/
Author: Грановская Р.А. Постников И.И. Добычина Е.М. Ельцов А.К.
Tags: электроника радиотехника транзисторы электромагнетизм учебное пособие
Year: 1997
Text
I
.' < гОДАПЛЬСПЮ • *.
московский АВИАЦИОННЫЙ инститыт
Под редакцией проф. Р.А. Грановской
МОСКВА
1997
РАСЧЕТ КВАРЦЕВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ__________________
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫМ
ИНСТИТУТ -
Р.А. Грановская, И.И. Постников, Е.М. Добычина, АЖ. Ельцов
РАСЧЕТ КВАРЦЕВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
Под редакцией проф. РА. Грановской
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ДНЕВНОЙ И ВЕЧЕРНЕЙ ФОРМ ОБУЧЕНИЯ
Утверждаю на заседании редсовета 199 г.
МОСКВА
1997
I. ОБЩИЕ CBSSEHMH О СТАЖЛИЙНЖ ЧАСТОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРОВ
В современной радиоапиаратуре широкое применение нашли автоге-
нераторы* которые используют в возбудителях радиопередающих устро-
йств (РПУ) и гетеродинах радиоприем
l устройств.
Одним из основных требований, предъявляемых к автогенераторам
обычно является требование стабильности частоты колебаний. Высокая стабильность частоты возбудителей 'РПУ и гетеродинов радиоприемных устройств позволяет уменьшить их полосу пропускания и улучшить помехоустойчивость.
При повышении стабильности частоты радиоаппаратуры можно увеличить число радиоканалов в заданном диапазоне частот. Ряд систем
связи принципиально требуют высокой стабильности частоты колебаний на выходе РПУ. К таким системам можно отнести, например, службу
единого времени и эталон
: частот, синхронные системы вещания,
системы связи с однополосной модуля
ей, системы радиолокации и т.д.
пг
Требования к стабильности частоты некоторых радиосистем приведены в табл.1.1.
Как правило, при проектировании радиоустройств возникает необходимость применения специальных мер, повышающих стабильность частоты генерируемых колебаний. В зависимости от требуемой стабильности частоты и оценки влияния дестабилизирующих факторов на стабильность частоты можно выбрать наиболее эффективные методы стабилизации частоты автогенераторов.
Выбор метода стабилизации частоты зависит от диапазона рабочих ч
частот, назначения, требуемой стабильности частоты, диапазонных свойств автогенератора, его режима работы, условий эксплуатации и т.д.
К основным методам стабилизации частоты, широко используемым на практике, можно отнести:
- параметрическую стабилизацию частоты;
- стабилизацию частоты на основа автоматической подстройки
частоты;
- стабилизацию частоты с помощью электромеханических-колебательных систем (в том числа и кварцевую стабилизацию частоты).
На современном уровне развития техники кварцевая стабилизация -это наиболее простой и в тоже время эффективный способ^получения стабильной частоты автогенератора. Хорошо разработанная технология изготовления и практика проектирования, относительно невысокая стоимость, малые габариты и масса, возможность использования гибридно-интегральной технологии - все это обеспечило кварцевой стабилизации частоты наиболее широкое применение.'3 последнее -время кварцевая стабилизация частоты используется в обширном, классе устройств - от ЭВМ, синтезаторов частоты и измерительной техники до бытовых устройств. Так современные системы индивидуальной связи, радиоудлинители телефонов, разнообразные системы охранной сигнализации, аппаратура
дистанционного радиоуправления имеют в своем составе автогенераторы стабилизированные кварцем. Высокая добротность (5-IC? + 6-10^) и эталонность кварцевых резонаторов обеспечивают в автогенераторах стабильность частоты генерируемых колебаний. Автогенераторы е объемными кварцевыми резонаторами реализуются на частотах 30...50 МГц на основной частоте и до 150.. ЛОО МГц при использовании механических гармоник : кварцевых резонаторов-Кварцевая стабилизация позволяет обеспечить долговременную нестабильность частота от 10”^ до 3.1 (Г1* (суточная). Кратковременная нестабильность кварцевых автогенераторов при временах измерения от 1СГ3 до 10 с лежит в пределах 1(Г9 - Ю"7 до Ю"10 - 1(ГП [13].
Общими требования?^ к кварцевым автогенераторам являются:
- надежная работа с учетом технологического разброса параметров кварцевого резонатора, транзистора и элементов схемы, результатов воздействия внешних дестабилизирующих факторов, изменений питающих напряжений и у времен и (старения);
- заданная частота колебаний ;
- допустимая относительная нестабильность частоты Af / ;
- мощность колебаний в нагрузке ;
- возможность настройки для получения заданных у , Рн , а также их корректировки в процессе эксплуатации.
Кроме этого обычно указывают общетехнические требования на габаритные размеры, массу, конструктивное оформление, стоимость, условия работы автогенератора (климатические, температурные, механические, радиационные и др.).
Очевидно, что одновременно удовлетворить всем перечисленным выше требованиям не представляется возможным. Поэтому при проектировании ограничиваются теми требованиями, которые опттглышм обра- зон удовлетворяют заданным техническим условиям к радиоустройству. |
2. КВАРЦЕВЫЕ РЕЗОНАТОРЫ
Пьезоэффект известен с конца прошлого столетия, когда французские ученые братья Пьер и Жак Кюри открыли новое Физическое явление - пьезоэлектричество. В 1880 году они опубликовали статью, в которой описывалось обнаруженное явление - поляризация некоторых диэлектрических кристаллов, в. результате, воздействия на них механического давления. Это явление получило название прямого пьезоэлектрического эффекта.
Французский физик Лиллиан в 1881 году, после ознакомления с работами Кюри, предположил существование обратного пьезоэффекта. В том же году братья Кюри подтвердили экспериментально, что под действием приложенного электрического поля в кварцевом кристалле возникают механические деформации. Это явление стало называться обратным пьезоэффектом.
Начало практического использования пьезоэлектричества совпадает по времени с развитием ламповой радиоэлектроники и связанной с ней электроакустики. В это время французский математик и физик Поль Ланжевен (ученик П.Кюри) предложил использовать в качестве излучателя и приемника ультразвука кварцевые пластины, возбуждаемые ламповым генератором. Ланжевеном впервые было осуществлено возбуждение пьезоэлектрика переменным электрическим полем и, что особенно важно, в режиме резонансна механических-колебаний. Им была оценена эффективность резонансного возбуждения, установлена высокая добротность колебаний кварцевых пластин. Результаты работы Ланжевена послужили основой для дальнейших, более подробных исследований в разных странах.
В 1920 году профессор Вейслейского университета (США) У. Кэди изобрел кварцевый резонатор (13,показав возможности использования
его как стабилизатора частоты ламповых генераторов. У.Кэди использовал кварцевую пластину X-среза, пометенную между двумя металлическими пластинами. В ней возбуждались механические колебания в направлении длины, что определяло относительно низкую частоту колебаний резонатора. При включении такого резонатора между выходом и входом лампового усилителя возникала цепь положительной обратной связи и в результате возбуждение на частоте собственных колебаний резонатора. У. Кэди были предложены четырехполюсный резонатор и схема генератора с таким резонатором, носящая его имя.
В 1923 году Г.Пирс (США) предложил новую схему кварцевого генератора, в которой возбуждались продольные колебания кварцевых пластин до толщине, что повысило частоты кварцевых генераторов. В конце 20-х годов начали использовать резонаторы Y-среза. в кото-
ч
рых возбуждались колебания сдвига по толщине, работавшие более устойчиво, чем резонаторы с пластинами X-среза. В 20-х годах учеными разных стран была предложена эквивалентная электрическая схема резонатора, что позволило разработать основы теории кварцевого генератора.
В нашей стране колыбелью кварцевой стабилизации частоты явился Ленинград. В 1927 году там состоялась первая Всесоюзная конференция по пьезоэлектрическим колебаниям и использованию их для стабилизации частоты (2).
2.1. Срезы кварца и их основные характеристики
Кристаллический кварц S102 (кремнезем) - безводная двуокись кремния - самое распространенное на земле соединение. В нем сочетаются высокая механическая прочность, химическая стойкость и ярко выраженные пьезоэлектрические свойства.
Форма кристалла кварца образована гранями пяти видов
(рис.2.1), Этих граней в кристалле кварца шесть: ш - грани, или
призматические (грани гексагональной призмы); R - грани, или грани большого ромбоэдра: г - грани, или грани малого ромбоэдра. Три треугольные грани R и три грани г на концах кристалла образуют шестигранный конус, кроме того, имеются еще грани тригональной
бипирамиды s и тригонального трапецоэдра х.
При рассмотрении пьезоэлектрических явлений в кварце пользуются прямоугольной системой координат с обозначением осей X.Y.Z.
Хотя эти оси сдвинуты на определенные углы к истинным кристаллог-
рафическим осям кварца.
их обычно называют кристаллографическими
осями. Ось Z прямоугольной системы совпадает с осью симметрии
высшего порядка кварца (третьего), она совпадает с продольной осью кристалла и называется ‘’оптической" осью. В этом направлении пьезоэффект не проявляется, электропроводимость выше, чем в перпендикулярном направлении, отсутствует двойное преломление, светового луча. Ось Y (механическая ось) проходит в направлении, пер-
пендикулярном любой грани призмы. Осей Y в кристалле кварца три
(рис.2.1). Ось X (электрическая ось) направлена перпендикулярно оси Y и, следовательно, проходит параллельно какой-либо из граней призмы. Три электрические оси X расположены в плоскости, перпен-дикуляной оптической оси. под углом .120°_друг клрУГУ- Каждая из механических осей Y перпендикулярна оптической оси и одной из
электирических осей(рис.2.1).
По оси X механические силы вызывают, наиболее интенсивное по-
явление электрических зарядов на ребрах призмы, т.е. в направлении этой оси кристалл кварца обладает наибольшими пьезоэлектрическими свойствами. Электрическое напряжение, приложенное вдоль । •
оси X, вызывает механическое напряжение вдоль оси Y.
Для изготовления кварцевых резонаторов (КР) кристаллические элементы (пластины, бруски и т.п*) вырезаются из кристалла кварца под различными углами относительно кристаллографических осей. Такая ориентация кристаллографического элемента называется срезом. Существует понятие первоначальной ориентации, когда все грани пь-еэоэлемента параллельны кристаллографическим осям. Условное обозначение первоначальной ориентации пьезоэлемента (ПЭ) состоит из двух букв; первая (х.у или г) указывает, какой из осей параллельна толщина пьезоэлемента,' вторая-какой из осей параллельна его длина. За толщину принимается наименьший размер, а за длину - наибольший. На рис. 2.2 приведены все шесть возможных первоначальных ориентаций кристаллических элементов, имеющих форму прямоугольных пластин, где 1-наибсльшее (длина), Переднее (ширина) и s-наименьшее (толщина) ребро кристаллического элемента. Упомянутые ранее X и Y срезы на рис.2.2 имеют соответствен© обозначения ху и
ух.
Посредством ряда последовательных поворотов вокруг ребер ПЭ на различные углы, можно получить большое многообразие ориентаций или так называемых "косых" срезов. Условное обозначение кристал-
лического
элемента J
ПЛ.
ого среза.
грани которого образуют углы с
I
кристаллографическими осями, составляется из
значения первона-
чальной ориентации, к которому добавляется одна, две или три буквы (l,b.s). Первая буква указывает, какое направление вдоль длины, ширины или толщины имеет то ребро кристаллического элемента.
которое служит осью первого его поворота из положения первоначальной ориентации. Последующие буквы, если они имеются, показывают вокруг каких ребер кристаллического элемента производятся
остальные повороты. Углы первого, второго и третьего поворотов пьезоэлемента вокруг этих осей обозначаются соответственно буква
ми а, зит. проставляемыми через косые линии. Числа, проставляе
мые вместо этих букв, показывают величину углов поворота. Угол поворота считают положительным, если--он будет происходить против часовой стрелки. На рис. 2.3, в качестве примера, показаны ориен
тации ПЭ одноповоротного (а) среза ух!/-в° (БТ.ДТ) и двухповорот-ного(б) среза ухЫ/-т°/+в° (ИТ). Срев ВТ получен путем поворота
ПЭ вокруг оси X по часовой стрелке на угол В-47°.,,50°. а срез ИТ
13°54*, 23°25' имеет
переменные значения угла в-33°...35°[3).
Каждый срез кварца характеризуется частотным коэффициентом kf, связывающим резонансную частоту пьеэоэлемента frac его частотно-определяющим размером а соотношением kf-fKBa. Величина этого коэффициента зависит от физических свойств (плотности, упругости) и ориентации ПЭ и его формы. По значению частотного коэффициента можно приблизительно оценить диапазон частот, перекрываемых ПЭ тех или иных срезов, или., ., наоборот, по заданной частоте Гкв резонатора можно определить частотно-задающий размер пьезоэлемента а. Например, при продольных колебаниях частотно-определяющим размером является длина пьезоэлемента 1. при колебаниях *
сдвига по толщине - толщина t. Так при колебаниях сдвига по толщине приближенное значение к^ для плоских пластин равно: АТ срез - kf»1670 кГц-мм; ВТ срез - kf*2550 кГц-mm. Для ПЭ переменной
► * толщины (например, двояковыпуклая или пдосковыпуклая линза) величина частотного коэффициента - переменная и для -линз АТ-среза лежит в пределах 1680...2060 кГц-мм[4].
Частоту колебаний таких пластин можно приближенно найти из Формулы
i
а для АТ-среза
(2.1)
f кв (МГц) - 1.67/Нмм]. (2.2)
Иа (2.2) следует. что для получения резонатора с частотой Гкв-1 МГц на первой гармонике необходимо иметь пластину АТ-среза ТОЛЩИНОЙ МГЦ - t«0,167MM. fкв-ЮО МГЦ ~ 1-16.7МКМ.
Для изготовления резонаторов на очень высокие частоты применяют ПЭ. выполненные в виде мембран. С этой целью у ПЭ. обрабо-
тайных механическими способами до т
J 50...60 мкм, маскирует-
ся периферийная часть, а открытая центральная травится во фторсо-
держащих реактивах или методами плазмохимического травления до
заданной толщины вплоть до нес?
’•11!
>ких микрометров [53. Мембранные
ПЭ изготавливают на частоты 50... 100 МГц на основной моде колеба
ний (рис. 2.4). Они обладают достаточной механической прочностью благодаря наличию относительно толстого обода.
Нижняя граница частотного диапазона каждого среза ограничивается возможностью применения резонаторов больших размеров и недостаточной их механической прочностью; верхняя граница диапазона
среза определяется уровнем технологии производства, обеспечивающим возможность выполнения пьезоэлементов с малыми частотно-определяющими размерами. Обычно диапазон частот до 30...50 МГц перекрывается резонаторами с ПЭ АТ-среза, совершающими колебания сдвига по толщине первогЬ порядка(рис.2.4). На белее высоких частотах используются нечетные колебания высших порядков (обертонов): третьего - до 100 МГц, пятого - 100...150 МГц, седьмого - до 250 ч
МГц» девятого - до 300 МГц. Применение мембранных ПЭ позволяет *
исполнять резонаторы АТ на частоты 80... 100 МГц. используя колебания первого порядка, а до 500 МГц и выше - нечетные колебания обертонов 113.
2.2. Виды колебаний, возбуждаемые в пьеэоэлементах
Для возбуждения колебаний резонатора необходимо к его электродам подвести переменное напряжение. .Тогда ПЭ. багодаря обратному пьезоэффекту, начнет колебаться синхронно с приложенным напряжением. При этом амплитуда колебаний ПЭ будет максимальной на резонансной частоте, которая определяется его формой и геометрическими размерами. Во время колебаний ПЭ его форма изменяется относительно линии, или плоскости', проходящей черев геометрический центр ПЭ, причем эта линия (плоскость) не испытывает деформаций. На ней располагаются узловые точки колебательных волн/ Для уменьшения потерь на трение ПЭ крепится в узловых точках колебаний. Различным видам колебаний соответствует свое особое расположение
узловых точек.
В пьезоэлементах различных срезов , могут быть возбуждены четыре основные вида колебаний:
1. Продольные колебания (сжатия-растшжеяия), происходящие по длине ПЭ. Размер, определяющий частоту колебаний - длина.
2, Колебания сдвига по толщине и по контуру (по грани). В первом случае размером, определяющим частоту колебаний будет толщина, а во втором случае - контурный размер ПЭ.
3. Колебания изгиба, происходящие по грани или толщине ПЭ в различных плоскостях.
4. Колебания кручения, которые можно возбудить в ПЭ. имеющих форму бруска (стержня).
Использование всего разнообразия, видов механических колебаний, имеющих к тому же различные скорости их упругих волн (5500 и 3500 м/с соответственно для продольных и поперечных упругих волн), а также различные частотные (волновые) размеры, в направлении которых происходит распространение упругих волн, позволяет
без перерыва получать КР начиная с области звуковых от нескольких сотен .герц до частот СВЧ диапазона, который достигает сегодня 500.. -1000. МГц. Таким образом перекрытие диапазона частот пьезорезонаторов характеризуется числом 1О6, при отношении частотных размеров, которые находятся в пределах от 50 мм до 50 мкм, достигающих 103.
На рис. 2.4 приведена диаграмма, иллюстрирующая перекрытие диапазона частот КР разных видов колебаний Ill. Границы отдельных поддиапазонов несколько условны и по мере развития исследований и техники производства их положение меняется. Расширение диапазона частот в область низких частот достигается в результате использования изгибяых колебаний, скорость которых существенно ниже скорости продольных сдвиговых волн и зависит от частоты. Расширение диапазона частот в область высоких частот достигается возбуждением в тонких пластинах гармонических обертонов толщинных колебаний. Технологические достижения последних лет позволяют изготовлять очень тонкие кристаллические пластины (мембранные элементы) толщиной несколько микрометров, способные возбуждать колебания с частотой до 1000 МГц.
Вырезая определенным образом ориентированные относительно кристаллографических осей пьеэозлементы, можно получить перечисленные выше виды колебаний, при которых параметры пьезоэлементов будут наилучшим образом соответствовать требованиям. Так для частотного диапазона от 1000 КГц до 300 МГц и выше используются пьеэозлементы с колебаниями сдвига по толщщине. Сдвиговые колебания отличаются большой сложностью формы и разнообразием мод. что потребовало в свое время продолжительных и сложных теоретических и экспериментальных исследований для получения требуемых характеристик резонаторов.
Сложность форм и разнообразие мод толшинно-сдвиговых колебаний определяют сложность спектра их частот и наличие значительного числа близких по частоте побочных резонансов. Побочные резонансы по своей природе определяются гармоническими обертонами основного рабочего колебания, ангармоническими обертонами; сдвиго-выми колебаниями другой основной моды и ее гармоническими и ангармоническими обертонами: колебаниями других видов, часто свя-ванных с колебаниями сдвига.1. Схематическое изображение спектра частот сдвиговых колебаний с учетом только гармонических и ангармонических обертонов сдвига по толщине приведено на рис.2.5 Здесь цифрами 3. 5 обозначены номера гармонических обертонов (механических гармоник), которые отличаются от основного колебания (обозначено - 1) "почти" в целое число раз (КР характеризуются некратностыо частот гармонических колебаний, заключающейся в том. что частота колебаний ПЭ. возбужденного на n-й механической гармонике, несколько меньше частоты основного колебания, умноженного на п). Следует также отметить, что интенсивно возбуждаются только
гармонические обертоны нечетного порядка, имеющие пучности смещений на поверхности ПЭ. В тоже время для обертонов четного порядка
*
поверхность ПЭ будет являться узловой поверхностью и. следовательно. для них наведенный на поверхности интегральный пьезоэлектрический заряд равен нулю (Ск^-О-На^ис..ZJ5 Локааан..характер распределения вдоль оси X амплитуд смещения (ипц) частиц поверхности ПЭ для основного колебания п-1 (а) и третьего обертона -третьей гармоники п-З(б).
Ангармонические обертоны (ангармоники) представляют моды сдвиговых колебаний ПЭ. частоты которых определяются одним и тем же возовым размером (толщиной ПЭ), но характеризуются более сложным движением. Частоты ангармоник близки, а их различие обус
ловлено различным порядком колебаний, который устанавливается в направлении, перпендикулярном волновому (в плоскости XZ). На рис.2.7 изображено распределение смещений на поверхности ПЭ для гармонического колебания (nil) и ангармонических колебаний разных порядков (п13, п!5). Индексы показывают число полуволн, укладывающихся вдоль .осей Y, X и Z соответственно. При гармоническом колебании (nil) все смещения на’поверхности пластины происходят в одной и той же фазе (рис. 2.7), При ангармонических колебаниях смещения в различных частях поверхности ПЭ происходят в противоположной фазе (см. например, смещения частиц ПЭ относительно оси Z для ангармонических колебаний п!3, п!5. приведенное на рис. 2.7). Отметим, что ангармонические колебания расположены очень близко от соответствующих гармонических обертонов (см. рис. 2.5).
Ввиду того, что частоты ангармоник мало отличаются от частоты рабочего резонанса, это может, например, привести к перескоку частоты кварцевого генератора, поэтому вопросам ослабления побочных резонансов необходимо уделять постоянное внимание при разработке резонаторов.
2.3. Эквивалентная электрическая схема резонатора
Для описания ' характеристик цепей с распределенными параметрами, к которым относится КР, широко используются эквивалентные схемы, составленные из элементов с сосредоточенными параметрами. В области частот, близких к резонансу, -характер проводимости ш>-еэореэонатора оказывается сходным с проводимостью электрического последовательного колебательного контура, шунтированного конденсатором, что дало основание Ван Дейку предложить для КР эквивалентную электрическую схему, приведенную на рис.2.8-а.
Элементы эквивалентной электрической схемы называют эквивалентными электрическими или динамическими параметрами резонатора. Это динамическая (эквивалентная) индуктивность LKB* динамическая (эквивалентная) емкость Скв. динамическое (эквивалентное) сопротивление Гкв и параллельная емкость Со. Параллельная емкость Со для резонаторов из "слабых" пьезоэлектриков, к которым относится и кварц, может считаться почти постоянной и ее чаще называют статической емкостью. Реактивные, динамические параметры Ькв и Скв определяются упругими, диэлектрическими и пьезоэлектрическими коэффициентами. а также плотностью пьезоэлектрика. Значения этих параметров существенно зависят от среза пьезоэлемента, вида и частоты возбуждаемых механических колебаний, формы и размеров пь-езозлемента и возбуждающих электродов. Динамическое сопротивление зависит от внутреннего трения и источников других механических потерь. Индуктивность характеризует инерционность, емкость - упругие свойства ПЭ. а сопротивление - потери энергии при колебаниях.
Из четырех эквивалентных параметров только параллельная емкость имеет конкретное физическое воплощение, ее значение определяется межэлектродной емкостью пьезоэлектрика, емкостями корпуса и монтажа. Она может быть непосредственно измерена с некоторым приближением известными методами. Динамическое сопротивление также может быть измерено непосредственно, например, с помощью мостового измерителя полных сопротивлений. Динамические.индуктивность и емкость могут быть измерены только косвенными методами.
Пьезореэонаторы обычно имеют "несколько ‘резонансов." об условленных колебаниями разных видов или обертонами какого-либо вида колебаний. В этом случае эквивалентная схема, отражающая наличие нескодьких резонанеов, выглядит в виде параллельного соединения
ряда динамических ветвей, шунтированного общей параллельной емкостью (рис. 2.9)., Каждая динамическая ветвь имеет значения пара
метров, соответствующие каждому резонансу, рассматриваемому отдельно от остальных. Следует иметь в виду, что эквивалентная схема удовлетворительно описывает резонансную характеристику только в случаях, когда вблизи нет побочных резонансов» расположенных
настолько близко.
что обнаруживается связь с основным резонансом.
Как всякая колебательная система, КР оценивается доброт-
ностью Окв, определяемой отношением реактивной мощности Рх к мощности потерь Рг:
Окв “ Рх/Рг ” Р^кв (2-3)
где р = (Lkb/Crb)0'5 * волновое сопротивление контура.
Кварцевые резонаторы характеризуются малой величиной емкости Скв (сотые и тысячные доли пикофарад) и большой индуктивностью Ъкв (до нескольких тысяч генри), что обусловливают весьма большое волновое сопротивление р. Добротность КР Окв при сравнительно больших величинах сопротивления гет (°т десятков до тысяч Ом) также достигает больших величин (от десятков тысяч до нескольких
миллионов).
При работе КР на механических гармониках параметры резонатора будут отличны от параметров КР» работающего на основной частоте или другой гармонике. В литературе приводятся следующие выражения для определения эквивалентных параметров КР при работе на механических гармониках (3): .
Ьквп^Ькв! СквпшСкБ/Пг; Гквп1вП^*ГКв1 Оивп^Окв/П, . (2.4) где л - порядковый номер гармоники.
Замена КР электрическим колебательным контуром для резонансного колебания, который полностью воспроизводит свойства резонатора, позволяет рассматривать КР как элемент электрической цепи и
использовать известные методы расчета электрических схем с применением резонаторов.
Учитывая высокую добротность КР. при анализе эквивалентной схемы величиной гкв можно пренебречь, т.е. эквивалентную схему можно считать чисто реактивной. Кривые зависимости реактивного сопротивления такой схемы от частоты (рис. 2.10) имеют характерные точки (резонансные частоты Гкв и fo):
Гкв “* l/2Jt }/ ЬквСкв* Го ” 1/2JC |/Ь^свС^свСо/(Скв^Со) * (2.5)
Первый резонанс на более низкой частоте Гкв характеризуется низким сопротивлением, второй - на более высокой частоте fo имеет высокое сопротивление. Резонанс эквивалентной схемы на частоте f«B обусловлен последовательным резонансом ветви, состоящей из последовательного соединения индуктивности Ькв. емкости С«в и сопротивления гга- Эту ветвь называют 'динамической или пьезоэлектрической. Ее элементы физически не существуют, а их параметры могут быть определены только в условиях резонансного возбуждения. Второй резонанс на белее высокой частоте Го - параллельный резонанс, возникающий в параллельном контуре, одна ветвь которого содержит емкость Со, а другая - последовательное соединение племен-
*
тов Ъкв, Скв и Гкв- Этот резонанс характеризуется высоким сопротивлением.
Интервал между частотами Го и Гга, где сопротивление схемы имеет индуктивный характер (Хкв>0), называется резонансным промежутком. Сопротивление вне этой области частот отрицательно, т.е. имеет емкостной характер.
Учитывая, что обычно Скв/Со<1. можно пользоваться приближенным выражением
.Го * Гкв(1+Скв/2Со). (2.6)
откуда
Afp - fo - Гкв * (l/2a)fKB . (2.7)
где а-Со/Скз - емкостной коэффициент, характеризую^ величину резонансного промежутка ДГР, Относительный резонансный промежуток для КР составляет Afp/fkb«10‘3. .. 10~4. Максимальное значение резонансного промежутка для КР в относительных единицах составляет 0.004 (или 0.4Z). Следует отметить, что часто также используется обратное отношение р-1/а-С^в/(Ь. называемое коэффициентом включения контура. \
Резонатор можно рассматривать и в виде последовательной схемы замещения, состоящей из последовательного соединения активной Rkb и реактивной Хкв составляющих полного сопротивления 2кв (рис. 2.8-6). Тогда полное сопротивление КР, используя схему на рис.2.8-а, найдем из соотношения (8);
1 1
— = JwCq + —------------------------- ЗиСо + 1/Гкв(1+3*), (2.8)
Z«b Гкв + JwL>kb + 1/JuCkb
где v - обобщенная расстройка частоты генерации f, относительно Гкв. определяемая следующим образом
ЫквЬкв / Г Гкв> 2(f - Гкв)
V “ ---:-- I 1 1 - 1 * Окв (2.9)
• Гкв Чкв Г < Гкв
а Окв - добротность КР при последовательном резонансе, равная Окв “ й«вЦсв/Гкв*
Если частота Г. расположенная в интервале ГКв-- -(о. не слишком близка Го. то можно считать «Со * «квСо- Тогда формула (2.8) упрощается
Zkb * Гкв(1+JV)/(1-То* +Тр), (2.10)
где гр - «квСоГкв - нормированная статическая емкость КР Cq. и для последовательной схемы замещения на рис.2.8-0. активную Rkb и реактивную ХкЬ составляющие полного сопротивления Zkb ” Rkb+ЗХкв можно найти из формул:
Ккв-Гкв/1(1-То^)2+^О23, Хкв-ЙквС-^о+^-То^2). (2.11) Обычно т<1, поэтому для небольших расстроек v можно пренебречь в формуле (2.11) членами Tov и Го2» и тогда
Rkb •* Гкв; Хкв к _T-qRkb * ”1-ОГкв. (2.12)
Характер приближенных частотных зависимостей величин 2кв. Rkb. Хкв показан на рис.2.11, где количественные соотношения ни по одной ив осей в линейном масштабе соблюсти невозможно, так как значения параметров различаются на много порядков.
2.4. Температурно-частотные характеристжи (ТЧХ) резонаторов
Обеспечение минимально возможных изменений частоты в широком интервале температур - одно из основных требований, предъявляемых к КР. Изменение частоты собственных колебаний КР при воздействии температуры обусловлено температурными изменениями физических свойств (упругости и плотности) и размеров ПЭ из-за линейного расширения кварца.. в кристаллах кварца существуют такие -срезы, которые позволяют получать кристаллический элемент с равным нулю изменением собственной частоты колебаний в отдельных точках интервала температуры, т.е. с нулевым температурным коэффициентом частоты (ТКЧ). или кристаллический элемент с небольшим изменением частоты колебаний в широком интервале температур.
Типовые ТЧХ КР с различными..срезами ПЭ приведены на рис.2.12. Изменив угол среза, можно совместить прямолинейный участок ТЧХ, а также сделать ткч ранным нулю в любой точке “интервала рабочих температур. Практически значение угла среза ПЭ выбирается с таким расчетом, чтобы нулевые значения ТКЧ совпадало примерно с серединой рабочего интервала темпертатур КР.
Небольшой ТКЧ в довольно широком интервале температур имеют * •
кварцевые резонаторы АТ-среза. ТЧХ этих резонаторов имеет форму
кубической параболы (рис.2.12), которая характеризуется
двумя
нуль.
Уве-
и та-
экстремумами и. как правило, тремя точками перехода через причем средней из них соответствует температура около 27°С. личивая угол среза в, можно раздвинуть точки экстремума ТЧХ
ким образом расширить оптимальные границы рабочих температур. При этом экстремальные значения и угол наклона средней части ТЧХ также увеличиваются, т.е. кривые ТЧХ как бы разворачиваются вокруг пересечения с осью температур.1
Необходимо отметить, что ТЧХ КР, работающих на основной частоте и на гармониках (а также ангарыониках). различны, что необходимо учитывать при применении резонаторов, следует также иметь в виду, что в широком диапазоне температур изменение частоты даже при выборе наиболее благоприятных срезов-все-таки довольно вели-&
ко, в связи с чем на практике для повышения стабильности частоты
т.е.
применяют термостатирование резонаторов и термокомпенсирование.
2.5. Зависимость параметров КР от уровня возбуждения
Параметры, определяющие стабилизирующие свойства КР, могут я
быть резко ухудшены при неправильном выборе режимов и условий их применения в конкретных схемах аппаратуры. Уровень возбуждения КР является дестабилизирующим фактором.
влияние которого может при-
изменениям сопротивления и
вести к смещению резонансных частот, добротности, деформациям АЧХ и ТЧХ. колебаний, изменениям долговременной нестабильности и др. поэтому от выбранного уровня возбуждения зависит стабильность частоты генератора, спектр шумов выходного сигнала, устойчивость работы в диапазоне изменения температуры. Мощность рассеяния на пьезоэлементе КР рассчитывается по одной из Формул £31:
Ркв “ ------5----О Ркв " --------5“
(l-vto2)+to2 Rkb(1+v2)
изменению спектра побочных
(2.13)
11
ГД6 I кв
- действующий ток, протека
Янг
через КР, измеренный в
ра-
бочей схеме генератора;
UKB ~ действующее напряжение на КР’.
Если мощность возбуждения превышает допустимый уровень, то возникают необратимые изменения частоты и сопротивления. При
дальнейшем увеличении мощности происходит-разрушение-ПЭ иди -его крепления. Повреждения возникают, как правило, в пучностях меха-ч
нических напряжений, которым соответствуют узлы смещения. Эти напряжения пропорциональны реактивной компоненте тока, текущего
через КР, или реактивной мощности. При резонансных колебаниях высокодобротной системы (высокодобротных ПЭ) напряжения достигают столь больших значений, что могут превысить предел прочности
кристалла. Элементы крепления также подвергаются интенсивным механическим нагрузкам. У высокочастотных ГРсдвиговыхлсэлебаиийв случае превышения допустимой нагрузки появляются небольшие трещины или отслоения электродных покрытий. Эти дефекты возникают в зонах локализации колебаний, где к механическим нагрузкам прибавляется термическое воздействие. Значение максимальной допустимой мощности, рассеиваемой КР с ПЭ разных видов колебаний, приведены в табл.2.1.
Таблица 2.1. Максимальная допустимая мощность рассеяния “на ГР
Вид колебаний Частотный диапазон, кГц Мощность, МВт
Изгибные 1...100 0.1
Крутильные 30...800 . 1,0
Продольные 50...200 1,0
Сдвиговые (контурные) 200...1000 1,0
Сдвиговые(толщинные) 400...200000 2,0
В ряде случаев в качестве критерия ограничения уровня возбуждения принимается нестабильность частоты, которая возникает
при изменении мощности на 10% или 1 дБ, Не рекомендуется превышать мощность, изменения которой на 10% вызывают расстройку более 10"6. Эта граничная область у КР разных типов составляет десятки-сотни микроватт. В частности, при эксплуатации прецизионных резонаторов на частоты 2,5 и 5 МГц рекомендуется устанавливать уровень возбуждения не более 10 мкВт, технических КР на те же частоты - не более 1 00...200 мкВт. Отечественным стандартом [б] оговорен ряд значений рекомендуемой мощности для всех типов кр (табл.2.2).
Таблица 2.2. Рекомендуемая мощность рассеяния в КР
Частотный диапазон, кГц * Порядок колеба-НИЙ Мощность, мВт
Термостатируемые резонаторы Нетермостатируемые резонаторы
4...50 Первый 0,005 0.01
50...800 То же 0,200 0,50
Свыше 800 0,500 1,00
Свыше 15000 Высший 0,200 0,50
Таким образом, выходная мощность кварцевого генератора должна быть небольшой, чтобы обеспечить его работу при номинальном уровне возбуждения. Следует указать также на нежелательность большого уменьшения уровня возбуждения резонаторов относительно номинального, так как при этом может быть не обеспечены условия устойчивого самовозбуждения генератора.
2.6. Классификация.типовые конструкции резонаторов и их обозначения
Кварцевые резонаторы классифицируются в зависимости от назначения, угла среза и вида колебаний используемых в них пьезоэлементов, конструктивного исполнения, технологических и других особенностей. Классификация кварцевых резонаторов по типам срезов и видам колебаний была рассмотрена ранее.
По конструктивному исполнению (виду герметизации) кварцевые резонаторы делятся на две группы: вакуумные (остаточное давление <10-3 мм рт.ст.) и герметизированные (см.рис.2.13). а по функциональному назначению - на генераторные и фильтровые (рис.2.14).
Генераторные резонаторы, в свою очередь, подразделяются ( в зависимости от уровня требований к точности настройки и стабильности частоты) на резонаторы общего применения и прецизионные, термостатируемые (для использования совместно -с термостатом) и термокомпенсированные (для схем генераторов с термокомпенсацией частоты).
Кроме того резонаторы различают по материалу и конструкции (типу) корпуса, виду герметизации, конструкции выводов, габарит
ным размерам и другим конструктивным параметрам.
Вакуу
вп
ае кварцевые резонаторы, выполняются „к .стекля иных бал
лонах различных типов и размеров на диапазон частот от 4 кГц до 300 МГц. Герметизированные кварцевые резонаторы выпускаются в ос
новном в металлических корпусах различных типов на диапазон частот от 50 кГц до 100 МГц.
К прецизионным относятся резонаторы с допускаемым отклонени-ем рабочей частоты от номинальной (точность настройки) 3-10“б и менее, добротностью Q>10° и изменением частоты во времени (старением) не более 10~® за неделю Чили-10" --за сутки). - •
Герметизированные плоские кварцевые резонаторы выпускаются в корпусах двух типов:
М - миниатюрные. на диапазон частот от 5 до 100 МГц;
Б - малогабаритные, на диапазон частот от 500 кГа до 100 МГц. Вакуумные кварцевые резонаторы изготавляются в стеклянуых i корпусах (баллонах) следующих типов:
3 - миниатюрные, на частоты от 4 до 800 кГц и от 4,5 до 300
МГц, б баллоне с диаметром до 10,2 мм с восемью наружными выводами;
С - малогабаритные, на частоты от 4 до 100 МГц. в баллонах с диаметром до 19 мм с семью наружными выводами;
Д - малогабаритные, на частоты от 500 до 750 кГц, в баллонах диаметром до 22.5мм с девятью наружными выводами;
Ц - на диапазон частот от 1 до 10 МГц, в баллонах диаметром до 30 мм с двумя наружными выводами.
Успешно развивается также производство вакуумных резонаторов в плоских стеклянных баллонах типа К1. По внешнему виду, конструкции и габаритным размерам они подобны металлическим герметизированным резонаторам в корпусе типа М, но уровень и стабильность их параметров значительно выше.
На рис.2.15, 2.16 приведены примеры конструкций корпусов резонаторов. На рис. 2.15 представлены металлические корпуса резонаторов: а-миниатюрный плоский с двумя выводами под панель; б-мини-атюрный цилиндрический с четырьмя выводами под пайку; в-малогаба-ритяый плоский с двумя выводами под панель. На рис. 2.16 приведены примеры стеклянных баллонов: а-миниатюрного плоского с двумя выводами под панель, а также цилиндрические баллоны с семью выводами под панель (б) и с четырьмя выводами под пайку (в). Более подробно о конструкциях и внешнем виде кварцевых резонаторов см. Ш.
