Стабілізація частоти LC -генераторов

Найважливішою вимогою, що пред'являється до автогенератора, є стабільність частоти генерованих коливань. Проте в процесі роботи автогенератор піддається різним впливам, які призводять до зміни його робочої частоти. Головними причинами нестабільності частоти є: зміни навколишньої температури, що призводять до зміни геометричних розмірів і електричних властивостей деталей схеми; зміни напруги джерел живлення; механічна вібрація і деформація деталей та ін. Крім того, на стабільність частоти впливають паразитні індуктивності і місткості схеми - міжелектродні місткості підсилювальних елементів, роботи, що змінюються із зміною режиму, індуктивності виводів електродів, місткості монтажу і т. д. Зменшення впливу цих чинників досягається застосуванням для виготовлення деталей матеріалів, що мало міняють свої властивості при зміні температури, екрануванням і герметизацією контурів, стабілізацією джерел живлення, раціональним монтажем і т. д. Проте цими методами не можна забезпечити дуже високу стабільність частоти, яка часто потрібна при вимірах, радіозв'язку і т. п.

Найбільш ефективною мірою підвищення стійкості частоти автогенераторів типу LC є кварцева стабілізація. Вона заснована на застосуванні в схемі автогенератора кварцевих пластинок з сильно вираженим п'єзоелектричним ефектом.

Якщо кварцеву пластинку стискувати або розтягнути, то на її протилежних гранях з'являються рівні за величиною, але різні по знаку електричні заряди. Величина їх пропорційна тиску, а знаки залежать від напряму сили тиску. Це явище носить назву прямого п'єзоелектричного ефекту. Якщо ж до граней пластинки кварцу прикласти електричну напругу, то пластинка стискуватиметься або розтягуватиметься залежно від полярності прикладеної напруги. Це явище називається зворотним п'єзоелектричним ефектом.

Цінною властивістю кварцу є дуже висока стабільність частоти механічних коливань, яка визначається геометричними розмірами кварцевої пластинки і напрямом деформації. Ця властивість у поєднанні з прямим п'єзоелектричним ефектом, що перетворює механічні коливання на електричні, дає можливість використовувати кварцеві пластинки для стабілізації частоти автогенератора. Еквівалентна схема кварцевої пластинки представлена на мал. 18.9, а.

Добротність такого еквівалентного послідовного контура досягає величини Q _KB = 10⁴..10⁶. Тому фіксувальна здатність кварцевих коливальної системи виявляється дуже високою. Одна з можливих схем кварцевого автогенератора показана на мал. 18.9, б.

Основна вимога до такого автогенератора - генерування коливань тільки на частоті f _кв, визначуваною кварцем. Це означає, що в автогенераторі не повинні виникати коливання на інших частотах і що генерація повинна зриватися при видаленні кварцу з схеми. Проте підключати кварц неповредственно паралельно тунельному діоду не можна, оскільки резонансний опір кварцу (як опір послідовного контура при резонансі) в більшості випадків менше величини . У схемі, приведеній на мал. 18.9, б, на усіх частотах, окрім частоти послідовного резонансу кварцу, загальний опір втрат такий, що умова самозбудження не виконується. На частоті послідовного резонансу кварцу його активний опір зменшується настільки, що резистори R2 і R3 виявляються включеними паралельно. Загальний опір втрат в контурі при цьому зменшується, внаслідок чого виконуватимуться умови самозбудження і схема почне генерувати коливання. Таким чином, генерація можлива лише на одній строго фіксованій частоті, рівній частоті власних коливань кварцу. Очевидно, що стабілізація частоти за допомогою кварцу утруднюється, якщо в процесі роботи вимагається перебудовувати частоту генерованих коливань. В цьому випадку потрібно мати стільки кварцевих пластинів, скільки частот необхідно стабілізувати.