Лекція 8. Методы стабилизации частоты.

В настоящее время используются следующие методы стабилизации частоты выходного сигнала автогенератора:

1. Автоматическая подстройка частоты (АПЧ);

2. Параметрическая стабилизация;

3. Кварцевая стабилизация (стабилизация за счет использования кварцевых

резонаторов в схемах АГ).

Кварцевые резонаторы (КР) выполняется в виде пластины из пьезоэлектрического материала–материала, обладающего пъезоэффектом–взаимным преобразованием механических (т.е. упругих) и электрических колебаний. Скорость распространения упругих волн на 5 порядков ниже скорости света. КР, как всякое упругое тело обладает резонансными частотами, определяемые толщиной пластины d

f_рез = (1,5…3) ,

где n–число длин полуволн упругих колебаний вдоль толщины пластины d.

Эквивалентная схема КР и его частотная характеристика представлены на рис.4.

Рис.4

Здесь L1, C1, R1 – динамические эквивалентные индуктивность, ёмкость и

сопротивление пьезоэлемента,

Со– статическая ёмкость плюс ёмкость кристаллодержателя.

Как видно из рис.4, КР на основной (первой) механической гармонике имеет

две резонансные частоты - частоты последовательного и параллельного резонанса. Для КР частота последовательного резонанса f₁= 1/(2 ), частота параллельного резонанса fо=1/(2 ). На высших механических гармониках (второй, третьей,… и т.д.) резонансные частоты будут в соответствующее число раз выше, что очень широко используется в современной технике изготовления КР для повышения их рабочей частоты.

КР на основной механической гармонике (d = /2) работают до частот 30-40 МГц. На более высоких частотах их толщина d становится такой малой, что КР теряет механическую прочность. Для частот до 125МГц испо- льзуются КР, работающие на высших механических гармониках (5–10^ой ).

КР имеют очень высокую добротность, достигающую значений 10⁶ . Именно поэтому АГ, стабилизированные КР, характеризуются величинами долговременной нестабильности 10^–6 …10^–7 . Если и эта нестабильность недостаточна, применяется термостатирование КР. В этом случае КР помещается в термостат, в котором поддерживается постоянная температура с точностью +–1^о при помощи специальных нагревательных элементов и автоматической системы поддержания неизменной температуры.

Промышленностью выпускаются конструкции КР вакуумные (обозначаются КВ) и герметизированные (обозначаются КГ). Допустимая мощность рассеяния на КР составляет 1..2 мВт. Но для обеспечения высокой стабильности частоты АГ мощность, рассеиваемая на КР, не должна превышать 10 мкВт.

На практике кварцевые генераторы строятся по следующим схемам:

– осцилляторные (КР включается непосредственно в резонансный контур в качестве одного из его элементов, чаще всего индуктивности, а схема АГ реализуется как емкостная трёхточка),

–фильтровые (КР используется как узкополосный фильтр в цепи обратной связи (рис.5); – с затягиванием частоты (КР как резонансный контур входит в состав контура АГ, т.е. реализуется схема контур в контуре).

Рис.5

Лекція 9. Синтезаторы частот.

Синтезаторы частот (датчики сетки стабильных частот)

Параметры синтезаторов

– диапазон частот выходных сигналов,

– шаг сетки частот,

– долговременная нестабильность частоты,

– кратковременная нестабильность частоты (уровень собственных шумов),

– скорость перестройки по частоте,

– уровень мощности выходного сигнала,

– уровень подавления паразитных сигналов.

Синтезаторы прямого синтеза частот строятся ни микроконтроллерной технике и формируют выходной сигнал за счет программного управления скоростью изменения амплитуды тактовых импульсов в соответствии с требуемой частотой выходного сигнала. Дальнейшей обработкой сигнала в схеме ЦАП и выделения после фильтрации в ФНЧ огибающей тактовой последовательности. Таким формирователем сигнала в этом случае выступает или микроконтроллер, или микропроцессор.

Цифровые синтезаторы косвенного синтеза обычно строятся на

цифровых ИМС и в них используется метод стабилизации частоты относительно частоты кварцевого опорного генератора, реализуемый с использованием методов фазовой автоподстройки частоты по схеме рис.6.

Рис.6

На схеме обозначено: ДПКД–делитель с переменным коэффициентом

деления частоты n;

ДФКД–делитель с фиксированным коэффициентом деления частоты m;

УЭ–управляющий частотой элемент (например, варикап);

ГУН–генератор, управляемый напряжением (речь идет об управлении частотой выходного сигнала);

ФНЧ–фильтр нижних частот;

ИЧФД–импульсный частотно-фазовый детектор.

Шаг сетки частот синтезатора равен частоте сравнения f_ср = f_ог /m (m-фиксированное значение). Величина n при этом – величина переменная и задается от устройства перестройки; именно изменение величины n приводит к дискретному изменению частоты выходного сигнала ГУН.