Для резонаторов установлены стандартные условные обозначения, которые полагается использовать в технической документации и которые по возможности маркируются на корпусе резонатора и вписываются в их паспорта. Условные обозначения делятся на полные, содержащие наиболее существенную информацию о параметрах резонато-ра. и сокращенные, связанные через регистрационный номер с технической документацией, в которой содержится нужная информация.
Условное обозначение конкретного резонатора состоит из чере-
дующихся групп букв и цифр.
обозначь
их различные характеристи-
Ж
ки, Первая буква Р ставится для всех случаев, так как она является начальной слова ’’резонатор" и обозначает его. Вторая буква обозначает вид пьезоэлектрика (для кварца - К. для танталита лития - Т). Следующее ва ними число обозначает регистрационный номер резонатора, а две буквы за ними - вариант типа корпуса. Далее следует число, обозначающее >класс точности настройки частоты.
1
Следующие буквы обозначают интервал температур и величину изменения частоты в этом интервале, а стоящее за ней число есть значение номинальной частоты в килогерцах, если ва числом стоит буква К» или в мегагерцах, если за числом стоит буква М. Пример такого обозначения
РК483КА-15ДР-5000К
Полное условное обозначение содержит следующую информацию; резонатор кварцевый с -регистрационным, номером 483 в стеклянном корпусе типа КА, с точностью настройки частоты ±20,0-10“6, изменением частоты от температуры ±25;о-Ю"6 в интервале 'температур -4О...85°С, с номинальной частотой 5000 кГц.
Пример сокращенного обозначения выглядит следующим образом: РК483-5000К. Это обозначение содержит только информацию, свидетельствующую, что резонатор кварцевый, имеет регистрационный номер 483 и номинальную частоту 5000 КГц. *
В технической документации стандартом €7-)-в зависимости от назначения обязательно указываются следующие электрические параметры: сопротивление Гкв Сили добротность) , индуктивность Lkb, параллельная емкость % и емкостной коэффициент а-Со/Ск*.
2.7. Выбор резонатора для генератора
При выборе КР для конкретной схемы применения необходимо, в первую очередь, исходить из назначения, условий и режимов их использования. КР способны надежно выполнять свои функции в аппаратуре в течение всего времени ее эксплуатации и хранения лишь при соблюдении установленных для них режимов и условий работы, правил обращения и условий хранения. Правильный выбор КР также определяется требованиями к надежности и стабильности устройств, в которых он должен испольвоваться. В зависимости от того, где будут использоваться КР (в схеме генератора или в схеме фильтра). к ним предъявляются различные требования.
При использовании КР в генераторной схеме от него требуется, прежде всего» минимальная температурная и временная нестабильность, максимальная добротность (минимальное динамическое сопротивление). Большую температурную нестабильность имеют кварцевые генераторы, работающие в широком интервале температур, что определяется в основном температурной нестабильностью КР. которая пока велика даже у лучших резонаторов. Повысить стабильность генераторов можно применением термостатирования КР или всего кварцевого генератора. Однако при этом увеличиваются потребление энергии и время готовности генераторов, снижается надежность и увеличиваются габаритные размеры за счет применения термостатирующих устройств.
Повышения стабильности частоты кварцевых генераторов (КГ) можно добиться применением термокоыпенсации. заключающейся в таком воздействии на КР, которое вызывает изменение частоты, обратное изменению частоты под влиянием температуры.
При выборе- КР для генераторов следует особое внимание обращать на величину динамического сопротивления резонаторов, которое
определяет стабильность генератора и его напряжение на выходе. Дня конкретных типов КР величина динамического сопротивления в нормальных условиях может изменяться в два-три раза и еще в больших пределах при рабочих температурах. Поэтому потребитель должен рассчитывать схему на наибольшую величину сопротивления резонатора, указываемую в ГОСТ или ТУ, чтобы обеспечить нормальную работу КГ. При этом надо иметь ввиду,, что уменьшение динамического соп-рассеиваемой
ротивленяя резонатора может привести к превышению мощности сверх допустимой.
Долговременная стабильность КГ, в основном, старением используемого в нем КР. Из современных меньшим старением обладают вакуумные резонаторы. При этом необходимо учитывать, что долговременная стабильность частоты резонато-
Sill
определяется типов КР наи-
ров одного и того же типа среза ухудшается с повышением частоты. Кроме того, старение в значительной степени зависит от температуры, при которой работает резонатор. Поэтому необходимо выбрать КР и условия его применения такие, чтобы получить от резонатора максимальную стабильность.
В табл.2.3 приведены усредненные параметры кварцевых резонаторов, которые можно использовать для оценочных расчетов генераторов, а в табл. 2.4 в качестве примера приведены параметры отдельных типов КР, выпускаемых предприятиями России.
I
3. СХШЫ ТРАНЗИСТОРНЫХ АВТОГЕНЕРАТОРОВ С КВАРЦЕВЫМИ РЕЗОНАТОРАМ
3.1. Классификация схем
'3
Широкий диапазом частот, в котором используются автогенераторы < с кварцевыми резонаторами (КР), разнообразие условий эксплуатации и ж требований, предъявляемых к жим, привет к появлению мжсжества раз- ж личных схем и резных их конструктивных решений. При проектирования | автогенераторов (АГ) следует выбирать такую схему, которая наиболее | удовлетворяет веданным требованиям к АГ, служащим критериями при выборе. Общие требования к кварцевым автогенераторам даны в разделе | *• . I
Схемы АГ с КР классифицируются по трем группам, которые разлл- |
i|U| чаются функцией КР в схеме и характером сто полного сопротивления | на частоте генерируемых колебаний: осцилляторные, с затягиванием 1 и фильтровые /127. I
Осцилляторные схемы относятся к трехточечным. В нях КР с под- 1 строенным элементом, если он подключен, имеет реактивное еопротив- Я л с кие индуктивного характера ( Хкв>0). Короткое замыкание КР, вы- Я ключение его из схемы или замена емкостью приводят к срыву колеба- Я
ниЙ, поскольку при этой не выполняется условие баланса фаз. Если 1 подстроечным элементом служит емкость, частота генерации рае- 1 положена внутри интервала частот . ..^о (рис.2.II). При подклю- j
нении индуктивности к КР генерируемая частота может выходить за пределы этого интервала ( )« КР включается вместо индуктив- j
ноге плеча контура АГ. Чаще всего используют схему АГ с включением | КР между коллектором в базой транзистора. Она проста по тстройстжу I и имеет высокую стабильность. I
.. J3 схеме-с'затягиванием КР'входит в колебательную систему АГ ]
как вторичный контур, связанный с основным первичным контуром АГ,
обеспечивающим выполнение условий самовозбуждения. Здесь генерация существует независимо ст того включен КР в схему или нет, гак хак условия самовозбуждения выполняются помимо него. Схемы с затягиванием применяются редко из-за противоречия манду условиями наибольшей стабильности генерируемое частоты и условиями макеимильией устойчивости генерации.
В Фильтровых схемах КР подобал узкополосному фильтру, обычно включенному в цепь, соединяющую един из электродов транзисторе е колебательным контуром, настроенным в резонанс на неохоту, как правило, близкую к частоте последоватекькогоьрозонахса КР * гле КР имеет минимальное полное сопротивление ( Z<e Zkb ). Известны схемы, в которых колебания возникают вблизи частоты максимального полного сопротивления КР .’fo . Фильтровые схемы АГ с КР в цепи обратной связи м01?т быть одно-, двух- и трехтракзивтсрымн. л
При работе АГ на основной частоте КР генерируемая частота «грани-чека частотой примерно 20. ..30 МГц (иногда 50 МГц) ввиду уменьшения размеров кварцевых пьезо элементов с ростом частоты (cmY^.I). Применение умножения частоты усложняет устройства и ухудшает спектральную чистоту выходных колебаний, увеличивает габаритные размеры и энергопотребление. Получение частот выше 30 МГц без умножения частоты возможно в АГ с возбуждением КР на мехакичеоких гармониках.
В осцилляторных схемах возбуждение на высоких тагюгпнческихгармониках (выше пятой. УЬ 7 5) ограничена вредным влиянием статической емкости КР Со и паразитных емкостей (междуэлектродных я моктаишх), шунтирующих КР.
В фильтровых схемах можно получить колебания на высоких механических гармониках КР ( К 7 5). если уменьшить шунтирующее влияние емкости *
Шунтирующее влияние статической емкости К₽ Се межи® устранить
I tl
двумя путями:
-иейтрамзацией емкости Со при помощи сбалансиромикого моста,/ когда КР и пейтродикную емкость Св включают в плечи моста так, что : равные по величине и противофазные емкостные токи уравновешивают дру]
друге в'иагруэке, Сн = Со;
- компенсацией емкости Со, подключением параллельно Кр индуктив ноете L , образупцей с Со параллельный контур, настроенный на выбранную механическую гармонику КР, при этом GJtg .
В оецилляторжых схемах применение этих способов проблематично.
В фильтровых схемах более целесообразным является путь компоиеа цнн емкости Со, так хак схема с нейтрализацией емкости Со весьма крн тичиа к режнцу работы и сложна в рохулнревке. Фильтровую схему АГ'с
компенсацией влияния емкости Со можно применять вплоть до частот 300...400 Mik
Схемы автогенераторов с КР бывают одиокаска;
нл
je и многокаскад-
I
ине. В диапазона частот I...I00 Mik наибольшее применение получили
одкокавкадные АГ, которые чаще всего строят по схемам, эквивалентным •мкоетжов трехточке хак более надежной к стабильной, чем индуктивная
/8/. Многокаскадные АГ содержат два и более транзистора, а КР вклю
чают в цепь обратной связи. На рве.3.1 приведены эквивалентные схемы
в АГ построенных по схеме емкостной трехточки. В схемах (а), (б) и
(в) КР еондвион последовательно о элементами контура, в в схемах (г) ж (д) он включен в цепь обратной связи. Схемы (а) и (б) - осцилля-
торные, в них КР является эти лонным контуром, имепцим сопретивлежзв индуктивного характера, поэтому самовозбуждение за счет : емкости КР Со паразитных колебаний принципиально невозможно.
Схемы (в), (г), (д) - фильтровые трехточечиые. Частота колеба-
S
ний в них близка или равна частоте последовательного резонанса ^кв
л КР может иметь как небольшое активное, так а индуктивное и емкостное сопротивления. В этих схемах принципиально могут возбудиться паразитные колебания на частотах за счет емкости Со, а также на частотах механических гармоник более низких, чем выбранная , если КР работает на механических гармониках. Для их подавления в схеме (в) КР шунтируют сопротивлением R , а в схемах (г) и д) ком-
пенсируют индуктивностью или соответствуй
1*11
м -ебрезом эдбжравт пара-
метры колебательного контура.
Мощность в нагрузке АГ Ри , которую можно получить в каждой из схем оценивается как /157
prt = (0,1...0,3) для ехем (в),(б)Дв), Рн = (1...Ю)РК& для схемы (Г) , (3.1)
Рн = (1...5)Р(се для схемы (д).
Здесь гкв - мощность, рассеиваемая ий'КР. • • •
В автогенераторе по схеме (а) возможна генерация на основной частоте ( = I) КР, а в схемах (б)-£ц) как на основной частоте, так
и на механических гармониках КР ( tV7 I).
Наименьшая нестабильность частоты подучается, если КР работает на частоте последовательного резонанса КР .
Температурная нестабильность частоты в основном определяется 4
КР в во всех схемах примерно одинаково.
Нестабильность частоты за счет изменения пвтапцих напряжений, параметров элементов контура в параметров транзистора наименьшая в АГ по схеме (а), несколько выше по схеме (в) н в несколько раз больше в схеынх (г) и (д).
На ршс.3.2...3.4 и рис.3.6, 3.8 приведены примеры схем транзи-
сторных автогенераторов с КР, наиболее часто встреча
< л
игхся в прек-
тике п^ехтированкя’различного вида радиоустройств. Заметим, что
целесообразность заземления по высокой частоте того или иного влек-
трода транзистора определяется конструкцией транзисторе или другими
причинами сугубо практического характера.
3.2. Ооцилляторкыв схемы
Автогенератор с КР между коллектором, и базой по схеме рис.3.2
самый простой, надежный и стабилъиый. Однако в нем возможна гонора-‘ о
ция только на основной частоте КР'( К- « I) н ^4-30 МГц, а
мощность в нагрузке невелика (3.1). Эквивалентная схема АГ
ьг, на
низких
дана на рие.3.1га.
В схеме по высокой частоте заземлен эмиттер транзистора. Колебательная система состоит из КР и емкостей и . Генерирование возможно, если КР имеет сопротивление индуктивного характера поэтому частота колебаний АГ^выше частоты последовательного резонанса КР ). Условие Xta > 0 исключает возможность
возбуждения паразитных колебаний за счет статической емкости КР Со. Схема не содержит катушек индуктивности, что удобно для гибридного варианта конструкции. Из-за слабого влияния емкостей и частоту колебаний не удается ее корректировка, особенно ха частотах, когда емкости имеют большие номиналы и выполнить меиными затруднительно.
Нагрузка связана е колебательной системой эмкоетъю .
Схема АГ имеет источник питания , напряжение от которого V подается в цепь коллектора через блокировочное сопротивление И . Начальное отпирающее напряжение емвщеижя Ur^m подается о помощью резостора делителя R< , , подключенного к источнику .
Для создания автосыещения, обеспечивающего запирающее напряжение смещения включены сопротивления в цепи базы Ry и эмиттера . Блокировочные емкости: шунтирует по переменному теку ,
а дикость - источник . цепь автседашеиия , м улуч
шает термостабкльность режима транзистора.
Схема АГ с КР между коллектором базов на рис.3.3 отличается от схемы на рю.3.2 наличием колебательного контура Z4 » (рис.
1,а,б). АГ работает надежно же частотах, для которых нормированная статическая емкость КР = &кб Со *Ь?л -0»25 X = 2#$к.в )>
тивжый характер. АГ возбуждается же механических гармониках КР1 работает до £ 100 МГц. Схема на рее.3.3 обеспечивает возбуждение КР на его механических гармониках, если параметры контура «
61
гармоник его сопроти
вление
было иидуктив
и и условия самовозбуждения для них выполня-
ж
лись.
В схеме на рис.3.3 по высокой частоте-эееемдеиэмиттер .иражанс-тора. Напряжение от источника питания в цепь коллектора подается через индуктивность - Lj^ . Назначение остальных элементов такое же, что и в схеме ла рис.3.2.
Отметим, что в рассмотренных схемах АГ на его работу и стабильность большое влияние оказывает соотношение емкостей и Cj, . При слишком малых и при чрезмерно больших значениях емкостей , не стабильность частоты возрастает. Рекомендуется, чтобы частота генерации отстояла от 4*8 но болев -чем на -четверть роввнас-сиего промежутка ... Чо Д?7-
3.3. Фильтровые схемы
На рю.3.4 приведена схема АГ е КР в контуре. Возбуждение колебаний АГ может быть как на основной частоте КР, так и на его ме
ханических гарыоикдх. Лучшая стабильность частоты АГ будет при работе на частоте последовательного ре зола юж КР на выбранной махани-
ческой гармонике. Колебательная система АГ состоит из КР, емкостей Ж , индуктивности и подстроечного конденсатора Cj , Я включение которого облегчает настройку контура, в также снос обет ву- Ж ет подавлению нежелательных колебаний (рис.3.1,в). В АГ возможно ж возбуждение паразитных колебаний за счет статической емкости КР Со. ж Частота паразитных колебаний близка к собственной частоте коллектор-| Со (рнс.3.5). С повышением Ж свойства тран- 1
;М
Начальное отпира&-, а запирающее обео с немощью разисто-
— блокировочные эле-
ноге контура яв . м. • »
частоты паразитных колебаний усугубляются инерционные зистора, что облегчает их подавление. Нарушить условия самовозбуждения паразитных колебаний можно включением резистора R параллельно емкости Со (рис.3.5, цунктвр).
За счет R. увеличиваются потери в контуре. С помощью R уда-, ется также подавить колебания на частотах более низких гармоник, чем выбранная. Выбор сопротивления ведется по соотношению R* i/w»sC, . В схеме АГ по высокой частоте заземлен коллектор транзистора. Источник питания Vk обеспечивает подачу напряжения в коллекторную цепь и питает делитель Ri, .
щне напряжение смещения 1Лич снимается с Rjt починается автоемещакием в цепи базы и эмиттера ров Ry и R» . Элементы , Zjx
менты. Zax предотвращает заземление амнттера по высокой частоте.
Связь с нагрузкой R-H — емкостная ( Сад ).
Схема АГ е КР в цепи положительной обраткой связи показана на рве.3.6. АГ построен по принципу емкостной грехточки, а в цепь обратной связи включен делитель напряжения, состоящий из КР и разист' (рис.3.1,г). Нередко в схемах в качестве используется вход ное сопротивление транзистора. АГ применяют как при возбуждении КР ка основной частоте, так и на его механических гармониках. Частота
колебаний АГ .? равна (или близка) к частоте последовательного резонанса выбранной гармоники КР .
Основным достоинством АГ является Возможность получения мощности в нагрузке значительно больше (3.1)» чем в других схемах (см.рис.1 ,а,б,в,д). Это объясняется тем» что КР включен в цепь базы, т.е. вне контура, где ток существенно больше,яем в -базовой
цепи. Однако нестабильность частоты АГ токе больше» чем в схемах на рис.3.1,а,б,в, /9/•
В схеме на рис.3.6 по высокой частоте заземлен эмиттер. Коллок- . торный контур составлен из емкостей , С? и индуктивности
Zj. Включение емкости С3 последовательно с облегчает-конструктивную реализацию элементов контура и его настройку, а также подавление низших гармоник. Контур настроен на частоту выбранной механической гармоники КР. Для частот -низших гармоник-он-виляю'рас
строен и условия самовозбуждения для них не выполняются. Вязовый контур составлен из емкости , полного сопротивления КР' при последовательном резонансе и резистора Ъд, . Частоту колеба
ний определяет базовый контур, имеющий большую добротность благодаря,КР.
В АГ возможно генерирование паразитных колебаний за счет емкости КР Со. На рис.З.ч? видно, что АГ при этих колебаниях является также двухконтуриым с частотой, близкой К’собственнойчастоте'коллекторного контура как более ныеоксдобротного, чем базовый где включен резистор . Возбуждение паразитных колебаний тем легче, чем больше Со, поэтому желательно, чтобы КР имел небольшую емкость или малое значение . Для подавления
паразитных колебаний за счет Со можно использовать схему ее нейтра-
лизации Xрис.3.8) или и
мд»
екеации Со индуктивностью, параллельно
включенной КР.
г
Стабильность частоты колебаний АГ по схеме на рас.3.7 связана в большой море с добротностью базового контура, определяющего частоту колебаний. Включение уменьшает его добротность л чем %, меньше, тем стабильность частоты больше. Стабилизирующее действие КР тем выше, чем меньше добротность коллекторного контура. Поэтому рекомендуется выбирать добротность ненагру венного контура (при = =0) Дб?
Окен - 50...100.
