Параметрический способ стабилизации частоты

Параметрический способ стабилизации частоты

Данный способ заключается в ослаблении влияния дестабилизирующих факторов и подборе высокочастотных и прецизионных элементов колебательных контуров. Для исключения влияния температуры автогенераторя в отдельных случаях помещают в термостаты. Уменьшение влияния механических воздействий обеспечивают применение печатного монтажа и проводов индуктивностей, вжигаемых в керамику. Параметрическая стабилизация частоты позволяет снизить нестабильность до 10 -5 (уход частоты на ∆f=10 Гц при генерируемых колебаниях в f_p = 1МГц.

Кварцевая стабилизация частоты

Данный способ стабилизации основан на применении в электрических схемах вместо LC-контуров кварцевого резонатора, что позволяет снизить нестабильность частоты колебаний автогенератора до 10 -7 (отклонение частоты на ∆f=0,1 Гц от генерируемой в f_p=1 МГц).

Кварцевый резонатор представляет собой помещенную в кварцедержатель тонкую прямоугольную пластинку минерала кварца, грани которой определенным образом ориентированы по отношению к осям кристалла. Из физики известно, что кварц обладает прямым и обратным пьезоэлектрическим эффектом. Прямой пьезоэффект возникает при механическом сжатии или растяжении кварцевой пластинки и сопровождается появлением на ее противоположных гранях электрических зарядов.

При воздействии на кварцевую пластинку переменного электрического поля в ней возникают упругие механические колебания (обратный пьезоэффект), приводящие, в свою очередь, к появлению электрических зарядов на гранях пластинки. Кварц можно рассматривать как электромеханическую колебательную систему и сравнивать ее свойства с обычным колебательным LC-контуром (рис.5.9). Добротность кварцевого резонатора достигает сотен тысяч, тогда как у колебательного контура она не превышает 300…400. Механическая прочность и слабая зависимость частотных свойств от температуры обусловливают достаточно высокую эталонность частоты кварцевых резонаторов.

При расчетах кварцевый резонатор представляют эквивалентной схемой (рис.5.9, а), в которой элементы L_кв, C_кв b R_кв характеризуют, соответственно, индуктивность, емкость и омические потери собственно кварца. Емкость С_ок отражает наличие кварцедержателя. Зависимость реактивного сопротивления кварцевого резонатора от частоты x(f) приведена на рис. 5.9, б. Она имеет два резонанса: последовательный на частоте f_k1 и параллельный на частоте f_k2. Последовательный резонанс обеспечивают элементы L_кв, и C_кв, отражающие резонансную частоту кварца

f_k1=. (5.23)

Параллельный резонанс в устройствах с кварцевым резонатором практически не используется.

Схемы кварцевых генераторов. Чаще всего кварц в LC-генераторах применяют в качестве индуктивности (рис. 5.10, а), что упрощает конструкцию, а также уменьшает мощность, рассеиваемую в резонаторе. Условия возникновения гармонических колебаний можно проанализировать, заменив кварцевый резонатор (Кв) его эквивалентной схемой и применив общие уравнения, характеризующие самовозбуждение автогенератора.

На рис. 5.10, б изображена упрощенная схема RC-генератора с мотом Вина, в котором вместо одного из резисторов включен кварцевый резонатор, работающий в режиме резонанса напряжений. Для того чтобы резонансная частота кварца совпадала с квазирезонансной частотой моста Вина, сопротивление резистора R подбирают равным резонансному активному сопротивлению кварца R_кв. Цепь отрицательной ОС с терморезистором R₂, включенная между выходом и инвертирующим входом ОУ, компенсирует температурные изменения резонансного сопротивления кварца и тем самым стабилизирует амплитуду выходных колебаний.

Отметим, что подстройку частоты в принципиальной электрической схеме данного автогенератора осуществляют с помощью конденсаторов. Для этого обычно используется полупроводниковая емкость – варикап.

Цифровые генераторы низких частот

Цифровые генераторы низкочастотных гармонических колебаний по сравнению с аналоговыми характеризуются более эффективными характеристиками: высокими точностью установки и стабильностью частоты, малым коэффициентом нелинейных искажений (строго синусоидальной формой), постоянством уровня выходного сигнала. Цифровые генераторы, получающие все более широкое распространение, удобнее аналоговых в эксплуатации: выше быстродействие, существенно проще установка требуемой частоты, более наглядна индикация. Кроме того, цифровые генераторы имеют возможность автоматической перестройки частоты по заранее заданной программе и применения в сочетании с цифровыми средствами обработки информации.

