Емкостная трехточка на полевом транзисторе. Осцилляторные схемы генераторов

Включение кварцевого резонатора в схему автогенератора повышает стабильность генерируемой частоты при воздействии дестабилизирующих факторов. По этой причине в современных передатчиках в качестве опорных генераторов используют кварцевые автогенераторы. Усилительным элементом в современных кварцевых автогенераторах обычно является транзистор, что обусловлено его малыми габаритными размерами и массой, небольшой потребляемой мощностью, высокой надежностью и мгновенной готовностью к работе.

Схемы кварцевых автогенераторов классифицируют в зависимости от рабочей частоты (w К, w 0 , w К …w 0), места включения в схему и характера сопротивления (индуктивное, минимальное и активное) кварцевого резонатора. По характеру сопротивления резонатора схемы кварцевых автогенераторов подразделяют на две группы. К первой группе относят схемы, в которых резонатор выполняет функцию одного из индуктивных сопротивлений трехточечной схемы.

Ко второй - схемы, в которых резонатор включен последовательно в цепь ОС. При этом генератор легче всего возбуждается на частоте, на которой резонатор имеет минимальное активное сопротивление, что соответствует наиболее глубокой ОС. Практикуется включение в колебательный контур генератора резонатора, работающего на частоте последовательного резонанса.

При построении генераторов первой группы (осцилляторных: генераторов) используют индуктивный характер сопротивления резонатора в диапазоне частот w К …w 0 (рис. 5.4), т. е. то, что резонатор эквивалентен катушке с высокой добротностью. Следовательно, езонатором может быть замещена одна из индуктивностей трехточечной схемы автогенератора (см. рис. 4.8,а,б).

Резонатор можно включать между базой и коллектором транзисторов в автогенераторе, собранном по схеме емкостной трехточки, также между базой и эмиттером, коллектором и эмиттером в автогенераторе, собранном по схеме индуктивной трехточки. Практическое применение нашли генераторы по схеме емкостной трехточки. В таких генераторах реализуется максимальная стабильность частоты, схема генератора более проста в регулировке, надежнее по сравнению с индуктивными трехточками. Принципиальная схема такого генератора по высокой частоте (без yчета цепей питания) показана на рис. 5.5,а.

Отметим два момента, характерных для работы автогенератора по схеме рис. 5.5,а. Во-первых, неисправность или шунтирование резонатора, а также обрыв в его цепи приводят к срыву генерируемых колебаний, что само по себе полезно, поскольку исключается работа генератора без кварцевого резонатора. Во-вторых, на резонаторе создается достаточно большое РЧ напряжение, вызывающее его нагрев, что снижает стабильность генерируемых колебаний. По этой причине кварцевые автогенераторы выполняют по возможности маломощными.

Одна из возможных практических схем транзисторного кварцевого автогенератора, собранного по схеме емкостной трехточки показана на рис. 5.5,б. Кварцевый генератор возбуждается на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса w К. Для эрекции частоты предусмотрена катушка L, включаемая последовательно с резонатором. Рабочая точка транзистора определяется сопротивлениями R1, R2 и R3. Конденсаторы C1 и С2 совместно с резонатором Кр и катушкой L образуют схему емкостной трехточки (рис. 5.5,а). Конденсаторы С3 и С5 - разделительные.

При работе на частотах выше 15... 20 МГц резонатор имеет толщину 0,1... 0,2 мм, что трудно реализуемо и ограничивает максимально возможную частоту. На более высоких частотах резонаторы могут работать на гармониках механических колебаний кварцевой пластины. Известно, что кварцевая пластина при колебаниях по толщине может совершать колебания на гармониках механических колебаний. При этом можно

получить во много раз более высокую генерируемую частоту.

Рассмотрим схему простейшего генератора. Для его самовозбуждения необходимо обеспечить баланс фаз на заданной частоте. Генератор может быть выполнен по схеме индуктивной или ёмкостной трёхточки. Такие схемы называются осцилляторными. В настоящее время обычно используется схема ёмкостной трёхточки как более дешёвый вариант. На рисунке 1 приведена подобная схема, выполненная на биполярном транзисторе.

