АВТОГЕНЕРАТОРЫ ПОВЫШЕННОЙ СТАБИЛЬНОСТИ

И. Василькевич, Радио №10/1965, ст.27

Кварцевые автогенераторы. Используя кварцевые резонаторы, можно создать генерато­ры, генерирующие частоту, близкую к частоте параллельного резонанса эквивалентного колебательного кон­тура, и генераторы, в которых коле­бания происходят на частоте после­довательного резонанса, определяе­мой частотой кварцевой пластины.

К первому типу относятся автоге­нераторы, выполненные по схемам индуктивной или емкостной трехто- чек, с использованием кварца в ка­честве индуктивности. Частота, ге­нерируемая в генераторах этого ти­па, всегда ниже частоты парал­лельного резонанса кварца, так как только в этом случае его реактивное сопротивление имеет индуктивный характер. Чаще других используется емкостная трехточка (рис. 1) с тран­зистором, включенным по схеме с общим эмиттером и кварцем между базой и коллектором.

Режим транзистора стабилизирован по постоянному току сопротивле­ниями R1 R2 R3 Наибольшую ста­бильность частоты при изменении режима транзистора и напряжения источника питания можно получить при U_кэ>=5в; I₀=3 ма. С указанными на схеме (рис. 1) номиналами гене­ратор устойчиво работает в широком диапазоне частот (1—20 Мгц) и пи­тающих напряжений (4—12 в). Не­стабильность частоты автогенератора при изменении режима транзистора (напряжения питания Е_п или тока коллектора I₀) на 20% составляет около 1.10^-6. Температурная не­стабильность автогенератора в ос­новном определяется параметрами кварцевого резонатора

Нагрузка подключается к кол­лекторной цепи автогенератора через конденсатор С₃. Указанный генера­тор хорошо работает только на дос­таточно высокоомную нагрузку (по­рядка нескольких килоом). При низ­коомной нагрузке (десятки—сотни ом) вследствие отсутствия согласо­вания невозможно получить на на­грузке значительное напряжение. В этом случае для нагрузки автоге­нератора целесообразно использо­вать колебательный контур L_КС_К, включив его вместо сопротивления R₄ к точкам 1—2. Резонансная частота контура L_KC_K должна быть ниже час­тоты автогенератора

Однако схема с колебательным кон­туром может быть применена в срав­нительно узком диапазоне частот вследствие неравномерности выход­ного напряжения.

Общим недостатком автогенерато­ров на транзисторах, генерирующих на частоте, близкой к частоте парал­лельного резонанса, является шун­тирование элементов колебательного контура сопротивлениями темпера­турной стабилизации. Этого недос­татка лишены автогенераторы второ­го типа, генерация колебаний в которых происходит на частотах, близких к частоте последовательного резонанса кварца. Как известно, эк­вивалентное сопротивление кварца в области последовательного резонанса очень мало, и шунтирование кварца элементами схемы не снижает его стабилизирующих свойств. Чтобы автогенератор работал на частотах, близких к частотам после­довательного резонанса кварца, по­следний должен быть включен в раз­рыв цепи обратной связи (рис. 2) или контура генератора (рис. 3).

УКВ генератор (рис. 2) выполнен по схеме емкостной трехточки на транзисторе П411, включенном по схеме с общей базой. Кварц включен в цепь обратной связи и работает на частоте последовательного резонанса. Нейтрализующая индуктивность L₂ устраняет паразитную генерацию че­рез емкость кварцедержателя (С= 8—10 пф) и образует с последней параллельный колебательный кон­тур, настроенный примерно на рабо­чую частоту кварца.

Рабочий диапазон частот автоге­нератора 40—70 Мгц, эффективное значение колебательного напряжения на контуре (при R_к=3,6 ком), со­ставляет 3—3,3 в. В генераторах, ра­ботающих на более низких частотах (до 20 Мгц), нейтрализующей индук­тивности L₂, как правило, не требует­ся.

На рис. 3 кварц включен последо­вательно в индуктивную ветвь кон­тура генератора, выполненного по схеме емкоетной трехточки с гальва­ническим заземлением коллектора. Последнее снижает влияние паразит­ных параметров на частоту генера­ции. Кварц включен через раздели­тельный конденсатор С₄. Сопротив­ление R₄ при нормальной работе ге­нератора почти не влияет на пара­метры схемы, так как его величина в 5—10 раз больше, чем эквивалентное сопротивление кварца в режиме по­следовательного резонанса. При вы­ходе кварца из строя сопротивление R₄ препятствует возникновению гене­рации, внося затухание в контур ге­нератора через эквивалентную парал­лельную емкость кварца и емкость кварцедержателя

Стабилизация режима генератора по постоянному току осуществляется сопротивлениями R₁, R₂, R₃. Кон­денсаторы С₁ и С₂ образуют делитель обратной связи генератора. Конден­сатором С₃ частота автогенератора подстраивается в пределах 1.10^-5 ст номинального значения.