Действие цифровых генераторов основано на принципе формирования числового кода с последующим преобразованием его в аналоговый гармонический сигнал. Последний аппроксимируется функцией, моделируемый с помощью ЦАП.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Параметрическая стабилизация — частота

Параметрическая стабилизация частоты заключается в ослаблении влияния внешних факторов на частоту генерируемых колебаний, а также в подборе элементов генератора, обеспечивающих минимальные изменения частоты. Первое состоит в том, что контур экранируют для устранения воздействия внешних электромагнитных полей или применяют массивные корпуса ( шасси) для снижения влияния механических ударов и вибрации. Второе заключается в одновременном включении в генератор конденсаторов с отрицательным и положительным температурными коэффициентами емкости, что уменьшает влияние изменений температуры. [1]

Параметрическая стабилизация частоты достигается подбором элементов схемы ( конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов, транзисторов и др.), параметры которых в процессе работы изменяются мало. Температурные влияния уменьшают, применяя термическую герметизацию контуров генераторов в специальных термостатах, используя конденсаторы с отрицательными ТКЕ, компенсирующим увеличение емкости других элементов схемы. Влияние колебаний питающих напряжений снижают, применяя стабилизаторы напряжения и тока. Электромагнитные влияния ослабляют, рационально размещая элементы схемы и экранируя их. [2]

Параметрическая стабилизация частоты осуществляется подбором элементов схемы ( конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов, транзисторов), параметры которых в процессе работы изменяются мало. Температурные влияния уменьшают с помощью термической герметизации контуров генераторов в специальных термостатах, с использованием конденсаторов с отрицательными ТКЕ, компенсирующих увеличение емкости других элементов схемы. Влияние колебаний питающих напряжений снижают, применяя стабилизаторы напряжения и тока. Электромагнитные влияния ослабляют, рационально размещая элементы схемы и экранируя их. [3]

Параметрическая стабилизация частоты — уменьшение нестабильности частоты лампового генератора путем введения в схему дополнительных элементов, параметры которых подобраны так, что они уменьшают влияние режима питания и теплового режима генератора на частоту создаваемых колебаний. [4]

Параметрическая стабилизация частоты заключается в поддержании постоянства параметров цепей, определяющих частоту генератора, независимо от изменения температуры окружающей среды. [5]

Параметрическая стабилизация частоты заключается в таком подборе элементов схемы передатчика, чтобы параметры их ( в том числе емкость, индуктивность, сопротивление) в процессе работы изменялись мало. [6]

Одним из способов параметрической стабилизации частоты кварцевого генератора является использование возбуждения кварцевых резонаторов на высших механических гармониках. Поэтому гармони-ковый генератор имеет более высокую стабильность частоты. Однако с ростом номера гармоники выше 5 — 9 — й добротность резонатора начинает быстро уменьшаться и стабильность генерируемой частоты ухудшается. [8]

У генераторов на биениях параметрическая стабилизация частоты осуществляется путем выполнения обоих генераторов по возможности более одинаковыми. Их стараются удалить от нагревающихся элементов схемы и хорошо заэкранировать. [10]

Структурная схема приемника с параметрической стабилизацией частоты первого гетеродина показана на рис. 6.1. На схеме изображен супергетеродин с одним преобразованием частоты. [11]

В заключение укажем на возможные способы параметрической стабилизации частоты гетеродина. Выше уже говорилось о том, что нестабильность частоты уменьшается, если применять контур возможно большей добротности, ослаблять связь гетеродина со смесителем и контура с лампой и использовать трехточечные схемы. Кроме того, рекомендуется применять детали с малыми потерями и высокой стабильностью параметров, применять термоста-тирование и температурную компенсацию уходов частоты с помощью термочувствительных элементов. [12]

Помимо стабилизации источников питания, может применяться еще так называемая параметрическая стабилизация частоты , осуществляемая за счет надлежащего расчета и выбора как основных, так и вспомогательных элементов схемы возбудителя и включения некоторых сопротивлений, емкостей и индуктивностей во вспомогательные цепи возбудителя с тем, чтобы обеспечить стабильность фазовых соотношений при изменении режимов питания. [13]