Схема АГ имеет источник питания , напряжение от которого подается в коллекторную цепь через блокировочное осиротив ленке R. (может быть заменено Zfa )> Начальное отпирепцее напряжение смете-
ния снимается с сопротивления делителя Rt*, »
подключенного к источнику . Автоматическое смещение создается за счет резисторов ^5" и Rj . Конденсаторы Oxi , С<гл£ , -
блокировочные. Связь с нагрузкой Rh - емкостная ( Сс£ ). 1
На рис.3.8 показана схема АГ е КР в цепи обраткой связи, пестро-i енная по мостовой схеме с нейтрализацией статической емкости КР Со. КР помещен в одно из плеч сбалансированного моста G , Си , (?1 , 4 . j * 9
В качестве нейтродинного обычно используют подстроечный конденсатор | Сч , емкость которого может изменяться в пределах (0,7. ..1,2Г) С . I Питание коллектора осуществляется через небольшое антипаразитное I сопротивление R , которое подключается к точке контура, имеющей | приблизительно кулевой высокочастотный потенциал. При точном балансе I моста ( Ст = Си , Ci = Cf, ) обратная связь осуществляется только ।
через пьезоэлектрическую ветвь КР. Вблизи частоты последовательного резонанса КР мост разбалансируется и при соответствующем выборе элементов схемы возбуждается. Контур АГ , Сь , 4 должен быть настроен приблизительно на частоту выбранной механической гармоники КР. Выходная емкость транзистора С fa* нарушает стдитрню коллекторного контура. Для симметрирования схемы к контуру присос-
дееястся дополнительно конденсатор = С&<х выбирать C-f = в несколько раз большими
. Рекомандуатся Cftrx , а емко-
сти £/ = - (3...5) Со .
тельного соединения С< , £/z
Результирующая емкость последова-
ло,
а быть примерно равной шли
>* 1.
в 1,5... 2 раза больше C&IK транзистора.
Схема АГ с КР в цепи отрицательной обратной связи, приведенная на рис.3.9, построена по принципу емкостной трехтонки, а КР вклю-чен в цепь эмиттера последовательно е коллекторным контуром ( ,
, /з , G ) (рис.З.ГД). КР работает на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса ^св . Вблизи этой частоты КР ‘ имеет мп петельное полное сопротивление и обеспечивает отрицательную обратную связь. При расстройке КР его сопротивление резко уве
личивается и колебания не возбуждаются. Такой АГ находит применение
ПрИ ВОЗбуЖДеНИИ КР как На ОСНОВНОЙ, мг л.» маглтпптпюпг тармпти-
ках. Его часто применяют в диапазоне метровых волн. М
*111
ость в на-
грузке Рн = (I...5) , т.е. на порядок больше, чем в схемах на
рис.3.1,а,б,в. Нестабильность частоты того же порядка, что в схема
на рис.3.6 Дб/. Частота генерируемых колебаний f близка или
равна частоте последовательного резонанса КР на выбранной механической гармонике Z ^кв )-
В АГ принципиально возможно возбуждение паразит
Hr
: колебаний
за счет емкости КР Со и частот мезБвничеснявс -гармоник лижа .выбранной. На частоте т<в КГц подавление этих колебаний обеспечивает
ся рациональным выбором параметров коллекторного контура, а также настройкой его на частоту ^кв - Для подведения паразитных колебаний за счет -о иногда включают катушку -индуктивности Zj , которая с емкостью Со образует контур, настроенный на частоту выб
ранной гармоники, (OfcB Z< = I/QJceCo , (рис.3.10). При этом АГ становится трехконтурным (коллекторный контур, Z^C^ в контур
£. Ctf )♦ сложным в критичным в настройке /97. л
В схеме ЛГ на рис.3.9 по высокой частоте заземлен коллектор транзистора. Конденсатор Сз включен ради удобства настройки контура и подавления низших гармоник. КР включен в цепь эмиттера и по нему протекает ток эмиттера, о чем следует помнить при выбо-R, ре КР, отдавая предпочтение КР с малым сопроивлением ^te>. Связь е нагрузкой £ц - емкостная-с помощью Сев .
Питание коллекторной цепи обеспечивается источником Цс « к которому подключен делитель Кд, . Отпиравдее начальное нап-♦
ряжение смещения UHan унимается с сопротивления . Для автосмещения включены резисторы Rj в цепь базы и - в цепь эмит тора. Термостабилизирующая цепь в эмиттере образована R?, .
На рис.3.10 приведена схема АГ, построенная также по принципу емкостной трехточки с КР в цепи отрицательной связи (см.рис.3.1,д) По высокой частоте заземлена база. Коллекторный контур образован емкостями (и , 6^ и индуктивностью Z3 . Параллельно КР подключе на индуктивность Z> , образующая в месте е его емкостью Со ллельный контур. Контура Ci ,С^£з и настроены на
ранную механическую гармонику КР. Питание в коллекторную цепь
ется через блокировочный резистор К . Отпирающее начальное напряжение подается е сопротивления делителя R1, Къ , подключенного к источнику Цк . Автоматическое смещение достигается включением резистора , который же блокируется конденсатором во избежание короткого замыкания по высокой частоте или необходимостью включения между эмиттером и цепочкой . Емкое-ти С«л< , Судг - блокировочные. Связь е нагрузкой Кн - емкосг-нд$. ~ >
Кварцевые- АГ с отрицательной обратной связью могут быть двух j и трехтранзисторные. На рис.3.II приведена фильтровая джухтранзие- ]
ч
пара- 1
выб- 1
пода
торная схема. часто именуемая схемой Батлера, с КР в цепе обратной связи мэвду эмиттерами транзисторов fUJ. Каскад на VT£ с общей базой, а каскад на VTf - эгйвттерицй повторитель (но высокой частоте заземлен коллектор),
Следовательно общий сдвиг фаз в цепи возбуждения равен нулю.
Последовательно с КР включено входное сопротивление каскада с общей базой ж выходное сопротивление эмиттерного'•повторителя. -Эти сопротивления не превышают десятков - сотен Ом. Схему Батлера можно рассматривать как модификацию схемы с общей базой, у которой в разрыв цепи обратной связи включен эмиттерный повторитель.
Емкость КР Се компенсируется индуктивностью Л . Колебательный контур Z/f, Cf » & в компенсирующий Ь , Со настраиваются на частоту выбранной механической гармоники КР. При закорочек-ном КР в схеме возбуждаются колебания, частота которых определяется настройкой коллекторного контура. Контур должен' быть достаточно /
избирательным, чтобы при работе е КР АГ устойчиво возбуждался на механических гармониках КР. Настройкой контура можно компенсировать фазовый сдвиг, вносимый транзисторами и обеспечить Вала не фаз на частоте генерируемых колебаний.
Схема Батлера характеризуется наибольшей по сравнению е осцил-
ляторными схемами АГ устойчивостью к дестабилизирующим факторам до
частот 70...100 Верхний предел генерируемых частот обусловлен ухудшением свойств эмиттержого повторителя. Поэтому на частотах
будут простейшие оджокаскадные
фильтровые схемы, например схема на рис.3.10. Достоинством схемы
Батлера состоит также в простоте настройки -ж воаможжостж дспользо-вання КР с достаточно высоким ^кв .
В сх^еме Батлера можно получить умножение частоты механической
rajwoHiKH КР. Для этого в коллекторную цепь эмиттерного повторителя
на транзисторе УТ^, включают параллельный колебательный контур 4^, Со,. настроенный на И^-УЮ (2 или 3) гармонику генерируемых колебаний (рис.3.12). Транзистор VT& должен работать с отсечкой нАгет*/ 1
коллекторного тока. Влияние^нэ работу АГ при умножении частоты
. J
уменьшается.
В заключение рассмотрим трехкаскадный усилитель, охваченный обратной связью, в которую включен .КР.^возбуждающийся на третьей механической гармонике КР (рис.3.13) /9/. Между выходом первого и входом второго каскадов включен делитель напряжения из полного сопротивления КР 2 кв к сопротивления , а между выходом второго и входом третьего - фазирующая цепь , которая позволяет настраивать АГ на выбранную частоту КР. На частоте колебаний f близка к частоте последовательного резонанса на третьей механической гармонике ^кв и .суммарный набег фазы по кольцу обратной связи ранен, 2 . В АГ надежно возбуждаются колебания на третьей механической
гармонике КР (до частот 100 МГц) ж подавляются на основной частоте КР благодаря фазовой селекции, которая возможна в диапазоне метровых волн из-за инерционных свойств транзистора. На основной частоте КР обеспечивается отрицательная обратная связь, а на третьей гармонике - положительная. На пятой гармонике колебания не возбуждаются,
т.к.
уху;
nip;
аютея усилительные свойства транзистора.
4. РАСЧЕТ АВТОГЕНЕРАТОРОВ С КВАРЦЕВ1Ш РЕЗОНАТОРАМИ
4.1. Основные расчетные соотношения
В кварцевых автогенераторах нестабильность частоты колебаний
зависит от условий и рэкииа работы КР. Большое значение имеет мощность В;в , рассеиваемая на КР. Для обеспечения надежной работы
и высокой стабильности частоты мощность Рке>
допустимого значения мощности рассеяния Виз доп* приводимого в справочных данных на КР, т.е. необходимо, чтобы
Ркв В<вдоп
(4.1)
КР массового производства изготавливают на частотах до 150 МГц. До 30 МГц резонатор возбукдают на основной частоте, а выше 30 МГц -на механических гармониках - 3, 5, 7-ой и т.д. <см?2.1 м^'2.2), Наи
меньшая нестабильность частоты получаетсяг-еедик KR.работает, jb -частоте последовательного резонанса ^К6 .
Относительные отклонения частоты АГ { от частоты КР невелики: /£ _ i /Q<& = КГ4.. .I0-7 и поэтому параметры
режима транзисторе и реактивных элементов колебательной системы АГ можно рассчитывать на частоте f кь » т.е. принять fte ,
Колебательная мощность Р-1 АГ с КР невелика, она порядка
Pf * (I..,I0)PKeAon * Г..Ю1Й?» .
поэтому АГ выполняют на маломощных биполярных транзисторах различных типов. Параметры транзистора зависят от соотношения между рабочей частотой 4 и его граничной ^гр - С приближением f х в транзисторе начинают проявляться жнерциоижыа сипйства,*увеличиваются проводимости входная, выходная, обратная проходная. В результате .затрудняется, возбуждение колебаний и увеличивается нес та б и-
*
льиость частоты. Для повышения стабильности частоты рекомендуется
выбирать транзистор, обладающий малой инерционностью из заданной частоте колебаний , что возможно, если его граничная часто-
та хотя бы на порядок выше fcs Д 5?
$4
(4.2)
Усредненные параметры некоторых типов современных маломощных высокочастотных биполярных транзисторов приведены в tb6x.4.iJkP выбирают на заданную частоту, его тип определяется требованиями к неста
бильности частоты АГ. Предпочтение отдается КР с малым произведением 0 0 ^к8 , при этом легче выполняются условия самовозбуждения в АГ, особенно на механических гармониках КР. В табл. 2.3 приведены параметры некоторых типов КР.
Режим АГ рекомендуется /§7 выбирать не дона пряженным для умень
шения тока во входной цепи, а транзистор недоиспользовать как по
току, так и по напряжению
(4.3)
1ХМ« (0Д-0.8)Iicmaot;UMs40.L0.5)UeAo„u*l/U^0,8U1<H.(4.4)
Здесь гр - напряженность режима (коэффициент использования коллекторного напряжений в рабочем и граничном режимах; I км ,
1км дсп- максимальный и доцуствшй максимальный коллекторный ток;
Цко^кздпп , UKH - постоянное, допустимое и номинальное значения
напряжения между коллектором в эмиттером.
АГ с КР работает с низким КЦД, поэтому необходимо убедиться что мощность, рассеиваемая на коллекторе траязяетора Рро-с же превышает допустимого значения Рраслоп
Ррос Ррасдоп .
(4.5)
Надежная работа АГ обеспечивается как правильном выбором запаса по самовозбуждению на рабочей частота, , так в созданием
условий при которых затрудиежа генерация колебаний на частотах боде а низких механических гармонииГ;КР {нг ж паразитных колебаний {и< зя счет статической емкости КР Со . Запас по самовозбуждению характеризуют коэффициентом регенерации G ихи связанным е ним коэффициентом разложения косину сопла льмого юиужьааддя первой гармоники, являющегося функцией угла отсечки 0 [%] fje) = </<;. «.в)
Для создания надежной работы АГ рекомендуется на рабочей частота выбирать /15/
(&) = OJ...Q5, (4;7)
чоо соответствует 9 = 50...90°, а на частотах fHr в ГеК ~ "
г,Инг/Мгле), (4.8)
. При увеличении (б) для ухода от нежелательных колебаний падает надежность работы АГДумёньшэется G . При уменьшении растет
нестабильность частоты и усиливается возможность возбуждена ст отах ^нг и /пх . К сожалению условия (4.7) я (4.8) выполнить независимо, поскольку значения коэффициентов
• HI'.
нельзя
(Ql Г1Й)нг» (б)пк определяются одними и теми же элементами колебательной системы АГ.
)
При расчетах АГ, работающих на частотах до 100 МГц используют эквивалентную схему транзистора, приведеннуюти рис. 4.1.^Влияние индуктивностей выводов транзистора не учитывают* т.н. наУтестотах их влияние мало. В зилу того, что транзисторы обычно жедоиепользу-ют по теку, в расчетах следует учитывать нелинейность кстатических характеристик* применяя полигональную аппроксимацию характеристик.
н-
Крутизна их S определяется как локальное (далесеанальное) значение для среднего тока 1кср ~ 0,5 1км /9?. При этом аппрокси-
мирова
ле параметры транзистора зависят от значения тока
км -
К этим параметрам относятся;
Sn ~ 151км . А/В - крутизна по переходу, =h.2<3/Sn , Ом - сопротивление рекомбинации,
S s К2.<э/^5+^)/ ~ крутизна аппроконмиреваииой
проходкой характеристики, /S*U , Гц - граничная частота по крутизне р.= {/{s - нормированная частота по -fs -
О
!11нУ Н«
Здесь - статический коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером (03); *1$ - сопротивление базы, Ом. I
В общем случае крутизна $ на частоте имеет модуль
= S/fiTsJ
(4.10)
в фазу
= - QA-ctj QS . (4.II)
На частотах, где Qc 4 0,5 можно ориентировочно считать
U:fc
Транзистор при расчете может быть описан хак четырехполюсник с Y -параметрами усредненными по первой гармонике /17. Входная Y л , обратная проходная Y(2 и выходная Y22 проводимости транзистора входят в состав колебательной системы АГ, следовательно, влияют ка
режим работы АГ. Однако при выборе транзистора из условия (4.2) и выполнения условия 0,5 их значения малы и много меньше ве-
личин соответствующих проводимостей, образу
: колебательную сис-
тему АГ, параллельно которым они подключены и приближенно можно
считать
т.е. расчет востп без учета их влияния. Приближенное выражение для проводимости Х?< можно записать как
YM * sTi(G)/(№s).
(4.13)
Влияние выводов транзистора при этом не учитывалось, т.к. до частот ~ 100 МГц это но вызывает ап мотне й погреикости. Воли выполняется условие 0,5, то
Y1( Si '
Иначе говоря, проводимость Х'Л определяется параметрами транзистора и коэффициентом "fi (в).
В основу расчета режима работы АГ положено комплексное уравнение стационарного режима /V
$4 К 7_н = 1 илп S. < ~ 1 • (4.15)
Здесь S* = S(C - средняя крутизна; Ц К С - коэффициент обратной свЙэи; 2Н =|ZH|£ - сопротивление нагрузки;
= управляющее сопротивление; - фаза средней крутизны;
- фаза коэффициента обратной связи; \|‘и - фаза нагрузки.
Уравнение (4.15) разбивается на дм вещественных
s<k|ZhH <4-16>
+?м ^29Ггп\ т-С,±<
которые принято называть уравнением баланса модулей (амплитуд) и
баланса фаз. Целое число Ш для обычных АГ равно нулю (tn =0).
В тех случаях, когда выполняется условие £«?*;< 0,5 фаза крутизны мала С 0) и крутизну $4 можно считать действительной
I
4
величиной
и при расчетах удобно определять ев, задавая значение тока IKM t (4.4) уДб) (4.7). т.к. крутизна S определяется током 1км v (4.9). 1
Сопротивление 2у ПРИ S ~ О мокко считать деветвите ль- |
ной величиной j
Zy^Ry (4.I9)1
1 Балане фаз (4.17) при й1 о и m = О запишется как
Ч>и-~Ч>к (4-20)
что указывает на некоторую расстройку частоты колебаний АГ относи-
I только собственной частоты колебательной контура и необходимость учета при расчетах сдвига по фазе между первыми гармониками коллекторного тока 1к< и напряжением Vm АГ.
Воли У 0, то для полного фазирования колебательной свете- , мы АГ должно выполняться
fl -- (M’s + M’k)- (4.21)
Для получения меньшей нестабильности частоты желательно колебательный контур АГ настраивать в резонанс на частоту генерируемых колебаний. Тогда фаза ~ 0- Однако в АГ на инерционных транзи-стррах lps / 0 и приходится таким образом выбирать параметры колебательной системы АГ, чтобы ^fs “ ~^K^|npz определении параметров режима работы транзистора используются известные формулы /9/.
Постоянная состав ляпцая 1|со и амплитуда первой гармоники 1₽*£ коллекторного тока. т
т^ГИогут быть вычислены, если известно значение тока - км
Iro в 1кы^о(Ф) , Ifci -Ikmc£i(O) (4.22);
o4v(6) и (0)- коэффициенты разложения косинусоидального импульсе тока с углом отсечки 0 (см. табл.4.2).
Эти же токи связаны с напряжением возбуждения транзисторе и крутизной соотношениями
ко ~ ^64 j (4.23'
Уо(^и Г<($) - коэффициенты разложения коонкуеондальнеге импульса тока с углом отсечки G (ем.табл.4.2).
Напряжение смещения на базе транзистора с малой инерционностью
u6c- -Uglcos6
(4.24)
а для инерционного транзистора определяется приближенным выряжена-ем ______
Ufe « U' + Uji . Й 25)
5jl€c£, U ~ налрлхсеине сриве^еийя но баз в*
Мощности: потребляемая от источника питалля я колебательная (выделяемая в коллекторной цепи)
Ро = I; Pi -0/51к< TJfc.4 COStpH • (4.26)
Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора
Ppoc’fo-Pf. <4.27)
^ак как транзисторы АГ с КР работают с малым электронным КПД -- P’/Pq , можно считать Ррое^Ро > при этом должно выполняться условие (4.5).
Мощность в нагрузке АГ
где к - КПД контура.
Мощность Р1 расходуется в однокаска;
S3
Pl ~ Ри + P<6 + P|f + Рг ;
(4.29)
т.е. передается в нагрузку - Рн , рассеивается на КР - Рм , расходуется в элементах контура-и на активном сопротивлении колебательной системы (рие.3.4, 3.6) - .
Связь колебательного контура АГ в КР с нагрузкой выбирается слабой, что способствует уменьшению его нестабильности частоты, и = Рн/Р< принимают равным менее 0,5, т.е. < °*5-
В тех случаях, когда КР в схеме АГ включен последовательно с будет
Рк и Pi ~ Рн + Р|а+Ц. Расчеты таких схем упро-коэффициннт О- = Рн/Ркб*А) , связанный с Cl = ~ 2 к) Яри повышенных требова-
частоты.рекомендуется Сс 0,25, при этом
ШИ
элементами'контура (рис.3.2-3.4), мощность потерь на КР Всв гораздо больше, чем щаются, если ввести •“«г соотношением киях к стабильности
коллекторного питания
к
Напряжение смещения в одноконтурных АГ с КР обычно выполняется комбинированным (рис.3.2-3.4): отпирающее напряжение UH04 , создаваемое на сопротивлении ^2 делителя Кч , , подключенного
и запирающих напряжений, счет постоянной составляема - за счет постоянной а ко <-15о • п₽и расчете зыа-
> II
к источнику создаваемых на сопротивлениях щей базового тока Т^о- 1ко/Ь.21Э составляющей эмиттерного тока Тэо
чения сопротивления ориентируются на соотношение обеспечива-tee уменьшение шунтирования этим сопротивлением ветви колебательного контура между базой и эмиттером Х2 (рис.З.Ге)
£(<С...20)Х
(4.30)
При выборе сопротивления R-э следует помнить, что ростом значения &э увеличивается его стабилизирующее действие при изменении режима транзистора АГ, но и возрастают потери на нем и напряжение смещения, что требует увеличения напряжения источника коллек-
-sr
торного питания . В качестве компромиссного решения рекомвиду-ют /?7
(00'500 Он. (4.31)
Обратим внимание на выбор емкости (-5 л , включенной параллельно сопротивлению Ra . Блокировочные функции этой емкостью осуществляются при условии щС& >4Q/Rj; He следует-задавать-сягаком большое превышение во избежание опасности возникновения прерывистой автогежерации. Условием ее отсутствия будет to’Cft « Q/Rs , где Q - добротность колебательной системы АГ.
Баланс напряжений1 во входной цепи транзистора запишем как
Ufco я ЭДмч ~ (1ко +1зо)^Э * -
Отсюда начальное напряжение смещения
Uwam = + (Хад+13о)^е ^ISo^S j -(4.32)
р
U^o- напряжение смещения, определенное при расчёте режима транзистора (4.24) или (4.25).
Зная Щач и задав ток через делитель Ja ^51^ * находим
Йд ~ блсо’ ХЛндч) /Тд * Rj - XJham 1д 1&э)’ (4.33)
Заметим, что при 1д 1#0 уменьшается влияние базового гт т fc&AbfrHM
тока на ицдч , однако брать I д^твйыгодно из-за увеличения расхода мощности источника .питания на и R2 <
Напряжение источника питания
Uk “ Uno + Хко +I Jo) Re- -• (4.34)
Задача расчета АГ с КР состоит в определении параметров режима работу и схемы АГ,, при которых^ одновременно удовлетворяются уравнения стационарного режима на выбранной механической гармонике КР
(4,16), (4,17), требования отсутствия колебаний па ни эк ей гармоника и паразитных колебаний (4.8)» а такие условие (4,1). Обычно число элементов схемы АТ, параметры которых необходима определить, превышает число у ре вне ниЙ, связывающих их. Поэтому некоторые параметры элементов колебательной системы АГ приходится выбирать, пользуясь
соображениями, известными из общей теории АГ, конструктивных требований и прочее. Фаи рекомендуемыми значениями характеристического сопротивления контура р , неяагруяеыной добротности Снем (т.е. без подключения нагрузки ) будут
у]
р Л 50-500 Ом
(4.35)
III’
Q цзд 50—100
Приведем методики расчета схем АГ с КР, работахщих на основной 1 частоте КР или на его механических гармониках вплоть до частот 100 МГц-( На этих частотах допустимыми являются расчетные соотношения, изложен- I ные выше. Рассмотрим порядок расчета однокасхадных схем АГ с КР, по- | строенных на принципе емкостной трехточки, показанных на рис.3.2-3.4 1 и рис.3.6, 3.9. I
Исходные требования к АГ содержат частоту колебаний / и мощность | в нагрузке Рн . По этим требованиям выбирают схему АГ, затем типы и КР и транзистора. I
В основе расчета лежат методики расчета, приведенные в /9,147- I Система единиц, используемая при расчетах практическая (СИ). При рас- 1 четах можно пользоваться табл.2.3, 4.1, 4.2. I
i I
4.2. Автогенератор с КР между коллектором к базой 1
Этот автогенератор (схемы на рис.3.2 и 3.3) целесообразно применять в случаях, когда требуется обеспечить минимальную нестабильность j частоты от изменения параметров транзистора и КР. Ожидаемая мощность j в нагрузке ?н (ОД...0,3) . Колебания возбуждаются на час- |
готе , схема проста и отсутствуют колебания обусловленные |
емкостью КР .
АГ можно использовать при возбуждении яа основной частот» КР до i < 30 МГц и яа высших механических гармониках КР при £ 30 МГц
При Й03ьУХс2.&ни« HifnCSOMr^ р Р
^нетрудно найти транзистор с частотой I0f и обеспечить его работу с малой инерционностью ( Qs <0,5) и слабым влиянием проводимостей транзистора (4.12), шунтирупцнх колебательную виствыу. Схема ч
такого АГ приведена на рис.3.2. При возбуждении АГ на частотах
30 МГц в его схему добавляется катушка индуктивности, позволяющая обеспечить подавление колебаний на частоте {нг , более низкой, чем рабочая (рис.3.3).
Рассмотрим порядок расчета АГ, работающий на основной частоте и на высших механических гармониках КР раздельно.
А. Автогене^тор^ ребстающий_на_ основной частоте _КР_на_ отшо^раыэиствре Срис/кЯХ)
Исходные данные; рабочая частота f , мощность в нагрузке Рн может быть задана или определена дополнительно. *
Согласно рекомендации (4.2) выбираем транзистор и выписываем его справочные параметры: тип транзистора (например, ГГ313А), , Лг ,
Ь,мэ , V' , UKH (или Цэдоп ). XJnACfb Ррасдоп - Ддлее приняв частоту КР |кв = ! * выбираем КР желательно с меньшим значением
1КВСО и выписываем его справочные параметры: «
ркд0П . Вычисляем к» С ° *
Дополнительно залаем в соответствии е рекомендациями (4.1), (4.4); (4.7) мощность рассеиия на КР Ркь, ток 1«к и напряжение , угол отсечки и находим по табл.4.2 значения коэффициентов ,
TiTn
Определяем значение коэффициента CL = Рн / Р<е и проверяем выполнение условия: О- <0,25 (при этом < 0,2), Невыполнение этого условия увеличит нестабильность частотыУДля выполнения условия можно либо уменьшить или выбрать КР с другой ^кдоп
Если мощность Рн не задана, то следует взять CL < 0,2 в найти возможное значение Рц = CL^g . Если оно устраивает, то далее считать Рн заданной.
Расчет ведем в следующем порядке. Определяем:
ДШ2ШШЙ2М
*: I
го татметвм тмимготтм
(4.9)
Sn»15lKM ;'L=k,o/sn ; S = Ьаэ/(W+г);
= ?tp/stj 26={«/{s s<sH«(s).
I
Если Q s 0,5, то следует увеличить {s , уменьшив ток1км , или выбрать транзистор с большей {гр .
Тан как для безынерционного транзистора < 0,5, то крутизна
S -действительная величина и 0. Баланс фаз (4.17) при этом заи
шется как + 4*к =’°*
Параметры колебательной системы АГ.
Соотношение емкостей Си /Са Е
0-51 кн йГ 4 (б)
Рк, (i+a)S«-cose)2 ’
значение должно лежать в интервале 0,5...2. При выходеУйз этого
интервала следует задать другие значения I км, Ред , 0
Сопротивление ветвей контура Х< и Ха (рис.3.1,д*)
г,(< +«) *7 s< г*»« /0+~ё7
Х*''г** 8л««/(<*а-)-го(1+ве)г
Х,= X,« .
Емкости контура
c/x-i/w^x, , Сг= С,/аг ,
Частота колебаний.
Обобщенная расстройка частоты ко лебяжий ( относительно частоты последовательного резонанса КР (2,91
/кв i-
Относительная разница между / и /кв прж условии* что /кв и { близки, приближенно будет равна
А I I ~ /кв $
/кв Й-0«
При требовании высокой точности настройки на заданную частоту (например, 10”®), надо выбрать КР, у которого частота /кв
Для точной настройки требуется котя бы о;
1ГГ
из емкостей выполнить пе-
рэмойной, чтобы обеспечить ее вариации примерно на ±30$ от выбранно-
го значения.
Параметры режима транзистора.
Постоянная еоставдявдая и первая гармоника коллекторного тока
1 КО ~ IkM<^oC^) ? ' I км '^-4 Со) .
1
Амплитуда напряжения возбуждения (4,23)
U«t =IK</Sft(e)
Коэффициент обратной связи -_____••
Модуль К • И1_ = а» /7,< +(S< Х4)1'
Uk,. !
Фаза = - ал-dj ( .
Амплитуда коллекторного напряжения
UKI = U{4/K .
Мощности: колебательная -0.5 cos^h f
где соаФн = </7< *-(s<x2)2' ;
^подводимая от источника питания R>= IkoUko, . ^рассеиваемая на. транзисторе Ррас = Ро ** Р.1.
(проверка УСЛОВИЯ Ррас 4 Ррссдоп
]в*нагрузке Рн = Pi - Р кв ., должна Постоянная составляпцая тока базы (4.24)
1&>-1*°Аа4э , Шо * - U$< cosG *U\
быта рама заданной.
а напряжение смещения на база
СТ» Hv
. Параметры элементов пени, питания и смешения.
Выбираем значения сопротивлений Pg , R и R? из соотношений (4.30), (4.31)
йг>((0...20)Хг . 0(Ю...20)Х< , Кэ-«Х)...500 Ом .
Напряжение источника коллекторного питания
Uk s + ( IK<> 4 I5o) Яэ +1 KoR .
Начальное напряжение смещения
иНдч. ~ U&o + (I ко +^5о) Кэ * 1бо
Сопротивление делителя в цепи питания базы (4.33)
R< - (ик -КГидч )/1\д , - ^2= ^нм/(1д- 1?о),
1д > (5...5)Iso-
Мощность'источняка питания, КЦД цепи коллектора и АГ
Ри • ик-1к0 - иИдч15(1+ик1д ; l?.3= р< /р0 Л= Рн /Ри .
Б. ^т^2^е^т^р»р^Омщи^на_ьюханичесстх_га2ыояяках_КР^и ии9рциоаыом_транзисторе _(рис.3.3)^
Исходные данные: мощность в нагрузке Рн , рабочая частота
Выбираем транзистор, канате ль но блине ж условию <4.2) инписы-
ьаем его справочные параметры: тип транзистора (например, I43IIA),
* hg<3 • VZ * UKH (или Т?кэ ДОП J, Цэб ДОП» РрасДоП, -Далее, приняв частоту КР , выбираем КР, желательно с меньшим значением Ч^Со , и выписываем его справочные данные: |кв , ,
о • Q кв • доп - Вычисляем нормированную статическую емкость КР
t0 - Cc’tfce
, которую целесообразно иметь менее 0,25.
Задаем в соответствии с рикоман ддциями (4.1), (4.4), (4.7) мощность рассеяния на КР Ркв t значения тока 1кн , напряжения Uko , угла отсечки 9 . Выписываем из табл.4.2 коэффициенты Г/е). Ге (5-6).
Определяем коэффициент Сс - ?н / Ркь и проверяем выполнение условия <х <0,25(при этом < 0,2) <ем.п.А).
Расчет ведем в следующем порядка
Определяем:
Аппроксицированнц^параметры транзистора (4.9)
$п^151км, г=к2,э/$п, S - ^24э/(^^+ 4з'42р/^,1'£.
Q$- й, /Л. sr 3/-/Т7йГ,Sr S/M
I
Параметры колебательной сибтемд
Соотношение емкостей С1Э/с^х д>
QSIkm ^'1(0)
Ркв ( U(X3 S(J- CosQ)2
I •
Ц - эквивалентная емкость контура Ьч , на частоте ^кв
Cn = С, - 4 /to£k,L, = Ci (1 - </cu£, L < C() .
Lm.
Значение <£ должно лежать в интервале 0,5 < зе, < 2. При невыполнении следует задать другие значения 1км • иля ® •
ЕМКОСТИ Со и С2
С,э' W«« G+a.)4.(4+S2|) °’
Сг* с(Э/эе •
Сопротивление ветвей контура (рис.3.1,е)
X { i /й\в С19 ' J X 2 ~ *" 4 /.
Индуктивность L< и емкость С| выбираются из условия отсутствия возбуждения на низших гармониках КР. т.е. чтобы на этих гармониках контур L<. С4 имел бы индуктивное сопротивление. Этим условием будет ,
где (г , (п- 2)- номера рабочей гармоника и ближайшей низшей. Для удобства обозначим tt\G Ц Oj-in.
Выбрав значение пг и используя выражение для С13 , находим
С^= Мпг) И L5 - ^/о*к& С{ .
*
Если полученные значения и 1< конструктивно реализовать затруднительно, то следует задать другое значение Ш .
Частота колебаний
Обобщенная расстройка частоты колебаний | относительно (2. 9 )
I)
т кв т сх0 А
Если частоты | и |к» близки, то *
? « 0кв-“-
т К5
Относительная расстройка
кв
кв
ТКВ 2QkB
Если предъявляются жэстк'ио требования к точноств жаетройки на заданную частоту (например, 1СГ6>, надо выбрать КР для которого ^Kg = - jf - Д ( . Для точной настройки требуется одну из емкостей выполнить переменной, чтобы обеспечить ее изменения на ^30# от начального значения.
Параметры режима работы транзистора.
Постоянная составляющая и первая гармоника коллекторного тока
Амплитуда напряжения возбуждения (4.23) =IW/S;ih(e). .
Колебательная мощность
Р4 ' Рн + Рке
Амплитуда коллекторного напряжения а
ии = 2Р,/1КСО^И. ига
ws?H = .
Мощности, подведенная от источника питания и,рассеиваемая
Р{; * I Ко TJkjO > Ррас = Rj Pi . ‘ f
Провести проверку: Ррос < Ррасдоп.
Постоянная составляющая тока базы и напряжение смещения
(4.25)
1$о = ^ИЭ
, ив0 «и'+ U{, [free) /У <«2f - У, (s-0)
Параметры элементов пади питания .д емеаканя
Выбираем значения сопротивлений л Rg из соотношений (4.30)
(4.31): » (Ю...20Ш й ; ₽э =100...500 ОЛ.
£
Напряжение источника коллекторного питания
Ufc * VK0 + (1кс +1 Sq) Rэ •
Начальное напряжение смещения
Vham’Vjc + fltc + T5o) Rg
Сопротивление делителя в цепи питания базы (4.33)
Ris(Uk“UhA4) /1д f Rg“ ГДЭ 1д (3...5)Isq .
Мощность источника питания, КЦД цепи коллектора и АГ
Ри--ик1„+иИАЧ18о + ик1д ; 'гэ'^/Ро ; *2= Рн/Ри .
i игл.
4.3. Автогенератор с КР в контуре I
Этот АГ - наибояее стабильный из работающих на механических гармониках КР, немощность в нагрузке невелика- Рн ~ (ОД...0,3) Ркв .
Схема АГ с КР в контуре приведена на рис.3.4. АГ может возбужда
ться на основной частоте и на частотах механических гармоник КР. По-цавление паразитных колебаний за счет емкости КР Сс и колебаний низших гармоник КР обеспечивается выбором сопротивления R , шуяти-
зуадего КР. Лучшая стабильность частоты реализуется, если частота
колебаний АГ 4 равна частоте последовательного резонанса КР на выбранной частоте механической гармоники ^к& . т.е. = |к8 и расстройка -9=0 (2.9 ).
При работе на механических гармониках КР в транзисторе АГ проя-здтся инерционные явления и фаза крутизны будет отлична от жу-, _ такой,
ля. Ч’е / О .В этом случае рекомендуется ^аЛаюоватЬУрежим полного ° fl фазированийШСкогда фаза и фаза (см.(4.17)) компенсируют друг друга п фаза нагрузки « 0.
и 4>h-^(^s+4’k) '-О.
То есть колебательный контур АГ будет настроен на частоту . Как показали исследования До/ в АГ на высокочастотных транзисторах удовлетворить условию полного самовозбуждения АГ не удается, что следует иметь в виду при пользовании методикой .раснета.
При расчете режима транзистора, исходя из полного самофазирования. значение тока 1км следует найти из условия обеспечения определенной фазы . которая зависит от тока 1км
и далее использовать его значение в расчетах. Значение тока I км ограничивается допустимыми . Вели же самофазирования не задать согласно (4.4) .расчет
значениями Рк&дол , 1кмдоп ( Рросдоп Лосткгнт _
*/дается<~то следует величину xh4 ведется в предположении, что проводимости транзистора не оказывают Сметного влияния на колебательный контур -(4^12). я-все ветви контура эудут реактивными (pac.3.I,e):> Х<£ “1 /(xJke>: Х$ * -(/и^8Са ; X = й)к8кЬг - { /а)ка Cj - Кроме того, в АГ достигается полное само-
^зирование, 4 = » АГ работает на механических гармониках КР.
Исходные данные: мощность в нагрузке Рн . рабочая частота / .
Выбираем транзистор, желательно удовлетворяющий условию (4.2) и вписываем *его справочное параметры: /гр , , U . Ukh
(ИДИ икЭд0Л ), 1цмдоп > Ррас доп . U?sAOfi .
Выбираем КР на частоту ^кй = | с меньшим значением tkBC0 . j Выписываем параметры КР: ^кь , Со , Окв » Р<8 дсп » То = fc8С(Дкб • Дополнительно задаем в соответствии с (4.1), (4.4), (4.7) мощность ?кв , напряжения Цко » Угол отсечки 0 . Находим из табл.4.2 коэффициенты оСо(0), <Z< (б) , (в) , (Я“О) .
Расчет ведем в следу идем порядке.
Определяем:
Сопротивление резонатора R и коэффициент пг
H=*tk8/to v Н--*Ч®/К.
Мощиость, рассеиваемую резистором Ря = Р«*г.
Параметр Gl - Рн /(Рка 1 Pr ) .
Рекомендуется (X 0,25 (при этом 4 0,2). Если условие > не выполняется, то надо уменьшить Рн , иначе ухудшается стабильность частоты.
Максимальное значение импульса коллекторного това
3 Р / о . , л । 2. \ ( С
= 777 й l2 X о ! 4 П-243 ) ~’г21Э
(1+Ц Ндэ')» L ’ J
Здесь В - (51S > ^*2Ркв(<*т)2/С« с4(б). i
Про ПЕГИ тс : Хкм 4Тк.НД0П-
Атпюкеимнооваяные лараметты транзистора-
Sn«<5Iw ; г=Качэ/5„ ; S = h.M9/(Vtl), |5- ^р/3гь
2s=Ik,/{s; Зрз/УТТЩ’; 4>s=-at^Qs,s^syje).
