Кварцевая стабилизация частоты

Рисунок 13.1 – Структурная схема цепочного RC -автогенератора.

Низкочастотный усилитель в пределах полосы пропускания имеет постоянный коэффициент усиления и постоянный фазовый сдвиг 180° между входным и выходным напряжениями. Форма генерируемых колебаний в таком генераторе оказывается зависящей от частотных характеристик цепи обратной связи. Если АЧХ и ФЧХ цепи обратной связи равномерны в полосе частот, равной или превышающей полосу пропускания усилителя, то при выполнении условий БА и БФ в полосе пропускания усилителя, на выходе генератора будут наблюдаться колебания, отличающиеся по форме от гармонических. Если ФЧХ цепи обратной связи такова, что для одной частоты создаются преимущественные условия (фазовый сдвиг 180° между входным и выходным напряжениями), тогда условие БФ будет соблюдаться только для этой частоты, и в таком RC -генераторе возникнут гармонические колебания с частотой .

Для развития процесса самовозбуждения генератора необходимо выбрать коэффициент чуть-чуть больше . Тогда при подключении генератора к источнику питания малейшие колебания на частоте через цепь ПОС будут поступать на вход усилителя, а т.к. , то эти колебания будут усиливаться усилителем чуть больше, чем ослабляться цепью ПОС. Поэтому с каждым циклом амплитуда колебаний на частоте будет возрастать. При достижении амплитудой величины напряжения насыщения за счет нелинейности амплитудной характеристики коэффициент усиления становится , и на выходе генератора будут установившиеся колебания частотой и постоянной амплитуды . При этом искажения формы гармонического колебания (срез амплитуды) будет минимальным.

Рисунок 13.2 – Временная диаграмма возбуждения генератора.

Для поворота фазы выходного напряжения усилителя на 180° в цепь ПОС включается фазосдвигающая цепь (ФСЦ), состоящая из нескольких (обычно трех или четырех) фазосдвигающих RC- звеньев.

Рисунок 13.3 – Принципиальная схема (а) и векторная диаграмма (б)

фазосдвигающего звена.

Практически элементы RC -звена подбираются так, чтобы . В зависимости от включения схемы ФСЦ называют R -параллель или С -параллель.

Рисунок 13.4 – Трехзвенная ФСЦ: R -параллель и С -параллель.

Частота генерируемых колебаний автогенератора соответствует частоте, при которой сдвиг фаз между напряжениями и достигает 180°:

- R-параллель; - С-параллель.

Требуемый для обеспечения самовозбуждения коэффициент усиления усилителя , где - коэффициент передачи цепи ПОС на частоте генерации.

Рисунок 13.5 – Принципиальная схема RC -автогенератора с трехзвенной ФСЦ:

R1R2 – делитель напряжения. Обеспечивает режим по постоянному току;

R4C1 – элементы температурной эмиттерной стабилизации рабочей точки;

R3 – нагрузка однокаскадного усилителя на транзисторе VT, включенном по схеме с общим эмиттером (ОЭ);

С2 – С4, R5 – R7 – элементы ФСЦ. R5 – R7 должны быть много больше, чем R3, чтобы не уменьшать коэффициент усиления усилителя.

БФ выполняется автоматически, т.к. трехзвенная RC -цепь имеет фазовый сдвиг 180⁰ и каскад с ОЭ сдвигает фазу на 180⁰, поэтому суммарный фазовый сдвиг по цепям усиления и цепям обратной связи составляет 360⁰.

БА выполняется за счет применения каскада с коэффициентомусиления больше 29, т.к. коэффициент передачи трехзвенной RC -цепи 1/29. Это необходимо для выполнения условия самовозбуждения: .

При подключении к источнику питания уменьшается потенциал коллектора (ток коллектора возрастает), и это уменьшение через RC -цепь поступает на вход усилителя и приводит к уменьшению , т.е. к росту потенциала коллектора. Теперь рост потенциала поступает через RC -цепь на базу транзистора, увеличивая потенциал базы и уменьшая потенциал коллектора. Таким образом, на выходе устройства наблюдаются колебания электрической энергии.

АГ с ФСЦ обычно применяют для генерирования гармонических колебаний фиксированной частоты, что связано с трудностью перестройки частоты в широком диапазоне.