В диапазонных генераторах относительно несложной и недорогой аппаратуры чаще всего используется только параметрическая стабилизация частоты задающих генераторов . Однако и при других методах стабилизации поддержание возможно большего постоянства параметров генераторов облегчает удовлетворение требованиям к стабильности и упрощает, например, создание систем автоматического регулирования или улучшает эффект их работы. Поэтому методы параметрической стабилизации частоты используются практически при создании любых передающих устройств. [14]

Поэтому основное распространение получил параметрический способ, и в данной главе рассматриваются задающие генераторы с параметрической стабилизацией частоты . [15]

Источник

Параметрическая стабилизация частоты автогенераторов

Качество (стабильность частоты) работы автогенераторов принято оценивать:

абсолютной нестабильностью частоты – разностью между текущим и номинальным значением частоты колебаний

;

относительной нестабильностью частоты, определяемой как отношение абсолютной нестабильности частоты генератора к его номинальной частоте .

В ряде случаев вводят понятия кратковременной и долговременной нестабильности частоты.

Под кратковременной нестабильностью частоты генератора понимают относительную нестабильность частоты за время длительности элементарного сигнала, например импульса, излучаемого передатчиком.

Под долговременной нестабильностью частоты автогенератора понимают относительную нестабильность частоты за достаточно большой интервал времени, например, 1 час или 1 сутки.

Принято определять относительную нестабильность частоты LС и RС – автогенераторов, соответственно, с использованием формул:

; ,

где ΔL, ΔС, ΔR — величины отклонений параметров индуктивностей, емкостей и сопротивлений от номинальных значений под действием дестабилизирующих факторов; L, С, R — номинальные значения параметров элементов.

Для повышения стабильности частоты генерируемых колебаний обязательно применяют меры параметрической стабилизации. Под параметрической стабилизацией понимают перечень мер по ослаблению вредного влияния дестабилизирующих факторов.

К мерам параметрической стабилизации следует отнести:

использование высокостабильных катушек индуктивности (с малым сопротивлением намоточных проводов) и конденсаторов (с малым сопротивлением потерь);

применение высоко стабилизированных источников питания;

помещение автогенераторов или их отдельных элементов в термостаты, что позволяет обеспечить постоянство температурного режима;

уменьшение мощности колебаний, отдаваемых в нагрузку, что снижает влияние нагрузки на добротность резонансных систем;

включение между генератором и нагрузкой усилителя с большим входным сопротивлением (буферного усилителя);

ужесточение требований к качеству монтажа, его экранированию и пр.

Меры параметрической стабилизации позволяет достичь относительной нестабильности частоты от 10 –5 до 10 –6 (от 10 Гц на 1 МГц частоты генерируемых колебаний до 1 Гц на 1 МГц частоты генерируемых колебаний), что в современных условиях является явно недостаточным.

Источник

Параметрические стабилизаторы

Параметрическим стабилизатором называется устройство, в котором выходное напряжение или ток поддерживается на уровне заданного значения за счет параметров радиоэлектронных элементов. В них используются нелинейные свойства характеристик (вольтамперных, ампервольтовых, ом-градусных, вебер-амперных, вольт-секундных и др.). В качестве примера таких приборов можно назвать такие электронные элементы, как стабилитроны, терморезисторы, дроссели насыщения и т.д.

Параметрические стабилизаторы могут стабилизировать постоянное или переменное напряжение, однако и в том и в другом случае они обладают достаточно плохими параметрами. В старой аппаратуре они применялись из-за простой, и, следовательно, дешевой схемы. В настоящее время практически вытеснены интегральными компенсационными стабилизаторами или источниками бесперебойного питания. Тем не менее, для того, чтобы понять, как работают компенсационные и импульсные стабилизаторы напряжения необходимо знать принципы работы параметрического стабилизатора.