Параметры колебательной системы (при условии самофа зарева кия)
Сопротивления ветвей контура (рис.ЗЛ.е)
_ О / Q у +
*/ * > < Qs (< + га)
Емкости контура и С 2$
с( »-< /wax t , с2ф=- < /<о«Х1ф.
Сопротивление плеча контура между коллектором и базой X j .J Пре, варительно рассчитываем эквивалентное реактивное сопротивление КР с учетом резистора К t
Xm & , затем находим
Xi= ~(х< + X2ф+Xкьэ) -Qi1w(<*a)/G*m).
Индуктивность Lj 9 и емкость С$
Запишем Х3 как Xj - WteLj - 4 /сОяе Сз ’
Егг можно реализовать по разному в зависимости от индуктивности Ьз» Чем больше L^ , тем меньше будет емкость ’Сз . Для оценки Ьд можно использовать характеристическое сопротивление р , приняв его значение ет(50-50^Тогда L3 = $>Л)ка , С3 = ^/(хЛвОУ^Ьз-Х5).
Параметры режима транзистора
Постоянная составляющая и амплитуда первой гармоники коллектор-
ного тока.
постоянная составят
подэя тока базы
1КО ~ 1кМ (0) , I К1 I км <Z 4 (О) ,
Амплитуда напряжения возбуждения (4.23)., модуль коэффициента об ратной связи (при саыофазировании)
Амплитуда коллекторного на прядения U<4 “ U{(/ кф Напряжение смещения на базе (4.25)
Ж « и'+и«4 Г Го (e)/iW| - Го(я-е)] •
Мощности: потребляемая в цепи коллектора, колебательная и рассеиваемая транзистором
Ро 55 1ко ^Jko ) Р^| = 0,51м , Ррдс = Rd " Р4 »
Проверка условия fyac РрЛСДоп.
Параметры элементов цепи питания и смешения (см. nZl.2,Б)
4.4. Автогенератор с КР в цепи положительной обратной связи
1 I
Схема АГ показана на рис .3.6. АГ построен по принципу емкостной трехточки, а в цепь обратной связи включен делитель напряжения из КР и резистора *Сд . АГ работает при возбуждении КР как на основной частоте, так и на механических гармониках КР. Основное достоинство схемы АГ перед другими - возможность получения при фиксированном значении мощности Р«ь большей мощности в нагрузке Р« £ (I...I0) . Наиболее
это достоинство проявляется при использовании транзистора с малой инерционностью, т.е. при Q s 0,5 или f < 10 fxp (4.1). С учетом значений современных маломощных транзисторов, АГ в котором желательно получить большую мощность Рн , целесообразно строить с возбуждением КР на основной частоте. При этом обычно частота колебаний АГ | и собственная частота коллекторного контуре АГ |о равны или близки к частоте последовательного резонанса КР , т.е. /*= В AI
с возбуждением КР на механических гармониках частота колебаний f равна или близка к частоте последовательного резонанса выбранной гармоники /|18 (f . Контур АГ настраивают на частоту, близкую к £ке» .
Для частот более низких гармоник контур сильно расстроен и условия самовозбуждения для них не выполняются. ОДнако за счет статической емкости КР Со возможно возникновение
паразитных колебаний. Паразитные колебания тем легче возбуждаются, чей больше , поэтому желательно выбирать КР с малым значением
=2/£/кЬСо\.6. На частоте последовательного резонанса КР пол-аса сопротивление КР в последовательной схеме замещения Z кв (рис. 2.8) имеет два составляющие и ^кв= -fo *^кв (2*12).
Для уменьшения нестабильности частоты вызываемой bsuokokram реактивных параметров контура недогруженная добротность коллекторного контура долина быть невысокой и сопротивление Сд яебехьшим, т.к. оно уменьшает добротность контура в цепи возбуждения ( , Z кв»
С2). Добротность Онен рекомендуется /9?
О *50...100. не»»
Для уменьшения нестабильности частоты желательно выбрать транзистор с малой инерционностью с ^гр>ю{ ^Рассмотрим порядок расчета АГ при работе на основной частоте и на механических тармойм-/ л' нах КР при условиях работы транзистора с налой инерционностью в не-* донапряженном режиме и при малом влиянии проводимостей транзистора нз колебательную систему АГ» расстройка-которой .в-0-Х--/₽-/*$в..').
А. Аэтотенерато£,_рэботащий на ^основной частоте_КР_да_ бвзынер-
нэисгоре.
Исходные данные: Мощность в нагрузке Рн » частота колебания / . С учетом условия /^>10 / выбираем транзистор и выписываем его справочные параметры: /tp » , TJ , ^if>, "Ukh (или
Пкздоп )» I км доп, Рраадоп , ^ЭБДОП .
Выбираем КР на частоту ^кв = f и выписываем его справочные
параметры: / К6 , ‘ХК8 , Со , QKg , Р<В^П . Опредоадем Го Рекомендуется выбрать кварц с меньшим значением .
Дополнительно задаем в соответствии с рекомендациями (4.1),
(4.4), (4.V) мощность рассеяния на -КР ^кв < ?кдоп » ток 1кИ ,
напряжение U*o t угол отсечки » 9 незагруженную добротность и КПД коллекторного контура Qwett , * Находим нз табл.4.2 значение
коэффициентов <Z0 (б), <Z< (б), -
Расчёты ведем в следующем порядке.
Опредаляем:
Аппроксимированные параметры транзистора (4.9)
$п ^5 I км / ^2<э , S “ Нлэ /f*tf + *0 ; f
Qs ~ ?kb / {$ ’
Если Qs>0,5, to следует увеличить ^g , уменьшив ток 1км , или выбрать транзистор с большей .
Так как для безынерционного транзистора Qg < 0,5, то крутизна
S -действительная величина и 0.
*
Параметры реками работы транзистора
Постоянная составляющая и амплитуда первой гармоники коллектор-и него тока, постоянная составляющая тока базы *
I K.Q “ i kt/ О ( г I Kt ” I КМ < ($) j I Jo “ I |to /Ь.g -
.Амплитуда напряжения возбуадения (4.23) и напряжение смещения на базе (4.24)
u^iK</sfi(©k u^-u^ccse^u'.
Сопротивление делителя ^-кв/£Рк&
Мощности: рассеиваемая на\ сопротивлении делителя, в элементах контура и колебательная -
РгА = р«гд А» z Рк = Рн (V ?«)/•?к, Р<= V Рк + Рн+ Р«.
Мощности, подведенная к транзистору от источника питания и рассеяния на транзисторе
R? • I koUko , Ррос - Р© " Р< .
ПрОЕэряэи УСЛОВНО Ррас < Ррчсдоп
Амплитуда коллекторного напряжения = 2 Р< /Хм-Амплитуда UK4 в граничном режиме ТХщ гр ~ Uko 'Тки /^tp.
Проверяем условие обеспечения недонапрйхеииого режима
Ям ч<0,8имгр.
Если это не выполняется, то надо внести коррективы -в расчет -например, уменьшить I км -
Резонансное сопротивление коллекторного контура “ЦцАю Параметры элементов колебательного контура
Коэффициент Э€ = Си/С2
а>. 4 + 1st.) ,
Um k tA
“v
Значение додано быть в интервале 0,2...!.
Задаем характеристическое сопротивление контура у в пределах 50. ..500 Ом и рассчитываем индуктивность L, и полную емкоетЕУ’С (1/с = Ус( + </?2 ^//С.з) .
La'f/сОкв.
Сопротивление емкости
x<=-Vm/q
где Q ~ Оцен G~ <1к) •
Емкости контура
с< —f/ЧвХ, , Сг’С^/эе, 2, = ±--±--1- .
-Сопротивление емкости ^2 .
Проверка выполнения условия отсутствия паразитных колебаний (’Хг‘+> 0+ж)Уо,5Ж SRKt-< '
гр
Параметры элементов цепей питания « сметания (см. п .4- 2, А).
Б. Автогеиератор, работающий на мохакических гармониках КР на__ I инерционном транзисторе.
Исходные данные: мощность в нагрузке Рн • * частота колебаний | .
Выбираем транзистор блине к условию (4.2) и выписываем его справочные параметры: /гр • . ^(э * * ^ip» Vkh (или U*wn )• I
ХкмДоп* Ррасдом • ХГЭ6д0Л. ।
Выбираем КР нс частоту /К6 = / и выписываем его справочные ! параметры: /ке , , 0о , Qkb , Вс в Доп - Определяем Тс =
' “2<к/каС0Ч. . Рекомендуется выбрать КР е меньшим значением -
Дополнительно залаем в соответствии с рекомендациями (4.1), (4.4), (4.7) мощность рассеяния на КР Р<а < ha доп * ток ^км , нап-
ряжение Uro , угол отсечки 6 , непогруженную добротность О.нен и КПД коллекторного контура . Находим из табл.4.2 коэффициенты
Расчет- ведем в следующем порядке.
Определяем:
Аппроксимированные параметры транзистора (4.9)
$п«=151км , ^И-го/Зл, S = Wfa*’1), ls= kf/Sw-Q< l«/k, Sr s h/<*Ql\ V- awlg«S, S УЛе).
Параметры режима работы транзистора
Постоянная составляющая в. амплитуда первой гармоники коллектор-
ного тока, постоянная состав
ill * >14
я тока базы
Ко" , Хк4 = 1км^4 (о) > Iso’Iko/^г<э-‘
Амплитуда на пряхе кия возбуждения (4.23) и напряжение смещения на базе (4.2§.)
U|S4 ’ 1к< /sf v< (е), Ufo«u - Г.(г-в)] •
Сопротгаданао делителя =Ui,Vt fee /гд.
Мощности: рзссепваегдиэ в сопротивлении гс-д , в элементах контура и колебательная в цепи коллектора (4.27)
РЧд = Р<»'гА > Р« =Р« (<-1k)Ai=, Р1=Р1д’-РК*Рн*РкВ.
Мощности: подведенная к транзистору ст источника питания и рассеиваемая на транзисторе 4
Po-ItoUko 1 Pfxsc ~ ~ Р< •
* т
Проверяем условие Ррас< Ррас доп >
Амплитуда коллекторного напряжения Uk< ~ ^Tki -t (цредпо-лагаем, что cos Ц’н I, далее это уточняется).
Амплитуда коллекторного напряжения в граничном режиме
= 1Ткс~ 1км/Згр. .
Для получения недонапряженного рожвма~долкно--бЫ1ь .Vw^QStJnf.
Иначе - следует уменьшить 1км ♦ Рн или
Модуль коэффициента обратной связи и резонансное сопротивление контура
K = U{(/uk< , Rm«Vm/Ik4-
Параметры элементов контура
Предварительно найдем коэффициент 22 - Х^/СХа + Хз),
где ~ ( /сОлвСг, Ха = ХцХ.и*я
ае= мк ((+ 1кь/ч) •
*
г
Рекомендуется брать М = 1,02...2 /^7*
* Сопротивление емкости С2 и плеча контура между коллектором
и базой Х3
Здесь X ~ •
X i = - X 2 (4 + эе )/аг.
Обобщенная расстройка частоты колебаний f « lft6 относитель-
но собственной частоты контур» f 0 при условии близости £ к f0
Здесь
определяется из соотношения
Л (Ч-к *) А + [Х£ (< + Э£,) +Х кв] Б
0 X--------------------------*--)
[К2(Оае)+ХК>]А-СХд+xtl) 6
A»S4%Qs; 6’ £(гЛ--«(< + Qj).
Собственная частота контура
i*V(<+ S/2Q)-
Сопротивление емкости и индуктивности L3
.. Г £ I Н „ й 3 /йг _
X 4 ~ у & ;Х[_ъ = Х1О|кв/|о^<4-
А2.
Сопротивление емкости
Элементы контура Ljt С 4 , С2 , С$
L«’XLi/wKB j С^*1/<ОкйХ-1 ; С2= .
у Л SitA 1 К (о £2S)
Уточняем С03фн - -— — - — - - -
Если CCSlpH > 0,8, то можно считать, что расчет выполнен с достаточной для практики точностью. Если мет, то следует проделать расчет с учетом £OS .
Проверка выполнения условий невозможности возбуждения колебаний паразитных (ЛК) и низших гармоник (НГ) (4.8): Ч ч
Для этого используем соотношения: . , [ха«+*) + х.](1+й»)
р Wn« = ” -------~Т—Z ~ >
*28 Rk< S Чд Q$
/ \ 6 + ^знг)(^д + 28 нг
if<(e)Hr = —-----------------------—----------гй--
S Хд *^кь “ ^знгХанг 0 4 *иг)1
Возможность колебаний возникает, если jf< Й)«г близки я на рабочей гармонике КР.
В формулах . р /й .
Хо~ ~ 1/б)«Со J V $иг = Hewr/ts, 28нг » ^2 нг - коэффициент *Э£ и сопротивление емкости Ср , рас- считанные на частоте ближайшей низшей гармоники.
Параметры элементов пени питания и смешения (см.пА2,А).
4.5. Автогенератор с КР в цепи отрицательной обратной связи
Схема АГ показана на рис.3.9. КР включен в цепь эмиттера после-довательно с коллекторным контуром. АГ может обеспечить мощность в нагрузке Рн = (I...5) Рка . В схеме принципиально возможно возбуждение паразитных колебаний на частоте за счет статической
емкости КР % и частот механических гармоник КР ниже выбранной цг. Частота колебаний в АГ / близка или равна частоте последовательного резонанса HP на выбранной гармонике • т*е*
- ?Ь-
и обобщенная расстройка 4^0 (2.9). На частоте полное сопротивление КР ZK5- Скв+ркв^^кв ( 4 -J%) (2.12).
При расчете предполагается, что транзистор АГ выбран ближе к условию £ >, 10 1 для уменьшения в кем инерционных явлений я
Ttp 1
его проводаиоетя к« оказывают заметного щуитйдепц&го влияния на колебательный контур (4.12). Тон через КР приблизительно равен первой гармонике коллекторного тока АГ I я Тк< , а мощность, рассеиваемая на кем Ркв St 0,5 Хцч *tK& . .
Исходные данные для расчета: мощность в нагрузке Рн , часто
•Ill Г
та кодебажяй 4 ;
I
Выбираэм транзистор ближе к условию (4.2) и выписываем его параметры: , .b-io • (или ^Лэдоп ), 1км Доп ,
Ррасдоп» 1^Ь ДОП *
Выбираем КР с меньшим значением произведения *ТквС0 и выписываем его параметры: ^к8 , , Со , QkB, P^g доп • Находим
^о= ^кб -
Дополнительно задаем мощность, рассеиваемую на КР Ркв (4.1), значения напряжения 1?ко (4.4) и угла отсечки б (4.7), неиаг-ру же иную добротность контура Онен (от 50 до 100), КПД контура < 0,5. Из табл.4.2 выписываем коэффициенты 4М <^0),
Расчет ведем в саедупцем порядке.
Определяем: i
Ма_ммальное.,значение имтгдъсэ. .коыедтотжого Toga
Для этого > начале находим ток через КР 1ке У 2 / R кв ,
где &кв & Хка . Затем приравняем его амплитуде первой гармоники коллекторного тока, 1К8 Itt , и наконец рассчитаем ток
1км = 1М (0) ,
Делаем проверку: . При невыполнении следует
енЕТЬ транзистор.
Аппроксимированное пареметры транзистора
у I ~ /Sn * ^~fb£13/(^4'^)i
51^ = {кв/& ', =$Д1+Я? ; S^-^'jfdXG).
Параметры элементов контура
Предварительно находим обобщенную расстройку частоты колебаний относительно частоты контура & и управляющее сопротивление АГ Ry (4.15) при коротком замыкании КР: 1
R, . + £)( 4 *
1 + SjlRkb
где
Резонансное сопротивление контура
RKt = ЯРН + Ч^-
Коэффициент трансформации
3t-= Ci/Cj. = Ra/ЙК4 •
Рекомендуется 32 % 0,3...1,5 для получения меньшей нестабильности частоты /э/. Ери 52. <2 0,3 заметно влияет входная проводимость транзистора, а при 32. > 1,5 - входная, что увеличивает не-* -to
стабильность частоты.
Индуктивность Zj3 .
Задав характеристическое сопротивление контура
в пределах
50.. .500 0м, подучим Zj =$>/«.’кв •
у
Полное сопротивление потерь в контуре с учетом нагрузки । •
где Знен £к)/
Сопротивления ветвей контура (pac.3.I»e)
X 5 “ / j X 2 ~ X X | >
Х3 - - ХЛ ~х2 =О)квЬз - 1 А'к&С3.
кости контура
C-f'- /&)к.8 Х.4 ; &2'~ 1 А’каХг > ^/^кв-6^квь3 X5J
Цровепка условия невозможности возбуждения: паразитных колебаний (ПК)
R, у ’tfcft /Q § ‘Го >
отсутствия генерации низших гармоник (НГ)
^чяг/О + < ^к»нг,
при этом частота низшей гармоники {кв «г ** 1м1и(, h - номер рабочей механической гармоники КР), Ъкеиг выбирают из справочных данных иди примерно 4,k6Hr в 10..ЛОО Ом.
Для проверки отсутствия генерации НГ вычислим RyHr и &нг » используя соотношения
Р-ЧНГ = Хщг Х2ИГ АНГ J &ЦГ "Amr *'X1nr’1'XiHr)/tnr .
Рассчитаем сопротивления
Хзнг= *77 X-
; ГЪ CVks
ъ а 1
Для оценки потерь в контуре *СНГ принимаем QHf^I00, ч w I
0 &0 (т.к. мощность в нагрузка отсутствует). Тогда Хнг = -------
n Q
Прдставнв полученные значения в формулы для проворна
условия отсутствия НГ, делаем вывод о возможности ь ззиикновеяия к лобаний на НГ.
падшт, шт._Ё9Дш тшагехои. Постоянная соотавлямиая и амплитуда первой гармоники коллекторного тока, постоянная ооставляпдая базового тока
I <0 " > ^К4 = I КМ (f?) J* I &о 12 I Ко 24Э *
Мощности: колебательная, потребляемая от источника пвтахкя в рассеиваемая на транзисторе -
Р< = Рн /*?к +Ркв ; Po’IkoUho; Ppac=Po-Pf
Проверяем условие Ррос < РросЛоп.
Амплитуда напряжения возбуждения (4.23) в напряжение смещения на базе (4.25)
Uj< = 1к<; иг.«и'+и&< [j*0(©)//<+й|‘-ft(я-б
Заметим, что напряжение между коллектором и эмиттером
Uk ( IJkch 4 U кв >
где VKgs кв Z к в , UkoH * напряжение на коятуре. В результате
Укон < 1?К4 rf03tH0 Принять Д5/
(Лон= (0,2...0,6Щ0,
Параметры эленгаов пепе^ питания и-Смещения (ем.п /|.2,Б).
<
5.
ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА АВТОГЕНЕРАТОРОВ С КВАРЕ
РЕЗОНАТОРАМИ
Программы предназначены для выполнения расчетов АГ с КР на бип лярныхтранзисторах. Даются краткие сведения о программах. Для каждой программы приводятся ее назначение» требуемые исходные данные.
