Главная Промышленная автоматика.
G г- (-о I- о о о ООО Ю СЧ о о о ю о со о о о о о со СЧ СЧ \ I I 8§8 о СЧ ю СЧ - - 00 00 00 I I I СЧСЧ СЧ о8§ I I I ООО lO о lO - со СЧ Ю Ю ,-г- lO " -о t--. ю из t- Ю 04 СЧ со СЧ о о о о ю о Ю о - Ю СЧ ю - (Ti - 1--- ю I I I I м о о о о о о о о о lO lO ю г- С4 Ю СЧ СЧ о о о о о о о о о о о о о 00 СЧ lO lO -• со - СЧ - СЧ - о о о о о о о о о о о о -Ч* о lO - 1Л Ч* TJ* 00 со - - - - СЧ ю ю о о о Ю -. СЧ 00 1Л ю о о о о СЧ t-- lO Ю -Ч* 00 го ю to со - со С4 го СЧ Ю о" о о" о о* о" ! М М I -со со СЧ сч" - со - тг" СЧ 05 г- - - 1Л о 00 СЧ LO - о о о о о 1Л о 00 со 00 00 СЧ ю СЧ со - со - М 1 М I о lO о о Ю иО ю со 00 СЧ со о о о о о о о со СЧ со со С1 lO го со мм I I о о о о о о о со со 10 Ю СЧ со СЧ со - 00 00 00 со СЧСЧ - ~ СЧ ю о 1Л о со -. со СЧ со СЧ СЧ о lO о о о - СЧ со го о н о о о о* н -ч» о я ра U CD t-1-1-1-1 f- CD u CD u a u t- t- f- h f-1-<<u3«Sb S = 50 mA/B, коэффициент запаса по возбуждению Кз = 5, Ко = = 0,5. Кроме емкостных трсхточск в диапазоне средних частот применяются, правда значительно реже, н схемы с резонатором в цепн обратной связи. Такие схемы позволяют обеспечить прн той же мощности, рассеиваемой иа резонаторе, большую мощность на нагрузке. Позвол]яя обеспечить больший запас по возбуждению, схемы с резонатором в цепи обратной связи допускают применение резонаторов с большим • По сравнению с емкостной трехточкой, в таКой схеме наблюдается большее изменение частоты прн изменениях напряжения питания и других параметров реактивных элементов частотозадающсй цепи и активного элемента. Расчет элементов колебательной системы X,, Xj, Хз в однотранзн-сторном КГ с резонатором в цепи обратной связи (рис. 4.7) подробно рассмотрен в [132]. Сопротивление делителя в цепн обратной связи R= = t/o (R„/2Ph„)>.» где t/в = = IJS (6) [1 + Qjfsf] - амплн-туда напряжения возбуждения; Рц-о - мощность, рассеиваемая иа резонаторе. Реактивное сопротивление плеча контура между эмиттером и базой Хг = -(1 + к)- {Х„в (xR - К" (R + ?„в)]- К-М. где X = МК (1 + RjR) - коэффициент трансформации; К = = UjU.g-uojiynb коэффициента обратной связи; М = 1,02-г2 - коэффициент. Рис. 4.7. Эквипалентиая сзема кг с резонатором в цепн обратной связи Модуль коэффициента обратной связи 0.5/», (1+(/„/Ш созфн SYi(0)(/„ -t-[l-t-(l-r,Jr,-4+/„B(l+R/?HB)} • (4.9) где Я„ - мощность, отдамсмая в нагрузку; ri„ - КПД, обычно принимается ti„<0,5; <р„ - сдвиг фаз между током /„i и напряжением t/к.в- При определении К нз (4.9) принимается ф„ ж 0. В дальнейшем значения <р„ и К уточняются. Реактивное сопротивление плеча контура между коллектором н базой Хз = Xj (1 -f--f 1/х). Реактивное сопротивление плеча контура между коллектором н эмиттером транзистора Xi = [x/Xj - /?к]~. где - обобщенная расстройка частоты генератора относительно собственной резонансной частоты контура; = { (?„ + R)SiR X X (/„ s) + (x, (1 -t- к) -t- х„в1 (Sx? - к [1 -t- (fjfsm X X { [Xj (!+?<)+ X„J5i (fjfs) -(R + ?„в) ISiR - X [1 -t-+ (/k s)1])- Поскольку Хз= Х -f- то Х = = XJQ (1 - &/Q)-?к. где Q - добротность иенагружеиного контура. Для повышения стабильности частоты рекомендуется выбирать Q = 20-80. По известным Xj и Хц определяется Х . Уточняется значение cos ф„, принятое в начале расчета равным единице: cos ф,, = = [S,R - X (1 -t- f„/fs)] { (I + I) I (S,R~>i) +(x/„ s)lEc- ли уточненное значение cos ф„ отличается более чем на (15-20)%, то необходимо повторить расчет при данном значении cos ф„. При интегральном исполнении КГ, когда элементы активной части выполняются по твердотельной технологии (в активной части генератора используются КМОП структуры), также применяются схемы с резонатором в цепи обратной связи. Во многих случаях прн этом отсутствуют дополнительные частотно-нзбирательные цепн с нидуктнвностями. Устойчивая работа резонатора обеспечивается в данном случае благодаря созданию фазового сдвига пп (л = О или четное число) в цепи обратной связи на частоте резонатора. Так как резонатор на резонансной частоте /„ имеет минимальное сопротивление, обеспечивается и максимальный коэффициент положительной обратной связи (коэффициент передачи напряжения с выхода на вход). 4.3. Практические схемы КГ Как уже говорилось выше, в качестве активного элемента в КГ, построенном по трехточечной схеме (рнс. 4.8), может использоваться транзистор, удовлетворяющий условию > /г. Важными параметрами транзистора являются крутизна характеристики, уровень шумов, значение и стабильность проводимостей, габариты и экономичность. ..Пз1 Л 1/73/ •СIt 1« Рис. 4.8. Кварцевый генератор, выполненный по емкостной трехточечной схеме: а - схема без корректора частоты; б - вариант корректора частоты Частота КГ (см. рис. 4.8 о) выше частоты последовательного резонанса резонатора на значение Д/о= -0,5/п/ка;о6ш/(1--о6щ) (4 10) = -Со + I V-) ~ полное приведенное где дгобщ + Свх сопротивление генератора. Поскольку величина Д/д определяется полным реактивным сопротивлением КГ, которое определяется, в свою очередь, емкостями связи С, н Cj, входной н выходной емкостями транзистора, имеющими опреде.1ениый разброс то частота генератора будет от- Лйчаться от частоты последовательного резонанса резонатора даже прн использовании резонатора, частота кЬторого выбрана ниже нО мннальной частоты генератора на tf. Из-за разброса параметров элементов отстройки частоты КГ отиоснтельно номинального значения Д / = -0,5тД;к (1 - efl [1 - Д;к (1 - e)]. (4.11) С пх min Сх rain + Свых mln Ci гаах "Ь Свх гаах Cj гаах Свх гаа Сопротивления Кг, определяющие режим транзистора Т1 по постоянному току, обычно до десятков кнлоом в зависимости от требований, предъявляемых к КГ по потребляемой мощности, интервалу рабочих температур, стабильности уровня выходного иапря-жеиня н т. д. Сопротивление обычно лежнт в пределах от нескольких сотен ом до нескольких кнлоом и зависит также от требований к уровню выходного напряжения, потребляемой мощности. Конденсатор СЗ разделительный, его емкость в зависимости от частоты может быть в пределах от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч пикофарад; R4C4 - фильтр в цепи питания. Ориентировочные значения емкостей связи Си С, н сопротивления Ru параллельного кварцевому резонатору, приведены в (дли схемы рнс. 4.8) табл. 4.8. Таблица 4.8. Параметры элементов схемы рис. 4.8
Технические характеристики КГ (см. рис. 4.8) Напряжение питания. В........ 6-10 Мощность, потребляемая от источника. мВт . . 5-20 Нестабильиость частоты прн изменении напряжении питания на ±15%. не более....... ±5-10" Дополнительная нестабильность частоты, обусловленная изменением параметров элементов схемы прн изменении температуры от -50 до 70 °С. не более............. ±1,5-Ю-» Выходное напряжение. мВ....... ISOi-500 Генератор не требует иастройкн, кроме установки номинальной частоты, предварительной регулировки. Недостатком является довольно значительное влияние изменении нагрузки на частоту. Для уменьшения «того влияния в цепь коллектора включают дополнн- тельный резистор, с которого снимается выходное напряжение. Но в этом случае возрастает уровень высших гармонических составляющих в выходном сигнале генератора, Что не всегда допустимо. Применение интегральных микросхем более эффективно » КГ с резонатором в цепи обратной связи. Активная часть генератора в таких случаях содержит операционный усилитель, логический элемент, выполняющий функцию токового ключа, ограничитель тока на биполярных или полевых транзисторах, а резонатор включают в цепь положительной обратной связи. На рис. 4.10 приведены варианты схем КГ на ограничителях тока, выполненных на биполярных транзисторах КТ324 (рис. 4.10, а) и полевых транзисторах КП302 (рнс. 4.10, б) .[93]. Технические характеристики КГ (см. рис. 4.10) Напряжение питания. В . . . .... 6 Мощность, потребляемая от источника, мВт . 20-30 Нестабильность частоты при изменении напряжения питания на ±15%. не более....... ±2-10" Дополнительная нестабильность частоты, обусловленная изменением параметров элементов схемы прн изменении температуры от -50 до 70 °С. . . ±5-10- Выходное напряжение, мВ....... 50-500 Рио, 4.9. Схема КГ с контуром на выходе усилительного каскада (Общую точку С1 и Пэ1 заземлить) На рис. 4.9 приведена схема КГ, обеспечивающего фильтрацию высших гармоник и малое влияние нагрузки иа частоту, описанная в [6,17]. Генератор собран по емкостной трехточке, на транзисторе Т2, иа Т1 собран усилительный I Tt п кпзог кпъог каскад с общей бвзой. По постоянному току транзисторы Т1 и Т2 включены каскодно. Нагрузкой усилительного каскада служит контур L2C5C6, резистор R6 предотвращает возбуждение усилительного каскада. Генератор устойчиво работает в диапазоне средних частот, не требуя какой-либо настройки, кроме установки номинальной частоты с помощью L1 и настройки выходного контура по максимуму выходного напряжения. Рис. 4.10. Схемы КГ на ограничителях тока: а - иа биполярных транзисторах; б - иа полевых траизисторах Прн использовании транзисторов КТ324 КГ устойчиво работает во всем диапазоне средних частот, на транзисторах КП302 - в диапазоне частот 1-5 МГц. Сопротивления Ri-равиыеорнеи-тнровочно 150-680 Ом и зависят от параметров резонатора, рабочей частоты генератора, трсбуемогруровня выходного напряжения. -.I-JT7 г« Г-тТ Рис. 4.11. Схема КГ на комплементарных МОП структурах На рнс. 4.11 приведена схема КГ с резонатором в цепн обрат-нон свлзн [120], активная часть которого выполнена иа комплементарных МОП-структурах. Прн использовании в дн.апазоне частот 1-5 МГц такой генератор экономичен и устойчив в работе, имеет малые габариты .н потребление. Однако режимная нестабильность частоты его хуже, чем у выше рассмотренных генераторов. 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 0.0018 |