Кварцевые АГ
Для получения высокой точности и стабильности частоты колебаний в АГ в качестве резонатора используется кварц. Такие АГ называются кварцевыми. Кварц относится к числу кристаллов, обладающих свойствами прямого и обратного пьезоэлектрического эффекта. Помещенный в электрическое поле высокой частоты кварц испытывает периодические механические деформации (явление обратного пьезоэффекта), что, в свою очередь, вызывает появление электрических зарядов на его гранях (явление прямого пьезоэффекта). Свойством пьезоэффекта обладают кристаллы более 100 веществ. Среди них наиболее стабильны параметры у кварца. Вблизи резонансных частот кварц можно заменить контуром с сосредоточенными параметрами (рис. 14.9). Различные виды механических колебаний в кварцевой пластине могут происходить на основной частоте или одной из нечетных гармоник. Кристалл кварца имеет три оси симметрии - оптическую, электрическую и механическую. В зависимости от того, под каким углом к этим осям вырезана пластина, различают несколько видов среза кварца.
Геометрические размеры, вид колебаний и тип среза пластины определяют электрические параметры кварцевого резонатора: частоту последовательного резонанса w1, добротность Q, отношение емкостей Ck/C0, температурный коэффициент частоты ТКЧкв и допустимую мощность рассеивания. Максимальная частота кварцевых резонаторов достигает 150 МГц и более. Широкое применение находят кварцы, возбуждаемые на 3–7-й механической гармонике с частотой до 60…70 МГц.
Рис. 14.9. Эквивалентная схема замещения кварца
Определим основные параметры и зависимость эквивалентного сопротивления кварца от частоты вблизи его резонансных частот 
(частота последовательного резонанса) и 
(частота параллельного резонанса). Для проводимости кварца согласно схеме на рис. 14.9 имеем:
, (14.20)
где 
- добротность кварцевого резонатора.
Благодаря большому значению Lk и малому Ck характеристическое сопротивление rкв и добротность кварцевого резонатора Qкв достигают значений ( 
Ом, 
), на несколько порядков превышающих эти параметры у обычных контуров. У специальных кварцевых резонаторов величина Qкв составляет даже (3…6)106. Большая добротность определяет высокую крутизну фазовой характеристики кварца вблизи его резонансных частот:
(14.21)
где Dw=w–w1 - абсолютная расстройка.
Для эквивалентного сопротивления кварца из (14.20) получим:
. (14.22)
Результаты расчета характеристик кварца (с параметрами С=0,25 пФ; L=0,2 мГн; r:=10 Ом; С0=8 пФ) приведены на рис. 14.10. На частоте последовательного резонанса w1 сопротивление кварца мало Zкв=rk; на частоте параллельного w2 возрастает до величины 
. Между частотами w1 и w2 сопротивление кварца носит индуктивный характер, за пределами этих частот - емкостной. При переходе через резонансные частоты фаза благодаря высокой добротности скачком меняется на 180° (14.21).
Рис. 14.10. Зависимости от частоты активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления кварца и фазового угла
Значение ТКЧ серийно выпускаемых кварцевых резонаторов находится в пределах (0,5…2)106, а у специальных кварцев - 10-7 в определенном интервале температур. Значение ТКЧ зависит от угла среза и является нелинейной функцией температуры. Благодаря высокой добротности и малому значению ТКЧ кварцевого резонатора нестабильность частоты АГ мала (10-6 при размещении кварцевого резонатора в термостате), а в особых случаях - 10-8…10-9. Автоколебания в кварцевом резонаторе возможны на частотах, соответствующих высокому значению крутизны фазовой характеристики, т.е. вблизи w1 или w2. Наиболее предпочтительна схема с использованием возбуждения на частоте w1 и с включением кварцевого резонатора в цепь обратной связи (рис. 14.11, а).
Рис. 14.11.Схемы АГ с включением кварцевого резонатора в цепь обратной связи
Поскольку на частоте w1 кварцевый резонатор имеет малое сопротивление rk, то цепь обратной связи оказывается замкнутой и возможны автоколебания с частотой w1. Для всех остальных частот сопротивление кварца велико (рис. 14.10), цепь обратной связи оказывается разомкнутой, и автоколебания возникнуть не могут. Другая схема кварцевого АГ интегрального типа приведена на рис. 14.11, б. В ней сдвиг сигнала на 180° для соблюдения условия баланса фаз достигается за счет запаздывания сигнала в кварцевом резонаторе.
Дата добавления: 2015-01-15; просмотров: 1200;