При указанных на схеме номина­лах автогенератор может работать в диапазоне 1 —15 Мгц. Настройка на заданную частоту определяется вы­бором величины индуктивности L₁.

Описанные выше схемы часто ис­пользуются как генераторы гармо­ник, поскольку эквивалентное со­противление кварца мало не только на первой, но и на всех его нечетных гармониках (1, 3, 5, 7). В этом случае колебательный контур настраивается на частоту гармоники.

Диапазонные автогенераторы с повышенной стабильностью амплитуды колебаний

При перестройке частоты диапазон­ного автогенератора, как правило, изменяется величина установившего­ся значения амплитуды его колеба­ний. Это происходит вследствие изме­нения параметров автогенератора. Известно, что при установившемся режиме автогенератора выполняется условие баланса фаз (когда сумма фазовых сдвигов в транзисторе, кон­туре и цепи обратной связи равна нулю) и баланса амплитуд. Последний наступает, когда коэф­фициент усиления автогенератора становится равным единице

При перестройке частоты изме­няется сопротивление контура R_к, а в некоторых схемах и коэффициенты связи контура с цепью коллектора k_K и входом автогенератора k_вх, что и приводит к изменению устано­вившегося значения выходного на­пряжения. Однако в ряде случаев требуется, чтобы величина установившегося значения амплитуды колебаний ав­тогенератора незначительно менялась при перестройке частоты. Принцип работы подобных схем рассмотрим на примере автогенератора (рис. 4) с автотрансформаторной обратной свя­зью, имеющего систему автоматиче­ской стабилизации амплитуды. При перестройке частоты от f_нижн до f_верх конденсатором С₁ меняется только резонансное сопротивление контура (ОТ R_к нижн до R_кверх)так как k_K И k_вх определяются параметрами ка­тушки индуктивности L₁ и не зави­сят от частоты

Выходное напряжение автогене­ратора будет Относительно постоян­но даже в широком диапазоне изме­нения сопротивления контура, если пропорционально последнему изме­нять сопротивление эмиттерного пе­рехода r_э, что можно осуществить, воздействуя на ток эмиттера транзис­тора. Именно на этом принципе и основана система автоматического регулирования, изображенная на рис. 4. Напряжение с коллектора автогенератора через разделительный конденсатор С₄ поступает на диод Д₁, на анод которого подается постоян­ное отрицательное напряжение E_у. Если амплитуда колебаний на кол­лекторе превысит напряжение E_у, диод отпирается, и на его катоде отно­сительно земли образуется некоторое положительное напряжение, которое через фильтр R₃С₅R₄ подается на ба­зу транзистора и запирает его до тех пор, пока амплитуда напряжения на коллекторе не станет равной напря­жению E_у.

Автогенератор должен быть рас­считан таким образом, чтобы без системы автоматической стабилиза­ции минимальное значение амплиту­ды напряжения на коллекторе было больше Еу. Режим автогенератора по постоянному току при отключенной системе автостабилизации целесооб­разно выбирать следующим: Uкэ=—(4—6)в; I_э=(2—4) ма. Для нор­мальной работы системы автостаби­лизации собственно автогенератор нельзя хорошо стабилизировать по постоянному току, так как в против­ном случае система авторегулирова­ния не может изменить его режим.

В схеме, показанной на рис. 4, режим по постоянному току опре­деляется величиной сопротивления R₂, которое, как правило, необхо­димо подбирать, что является недо­статком подобного рода схем.

Система автостабилизации эффек­тивно стабилизирует амплитуды на­пряжения на коллекторе более одно­го вольта, так как при меньших ам­плитудах детектор имеет небольшой коэффициент передачи. Величина стабилизируемого напряжения оп­ределяется выбором соотношения со­противлений делителя R₅R₆. Чтобы при работе детектора не менялась величина напряжения Е_у, постоян­ный ток делителя R₅R₆ должен выбираться в пределах I_дел=(0,3— 0,5) I_э. Как во всякой системе, охва­ченной обратной связью, в схеме, по­казанной на рис. 4, при неправиль­ном выборе постоянной времени фильтра R3C5R4 может возникнуть прерывистая генерация или паразит­ная модуляция. Вероятность возникновения пре­рывистой генерации или паразитной модуляции может быть значительно снижена, если емкость конденсатоpa С₅ определена из эмпирического соотношения:

Амплитуда напряжения на кол­лекторе автогенератора (рис. 4) ли­нейно связана с величиной опорного напряжения Е_Д. Если это напряже­ние изменять со звуковой частотой, напряжение на выходе автогенера­тора будет амплитудно-модулированным, причем коэффициент моду­ляции (при нелинейных искажениях менее 7%) может достигать 70%.

Модуляционная характеристика ав­тогенератора линейна.

Из таблицы 1, в которой приведе­ны параметры схемы, показанной на рис. 4, с выключенной и работающей системой автоматической стабилиза­ции амплитуды, видно, что эта систе­ма резко снижает изменение амплиту­ды выходного напряжения и нели­нейные искажения в автогенераторе.