основные указания по работе е ней, описание выходных данных и при
мер с результатами выполнения конкретного задания для контроля работы программы.
В основе программ лежат теоретические соотношения, приведенные в разделе 4 настоящего учебного пособия. Программами предусмотрен ввод параметров транзистора и КР, которые можно найти в справочниках /1,6,7/, либо в табл.4.1 и 2.3 пособия. Ввод осуществляется с клавиатуры. Параметры вводятся поочередно после соответствующего указания. Аналогично происходит ввод и других запрашиваемых программой данных. Результаты расчета выводятся на экран. Выводимые * данные группируются в блоки: параметры элементов контура, параметры режима работы транзистора и параметры элементов цепей питания и
смещения.
Полные описания программ имеются в кабинете курсового проектирования кафедры.
5.1. Программа КВ. Автогенератор с КР между коллектором и базой t
Программа &V-KB производит расчет автогенераторов, работающих на основной частоте, схема рис.3.2 и на высших механических гармони ках КР, схема рис.3.3, Принцип работы, методика расчета и основные теоретические соотношения для указанных схем АГ приведены в п.3.2 и п.4.2.
ИСХОДНЫМИ ДАННЬМИ программы QV— КВ являются: частота генерируемого колебания (МГц) £
Параметры транзистора: тиа транзистора (например ГГЗП) граничная частота коэфф, передачи по току я схеме с ОЭ сопротивление материала базы напряжение приведения по базе доцуст.напряжение коллектор-эмиттер допустимый максим.коллекторный ток допустимая мощность рассеяния
Параметры КР:
частота последовательного резонанса активное сопротивл.динамической ветви
статическая емкость добротность * допустимая мощность рассеяния
(МГц) У'гр.
А 273
(Ом)
(В) V*
(В) доп)
(мА)Гк *»м*|г/)
(мВт) Рр так (Рраг. )
(мГц) /га
(Ом) Цкв(^кв).
(пФ) Со
Q кв
(мВт) РквдСРкдол.)
После проверки правильности ввода данных, необходимо ввести: мощность рассеяния КР (мВт) Ркв
коэффициент - АСа.)
На основании веденных данных программа сообщает: "ожидаемая мощность в нагрузке: Рн = Вт". Если это значение Рн меньше требуемого, то можно воспользоваться рекомендациями, которые предлагаются в программе по его увеличению. В случае продолжения работы
необходимо ввести дополнительные данные:
напряжение коллекторного питания ч
ыаксидальный коллекторный ток
угол отсечки
(В) Vico (мА) 1г/Ч (град) 6
I
— чи-
В перечне данных указаны единицы величии и обозначения в запро
сах и сообщениях, программы, в скобках - обозначения в формулах п.4.2
«
Ввод данных осуществляется с клавиатуры по запросу программы.
причем даются комментарии и предлагаются рекомендации по выбору значений величин. Например: "Задайте угол отсечки коллекторного тока.
который рекомендуется выбирать в пределах от 50 до 90 градусов".
РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ программы QV_ кв соответствует методике расче-
та,
изложенной в п.4.2 и
предоставляет возможность рассчитать два
рианта АГ, которым соответствуют схемы на рис.3.2 и 3.3. Первый (рис
3.2) - 30 МГц и КР возбуждается на основной частоте. Очевидно,
всегда найдется транзистор, для которого /гр > и можно будет считать его безынерционным (когда параметр (5i$)< 0,5). Второ
(рис.3.3) - / > 30 МГн и КР возбуждается на высших механических
гармониках, при этом возникает необходимость учета зистора (когда UTS (^s)> 0,5).
инерционности
Ввод данных для обоих вариантов одинаков, но. затем программа предлагает ввести рассчитываемый вариант: "нажмите клавишу< >
для расчета кварцевого автогенератора на основной частоте или клави-
шу < для расчета
кварцевого автогенератора на
механических
мониках". По ходу работы программа выдает подробные комментарии и
рекомендации, позволь
plf и
ие ориентироваться при задании в оценки зна-
чений рассчитываемых величин.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА выводятся на экран. Основными параметрами являются: • •
Параметры элементов колебательной системы:
реактивные сопротивления емкости
. индуктивность
(Ом)
(пФ) Ci t Cjl
(мкГн)
только для схемы рис.3.3,
относительная
Параметры режима работы транзистора:
первая гармоника тока коллектора (мА) 1К£
постоянная составляющая тока коллектора (мА) Тко аыпзштхра напряжения возбуждения (В) 17^Г (Фб/,)
амплитуда напряжения на коллекторе (В) Рк [)
•- • и I . • 5.
колебательная мощность (мВт) Р/
-а
мощность, подводимая к коллекторной цепи (мВт) Ро
мощность в нагрузке (мВт) Рн
мощность рассеяния на транзисторе- (мВт) Рр (Ррас)
постоянная составляющая тока базы (мА) 1?о
напряжение смещения на базе (В) ХГ $о
Параметры элементов цепей питания и- смещения: 4 сопротивления (Ом) Я Г,
( Кз - только для схемы рис.З.г
сопротивление делителя напряжение источника питания начальное напряжение смещения мощность источника питания
КОД коллекторной цепи
(кОм) t Кд
(В)' £кч(1Г*)
(В) £f й {Фнлч. J
(мВт) Р*
КПД(Чэ)
КОД автогенератора
КПА аг С^)
ДАННЫЕ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОГРАММЫ (?И„КВ
I. Безынерционный транзистор, КР возбуждается на основной частоте (схема рис.3,2):
_ Pi-
Вводимые данные: Транзистор ГТЗИ Д = 10 № 4 гр 600 МГц
hz£? = 50 -$?£ = 60 0s* tT' = 0,3 В ю в х*сти= 40 ?PW - 150 хйт ( t = 25°С)
4,-ЮИПх = 50. Ом
Се = 10 1Л» Qu = 5,104 Ргвд = 2 мВт
К = 0.5 А « o.i
Pro = 4 В
= 20 мА
=60 град Рэ = 300 Ом К? =.20 КГ = 20 Кд =5
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
=0,3 см Ъ = 166,7 Ом
$ = 0,221 см
/д =45.3 МИс
= 0,22
= 0,0431 см
X = 0,64
Xi = 44.5 Ом
Х2 = 28,7 Ом
Ci = 358 пФ С2 = 555 пФ
#/& = 1.5-1СГ5 Jjqc = 7.82 мА 1го - 4,36 мА Ffr = 0,18 В Ve = 0,45 В
<Р1 =1,1 мВт 'Рн « ОД мВт Рр = 17,44 мВт
КР возбуждается
2, Инерционны! транзистор, ческой гармонике (схема на рис,3.3).
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
ТБр = 0,087 мА
" 0,21 В
9,2 В
- 1>6 В
Ri = .17,5 кСМ
RZ = 4,6 кОм । ^Ри =44,3 мВ^ • КПД~= 0,063 j КПДЛГ- 0,0023
i третьей мехаии-1
/с
Транзистор ГТЗИ = 60 №
=60 МГц
Р?о == 4 В
=,600 МГц
A =50
= GO Ом
y-1 = 0,3 В
ТЛ-.. = IО В
*'*3 И>0¥
= 40 mA
* ^ma#
Pp ma, = 150 «Вт
( £ = 25°C)
RtB = 50 Ou Q - 10 пФ Q re = Io5~ p„. = 2 мВт
g = 0,5 A = 0»I
Tkh = 20 mA ft =60 град Jt> =2
= 300 Ом = 680 Ом
Лд “3
XVj
=°.3 , -2 = 166,7 Ом
дУ = 0,221 см
/$ =45,3 MDx
= 1,32 Si = 0,0451 см t = 0,19 X = 0,64 Xi = -78 Ом XZ = -50,3 Ом Li = 0,21 мкГ
ЛЬТАТЫ РАСЧЕТА Ci = 68 пФ ел = 53 пФ (Ufa = 3,6-Ю-6 = 7,82 мА
Тко « 4,36 мА VS » 0,3 в Vk = о.з?в Р1 =1,1 мВт Рм = 0,1 мВт Рр = 16,34 мВт Ро = 17,44 мВт
=D,0B7 мА VS'c а 0,14 В
= 5,3 В
= 1.5 В
Ri = 14,5 нОм
= 8,8 кОм ify = 24,8 мВт К^Д = 0,067 Х'^г = О»004
5.2. Программа ДИ- &Х . Автогенератор с КР в контуре.
I
Программа Qk— &К. производит расчет автогенератора, работающего на высших механических гармониках КР и выполненного по
схеме на рис.3.4, Принцип работы, методика расчета и основные соотно
шения для этой схемы АГ приведены в п.3.3 и п.4.3.
- ?Г-
ИСХОДНЫМИ ДАННЫМИ программы Q V— &Р являются: мощность в нагрузке (Вт)
частота генерируемого колебания (Гц) х
Параметры транзистора:
тип транзистора *
граничная частота
коэфф*передачи по току в схеме с ОЭ
сопротивление материала базы
допу ст.максимальный коллекторный ток
(Гц) - к,нэ
(Ом)
(А) 1км доп
допуст. напряжение коллектор-эмиттер (В) ТГкэдо/7
напряжение приведения по базе (В) V~ *
крутизна линии граничного режима (A/В)
допу ст, мощность рассеяния на коллекторе (Вт) Ррле
Параметры КР:
частоте последовательного резонанса сопротивление динамической ветви статическая емкость
добротность
допустимая мощность рассеяния
(Гц) / К&
(Ом) /те
(Ф) ‘ Со - б? Г8
(Вт) Р К& д ж
По окончании ввода исходных данных программа предлагает рить правильность ввода и продолжить работу или ввести новые В случае продолжения работы необходимо ввести дополнительные мощность рассеяния КР \ (Вт) Р Гв
(В)
(град) Т£"7*Л (0) (Гн) ( см.рис.3
напряжение питания
прове-
данные
данные
угол отсечки
.ш
индуктивность
В перечне данных указана единицы величин и обозначения в запрс сах и сообщениях программы, в скобках - обозначения в формулах п.4. Ввод исходных данных и дополнительных данных осуществляется с клави
туры по запросу программы, при этом в наиболее ответственных с луча
для удобства пользователя» программа предлагает рекомендации по вы
бору значения величин.
Например: "Угол отсечки (рекомендуется ТЕТА=5О...90)".
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ программы соответствует методике расчета, изло-
венной в п.4.3. В границ требупцие
- " Рг, ®> это означает, что
4. С
результате расчета могут появляться сообщения про-вмешательства:
должна превышать Pre. Дсш , вводите данные снова" мощность, рассеиваемая КР превысила допустимое значение, необходимо^ввести данные снова, „изменив значение Pir& .
- "При таком соотношении Рн и Ргд частота будет нестабильной" необходимо поступить так же, как в первом случае.
- "Ток Ткту превышен, необходимо выбрать другой транзистор".
- "Рассеиваемая мощность превышает максимально допустимую" -необходимо выбрать транзистор с большей Лраг-дап или. уменьшить напряжение питания Pro .
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА’ выводятся в такой последовательности: сопротивление резистора (Ом) £
мощность рассеяния резистора (мВт) Рц
максимальный ток коллектора (мА) Ткн
Параметры элементов контура:
сопротивления (Ом)
емкости -СпФ)
индуктивность (мкГн) Ь 3
Эти данные составляют первую страницу вывода результатов. Параметры режима работы транзистора:
тип транзистора ~
амплитуда первой гармоники тока коллектора (мА) постоянная составляющая тока коллектора (мА) амплитуда напряжения возбуждения (В)
напряжение смещения ХВ)
модуль коэфф.обратной связи амплитуда коллекторного напряжения (В)
мощность» потребляемая г от источника питания (мВт) Ро
колебательная мощность (мВт) PJ.
. мощность рассеяния (мВт) Рра£-
Далее, в соответствии с предложенным мени, можно повторить про-
смотр результатов расчета е первой стран
I'JM
произвести расчет с
начала» окончить работу и рассчитать цепи смещения.
Для расчета элементов цепи смещения, необходимо ввести данные: Рэ (Ом), (Ом), 7д (А). Рекомендуемые значения программа ука-
зывает в скобках, В результате расчета получаем значения сопротивлений делителя в цепи питания базы: (Ом), (Ом). Далее, согла-
сно меню, можно повторить все вышеописанные процедуры, а также окон-
чить работу.
ДАННЫЕ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОГРАММЫ QV- &R
Автогенератор возбуждается на третьей механической гармонике КР
ВВОДИМЫЕ ДАННЫЕ:
Л/ = 0,1 мВт,
/ = 60 МГц
Транзистор ГЕЗИ
До = 500 МГц
Az<5 — 50
= 60 Ом
^лгдрл = 50 мА доя = 12 В У' =0,313
КР
eg =60 МГц = 50 Ом = 5 пФ
Ort = IO5
Ргдяг = 2 “Вт
= 0,05 А/В ^раедо/т = 150 мВт
Дополнит.данные
Pice = I МВ5
Tffo - 5 В
& =60 град
L3 = 0,5 мкГн Гз = 300 Ом fГ - 500 Ом ТА = 0,2 мА
Параметры контура
£ - 530,8 Ом Pg = 0,094 мВт
=з 13.44 мА
Л£ = -100.9 Ом
Ха ~ -36,8 Ом
Лз = 83,4 Ом в/ - 28,3 пФ CZ = 72.1 пФ ез « 25,3 пФ £3 = 0,5 мкГн
тагдшты расчета.
Параметры режима
= 5.3 мА ..
7>о = 2.9 мА
Ув1 = 0,25 В
V», = 0.16 в
X « 0.56
Vki - 0,45 В
Р± = 1,2 МВт
Ро = 14,7 МВт
Ря 13.5 МВт
Параметры цепи смещения
= 24 к(Ь
₽2 = 7,7 кОм
5.3. Программа QV-OS . Автогенератор с КР в цепи
положительной обратиойлтвязи
Программа р$ производит реочет аатогеператора. работа пде го на высших механических гармониках КР и выполненного по схеме на рис.3.6. Принцип работы, методика расчета и основные соотношения для такой схемы АГ приведены в п.3.3 и п.4.4.
ИСХОДНЫМИ ДАННЫМИ программы мощность в нагрузке частота генерируемого колебания
Параметры транзистора: <
тип транзистора (например 1Ч313А) граничная частота
крутизна линии граничного режима
допуст.максим.коллектор!
ток
доцуст.напряжение коллектор-эмиттер коэф^. передачи по току в схеме с 03 сопротивление материала базы
являются:
(ьйВт) Рн
(мпо /
(КФц) / у (A/В)
<мА>
(В) ^гэдвл ^213
(Ом)
Параметры КР:
частота последоват.резонанса
доцуст. мощность рассеяния
активное сопротивление дянамич.ветви -
статическая емкость
добротность
Дополнительные данные:
мощность рассей
я КР
максимальный ток коллектора
напряжение питания
угол отсечки
незагруженная добротность контура
<1Н
I контура
<ИП1> /о
(МВт) Рк&ДОП
(Ом) Л!г8
(пФ) Сс — Q ГВ
(Вт) Ркб
(мА) Тк*
(В) Гго
(град) & - Qmeh - РПД(^)
В перечне указаны единицы и обозначения используемые в прог
рамме. Ввод исходных и дополнительных да
осуществляется е кла-
виатуры по запросу программы» в котором имеются рекомендации по вы-
бору
соответствуй
!И1Г;
х величин.
При необходимости корректировки входных данных, после запуска
программы, надо положительно ответить на запрос о редактировании» -указать номер корректируемого параметра и ввести его новое значение.
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ программы соответствует методике расчета, изложенной в п.4.5.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА выводятся в такой последовательности: Параметры режима работы транзистора: тип транзистора постоянная составляющая тока коллектора - (мА) 1 к о
амплитуда первой гармоники тока коллект. (мА) Ткч
амплитуда напряжения возбуждения (В) 1Рв£
колебательная мощность (Вт)
амплитуда коллекторного напряжения напряжение смещения
ыощыость» потребл.от источника питания мощность рассеяния сопротивление делителя в цепи ОС
Параметры элементов контура: расстройка контура резонансное сопротивление емкости ч
индуктивность
Параметры элементов цепи смещения: сопротивления сопротивления делителя сопротивление в цепи питания
-ДАННЫЕ ДНЯ КОНТРОЛЯ ПРОГРАММЫ
(В) 1ГК1
(В) ТГво
(Вт) Рс
(Вт) Ррлс (Ом)
- £
itta) т₽гх
(пФ) С^Сг^з (мкГй) ч
(Ом) Рз, £& (Ом) Рз, -СОы) Я
Автогенератор возбуждается на третьей механической твргонике КР.
ВВОДИМЫЕ ДАННЫЕ
Рн - 2 мВт
Транзистор ИЗИД /у == 500 МГц 5 у = 0,05 А/В
ЗгцА0П = 50 мА = 12 В hz^ = 50 60 Ом
£ » 60 МГц КР
А, = 60 МГц faAfftr “ 2 мВт « 50 0м
Z?A = 5 пФ
(SrUio5
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
Дополнительные данные Ра = 0,5 мВт
It* * Ю
-2^ .^ .5 В & = 60 град
Qh/n - SO
i-r = °-5
Параметры режима .
Z*-o =
Параметры контура
Pki = Si^
..Параметры цепей литания и смещения
= 500 Qh
#£Г t)N
IGk * Q2/3 fl
P£ ~ 5"
1Пс£ « £,55-fl
p0 ~ 10,9 н Sr
Ppac a 5^ 9 fit & 7* =* h4t4 Он
- J/-
Q± = ZU n?
Сг = 125 пФ
Сз s £5 n<p 1*3 = lt42 hx Ph
Ri =ZV, №
Rz = W £ * 1,6 ГОн
5.4, Программа (?У_ 003 . Автогенератор с КР в цепи
отрицательной обратной связи
Программа QV ОЗ производит расчет автогенератора, работающего на третьей механической гармонике КР и выполненного по схеме на рис.3.9. Принцип работы, методика расчета и-основные соотношения для такой схемы АГ приведены в п.3.3 и п.4.5. ИСХОДНЫМИ ДАННЫМИ программы QV__ ООЗ являются: - мощность в нагрузке (МВт) Рн
частота генерируемого колебания (ШЦ;) /
В программе имеется каталог транзисторов и их параметров, необходимых для расчета АГ. В начале работы на экран выводится список транзисторов и их номера по каталогу. При вводе того или иного номера выбранного транзистора на экране распечатываются следующие параметры этого прибора:
напряжение питания * (В) lZr<?
статич.коэфф. передачи по току в схеме с ОЭ — кг^э
напряжение приведения по базе (В) ТГ1
допустимая мощность рассеяния Ррае
граничная частота (МГц)
сопротивление базы (См)
допу ст, максим, ток коллектора (мА)
Далее предлагается маню, благодаря которому можно продолжить
просмотр параметров других транзисторов» име
«ПС
хся в каталоге
НДЖ
осуществить расчет АГ на основе выбранного транзистора.