В качестве примера параметрических стабилизаторов рассмотрим стабилизаторы напряжения. В них обычно используются полупроводниковые стабилитроны, которые работают в области электрического пробоя на обратном участке вольтамперной характеристики. Поэтому стабилитрон включается в обратном направлении. Выход из строя данного диода не происходит из-за того, что ток, протекающий через диод, ограничивается внешним резистором. Классическая схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Cхема стабилизатора напряжения на стабилитроне

Особенности расчета параметрического стабилизатора мы обсудим в следующей статье, а сейчас подробнее рассмотрим параметры стабилитрона. Пример его вольтамперной характеристики приведен на рисунке 2

Рисунок 2. Вольтамперная характеристика стабилитрона

В параметрах стабилитрона приводится минимальный ток стабилизации, при котором начинается пробой и максимальный ток стабилизации, при котором еще не происходит разрушение pn-перехода за счет его теплового нагрева. Основными параметрами стабилитрона являются:

• напряжение стабилизации U_ст и пределы его изменения ΔU_ст;
• номинальный ток I_ном и пределы его изменения I_{ст min} . I_{ст max};
• максимальная допустимая мощность рассеивания P_доп = U_ст×I_{ст max};
• дифференциальное сопротивление на рабочем участке r_d;
• температурный коэффициент напряжения (ТКН) α_T.

Наиболее важным параметром стабилитрона является его напряжение стабилизации. Стабилитроны производят на напряжение от 3 до 400 В. Оно зависит от толщины p-n перехода. При этом в зависимости от толщины перехода пробой бывает лавинным или туннельным. Если требуется стабилизировать напряжение меньше трех вольт, то применяются стабисторы. У них для стабилизации используется прямая ветвь амплитудно-частотной характеристики. Поэтому схема параметрического стабилизатора напряжения меняется. Она приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема параметрического стабилизатора на стабисторе

Дифференциальное сопротивление стабилитрона обычно определяется омическим сопротивлением полупроводника. По вольтамперной характеристике его можно определить следующим образом:

(1)

Именно дифференциальное сопротивление стабилитрона определяет зависимость выходного напряжения параметрического стабилизатора от тока потребления нагрузки.

Не менее важным параметром является температурный коэффициент напряжения. Полупроводниковые диоды очень чувствительны к температуре и их вольтамперная характеристика смещается при нагреве. Пример изменения вольтамперной характеристики стабилитрона приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. Изменение вольтамперной характеристики под воздействием температуры

Для полупроводникового диода, который используется в качестве стабилизатора, ТКН α_T = 0,1% на градус Цельсия. Для прецизионных стабилизаторов напряжения это слишком большая величина. В то же самое время, отрицательный или положительный будет ТКН зависит от типа пробоя. При напряжении стабилизации меньше 6,2 В он отрицательный, а при напряжении стабилизации больше этого значения — положительный. Поэтому прецизионные стабилитроны выполняются на это напряжение. При несколько большем напряжении можно воспользоваться прямой ветвью вольтамперной характеристики, где падение напряжения уменьшается с ростом температуры. Если стабилитроны включить встречно, как это показано на рисунке 5, то зависимость напряжения стабилизации от температуры можно значительно снизить (например, отечественный стабилитрон КС170).

Рисунок 5. Внутренняя схема прецизионного стабилитрона

Условно-графическое изображение прецизионного стабилитрона приведено на рисунке 6.

Рисунок 6. Условно-графическое изображение прецизионного стабилитрона

В схеме включения данного стабилитрона можно не опасаться неправильного включения, т.к. симметричные стабилитроны обладают одинаковым напряжением стабилизации.

Дата последнего обновления файла 07.06.2015

Понравился материал? Поделись с друзьями!

1. Сажнёв А.М., Рогулина Л.Г., Абрамов С.С. “Электропитание устройств и систем связи”: Учебное пособие/ ГОУ ВПО СибГУТИ. Новосибирск, 2008г. – 112 с.
2. Алиев И.И. Электротехнический справочник. – 4-е изд. испр. – М.: ИП Радио Софт, 2006. – 384с.
3. Гейтенко Е.Н. Источники вторичного электропитания. Схемотехника и расчёт. Учебное пособие. – М., 2008. – 448 с.
4. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В.М.Бушуев, В.А. Деминский, Л.Ф. Захаров и др. – М.,2009. – 384 с.
5. Стабилитрон (wikipedia)
6. Параметрические стабилизаторы напряжения. Расчёт простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне (http://www.radiohlam.ru/)
7. КС147А стекло, Кремниевый стабилитрон малой мощности (chipdip.ru/)

Вместе со статьей «Параметрические стабилизаторы» читают:

Источник