Рисунок 1. Ёмкостная трёхточка, выполненная на биполярном транзисторе

В этой схеме усилительный элемент VT1 включен в схему контура L1 C2 C3, резонансная частота которого и задаёт частоту генерации схемы. Глубина обратной связи задаётся соотношением ёмкостей этого контура и коэффициентом усиления транзистора на заданной частоте самовозбуждения.

Приведенная на рисунке 1 принципиальная схема генератора достаточно сложна. Это определяется количеством элементов термостабилизации ( R1, R2 и R4) и задания режима по постоянному току (резистор R3 иконденсатор C1). Колебания, формируемые таким генератором, не совсем подходят для синхронизации цифровых микросхем, так как на выходе описанного генератора присутствует синусоидальное напряжение. Его необходимо преобразовать к логическим уровням, которые воспринимают цифровые микросхемы.

Генератор можно построить и на основе одиночного логического инвертора. Как уже говорилось в предыдущих главах, любой обладает усилением. Этим будет обеспечен баланс амплитуд. Баланс фаз обеспечим точно так же, как и в предыдущей схеме генератора. Схема ёмкостной трёхточки, построенной на основе логического инвертора, приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Ёмкостная трёхточка, выполненная на логическом инверторе

При реализации генераторов на логических элементах необходимо следить за тем, чтобы при запуске генератора логический элемент находился в активном режиме. В обычном включении логический инвертор находится в режиме ограничения. В режиме ограничения осуществляется жесткий режим запуска генератора, поэтому для возникновения автоколебаний в такой схеме потребуется подать мощный импульс на вход инвертора.

Для самопроизвольного возникновения колебаний в схеме генератора необходимо перевести логический элемент в усилительный режим. Для этого инвертор необходимо охватить отрицательной обратной связью по постоянному току. В приведённой на рисунке 2 схеме это осуществляется замыканием входа и выхода микросхемы через активное сопротивление индуктивности L1.

Сигнал на выходе первого инвертора благодаря фильтрующим свойствам контура тоже будет синусоидальным. Второй инвертор используется для преобразования формы выходного напряжения к прямоугольной и доведения уровня генерируемого сигнала до цифровых логических уровней. Иными словами, он используется в качестве усилителя-ограничителя. Кроме того, этот инвертор выполняет функции развязывающего (буферного) усилителя. Это означает, что изменение параметров нагрузки не будет влиять на генерируемую частоту.

Известно, что стабильность колебаний LC генератора невысока. Намного большей стабильностью обладают кварцевые генераторы. Схему на одном инверторе можно использовать и для построения кварцевых генераторов. В этом случае, в ёмкостной трёхточке вместо индуктивности следует включить кварцевый резонатор. Схема кварцевого генератора на одном логическом инверторе приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема кварцевого генератора, выполненная на логическом инверторе

Ёмкости в частотозадающей цепочке обычно выбираются в пределах от 10 до 30 пФ. Значение этих ёмкостей определяется значением ёмкости кварцедержателя, которая колеблется от 3 до 5 пФ.

Соотношение ёмкостей задаёт глубину обратной связи, а значит устойчивость запуска генератора в диапазоне температур. На высоких частотах ёмкости обычно выбираются равными. В низкочастотных генераторах ёмкость C1 желательно выбирать меньше ёмкости конденсатора C2. Это обеспечит большее напряжение на входе инвертора, что в свою очередь приведёт к меньшему потреблению тока. При необходимости подстройки частоты генератора в качестве ёмкости C2 может быть использован подстроечный конденсатор.

Кварцевый резонатор не пропускает постоянный ток, поэтому для обеспечения автоматического запуска генератора приходится использовать дополнительные резисторы. В схеме на рисунке 3 это резисторы R1 и R2. Резистор R1 переводит инвертор в активный режим. Соотношение резисторов R1/R2 определяет коэффициент усиления активного элемента генераторов.

При использовании очень высокочастотных кварцевых резонаторов резистор R2 для облегчения самовозбуждения генератора может отсутствовать. При работе с низкочастотными кварцевыми резонаторами резистор R2 и ёмкость C2 обеспечивают необходимый фазовый сдвиг и предотвращают самовозбуждение генератора на частоте ёмкости кварцедержателя. Кроме того, резистор R2 ограничивает мощность, рассеиваемую на кристалле кварца, что позволяет использовать в генераторе малогабаритные кристаллы.

