Кварцевые генераторы




Скачать 103.7 Kb.
НазваниеКварцевые генераторы
Дата публикации21.07.2013
Размер103.7 Kb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Физика > Документы
28

Кварцевые генераторы подобны LC генераторам, но обеспечивают более высокую стабильность колебаний. LC генераторы и кварцевые генераторы исполь­зуются в диапазоне радиочастот. Они не подходят для при­менения на низких частотах. На низких частотах использу­ются RC генераторы, в которых для задания частоты колеба­ний используется резистивно-емкостная цепь.

Кварцевые генераторы


Основное требование, предъ­являемое к генератору, - это стабильность частоты и амп­литуды его колебаний. Причи­нами нестабильной работы ге­нераторов являются зависимо­сти емкости и индуктивности от температуры, старение ком­понентов и изменение требований к нагрузке. Когда требу­ется высокая стабильность, используются кварцевые гене­раторы. генераторы

RC генераторы используют для задания частоты резистив­но-емкостную цепь. Простейшим RC генератором синусои­дальных колебаний является генератор с фазосдвигающей цепью.

Генератор с фазосдвигающей цепью - это обычный усили­тель с фазосдвигающей RC цепью обратной связи (рис. 12.42).
Обратная связь должна сдвигать фазу сигнала на 180°. Так как емкостное сопротивление изменяется при измене­нии частоты, то эта компонента чувствительна к частоте. Ста­бильность улучшается при уменьшении величины фазового сдвига на каждой RC цепочке. Однако на комбинации RC цепочек имеют место потери мощности. Для компенсации этих потерь транзистор должен иметь достаточно высокий коэффициент усиления.
29

В усилителях на биполярных транзисторах используется три способа подключения транзистора:  с общей базой, с общим эмиттером, с общим коллектором.

Усилители в схеме включения транзистора с общей базой характеризуются усилением по напряжению, отсутствием усиления по току, малым входным сопротивлением и большим выходным сопротивлением.

Усилители в схеме включения транзистора с общим коллектором характеризуются усилением по току, отсутствием усиления по напряжению, большим входным сопротивлением и малым выходным сопротивлением.

Наибольшее распространение получила схема включения с общим эмиттером. В схеме включения транзистора с общим эмиттером усилитель обеспечивает усиление по напряжению, по току, по мощности. Такой усилитель имеет средние значения входного и выходного сопротивления по сравнению со схемами включения с общей базой и общим коллектором.

Параметры транзистора в значительной степени зависят от температуры. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению рабочего режима транзистора в простой схеме усилителя при включении транзистора с общим эмиттером  Для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры используют схемы коллекторной и эмиттерной стабилизации режима работы транзистора.
30

31 Это одиночные каскады, как правило, не в состоянии обеспечить требуемый коэффициент усиления. Поэтому строят многокаскадные усилители, представляющие последовательное соединение одиночных усилительных каскадов. В настоящее время промышленность освоила выпуск интегральных многокаскадных усилителей различного назначения. Они являются готовыми функциональными узлами с известными параметрами. Комбинируя и соединяя их между собой соответствующим образом, реализуют многокаскадные усилители, имеющие требуемые параметры и характеристики преобразования. Можно выделить следующие типы связи между микросхемами и отдельными усилительными каскадами: гальваническую (непосредственную), ёмкостную (с помощью RC-цепочек), трансформаторную, с помощью частотно-зависимых цепей, оптронную.

При проектировании многокаскадных усилителей, к кото­рым не предъявляются специальные требования, обычно необ­ходимо знать выходную мощность усилителя Рн , выходное напряжение UH, сопротивление нагрузки Rн допустимый ко­эффициент гармоник Kг, рабочий диапазон частот (fн и fв). нормированный коэффициент усиления на низшей и высшей частотах, входное напряжение Uвx, внутреннее сопротивление источника питания RИ.

32

Мощные усилители низкой частоты гармонических сигналов являются необходимым элементом большинства систем. К числу основных электрических показателей усилителей относятся: ко­эффициент усиления, диапазон рабочих частот, динамическая характеристика, АЧХ, ФЧХ, амплитудная характеристика, уро­вень нелинейных искажений, коэффициент полезного действия, входное сопротивление, выходное сопротивление.

Одним из основных параметров этих усилителей является ко­эффициент усиления по мощности, который зависит от сопро­тивления нагрузки и входного сопротивления, от изменения пи­тающего напряжения.

Рабочий диапазон частот — полоса частот, в которой коэффи­циент усиления остается неизменным. Для хороших усилителей низких частот (УНЧ) полоса частот лежит от 16 Гц до 20 кГц, с удовлетворительными качествами УНЧ имеет полосу частот от

  1. Гц до 10 КГц. При этом неравномерность коэффициента усиле­ния в этой полосе частот составляет менее 5 дБ.

