В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

Влияние температуры сказывается на изменениях линейных размеров индуктивных катушек и конденсаторов. Так, с повышением температуры линейные размеры указанных элементов изменяются, что влечет за собой изменение емкости и индуктивности колебательного контура соответственно на DC и DL. Относительное изменение емкости конденсатора Δ С / С при изменении температуры на 1 °C называют температурным коэффициентом емкости (ТКС) . Он может быть как положительным, так и отрицательным. Например, керамические конденсаторы выпускают с положительным ТКС порядка (30…50)∙10 -61/°С и с отрицательным ТКС (30–50)∙10 -61/°С. Относительное изменение индуктивности катушки Δ L / L при изменении температуры на ГС называют температурным коэффициентом индуктивности (TKL) .

У лучших по термостабильности катушек TKL имеет значение (50…100)∙10 -61/°С. При изменении температуры изменяется и сопротивление резисторов. Относительное изменение сопротивления резистора Δ R / R при изменении температуры на 1 °C называют температурным коэффициентом сопротивления (ТKR) . Оно также может быть положительным и отрицательным. У линейных углеродистых резисторов широкого применения типов ВС и УЛИ TKR отрицательный и имеет значение —10 -3…10 -51/°С. Металлизированные резисторы широкого применения, например типа МЛТ, имеют положительный TKR порядка 10 -41/°С.

Следует отметить также, что на нестабильность генерируемой частоты, вызванную изменением температуры, сильно влияют изменения параметров транзисторов. Нестабильность частоты автогенераторов оценивают коэффициентом относительной нестабильности Δ f / f 0, где f 0— рабочая (номинальная) частота автогенератора; Δ f — отклонение частоты от рабочей.

Для уменьшения нестабильности частоты используют различные способы стабилизации частоты. Различают параметрическую и кварцевую стабилизацию частоты.

Параметрическая стабилизация частоты сводится к ослаблению влияния внешних факторов на частоту генерируемых колебаний, а также к подбору элементов генератора, обеспечивающих минимальные изменения частоты. Для уменьшения влияния температуры на изменение емкости конденсаторов и сопротивления резисторов в автогенератор включают конденсаторы и резисторы с отрицательными и положительными ТКС и TKR. Снижение воздействия температуры на индуктивность катушек достигается за счет применения специальных материалов для каркасов катушек. Для исключения влияния температуры на параметры транзисторов в отдельных случаях автогенераторы помещают в термостат.

Уменьшение влияния механических ударов и вибрации достигается применением массивных корпусов (шасси), на которых крепят детали автогенератора, амортизационных прокладок из губчатой резины, специальных подвесок и т. д. Печатный монтаж и использование проводов индуктивных катушек, вжигаемых в керамику, практически полностью устраняют влияние механических воздействий. Параметрическая стабилизация частоты позволяет снизить нестабильность до 1 -5.

Для уменьшения воздействия внешних электромагнитных полей автогенераторы обычно полностью экранируют. Применение стабилизаторов напряжения исключает влияние на частоту колебаний питающего напряжения.

Кварцевая стабилизация частоты заключается в применении кварцевых резонаторов, что дает очень низкую нестабильность частоты, обычно порядка 10 -8. Индуктивность кварца L квможет быть значительной — от десятков микрогенри до нескольких миллигенри. Емкость кварца С квмала (сотые доли пикофарад). Кварцевый резонатор обладает острым резонансом, что свидетельствует о небольшом сопротивлении R квпорядка единиц ом. Поэтому добротность кварца достигает 10 5…10 6, т, е. она на два-три порядка больше добротности контуров, выполненных на дискретных элементах — катушке индуктивности и конденсаторе.

Частотные свойства кварцевого резонатора обусловливают его различное включение в автогенератор. Кварцевый резонатор можно включать в цепь положительной обратной связи как последовательный (колебательный) контур (рис. 8.9, а ) или в трехточечный автогенератор как индуктивный элемент ветви колебательного контура (рис. 8.9, б ).

Рис. 8.9. Схемы автогенераторов с кварцевой стабилизацией частоты

Температурная нестабильность кварцевого резонатора очень мала — у некоторых кристаллов она имеет значение 10 -8.

В схеме рис. 8.9, б кварц включен как индуктивный элемент. Вместе с межэлектродными емкостями С сии С зирассматриваемый автогенератор представляет собой емкостную трехточку, что видно из его схемы.

Кварцевую стабилизацию частоты обычно применяют в автогенераторах, работающих на фиксированных частотах (низкой и высокой), что является ее недостатком. Рассмотренные кварцевые автогенераторы являются простейшими. Современный кварцевый автогенератор с высокой стабильностью частоты представляет собой довольно сложное устройство, содержащее стабилизаторы напряжения питания, а также такие элементы параметрической стабилизации, как амортизаторы и влагозащитные корпуса. Для получения стабильных колебаний звуковой и инфранизкой частот служат камертонные и магнитострикционные вибраторы, выполненные из специальных сплавов. В СВЧ-генераторах в качестве стабилизирующих контуров применяют устройства, называемые полыми резонаторами, с добротностью 10 4…10 5.

Импульсы прямоугольной формы имеют резкие перепады напряжения и тока во время формирования фронта и среза, поэтому их можно отнести к колебаниям релаксационного типа, для которых характерны скачкообразные изменения напряжения и тока.

Генераторы, которые вырабатывают такие колебания, называют релаксационными. Широкое распространение нашли релаксационные генераторы на основе усилителей с положительной обратной связью (рис. 8.10).

Рис. 8.10. Преобразование двухкаскадного УЗЧ в мультивибратор

На рис. 8.10, а изображена схема двухкаскадного усилителя звуковой частоты с выходом на головные телефоны. Если выход такого усилителя соединить с его входом, как на рис. 8.10, а показано штриховой линией, то между каскадами возникает положительная обратная связь и усилитель самовозбудится — станет генератором прямоугольных колебаний, и в телефонах мы услышим звуковой сигнал.

Теперь посмотрим на рис. 8, 10, б . На нем изображена схема того же усилителя, только начертание ее несколько изменилось. Именно так обычно чертят схемы автоколебательных, т. е. самовозбуждающихся мультивибраторов.