8.3. Стабілізація частоти коливань автогенераторів

Основною характеристикою роботи автогенераторів є стабільність частоти коливань, від якої залежить точність систем керування технологічними процесами. Зміна частоти коливань зумовлюється нестабільністю напруги живлення, а також зовнішніми факторами (температурою, тиском, вологістю тощо). Ці фактори впливають на зміну ємності (ΔС ) чи індуктивності (ΔL).

Нестабільність частоти коливань характеризується коефіцієнтом відносної нестабільності Δf / f _p ( f p де – робоча частота автогенератора), який визначається через параметри схеми:

для LC - генераторів для RC - генераторів

Для зменшення нестабільності частоти використовують парамет­ричну та кварцеву стабілізацію.

Параметрична стабілізація базується па підборі елементів схеми, які мало чутливі до змін дестабілізуючих факторів. Та­ка стабілізація забезпечує нестабільність частоти 10 ^-5.

Кварцева стабілізація базується па використанні кварцевих резонаторів, що містять пластину кварца (турмалину), вмон­товану в кварцетримач (рис. 56, а) і забезпечує нестабільність частоти 10^-8 . Відомо, що для мінералу кварца властиве явище п'єзоефекту: при механічній дії па протилежних гранях виникає різниця електричних потенціалів і, навпаки, при дії змінного електричного поля виникають стійкі механічні коливання.

Рис. 56. Схемне зображення кварцового резонатора (а) та його заступна електрична схема (б)

Отже, кварц в залежності від геометричних розмірів і кута зрізу пластини забезпечує стабільну частоту (резонансну частоту) від 1 кГц до 1000 МГц.

Вмикання кварцевого резонатора в електричну схему еквівалентно вмиканню резонансного контура (рис.56,6), де L_KU, R_KB, С_Кв — пара­метри кварца, Со — ємність кварцетримача. Практично С₀» С_кв, то­му С_скв «С_Кв і резонансна частота такого контура, враховуючи, що Лквмає невеликий опір, визначається

На рис.57 зображено схему вмикання кварцевого резонатора в міст Віна для стабілізації частоти в RC-генераторі, який практично використовують як взірцевий автогенератор коливань.

Рис. 57. RC-генератор із кварцовою стабілізацією частоти

Приклади до розділу

Задача 8.1. Визначити частоту гармонійних коливань LC-автоге-нератора, якщо індуктивність і ємність LC-ланки відповідно 2 мГн, 10 пФ.

Розв'язок: Частота гармонійних коливань дорівнює

Задача 8.2. Визначити опір резистора RC—ланки автогенерато­ра гармонійних коливань з частотою 50 кГц, якщо ємність конденса­тора в цій лапці 2 нФ.

Розв'язок: Частота гармонійних коливань автогенератора до­рівнює

Звідси визначаємо опір резистора RC-ланки автогенератора

Задача 8.3. RC-автогенератор генерує сигнал частотою f₀ = 2МГц і має частотно-вибіркову лапку з параметрами R₁ = 5 кОм, С₁ = 5 нФ, С₂ = 5 пФ. Визначити опір резистора цієї ланки.

Розв'язок: Частота коливань па виході такого автогенератора визначається за виразом

Звідки опір резистора цієї ланки дорівнює

Задача 8.4. RC—автогенератор генерує сигнал частотою f1 = 1 МГц. Визначити опір резистора частотно-вибіркової ланки ге­нератора для забезпечення коливань частотою f₂ -500 кГц. Опір ре­зистора цієї ланки до зміни частоти дорівнював 2кОм, ємність кон­денсатора не змінювалася.

Розв'язок: Оскільки частота коливань RC-автогенератора визначається за виразом , то відношення частот генератора при незмінній ємності частотно-вибіркової ланки дорівнює

Звідси обчислюємо опір резистора для забезпечення частоти коливань 500 кГц

R₂ = 2R₁= 4 кОм