Достаточно часто возникает необходимость останавливать генератор для экономии потребления электроэнергии. В этом случае вместо логического инвертора можно использовать схему "2И-НЕ".

Рисунок 4. Схема кварцевого генератора, выполненная на элементе логического "И"

Подобная схема приведена на рисунке 4. Именно такая схема используется внутри большинства современных микросхем в качестве задающего генератора тактовой частоты.

Литература:

Вместе со статьей "Осцилляторные схемы генераторов" читают:

http://сайт/digital/gen.php

Рис. 20. Конструкция рулевого устройства модели радиоуправляемого судна

Многие конструктивные решения, реализуемые в автомоделях, можно успешно -применять и на ра-диоуправляемых судомоделях. В судомодельном спорте есть несколько классов радиоуправляемых моделей: скоростные, выполня-ющие фигурные курсы; модели, поражающие носовой иглой плавающие шары-модели, ведущие морской бой; парусные яхты. Управление скоростной судомоделью с двигателем внутреннего сгорания ана-логично управлению гоночной автомоделью. Если на судомодели ставят два,ру-ля, то их оси связывают между собой рулевой трапецией. На моделях разреше-но устанавливать активные рули, различные насадки и подруливающие устрой-ства. Примером модельного варианта активного руля может служить винтовой руль (рис. 20) конструкции судомоделиста И. Ефремова из г. Алма-Аты. С по-мощью этого руля модель судна способна разворачиваться на месте (без хода) на 360°. Как при переднем, так и при заднем ходе маневренность судна одина-кова. Рассмотрим устройство винтового руля. Неподвижное перо 12 руля при помощи лапок 2 и винтов 3 прикреплено к корпусу 1 судна. В пере укреплено кольцо 14, r которое встроен трехлопастный гребной винт 13. На двух крышках кольца смонтированы подшипники 4 вала 5. Со стороны правой крышки уста-новлен кронштейн 6, служащий опорой конической пары шестерен 7, 8. Они винтами фиксированы на валах 5 и 10. На валах для этого предусмотрены лы-ски. Гребной вал 10 рулевого устройства заведен внутрь корпуса судна при по-мощи дейдвудной трубы 9 и кронштейна 11, прикрепляемого к корпусу. Гребной вал руля рекомендуется приводить в движение электродвигателем мощностью 15 - 30 Вт. Диаметр рулевого винта и угол установки лопастей под-бирают опытным путем. Для модели грузопассажирского судна водоизмещени-ем 12 кг винт должен иметь диаметр 30 мм, четыре его лопасти следует уста-новить под углом 45° к оси. Такой винт необходим для моделей, соревнующих-ся в прохождении фигурного курса. На скоростных и других моделях лучше работают рули с поворачивающимся пером и имеющие систему самоцентрирования при прекращении подачи рулевой команды. Часто радиоуправляемые модели различных судов конструируют для демон-страционных и экспериментальных целей. В этих случаях на модели устанавли-вают всевозможные управляемые механизмы. Для их включения и выключения может быть применен селекторный блок, схема которого изображена на рис. 3. Дадим также несколько советов, которые будут полезны при конструиро-вании и изготовлении модели самолета. Авиамоделистам на начальном этапе освоения радиоуправления моделями самолетов следует ориентироваться на се-рийную аппаратуру «Супранар-83» и двигатель «Радуга» с объемом цилиндра 7 или 10 см 8 . Тем не менее и другие двигатели вполне пригодны для установки на модель самолета. На моделях-копиях самолетов Я-3, Я-6, «Тренер-226», АНТ-25, имеющих заостренный фюзеляж, можно ставить двигатель «Радуга» с объемом цилиндра 7 см 3 . Двигатель «Радуга» с объемом цилиндра 10 см 3 может поднять в воздух модели массой до 5 кг. При применении калильного двигателя необходимо герметизировать элек-тронную аппаратуру, находящуюся на борту, а модель покрыть тонким слоем эпоксидной смолы ЭД-6. Это обусловлено тем, что выхлопные газы, содержа-щие несгоревший метанол, растворяют краску и изоляцию радиоаппаратуры и эмалитовое покрытие обшивки модели. Масса радиооборудования модели-копии самолета не должна превышать 40 - 45% ее общей массы. Нагрузка на несущую поверхность модели во время ее полета при скорости ветра 5 - 7 м/с должна быть не более 40 - 45 г/дм 2 . Цен-тровку модели рассчитывают так, чтобы центр ее тяжести после размещения все-го оборудования совпадал с центром давления крыла. При проектировании и изготовлении каркаса фюзеляжа нужно тщательно продумать узлы крепления шасси, приемника, рулевых машинок, источников питания, бака для горюче-го и т. д.