Для расчета АГ необходимо та иже ввести:
Параметры КР:
частота последовательного резонанса (МГц)
активное сопротивление динамическое ветви (Ом) га
статическая емкость
добротность
допустимая мощность рассеяния
Необходимо также радать:
мощность рассеяния КР угол отсечки
КОД колебательной системы
добротность ненагрухенного контура
(пФ) Со
(мВт)
(мВт) Ркв
(град) тета(6>)
МД к е ( Q HCN
В перечне данных указаны единицы величин и обозначения в за пр о-
I
сак и сообщениях программы, в скобках - обозначения в формулах п.4.5.
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ программы соответствует тютодяае расчете» изло-
женной в п.4.5. Согласно этой методики» в ходе расчета осущеетвля-*
ются проверки предельных параметров транзистора в схемы АГ и выводят-
ся на экране комментарии и рекомендации» облегчающие пользователю
длиннейший расчет.
Например: недопустимо велик! Выберите другой тип УТИ.
Для расчета необходимо ввести дополнительно величину индуктивности 1>3 (см.рис.3.9). Для облегчения этой процедуры» программа предлагает ряд типовых 'индуктивностей в рекомендуемом диапазоне-
РЕЗУЛЬТАТУ РАСЧЕТА выводятся в'такой последовательности.
Параметры элементов контура: емкости индуктивность
(пФ)
(мкГн) 43
Параметры режима транзистора:
постоянная составляющая тока коллектора (мА) Т ко первая гармоника коллекторного тока (мА) I к±
амплитуда напряжения возбуждения (В)
напряжение смещения (В)
мощность рассеяния (мВт) Ррае
Параметры элементов цепи смещения:
сопротивления (Ом)
сопротивления делителя (Ом)
ДАННЫЕ да КОНТРОЛЯ ПРОГРАММЫ
Автогенератор возбуждается на третьей механической гармонике Вводимые данные:
ft = 2 мВт = 60 МГц
1)ранзистор ГТ311А
ZGr0 - 5 В
k,2is - 72
Тг' « 0.3 В
= 150 мВт
/гр = 770 МГц = 90 Ом
1кцлл = 55 “А доп
Параметры контура
Ci = 100,4 пФ
С2. = 261,5 пФ
СЗ = 22,9 пФ
Z-3 = 0,4,-мкГн
КР
/гв =60 МГц
= 50 Ом
во - 5 пФ
Оп » нА
PitAa„„ = 2 мВт ' *в4<?л
Результаты расчета Параметры режима 1
Jr© в 3,5 мА
= £,3 мА
1ГЙ1 = 0,066 в Vbo = 0,252 В Ррае. ~ 12,8 мВт
Дополнительные данные
Pti = I мВт
. О - 60 град
Онек = 100
ЬЗ ~ 0,4 мкГн
= ОЯ
Параметры цепи смещения
jP3 = 402 Ом
= 90 Ом
ЛИТЕРАТУРА
I. Пьезоэлектрические резонаторы: Справочник / В.Г.Андреева,
Е.Г.Бронникова, А.М.Васильев и др.: Под ред. П.Е.Кандыбы и
П. Г. Позднякова.- М.: Радио и связь, 1992,- 392 в. • >
2.
3.
Поздняков П.Г. Первая конфере
.ш-
я по пьезоэлектричеству // Крис-
таллография/» 1994.- Т.39.- Л 6.- C.II28-II34.
Гликман Л.И. Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы. 3->е изд.
перераб. и доп.- М.: Радио и связь.- 1981.- 232 о.
. ь ►
4. Смагин А.Г., Ярославский М.И. Пьезоэлектричество кварца и квар-
цевые резонаторы,- М.: Энергия,- 1970,- 488 с.
5. CnzCf £.P.,PewvUR. BVA ПАЩса&Ъ
pWu^'otv, Л iUteiceo# fl
Рш. JMk- ArSPC, I9S3 . -
5.
ГОСТ 23546-84.
Резонаторы кварцевые. Общие те:
чеание условия.
7. ГОСТ 2X712-83. Резонаторы пьезоэлектрические. Осиввкнэ*.гПараметры.
8. Радиопередапцие устройства. Учебник для жузов / Л.А.Белов, М.В.Бла-
говещенский, В.И.Богачев и др.; Под рад. М.В. Благовещенского,
Б.М.Уткина.М.: Радио и связь1982,- 408 с.
9. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ: Учебное пособие для вузов./ Под ред. Г.М.Уткина.- М.: Сов.радио.- 1979.- 320 с.
10. Шумилин М.С., Козырев В.Б.
торных каскадов передатчиков. Учебное пособие для техникумов.-М.: Радио и связь, 1987.- 320 с.
XI. Альтщуллер Г.Б, Кварцевая стабилизация частоты.- М.: Связь, 1974.- 272 с.
12. Плонский А.Ф,, Медведев В.А. Якубец-Якубчик-Я.Я. Транзисторные автогенераторы метровых волн, стабилизированные на механических
гармониках кварца.- М.: Связь. 1969.- 207 с.
13. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет /Под ред. Р.А.Валвтова, И.А.Попова.- М.: Сов.рвдио, 1973.- 464 с.
14. Жуховицкая В.Г., Кунина С.Л. Методические указания по проектированию автогенераторов е кварцем.- М.: МЭИ» 1977.- 29 е.
15. Жуховицкая В.П.t Корнеев Л.А. Лрограшы расчета транзиаторжых усилителей мощности, умножителей'частоты СВЧ и автогенераторов о кварцем. Методические указания.- М»: Изд. МЭИ, 1992.- 64 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие....................................................
I. Общие сведения о стабилизации частоты автогенераторов . . .
2. Кварцевые резонаторы.....................................
2.1. Срезы кварца и их основные характеристики..............
2.2. Виды колебаний* возбуждаешь в пьезоэлементе ......
2.3. Эквивалентная электрическая схема резонатора ..... • *
2.4. Температурно-частотные характеристики резонаторов . . . г'
2.5. Зависимость параметров резонатора от уровня возбужде-t
НИЯ .................... . '...........................
2.6. Классификация, типовые конструкции резонаторов и их обозначения.................................................
2.7. Выбор резонатора для генератора.............
3. Схемы транзисторных автогенераторов с ввэрцняыии“резадвто-рами ..... ....................................................
3.1, Классификация схем..........................-..........
3.2. Осцилляторные схемы .......................... .......
3.3. Фильтровые схемы ......................................
4. Расчет автогенераторов с кварцевыми-резонаторами ...... *
4.1. Основные расчетные соотношения....................
4.2. Автогенератор с КР между коллектором и базой...........
4.3. Автогенератор с КР в контуре................
1.
4.4. Автогенератор с КР в цЬпи положительной обратной связи
4.5. Автогенератор' с КР в цепи отрицательной обратной связи
5. Программы расчета автогенераторов с кварцевыми резонаторами
5.1. Программа QV и КВ. Автогенератор с КР между коллектором и базой................................................. .
» •
Стр.
5.2. Программа , Автогенератор с КР в контуре . .
5.3. Программа OS , Автогенератор с КР в цепи полоянтельной обратной связи...............................
5.4. Программа QVuOOS . Автогенератор с КР а цепи отрицательной обратной связи...............................
Литература.....................
1
I
I
Обозначения, принятые в учебном пособии
&К.вЛк8
Для кваппевого резонатора (КР):
Параметры КР:
- частота последовательного резонанса, номинальная частота,
- номер механической гармоники, . « *
- сопротивление динамической ветви,
- статическая емкость, - добротность,
Р*?А£П ~ допустимая мощность рассеяния. Параметры эквивалентной схеш КР: - полное сопротивление в последовательной схеме замещения, - активная и реактивная составлявшие полного сопротивления,
- нормированная статическая емкость JCP ( С? ).
- обобщенная расстройка колебаний \ относительно
Zt£
/кв
- индуктивность динамической ветви,
- емкость динамической ветви, 4
lug - амплитуда тока; протекавдего через КР,
РК6 - мощность, рассеиваемая в КР.
Для гашиюра:
Параметры транзистора:
'fap - граничная частота,
7<г - сопротивление материала базы,
k^i> - статический коэффициент передач! (усилия) по току в схеме с общим эмиттером.
i
й
ТУ “ напряжение приводе ыя по базе (напряжение качала идеализированной статической характеристики коллекторного тока),
ТГкн - номинальное коллекторное напряжение,
Икда- допустимое напряжение коллектор-эмиттер,
Ткн
- допустимый максимальный коллектор
ток.
Ррехсдол- допустимая мощность рассеякжя на коллекторе, Sap - крутизна линии граничного режима, Скд. - емкость коллекторного перехода (активная), Скп - емкость коллекторного перехода (пассивная).
Параметры элементов эквиванетной схемы транзистора (рис.4Л) Sn - крутизна по переходу, Z - сопротивление рекомбинации, S - крутизна аппроксимированной 'статической.проходной характеристики коллекторного тока, - граничная частота по крутизне, - нормированная частота по , Sy - модуль крутизны, (р$ - фаза крутизны, входная, проходная, выходная проводимости транзистора.
Показатели режима транзистора:
1км - максимальное значение импульса коллекторного тока (высота импульса),
Тко - постоянная соетамяицая и первая гармоника коллекторного тока,
Vk.o - напряжение коллекторного питания,
- постоянная еоставляпвая базового тока,
Vei - амплитуда напряжения возбуждения.
о г В8П-
вине смещения.
VKl - амплитуда парной гармоники юпряжения между коллектором и эмиттером, - в граничном режиме.
J
Pl
о
рй.
R3
If
:i ем
I - коэффициент использования коллекторного напряжения (напряженность режима), & - угол отсечки коллекторного тока,
Uo(б), । (0). (б), $(£Г- G) - коэффициенты разложения косинусои-
дального импульса для рабочего режима, коэ^)ИЦ2вжты реэложежжя дли случая параэитиых колебаний и иазяорггермояжк, - ахвивалеиткое сопротивление коллекторной цепи для тока первой гермой
- мощность первой гармонией в цепи коллекторе, ~ мощность, потребляемая цепью коллекторе от источника питания, - мощность в нагрузке, - мощность рассеяния на коллекторе, - крутизна, усредненная м период колебания, * - управляющее сопротивление, - фаза крутизны (сдвиг фаз между током и напряжением возбуждения), - модуль коэффициента обратной связи <^сдмг фаз между напряжениями на база и коллекторе;, s - фаза сопротивления желебательжего кежтуре (сдвиг фаз между током и жацржжежвем в колебательном контуре),
- коэффициент полезного действия по коллектору,
- напряжение источника питания цепи-коллекторе, Vkam “ отпирапцее начальное напряжение делителя, подаваемое жа базу. _
Параметры колебательной еиетеиг (коллекторного контура):
» - резонансная частота,
- относительная ра^ДО^к*,
и - кожагруженная добротность - нагруженная добротность»
run
- характеристическое сопротивление, - мощность, расходуемая в элементах контура, - мощность, расходуемая в сопротивлении , - реактивные сопротивления, - сопротивление цужтиругщее КР. Параметры элементов схемы автогенератора (АГ):
Рк
X,
- сопротивление в базовой цепи транзистора, $>5 - сопротивление в цепи эмиттера,
- сопротнвление в цепи базы.
делителя для подачи отпирающего
~ сопротивление на прях® иия на Т^* — ток, протекающий через делитель Rd, R£ ,
рй - мощность источена питания, у - КПД автогенераторе.
Общие обозначения:
А Г - автогенератор.
КР - кварцевый резонатор
- частота
- частота
- частота
генерируемых колебаний, паразитных колебаний,
низ
: гармоник.
Таблица 1.1.
Тип радиосистемы Диапазон частот Допустимые отклонения частоты
J Радиорелейная связь ОД .,.0,47 0,47х., 2,45 2.45..U 10,5 1 10,5 ,Л 40 2Л0"5 I0"4 2-1 О'4 3-1СГ4
Спутниковые системы связи 6,5 4-10Л..3.1СГ8 л а
Доплеровские РЛС 10 1СГ8,. Д(Г10
1 ' Э b Телевизионные станции о,оз,..од не более 1 кП{
г 4 Радиовещательные станции о,сз...од 2-Ю*5 л
• Подвижные станции радиосвязи при выходной мощности более 5 Вт менее 5 Вт О.С0...ОД * + ф * * « d 2’ICT6 бЛСГ6
Радионавигационные системы iO“IO,..,.2.ICr12
' J Помехоустойчивые системы радиосвязи л Р л л 1<ГЛ.„1(Г12
Таблица 2.3. Усредненные параметры кварцевых резонаторов
Частота МГЦ. fkfitv Сопротивление 0м, fk£rv Статическая емкость, пФ. Со Добротность „ ОквпЮ Допустимая мощность рассеяния. мВт
РГ-01 0.05-0,22 я , 1700 15 75 1
рр-02 0.22-0.80 550 6 100 1
РВ-15 0.13-0.75 550 * 10 > 4 150 1
PT-Z? 0.50-&75 400 45 1
» FT-O6 0.75-1.8 200 5 60 2
РВ-17 0.84-1.8 375 3 125 2
рг-07 1.8 -8,0 Г 40 5 200 2 "v
рр-05 5.0 -30 . 25 5 120 2 .
РВ"11 4,5 -30 12 4 150 2
РВ-59 5.0 -30 10 3.5 150 2
рр-05 30-100 60 2 80 1 .
рв-и 30-100 45 1.65 125 1
РВ-59 30-100 40 1,25 125 1
pg-19 100-150 55 1.40 90 1
Р₽'81 150-3000 45 2.0 90 1 S
Примечаний: В - вакуумный. Г - герметизированный. иа частотах 30-100 МГц резонаторы возбуждают на механических гар-MoiP^fcS Номерами п-3. В: на частотах 100-150 МГц - п-5: на частотах ioO-эоо МГц - п-7. Допустимая мощность рассеяния дана для J’v-*Al*iUDOTfl,hTjr\/4» ntrwftr тгтгст rtiariLUS^tn'amwrwci atrtnrv Ай /'ПЛ-
дует уменьшить в 2 раза ЛЛЭ» МММ 1 им ичи&
Таблица 2.4. Параметры отдельных КР
Параметры Тип резонатора/вариант конструктивного исполнения
РК8/МА.МВ РК62/КА РК171/БА РК187/СП РК188/МА
Частота (диапазон частот,)МГц 10...36 100...300 8. г. .-160 4,6.. .5JB 4,433
Точность настройки Af/f-lO6 ±25 ’±10 Н5 ±15 ±0.4 i ±0,6; ±2 ±1
ёмкостной коэффициент» не более 250 •
Статическая емкость пФ. не более 6 7 1,5...11,1 i 5 3
Динамическая индуктивность, Гн 8,0±2.4
Динамическое сопротивление , Ом 20 80...150 20...100
Добротность, не менее 1500000 40000
Мощность рассеяния, не более, мВт 2,0 1,0 0,2...1,0 0,25 - V'1 2.0
f
УСРЩЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ МАЛОМОЩНЫХ НШОИЯРНЫХ ТРАНЗЖТОРОВ
Назвадйе! Мгц Ом U' в Uk< В и 1 в А Ррасдгл Вт См = пФ Тип
2ТЗСЛГ 30 20 200 0,6 20 3,0 0,01 0,15 5 ЙгрЯП-
2T3I2A 80 45 200 0,6 20 4.0 0,03 0,20 2,5 ГЬ-р-Й.
КТ358А 80 40 125 0,6 10 4.0 0,03 0,10 4 tfc-p—R,
IT30BA 90 30 100 0,2 В 3,05 0,05 0,05 3 Р-Пг-Р
IT309A 120 35 200 0,2 7 1.5 0,01 0,015' 2,5 рчь-р
KT3I5A . 250 60 100 0,6 15 4,0 0,05 6.25 3.5
2Т326А 250 50 60 0,6 10 4,0 0,05 0,25 2,5 р-й-р
KT36IA 250 50 50 0,6 16 4,0 0,05 0,15 3 р-а-р
КТ349А 300 25 50 0,6 15 4.0 0,025 0,26 I
KT34QA 300 125 30 0,6 10 5,0 0,05 0,15 1Л Пг-р-п
КТ342А Ч "300 150 50 0,6 20 5,0 0,05 0,25 2 ГЬ-р-П.
КТ343А 300 30 50 0,6 10 4.0 0,05 0,15 3 р-а-р
KJ347A 500 ПО 50 0,6 10 4,0 0,05 0,15 3 р-ТЬ-р
КТЗО6Б 500 40 40_ 0,6 7 4.0 0,03 0,15 1,5 п-р-п
IT3I3A [ 500 70 50 0,2 8 0,7 0,05“ 0,10 0.75 р-а-р
XT3ILA 700 70 4(1.. 0.3 6 2,0 0,05 0,15 Л,Я . ПгР-а-
тзетвг 1000 45 50 0,6 7 4,0 0,05 0,15 I ть-р-п
2^f32J5A 1 10оо 50 50"” "О 10 4,0“ 0,66 225 I
IT330A 1000 100 25 0,2 8 1,5 0,02 0,05 I п-р-п.
2Т368А поо 120 15 0,6 10 4,0 0,03 0,225 0,6 Пг-р-П.
2Т355А 1800 150 60 0,6 10 4,0 0,03 0,225 0,7 Птф-П
КТ399А 2400 120 8 0,6 10 3,0 0,02 0,15 0,75 гь-р-п.
2T3I2QA 3000 120 8 0,6 10 3,0 0,02 0,10 0.7 rt-p-a
2Т372А 4350 30 10 1 i 0,6 10 3,0 0,01 0,05 0,3 п>р-а
Ко
иди эн ты разложения косицуеожддльжого импульс*
4
0° о4с(0) 9° 4 Се) •кФ fl (Л
50 0,183 0,339 0,121 0,708 72 0,259 0,444 0,307 0,488
52 0,187 6,350 0,135 0,686 74 0,266 0,452 0,326 0,467
54 0,190 0,360 0,148 0,670 75 0,269 0,455 0,337 0>458
55 0,197 0,366 0,156 0,659 76 0,273 0,459 0,348 0,449
56 0,204 0,371 0,164 0,649 78 0,279 0,466 0,368 0,429
58 0,210 0,381 0,179 0,629 80 0,286 0,472 0,390 0,411
60 0,218 0,391 0,196 0,609 82- 0,293 0,478 0,413 0,391
62 0,225 0,400 0,212 0,589 84" 0^299 ' ТГД84 0,434 0,372
64 0,232 0,410 0,230 0,568 85 0,302 0,487 0,445 0,363
65 0,236 0,414 0,239 0,558 86 0,305 0,490 0,456 0,354
66 0,239 0,419 0,248 0,548 88, 0,312 0,496 0,479 0,337
68 0,246 0,427 0,268 0,528 90 0,319 0,500 0,500 0,319
70 0,253 0,436 0,288 0,509 - №
Рмс. 2,2.
Рис. 2.<0.
fltb
Рис. 9.11 .
pVHo6
Рис.
Классификация КР по материалу корпуса и виду герметизации
Рис. 2.13.
Классификация КР по назначению
Рис.2.14.
Рис. 2. ’S
к
Рис 5 Ю
Рис. 5; 11
п2к1
Рис. з. <2
I
Рис. 3.8
&ci Ceg
Pvc.5.2 Puc.3.3
Puc. 3.6
Рис, Л 4
Puc. 3.9
Puc. 3.7