Нелинейные искажения в УНЧ обусловлены динамической ха­рактеристикой. Их полное отсутствие принципиально невозможно из-за нелинейности реальных характеристик транзисторов. На не­линейные искажения оказывают влияние электрическая схема по­строения и режимы работы транзисторов. Количественно степень нелинейных искажений оценивается коэффициентом гармоник Кг

Допустимое значение Кгцяя различных усилителей следующее: для измерительных — менее 0,1 %, для акустических — менее 1...3%. При повышении уровня входного сигнала увеличивается выходная мощность, но возрастает и уровень нелинейных искажений.
33

Импульсные усилители нашли широкое применение. Особенно широко они применяются в радиотехнических устройства, в системах автоматики, в приборах экспериментальной физики, в измерительных приборах.

В зависимости от задач на импульсные усилители накладываются различные требования, которым они должны отвечать. Поэтому усилители могут различаться между собой как по элементной базе, особенностям схемы, так и по конструкции. Однако существует общая методика, которой следует придерживаться при проектировании усилителей.

Учитывая, что кодовые последовательности, передаваемые по цифровым сетям связи, приводят к необходимости передачи импульсов, усилитель должен быть импульсным. Импульсы, передаваемые по сети, являются фактически импульсами лазерных диодов и имеют, как правило, симметричную гауссовскую форму. Импульсные усилители могут искажать форму этих импульсов, если ширина импульса tи меньше времени жизни носителей заряда в полупроводнике tн. Это искажение приводит к асимметрии импульсов - передний фронт становится круче, задний положе. Это явление проявляется тем больше, чем ближе коэффициент усиления к величине, соответствующей насыщению. Если в этих условиях передается последовательность коротких импульсов, соответствующая определенной структуре двоичной последовательности, то эта структура может искажаться. Если же tи соизмеримо с tн, то импульс может уширяться, и тем больше, чем ближе усиление к насыщению. Искажения формы импульсов может быть также обусловлено возникновением ФСМ и ФКМ.

При многоканальном усилении, имеющем место в системах с WDМ, может проявляться еще один вид искажений - комбинационные гармоники, возникающие из-за перекрестной модуляции (ПКМ) и четырехволнового смешения (ЧВС). ПКМ может проявляться либо в виде амплитудной кросс-модуляции (АКМ), которая приводит к симметричному уширению спектра импульса, либо в виде уже упоминавшейся ФКМ, которая приводит к асимметричному спектральному уширению импульса. Если, например, используются только две частоты f1 иf2, то как минимум при ПКМ возникают гармоники f1+-f2, а при ЧВС - гармоники 2f1-f2 и 2f2-f1. Наличие гармоник приводит не только к нелинейным искажениям, но и к тому, что насыщение происходит при меньшем уровне усиливаемого сигнала, а сам сигнал дополнительно случайно флуктуирует в зависимости от характера последовательности бит. Причем наибольшее влияние оказывает ЧВС.

Если, например, одновременно усиливаются сигналы с длинами волн 1310 нм и 1550 нм, то ЧВС приводит к появлению составляющих 1134 нм и 1917 нм, которые могут оказать влияние только тогда, когда они лежат в полосе пропускания усилителя, что в данном случае маловероятно. Если же усиливаются четыре сигнала и больше в полосе 1450-1600 нм с разделением по длинам волн порядка 50 нм и меньше, то уже, например, ЧВС сигналов 1500 нм и 1550 нм дают составляющую 1449 нм, лежащую в полосе пропускания усилителя.

34

Генераторы являются одними из наиболее важных и незамени­мых элементов различных устройств. Генераторы используются при измерениях в аппаратуре связи, автоматике и телемеханике. В за­висимости от условий работы к генераторам предъявляются раз­ные требования в отношении стабильности частоты, амплитуды и формы колебаний. В этих генераторах кварцевый резонатор определяет все основные параметры. Кварцевые гене­раторы являются сложными устройствами. Если стабильность час­тоты не столь важна, то генераторы выполняются с параметри­ческой стабилизацией. Генераторы гармонических колебаний являются одними из наиболее важных и незаменимых элементов различных устройств. Генераторы используются при измерениях в аппаратуре связи, автоматике, телемеханике. В качестве активного элемента в генераторах применяются уси­лительные каскады и устройства с отрицательным дифференци­альным сопротивлением. Фазосдвигающие цепи построены на RC- и RLC-элементах. На частотах выше 100 кГц используют в основ­ном LRC-элементы, а на частотах ниже 20 кГц — генераторы на /?С-элементах. Генераторы LC-типа имеют сравнительно высокую стабильность частоты колебаний, устойчиво работают при значительных изменениях параметров транзисторов, обеспечивают получение колебаний, имеющих малый коэффициент гармоник. В генераторах LC-типа форма выходного напряжения весьма близка к гармонической. Это обусловлено достаточно хорошими фильтрующими свойствами колебательного контура. К недостаткам LC-генераторов относятся трудности изготовления высоко-стабильных температурно-независимых катушек индуктивности, а также высокая стоимость и громоздкость последних. Это особенно проявляется при создании низкочастотных автогенераторов, в которых даже при применении ферромагнитных сердечников габаритные размеры, масса и стоимость получаются значительными.

