Принципы построения и функционирования различного вида генераторов колебаний (стр. 2 из 2)
Температурный коэффициент изменения его резонансной частоты очень мал. Практически достижимые значения нестабильности частоты кварцевого резонатора Df/f лежат в пределах от 10-6 до 10-10 .
Рис. 8. Кварцевый резонатор
Электрические параметры кварцевого резонатора хорошо описываются его схемой замещения (рис. 9).
Величины L и C определяются механическими свойствами кварцевой пластины. R - небольшое активное сопротивление, характеризующее затухание механических колебаний. С0 - емкость электродов резонатора и подводящих проводов. Типовые значения этих параметров: L = 100 мГн; R = 100 Ом; С = 0.015 пФ; С0 = 5 пФ.
Рис. 9. Эквивалентная схема кварцевого резонатора
Кварцевый резонатор имеет две точки резонанса - точку последовательного резонанса, которая определяется только механическими свойствами кварцевого кристалла, с резонансной частотой:
,.и точку параллельного резонанса, которая более нестабильна, с частотой:
Часто бывает необходимо изменять частоту кварцевого резонатора в небольших пределах для того, чтобы получить требуемое значение частоты. Для этого последовательно с резонатором включают конденсатор, емкость которого велика по сравнению с собственной емкостью С (рис. 10).
Рис. 10. Подстройка резонансной частоты кварцевого резонатора при последовательном резонансе
Частота последовательного резонанса в этом случае будет определяться как:
Относительное изменение частоты при этом составляет:
Для возникновения колебаний в генераторе с кварцевым резонатором необходимо, чтобы колебательный контур был настроен на частоту кварцевого резонатора или частоту, кратную частоте кварцевого резонатора (рис. 11).
Рис. 11. LC-генератор с кварцевым резонатором
4. Генераторы напряжения специальной формы. Генератор треугольного и прямоугольного напряжений
Этот генератор состоит из последовательно включенных триггера Щмитта и интегратора (рис. 12).
Интегратор интегрирует имеющееся на выходе триггера Шмитта постоянное напряжение. Когда выходное напряжение интегратора достигает порога срабатывания триггера Шмитта, напряжение на выходе триггера скачком меняет свой знак. Вследствие этого, напряжение на выходе интегратора начинает изменяться в противоположную сторону, пока не достигнет другого порога срабатывания. Изменяя постоянную интегрирования RC, можно в широком диапазоне перестраивать частоту формируемого напряжения. Амплитуда треугольного напряжения U2(t) зависит только от установки уровней срабатывания триггера Щмитта:
U2m = Uвкл = U1mR1/R2,
где U1m - граница насыщения ОУ1. Но, исходя из формулы, описывающей выходное напряжение, на интеграторе U2 при подаче на его вход постоянного напряжения U1можно записать:
U2(t) = -U1Dt/RC,
где Dt - время интегрирования
Рис. 12. Генератор треугольного и прямоугольного напряжений (а)
и диаграммы его напряжений (б)
При Dt = T/4 , где Т - период треугольного напряжения, получим выражение для периода треугольного напряжения:
или
Таким образом, частота формируемого напряжения не зависит от уровня границы насыщения операционного усилителя Umax .
Если главной задачей является получение прямоугольного напряжения, а линейность треугольного напряжения не играет особой роли, описанную выше схему можно упростить, оставив только инвертирующий триггер Шмитта, на вход которого подают сигнал с цепи ООС, выполненной в виде ФНЧ (рис. 13).
Рис. 13. Аналоговый мультивибратор на ОУ (а) и диаграммы его напряжений (б)
Для периода выходного напряжения имеет место следующее выражение:
T = 2RC∙ln(1 + 2R1/R2) .
При R1 = R2 TRC.
Литература
1. Ворсин Н.Н., Ляшко М.Н. Основы радиоэлектроники. - Мн.: Вышейшая школа, 2002.
2. Жеребцов И.П. Основы электроники. Учебное пособие - Л.: Энергоатомиздат, 2003.
3. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Перевод с немецкого. - М.: Мир, 2002.
4. Бойко В.И. и др. Учебник в 3-х томах:, 2000