Рис. 21. Вариант размещения аппаратуры на радиоуправляемой авиамодели:

1 - источник электропитания; 2 - приемник; 3 - рулевые машинки управления (Д - часто-той вращения вала двигателя, РВ - рулем высоты, РП - рулем поворота); 4 - тяги; 5 - рулевая качалка; 6 - рычаг руля поворота; 7 - руль высоты; 8 - рулевая машинка управ-ления элеронами; 9 - элероны; 10 - соединительный кабель; 11 - тяга скользящего выклю-чателя; 12 - поворотные рычаги; 13 - стойка переднего колеса; 14 - трос Боудена Наиболее проста конструкция моделей самолетов Я-3, Я-6, ЯК-12. Они хо-роши тем, что имеют высоко расположенное крыло, что обеспечивает повышен-ную устойчивость модели в полете. Фюзеляж у этих самолетов имеет большие плоские поверхности. Отсутствие сложных закруглений и переходов упрощает копирование. Модели-копии самолетов АНТ-25, ЯК-18, «Тренер-226» и другие, у которых низко расположено крыло, строят обычно моделисты с большим опытом. Частотой вращения вала двигателя в полете управляют одновременным пе-рекрытием отверстий впускного и выпускного патрубков дроссельными заслон-ками. Дроссельные заслонки могут быть секторными, пластинчатыми, золотнико-выми. Серийные микродвигатели не оборудованы заслонками, их устанавливают сами моделисты. - На рис. 21 показан вариант размещения аппаратуры радиоуправления на модели самолета. Рисунок носит схематический характер и дает лишь общее представление о характере конструкции. Изготовленная впервые радиоуправля-емая модель самолета должна быть тренировочной, ее строят более прочной и устойчивой в полете, способной выдерживать грубые посадки и ошибки в тех-нике пилотирования. Такие тренировочные авиамодели, сочетающие скорость в пилотажные возможности многокомандной модели с простотой пилотирования и устойчивостью в полете, конструируют многие ведущие мастера авиамодельнего спорта. Вот технические данные тренировочной модели, сконструированной И. Никифоровым (Московский областной технический клуб спортивного иоде-лизма): размах крыла 1880 мм; длина модели 1350 мм; площадь несущих по-верхностей 69 дм 2 ; площадь крыла 55,1 дм 2 ; полетная масса 2950 г; масса фю-зеляжа без двигателя 1150 г; центровка в процентах САХ - 30%; угол У крыла 6°; отношение диаметра к шагу винта модели 260/140; объем цилиндра двигате-ля 5 см 3 ; число команд управления 8. Для повышения надежности работы радиоаппаратуры приемник и источник питания перед установкой в модель обертывают поролоном или губчатой рези-ной. Все механические тяги, узлы и детали крепления нужно изготавливать о высокой точностью, без люфтов. Успешному пилотированию модели должны предшествовать регулярные тре-нировки моделиста по установленной программе. Необходимо выработать сно-ровку в управлении моделью при освоении отдельных элементов полета я толь-ко потом, выявив полетные возможности модели, переходить к отработке фигур высшего пилотажа..

3. КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР - ВАЖНЕЙШЕЕ ЗВЕНО АППАРАТУРЫ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ

Автоматическое вхождение в связь - условие, которому должна удовлет-ворять современная аппаратура для радиоуправления моделями. Бесподстровч-ная радиосвязь обеспечивается кварцевой стабилизацией частоты автогенераторов, находящихся в задающем генераторе передатчика и в гетеродине приемника. Радиолюбители зачастую используют случайные кварцевые резонаторы (квар-цы), предназначенные для разнообразной аппаратуры и без технического паспор-та с указанием параметров резонаторов. В связи с этим произвести полный рас-чет автогенератора с кварцевой стабилизацией частоты не всегда возможно, но радиолюбители методом проб в процессе настройки аппаратуры добиваются же-лаемых результатов. Зная принцип действия применяемого варианта автогене-ратора, можно значительно проще и точнее установить задающий генератор или гетеродин на требуемую частоту. Поговорим вначале об обычном -автогенераторе, а затем о наиболее прием-лемых вариантах автогенераторов с кварцевыми резонаторами. Начнем с отве-та на вопрос: что же такое автогенератор? Автогенератор - это преобразователь энергии источника питания в энергию высокочастотных колебаний, работающий без постоянного внешнего воздейст-вия. Толчком для возбуждения автогенератора служат кратковременные переход-ные процессы при включении истрлника питания и флуктуации тока в цепи транзистора. Если удовлетворяются условия самовозбуждения, возникшие в контуре автогенератора, слабые колебания усиливаются, а это значит, что в контур автогенератора в каждом последующем периоде колебаний поступает больше энергии, чем в нем теряется. Амплитуда от цикла к циклу нарастает, ноне беспредельно, поскольку автогенератор - система нелинейная. Через не-сколько циклов нарастание амплитуды колебаний замедляется и в некоторый момент колебания становятся стационарными, т. е. достигается баланс амплитуд. Условия баланса амплитуд S 1 R y =l, где S 1 - крутизна коллекторного тока по первой гармонике, которая для недонапряженного режима генератора опре-деляется по формуле: S 1 -S Y1 (Ф ), где, в свою очередь, Y 1 (Ф) - коэффициент разложения косинусоидальнего импуль-са тока по первой гармонике (его значение находят по таблице); R у - управля-ющее сопротивление автогенератора, выражаемое через эквивалентное сопротив-ление контура R и коэффициент обратной связи К соотношением R у = KR н . В теории генераторов введено понятие фактора регенерации G = SR У . Коэффициент 7i(9) выражается через фактор регенерации формулой: Y 1 (Ф) = l/G.

Рис. 22. Автогенератор по схеме емкостной «трехточки»:

a - эквивалентная схема; б - вариант построения схемы с внешним источником питания цепи базы При расчетах автогенераторов обычно задаются величинами С и K. Условие самовозбуждения: S n R y =l, где S n - крутизна статической характеристики кол-лекторного тока в точке покоя. Любой автогенератор с транзистором можно рас-сматривать как усилитель с положительной обратной связью, у которого произ-ведение коэффициента усиления мощности на коэффициент обратной связи име-ет модуль, равный единице, а фазовый угол для требуемой частоты должен быть равен нулю. Существует ряд типовых схем автогенераторов. Из них наиболее распрост-ранены три: емкостная «трехточка» (рис. 22), индуктивная «трехточка», с транс-форматорной обратной связью. Условие баланса фаз в автогенераторе по обоб-щенной трехточечной схеме выражается формулой Х 9 ъ+Х ак = - Хбк, где Х Э б, Х зк , Хбк - реактивное сопротивление между соответствующими выводами транзистора. По некоторым соображениям, о чем будет сказано ниже, предпочтение отдают емкостной «трехточке». В теории автогенераторов для емкостной «трех-точки» существуют формулы: где f K - частота генерации. Из этих формул видно, что емкость конденсаторов С1 и С2 уменьшается с увеличением коэффициента G. При-этом становится за-метнее влияние входных и выходных цепей транзистора (Cm, gin, Caai) на не-стабильность частоты автогенератора. Следует иметь в виду, что в емкости С1 и С2 входят, кроме самих конденсаторов, емкость монтажа, емкость выхода и входа транзистора, вносимые емкости подключаемых каскадов. Обычно рекомен-дуют выбирать G=2 - 4. Составляющие нестабильности из-за изменения пара-метров входной и выходной цепей транзистора зависят также и от коэффициен-та обратной связи К. Существует оптимальное значение K = Kowr , при котором будет обеспечена максимальная стабильность частоты. Коэффициент обратной связи К можно подбирать экспериментально. С увеличением добротности Q контура автогенератора влияние упомянутых составляющих нестабильности умень-шается. Как уже было сказано, стабильность частоты генератора зависит от доб-ротности контура и постоянства его параметров. Фазовый сдвиг в цепи обрат-ной связи генератора изменяется с изменением внутреннего сопротивления и входной емкости транзистора, например, в связи с изменением температуры или питающего напряжения.