35

Генераторы прямоугольных импульсов используют во многих радиотех­нических устройствах: электронных счетчиках, игровых автоматах, применяют при настройке цифровой техники. Диапазон частот таких генераторов может быть от единиц герц до многих мегагерц. Импульсные генераторы применяются для дискретной и ана­логовой техники. В зависимости от назначения устройства к гене­раторам предъявляются самые разнообразные требования. Наибо­лее важным является требование стабильности частоты формиру­емого сигнала. Относительная нестабильность частоты в пределах от 1 10'4 до 1 • 10~6 может быть получена только в кварцевых гене раторах. Нестабильность частоты в пределах от 1 -10-2 до 1 • 10 * достигается в генераторах на Z,С-контурах. Генераторы с неста бильпостью частоты от 1 • 10~1 до I • 10~2 строятся на ЯС-элементах. В устройствах, где требования по стабильности частоты не играют первостепенной роли, применяются генераторы с параметричс ской стабилизацией. Параметрическая стабилизация частоты в им­пульсных генераторах сводится к стабилизации момента перекдю чения пороговой схемы, на вход которой поступает сигнал с ин­тегрирующей цепочки. Наряду со стабилизацией частоты выходного сигнала к генера­торам предъявляются требования минимального потребления энер­гии. Среди импульсных схем с минимальной мощностью потреб­ления особое место занимают схемы с дополнительной симмет­рией, построенные на комбинации транзисторов обоих типов проводимости. Основной особенностью этих схем является то, что в одном из состояний все транзисторы закрыты и потребление энергии практически отсутствует. Энергия расходуется в момент формирования импульсного сигнала.

36

Эти генераторы осуществляют преобразование одного вида сигнала в другой. Существуют разные способы преобразования: постоянное напряжение преобразуется в сигналы импульсного вида; входные импульсные сигналы укорачиваются или удлиня­ются, осуществляют задержку сигнала. Эти устройства иногда на­зывают одновибраторами. Генераторы находят широкое применение в различных систе­мах обработки информации. Они составляют основу всех импуль­сных устройств. Преобразование «напряжение —частота» приме­няется в измерительных устройствах, в системах автоматического контроля. В настоящее время разработаны преобразователи с не­линейностью характеристики порядка 0,002 %, при этом погреш­ность преобразования составляет 0,03 %. Наиболее экономичными генераторами являются схемы на транзисторах разных типов про­водимости. В таких генераторах оба транзистора закрыты, а с при­ходом входного сигнала они одновременно открываются. Через транзисторы протекает ток только в момент формирования вы­ходного сигнала. В открытом состоянии транзисторы способны проводить большие токи. Длительность импульса выходного сиг­нала определяется постоянной времени /?С-цепи. Уменьшение длительности импульса осуществляется дифференцирующей це­пью, а удлинение — интегрирующей цепью. При формировании импульсного сигнала строго определенной длительности приме­няются генераторы постоянного тока для заряда конденсатора. Наибольшее распространение в импульсной технике получи­ли микросхемные управляемые генераторы. Для этих целей раз­работаны МС 155АГ1,3.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Кварцевые генераторы iconЛекция №28 Тема лекции : Электронные генераторы

Кварцевые генераторы iconОбщие сведения
Электроэнергетической системой является совокупность источников электроэнергии (генераторы и турбины), электросетей для преобразования...

Кварцевые генераторы iconОперационный усилитель
Эти и другие преимущества обеспечили широкое распространение оу. В том числе они могут использоваться в качестве каскадов предварительного...

Кварцевые генераторы icon1. вах транзистора. Режимы работы усилительных каскадов, их особенности....
Умножители частоты и генераторы гармоник на p-i-n диодах, диодах с барьером Шоттки, интегральных микросхемах

Кварцевые генераторы iconАнкета участника проекта «я думаю!»
К участию в проекте «я-думаю!» приглашаются студенты, магистранты, аспиранты российских вузов, молодежные активисты в возрасте 18-25...

Кварцевые генераторы iconМетодические рекомедации по темам: Квантово-механические методы в медицине
Квантово-механические методы в медицине, оптические квантовые генераторы (лазеры)

Кварцевые генераторы iconПролог «Подходим к Арктуру. Отключить сверхсветовой генератор»
Кка нью-Дели. Через мгновение он почувствовал, как по кораблю прошла волна замедления – это безошибочно указывало на то, что отключились...

Кварцевые генераторы iconОткрытие пролог «Подходим к Арктуру. Отключить сверхсветовой генератор»
Кка нью-Дели. Через мгновение он почувствовал, как по кораблю прошла волна замедления – это безошибочно указывало на то, что отключились...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов