Методы стабилизации частоты автогенераторов

⇐ ПредыдущаяСтр 29 из 31Следующая ⇒

Стабильность частоты автогенераторов является одним из важнейших параметров. Воздействие дестабилизирующих факторов проявляется в изменении емкостей конденсаторов, индуктивностей дросселей и сопротивлении резисторов.

Различают параметрическую и кварцевую стабилизацию.

Параметрическая стабилизация сводится к ослаблению влияния внешних факторов на частоту колебаний путем стабилизации температурных режимов и параметров источников питания.

Кварцевая стабилизация частоты, заключается в применении кварцевых резонаторов, что дает очень низкую нестабильность частоты, обычно порядка 10^-8.

Кварцевый резонатор представляет собой тонкую пластину минерала (кварца или турмалина) прямоугольной либо круглой формы, установленную в кварцедержателе. Как известно, кварц обладает пьезоэффектом. При сжатии кварцевой пластины на противоположных ее гранях появляются разноименные электрические заряды, при растяжении пластины знаки зарядов на тех же гранях изменяются на обратные (прямой пьезоэффект). При воздействии на кварцевую пластину переменного электрического поля в ней возникают механические упругие колебания (обратный пьезоэффект), приводящие, в свою очередь, к появлению электрических зарядов на ее гранях. Кристалл кварца (пластина) представляет собой электромеханическую систему, обладающую резонансными свойствами. В зависимости от геометрических размеров и ориентации среза резонансные свойства (резонансная частота f₀) каждой пластины строго фиксированы и лежат в пределах от нескольких единиц килогерц до 1000 МГц.

Кварцевый резонатор эквивалентен электрическому колебательному контуру. Эквивалентная схема кварцевого резонатора изображена на рис. 8.4, а. Как видно, кварц эквивалентен включенным смешанно элементам L, R, С. В такой цепи может быть резонанс напряжения с частотой . Индуктивность кварца L_кв может быть значительной — от десятков микрогенри до нескольких миллигенри. Емкость кварца С_кв мала (сотые доли пикофарад). Кварцевый резонатор обладает острым резонансом, что свидетельствует о небольшом сопротивлении R, порядка единиц ом. Поэтому добротность кварца достигает 10⁵-10⁶, т. е. она на два-три порядка больше добротности контуров, выполненных на дискретных элементах - индуктивной катушке и конденсаторе.

На частотах ниже w_н и выше w_Т (w_Т – частота резонанса токов) эквивалентное сопротивление кварцевого резонатора носит емкостный характер (рис. 8.4, б), а на частотах выше w_н и ниже w_Т - индуктивный характер. Частотные свойства кварцевого резонатора обусловливаю его различное включение в автогенератор. Кварцевый резонатор можно включить в цепь положительной обратной связи как последовательный (колебательный) контур (рис. 8.5, а) или в трехточечный автогенератор как индуктивный элемент ветви колебательного контура (рис. 8.5, б).

Вопросы для самопроверки:

1. Опишите принцип построения генераторов синусоидальных колебаний.

2. Какие методы стабилизации частоты автогенераторов вы знаете.

3. Что такое кварцевый резонатор.

Литература: [1, 2, 6, 7].

Нелинейный режим работы операционного усилителя

Компараторы

Широкое применение для построения релейных (пороговых) усилителей нашли операционные усилители (ОУ), которые в этих устройствах работает на нелинейных участках характеристики (участках насыщения). Выходное напряжение ОУ может принимать одно из двух значений: U⁺_вых._max или U^-_вых._max. Это связано с тем, что уровни входных напряжений релейных усилителей намного превышают максимальное входное напряжение, при котором ОУ может работать в режиме усиления.

Напомним, что максимальное входное напряжение (разность между напряжением на прямом входе U_пр и на инвертирующем входе U_инв), при котором ОУ может работать в режиме усиления, составляет сотые доли милливольт, поэтому при анализе схем, построенных на ОУ, работающем в линейном режиме, входное напряжение ОУ считают равным нулю.

Если напряжение на входе ОУ выходит за пределы максимального (которое можно считать равным нулю), то ОУ переходит в режим насыщения и выходное напряжение принимает одно из двух значений: U⁺_вых._max или U^-_вых._max, - величина которых определяется величиной напряжений источников питания +Е_п и –Е_п. Таким образом, напряжение на выходе ОУ будет равно U⁺_вых._max, если U_пр - U_инв > 0 и U^-_вых._max, если U_пр - U_инв < 0.

На рис. 9.1 представлены типовые схемы применения ОУ в качестве порогового усилителя (компаратора). На рис. 9.1, а показан инвертирующий компаратор, на прямой вход которого подано опорное напряжение U_оп, а на инвертирующий вход – входное напряжение U_вх. Пока напряжение на инвертирующем входе U_вх меньше, чем на прямом входе U_оп (U_пр - U_инв > 0), на выходе ОУ сохраняется максимальное положительное напряжение U⁺_вых._max. Когда напряжение на инвертирующем входе U_вх сравняется с опорным и станет чуть больше (U_пр - U_инв < 0), выходное напряжение ОУ изменит знак и станет равным U^-_вых._max. Дальнейшее увеличение входного напряжения не изменит состояния ОУ. Таким образом, состояние ОУ зависит от соотношения входного и опорного напряжений. Изменяя опорное напряжение можно менять порог срабатывания компаратора.

На рис. 9.1, б показаны схема и передаточная характеристика неинвертирующего компаратора. Здесь соотношению U_вх – U_оп < 0 соответствует соотношение U_пр - U_инв < 0 и в этом случае выходное напряжение ОУ равно U^-_вых._max. При увеличении входного напряжения сверх U_оп соотношение между U_пр и U_инв ОУ меняется на противоположное U_пр - U_инв > 0 и выходное напряжение становится равным U⁺_вых._max.

Широкое применение получили также компараторы, в которых ОУ охвачен положительной обратной связью (рис. 9.2, а). Такой компаратор обладает характеристикой с гистерезисом (рис. 9.2, б). Схема известна под названием триггер Шмитта.

Переключение схемы в состояние U^-_вых._max происходит при достижении входным напряжениемU_вх напряжения порога срабатывания U_ср, а возвращается в исходное состояние U⁺_вых._max – при снижении U_вх до напряжения порога отпускания U_отп.

Значения пороговых напряжений найдем, учитывая, что переключение схемы происходит, когда U_пр - U_инв = 0

откуда ширина зоны гистерезиса

Важнейшим показателем операционных усилителей, работающих в импульсном режиме, является их быстродействие, которое оценивается задержкой срабатывания и временем нарастания выходного напряжения. Задержка срабатывания (время задержки выходного импульса) ОУ общего применения составляет единицы микросекунд, а время нарастания выходного напряжения – доли микросекунды.

Лучшим быстродействием обладают специализированные ОУ, предназначенные непосредственно для импульсного режима работы и получившие общее название “компараторы”.

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 2089; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 22 23 24 25 26 27 282930 31 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!