Ри c . 23. Эквивалентная схема кварцевого резонатора (а) и зависимости активного, реак-тивного и модуля комплексного сопротивлений кварцевого резонатора от частоты (б) В высокостабйльных автогенераторах в качестве контуров или их элементов применяют электромеханические резонаторы, обладающие высокой добротностью и достаточной для практики температурной стабильностью. Наибольшее приме-нение находят кварцевые резонаторы. -Переменное напряжение, приложенное к Граням кварцевого резонатора, вызывает его колебания. Резонансная частота механических колебаний определяется размерами пластины. Резонатор рассеива-ет очень малую часть энергии, поэтому кварцевые резонаторы имеют эквивалент-ную добротность Q от 10000 до 1 000000. Эквивалентная схема кварцевого резонатора изображена на рис. 23. У это-го контура, если пренебречь сопротивлением потерь R кв, будут две резонансные частоты - последовательного резонанса f t и параллельного резонанса f р, опре-деляемые по формулам где L KB , С кв, Со - элементы эквивалентного контура. Кривая зависимости реактивного сопротивления кварца от частоты без уче-та потерь показана на рис. 23,6 штриховой линией. В первом случае (f f) реак-тивное сопротивление X равно нулю, во втором (f p) - бесконечности. С учетом потерь контур обладает комплексным сопротивлением Z=R+jX. На том же рис. 23 показаны зависимости реактивного и активного сопротивления и модуля комплексного сопротивления |Z | =\/ R 2 + X 2: от частоты. Разность частот t р - f 8 = Дf называют шириной резонансного интервала.

Рис. 24. Варианты схемы кварце-вого генератора параллельного ре-зонанса, с возбуждением кварца на основной частоте:

а - емкостная «трехточка»; б, в - индуктивная «трехточка» Известно, что эквивалентная индуктивность на n-й механической гармонике хварца практически не меняется по сравнению с индуктивностью на основной частоте, эквивалентная емкость меньше в п 2 раз, а резонансный интервал - в n раз. Следует отметить, что добротность резонатора наиболее высокая на той гармонике, которая указана в его паспорте как рабочая, и соответственно на частоте, указанной на его корпусе. Еще одно общее положение. Как и многим другим элементам, кварцу ха-рактерна допустимая мощность рассеивания, превышение которой может выве-сти его из строя. Обычно на кварце рассеивается менее 10% мощности, подво-димой к генератору, что для разных типов резонаторов соответствует 2 - 4 мВт.

Теперь непосредственно о кварцевых генераторах. Их подразделяют на гене-раторы параллельного резонанса (осцилляторные) и последовательного (филь-тровые). Кварцы в них могут работать как на основной частоте, так и на нечет-ных механических гармониках. В осцилляторных генераторах кварц возбужда-ется на частоте внутри резонансного интервала, но вблизи параллельного резо-нанса его реактивное сопротивление имеет индуктивный характер. В генераторе последовательного резонанса возбуждение происходит на частоте вблизи последовательного резонанса, реактивное сопротивление кварца при этом равно нулю, а его активное сопротивление очень мало.

На рис. 24 показаны варианты схемы генераторов параллельного резонанса, в которых кварц работает на основной частоте. В-радиолюбительских конструк-циях наиболее распространены генераторы по схеме емкостной «трехточки», ког-да кварц включен между коллектором и базой транзистора (рис. 24,о). Они про-сты по конструкции и настройке и обеспечивают хорошую стабильность часто-ты. На рис. 25 изображена практическая схема осцилляторного кварцевого ге-нератора с емкостной «трехточкой» на частоте 14,1 МГц и показана его связь с удвоителем частоты. На рис. 26 показана схема возбуждения кварца на механических гармони-ках. Для этого один из конденсаторов емкостной «трехточки» заменен парал-лельным контуром, который настраивают в резонанс на частоту ниже частоты генерации. В результате контур будет иметь емкостную проводимость на часто-те нужной горминики, а на низших гармониках и на основной частоте - индук-тивную проводимость, что исключает возможность генерации на низших гармо-никах и основной частоте. Сказанное поясняет рис. 27, где представлены диа-граммы реактивного сопротивления песледовательного и параллельного конту-ров. На рис. 27 приняты обозначения: wL - сопротивление индуктивной части последовательного контура; 1/wС - сопротивление индуктивной части последова-тельного контура; Z - общее сопротивление последовательного контура; 1/wL - проводимость индуктивной ветви параллельного контура; о»С - проводимость емкостной, ветви параллельного контура; У - суммарная проводимость парал-лельного контура.

