|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы очень сильных изменений может быть потеряна синхронизация. По той же причине чувствительность частоты ГУН к внутреннему шуму в системе будет вызывать джиттер или фазовый шум на выходе ГУН. Таким образом, для хорошей стабильности фазы частота ГУН должна оставаться стабильной при изменении температуры, воздействии шума и старении элементов. 2. Большой диапазон управления. Желательно, чтобы ГУН был в состоянии синхронизироваться в большом диапазоне частоты. Чем больше диапазон управления, тем проще для контура установить синхронизацию и удержать ее. Два этих требования явно противоречивы. Для большого диапазона управления генератор должен иметь большой диапазон изменения частоты для данного изменения управляющего напряжения. К сожалению, это также означает, что генератор будет более восприимчив к изменению температуры, старению элементов и шуму. Кварцевые генераторы - самые стабильные из генераторов, упомянутых выше (диапазон управления приблизительно равен 0,1 %), и они почти всегда используются в таких устройствах с жесткими требованиями, как частотные синтезаторы или задающие тактовые генераторы. С другой стороны, 7?С-мультивибраторы имеют самый большой диапазон управления (около 1 : 10) и используются в схемах частотной демодуляции и тональных дешифраторах. Кварцевые генераторы (КГУН). Существует много разных схем кварцевых генераторов, которые имеют разную степень сложности, обусловленную уровнями требуемой стабильности. Например, простой кварцевый генератор можно реализовать на ТТЛ или КМОП логических элементах (кратковременная нестабильность порядка 10"). С другой стороны, существуют генераторы сложной конструкции с кристаллом в термостате и с регулировкой температуры для поддержания высокой стабильности (нестабильность порядка 10*) [6]. Кварцевый генератор, предназначенный для обеспечения хорошей стабильностью, должен обладать следующими свойствами: • Кристалл должен обладать высокой добротностью Q, иметь АТ-срез и работать на основной частоте последовательного резонанса в диапазоне 3-20 МГц (в самых стабильных генераторах используются кристаллы на частоте 5 МГц с ненагру-женной добротностью Q около 2-10*, помещаемые в термостат с регулируемой температурой). • Кристалл должен работать в линейной части характеристики и должен иметь малые сопротивления источника и нагрузки при режиме последовательного резонанса. • Рассеяние мощности на кристалле должно быть достаточно малым (не выше 1 мВт). Существуют интегральные схемы, которые могут использоваться как кварцевый генератор (например, МС 4024 фирмы Motorola, XR215 фирмы Ехаг). Однако большинство разработок стабильных кварцевых генераторов основывается на использовании дискретных активных приборов. Очень простая схема кварцевого генератора на 6 МГц, известная как генератор Колпитса, с нестабильностью порядка Ю" показана на рис. 3.32. Этот вид кварцевого генератора 5.1н0м 1,S4 МГц 0-10 пФ Шрв/вляющее\ натяжение 2-ЗОВ \миГц БМЩ X АТ-срез Ya-/  330 \ззо 20н0м Ф Цифровой Выход 2N318  а. \б,тмгц -V г-- 2N91 8 -1ZB- бнОм Синусоидальный. выа:од Рис. 3.32. Генератор Колпитса в качестве КГУН. (КГУН) широко использовался в системах с временным уплотнением (цифровая система передачи данных первого уровня в Северной Америке имеет скорость передачи 1,544 МГц). Как и в большинстве генераторов, работа схемы на рис. 3.32 нелинейна из-за выключения транзистора Q на часть цикла. Однако, допуская для простоты работу генератора с малыми сиг-налами, получим услови!я самовозбуждения (3.32) где /?Ех - входное сопротивление транзистора Qi в схеме с общим эмиттером (?Ех = Гб-j-рге); омическое сопротивление базы; Ге - сопротивление эмиттера (зависит от тока эмиттера);-Р - коэффициент усиления по току в схеме с общим коллекто- 166 „ .... Глава 3 ром; Re - эквивалентное последовательное сопротивление кристалла. Также можно написать Xi + X2 + Xc + Xj, + Xe = 0. (3.33) Если Ci = Са 330 пФ (Xi = Xz) и Rbx/ = 30 Ом при токе эмиттера 1 мА, то -п--Р = 200 Ом. Таким образом, с должным запасом расчета максимальное эквивалентное сопротивление кристалла должно быть 100 Ом. Из уравнения (3.33) получается, что общее реактивное сопротивление равно нулю. Индуктивность. L применяется для того, чтобы сделать внешнее общее реактивное сопротивление для кристалла также равным нулю {Xl + Xi + Х2 + Хс = . Из этого получается, что Х=0, т. е. что кристалл работает на своей основной частоте последовательного резонанса. Если индуктивность отсутствует, то кристалл должен быть определен таким образом, чтобы имел место резонанс с последовательно включенной емкостью 20 пФ (эквивалентная емкость получается из Ci, С2 и номинала последовательной С). Стоит отметить некоторые свойства схемы генератора. Несмотря на то что работа транзистора Qi очень нелинейна, сам кристалл работает в линейной части малого полного сопротивления цепи, определяемой элементами Сь Сг, С и L. