлементов построены для случая работы по основной частоте. Температурио-частотные характеристн-к и средиечастотных резонаторов AT, ИТ, БТ и РТ изображены на рис. 4.3. Параметры ТЧХ для трех интервалов рабочих температур приведены в табл. 4.2. Из рис. 4.3 видно, что ТЧХ резонаторов имеют вид парабол AT н ИТ - кубической, а БТ н РТ - квадратичной. При отсчете отклонения частоты от значения при температуре tg ТЧХ резонаторов БТ описывается степеинйм коэффициентом второго порядка; ТЧХ несимметрична относительно <э (правая ветвь более пологая, чем левая): для йравой ветви Ьцд = -3,5 • 10"/ (°С)2, дли левой 6(,9 = - 6-10-*/ fG) (более точно ТЧХ характеризуется тремя значениями коэффициентов Aqq, 6flQ, Cog, которые указаны, аапрнмер, в (35, 38, 16]. ри работе резонаторов в широком интервале темпера- тур следует температуру выбирать левее значения середины интервала, например, при рабочем интервале 100 °С разница между и знаЧеинем середины рабочего интервала около 7 °С. Температуру можно изменять в широких пределах изменением угла среза. Резонаторы БТ имеют большую нестабильность частоты .в интервале температур по сравнению с другими. Для резонаторов РТ ТЧХ симметрична относительно и опи.-сывается степенным коэффициентом второго порядка Ьцв ~ = (0,6 - 1) • 10-*/"С Так же, как и для резонаторов БТ, можно изменять в широких пределах изменением угла среза. Для 10 Z0 30 50 100 Z03 Рис. 4.1. Зависимость добротности кварцевых резонаторов от частоты резонаторов РТ ТЧХ более чувствительна к изменению угла среза, чем у резонаторов БТ, ио менее чувствительна, чем у AT. Так как резонаторы AT нашли более широкое применение, чем БТ и РТ, рассмотрим их ТЧХ более подробно. У резонаторов AT ТЧХ имеет вид кубической параболы со степенными коэффициентами: Ape *09 iO-4°C; Cqq - = 109,5 • 10-12/°С; ka = -0,086 • 10-е мии/°С; = 0,059 х X 10-» мин/С; kc = 0.033 • 10-" мни/°С. Отиоснтельно температуры ti ТЧХ резоиаторовсимметрнчна и имеет перегиб на значении <г = о - *o9"ofl °" " этому иногда следует выбирать Jo - U- В этом я; 25-27 "С. По-случае б/ «09 С - о) + 09 - о)- Следует также отметить, что для резонаторов, используемых на практике, можно считать, что коэффициент Cqq = Coo = const. Для различных углов среза ТЧХ резонаторов AT показаны иа рис. 4.4. из которого видно, что при изменении угла среза происходит поворот ТЧХ относительно Таблица 4.2. Параметры ТЧХ среднечастотных реэонаторой ш я с S &1
Температурная нестабильность, 10 в интервале температур (-10 + 60) С, ,(-40-i-+70) "С, (-60-Н + 90) "С Диапазон частот 1-2 МГц AT ИТ 20-100 60-150 ±(10-15) Диапазон частот 2-10 МГц ±(20-30) ±(30-50) AT БТ ИТ РТ -(4-4,5) -(0,6-1) 20-100 0-100 60-150 20-80 ±(10-15) -(65-70) -(10-16) Диапазон частот 10-30 МГц AT БТ ИТ РТ -(4-4.5) -(0.6-1) 20-100 0-100 60-150 20-80 ±(5-10) -(65-70) -(10-16) ±(20-30) -(145-160) -(30-50) ±20 -(J 4 5-160) -(30-50) ±(30-50) -(260-320) -(50-80) ±30 -(260-320) -(50-80) Рис. 4.3. Усредненные ТЧХ кварцевых резонаторов различных срезов Рассмотрим, какова предельная температурная стабильность частоты резоиаторов-в широких интервалах температур. Обозначим через „ и „ низшую и высшую температуру рабочего интервала. Расчет будем проводить для максимального подынтервала - ti\ или к-il (Дн или Дк,). Для определеииости будем считать, что Л/„ > Д„,-. Минимальная температурная нестабильность и заданном интервале температур будет в том случае, если б/ = fi/min, где Jmin - значение частоты при tnin - В этом случае значение температуры = н- Воспользуемся условием Дто-т; = = 0.5Д/а,- = 0.5Д/„г. Тогда (4.1) (4.2) 6/п =-а,9 -нг--е н,; Найдем из (4.1) коэффициент (4.3) Рис. 1.4. Температуриочастотиыё характеристики кварцевых резонаторов AT среза 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 0.0017 |