Рис. 25. Схема задающего генератора и удвоителя частоты

Рис. 26. Схема автогенератора (емкостная «трехточка») для возбуждения кварцевого резонатора на гармониках (а) и ее эквивалентная схема (б) В осцилляторных генераторах, работающих на частоте выше 20 МГц, обыч-но возбуждают кварц на третьей или пятой гармониках, но не более высоких, так как там сильнее сказывается вредное влияние статической емкости и емкости монтажа. Для расчета генератора, схема которого показана на рис. 25, существуют простые формулы для емкости конденсаторов С1 и С2 (в пикофарадах), модуля коэффициента обратной связи |К| и высокочастотного напряжения на коллек-торе (в вольтах):

Здесь R у выбирается из расчета недонапряженного режима автогенератора; Хг - емкостное сопротивление конденсатора С2; Ко - коэффициент, определя-вший отношение емкостей конденсаторов С2/С1 = 1/Kо; f г - частота генерации, МГц; Rкв - эквивалентное активное сопротивление кварца. В генераторах на транзисторах серий П403, ГТ308 или им подобных значение Ко берут равным 1 - 1,5, а на транзисторах серий П411, ГТ311 - 0,7 - 0,8.

Рис 27 Диаграммы реактивного сопротивления:

а - последовательного контура; б - параллельного контура При питании цепей коллектора и базы транзистора от общего источника Uпит (см. рис. 24,а) справедливо соотношение: Эквивалентное сопротивление в цепи базы должно быть равно 5 - 10 кОм. Сопротивление резисторов делителя определяют по формулам Для определения значения коэффициента А нужно в собранном генераторе, до установки кварца, временным делителем с переменным резистором установить коллекторный ток в пределах 2 - 3 мА. После этого следует измерить напряже-ние urz , а затем рассчитать R1 и R2. Сопротивление резистора R 8 определяет температурную стабильность генератора. Существуют рекомендации по выбору этого резистора. Для транзисторов серии ГТ308, а также для близких к ним по параметрам R 9 берут равным 300 Ом, а для транзисторов серии ГТ311 и им аналогичных -г- 390 Ом. Сопротивление нагрузочного резистора R3 определяют во формулам где С1 - емкость внешнего конденсатора, С и - емкость монтажа (3 - 5 пФ); ch и Свых - входная и выходная емкости транзистора на частоте генерации По аналогии С2"=С2+С М +С ВХ . Емкость конденсатора- СЗ определяют из соотношения С3=(0,01 - 0,1)С1. Емкость блокировочных конденсаторов (в пикофарадах) рассчитывают по формулам

где Кэ - сопротивление в омах; f г - частота в мегагерцах. Перейдем к варианту генератора с емкостной «трехтонкой» и кварцем, ра-ботающим на нечетной механической гармонике (см. рис. 26). Там роль конден-сатора С1 контура автогенератора играет параллельный контур C K L K (см, рис. 26,6). Как уже отмечалось, на частоте генерации этот контур должен иметь емкостное сопротивление, т. е. его резонансная частота fo должна быть ниже частоты генерации. Параметры контура следует выбирать так, чтобы его соб-ственная частота равнялась fо = .(0,7 - 0,8)f г. Обратимся к рис. 27,6. На частоте Ш Р имеется результирующая емкостная проводимость В = w г С экв = w г С" к -1/w г L К , где С к и L K - соответственно емкость и индуктивность контура. Обычно индуктивность L K обусловлена конструктивны-ми соображениями. Емкость С ЭК в выбирают равной емкости конденсатора С1, определяемой методом, изложенным выше. После этого получим: Обобщенную емкость контура С" к (в пФ) можно определить, задавшись индуктивностью L K (в мкГн), по формуле: Конкретная емкость конденсатора С к: С К = С" к - С вых - L M - С внос . При определении С ВН ос исходят из характера подключения буферной ступе-ни к автогенератору. Возможны три варианта подключений внешней нагрузжн (рис. 28) - с индуктивной, автотрансформаторной и внешнеемкостной связью.

Рис. 28. Эквивалентные схе-мы генератора вида ем-костная «трехточка» с ра-ботой кварцевого резонато-ра на механических гармо-никах:

а - связь с нагрузкой ин-дуктивная; б - автотранс-форматорная связь с на-грузкой; в - внешнеемкост-ная связь с нагрузкой Связь с нагрузкой выбирается из условия оптимального согласования: гдеК вкя - коэффициент включения (коэффициент трансформации); R a - со-противление нагрузки; R 0 e =10 6 L K /C K R K - эквивалентное сопротивление контура здесь R K - активное сопротивление контура). Известно, что при индуктивной связи с нагрузкой максимальное выходное напряжение будет при отношении L2/L1 = 0,15 - 0,2 (см. рис. 28,а). Катушку L2 следует располагать между витками катушки L1. При автотрансформаторной я внешнеемкостной связи с нагрузкой коэффициент включения выбирают в преде-лах 0,1 - 0,3. Вносимая в контур емкость со стороны нагрузки С в нос = K 2 вкл С н . Если подключение нагрузки индуктивное, то для определения параметров контура используется формула Здесь Kтр - коэффициент трансформации; L2 - индуктивность катушки свя-зи с нагрузкой; L 1 - индуктивность катушки контура, например, для частоты в пределах 20 - 30 МГц ее выбирают равной 0,6 мкГн; К св - коэффициент связи между катушками, определяемый по формуле: где - взаимная индуктивность (L Согл - суммарная индук-тивность при согласном последовательном включении катушек, L B CTP - суммар-яая индуктивность при встречном последовательном включении катушек). Необходимую расстройку контура для обеспечения.устойчивой генерации можно определить и опытным путем, задавшись индуктивностью катушки L1 и коэффициентом связи с нагрузкой. Используя генератор в режиме усилителя на частоте генерации и изменяя емкость конденсатора С2, снимают зависимость выходного напряжения от емкости С2. Определив максимум напряжения на кон-туре, увеличивают емкость С2 до тех пор, пока выходное напряжение не умень-шится на 30% от максимального. Необходимо, чтобы добротность катушки L1 была не хуже 50. Кварцевые генераторы, собираемые по осцилляторной схеме, имеют узкие пределы регулировки номинала рабочей частоты. Следует иметь в виду и то, что обычно кварцевые резонаторы при изготовлении регулируют совместно с ге-нератором по схеме последовательного резонанса. Из разновидностей генерато-ров с кварцем, работающим вблизи последовательного резонанса, представля-ют интерес те, у которых кварц включен в контур, хотя существуют и генера-торы с кварцем в цепи обратной связи. В генераторе с кварцем в контуре мож-«о подстраивать частоту внешними элементами, причем зона подстройки часто-ты горазде шире, чем у кварцевых генераторов других видов. Рис. 29. Эквивалент-ная схема кварцево-го генератора с квар-цем в индуктивной ветви емкостной « трехточки»

Рассмотрим генераторы с кварцем в контуре, предназначенные для работы с частотой в пределах 5 - 50 МГц. На рис. 29 изображена схема генератора с емкост-ной «трехточкой» и с кварцем в индуктивной ветви кон-тура. Емкость контура генератора составлена из после-довательно соединенных емкостей конденсаторов С1 и С2.

Генерация происходит на частоте, близкой к частом последовательного резонанса кварца, у которого в этом случае общее сопротивление минимально и носит актив-ный характер. Катушкой L1 (при перекрытии по индук-тивности не менее чем в два раза) удается подстраивать частоту генерации в пределах ±(20 - 50)10 -6 от номинального значения. Индуктивность Катушев Ll (в мкГн) определяют по формуле где С1 и С2 - емкости конденсаторов в пФ; f г - частота в МГц.

Рис. 30. Схемы генератора с кварцевым резонатором, работающим вблизи последователь-ного резонанса:

4. АППАРАТУРА ДИСКРЕТНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Движением модели можно управлять разовыми (дискретными) коман-дами. Характер этих команд, передаваемых оператором, зависит от вида испол-нительного механизма на модели. В тех случаях, когда команды служат для включения и выключения исполнительных механизмов, они кратковременны. При управлении рулями длительность команды определяет необходимый угол пово-рота руля.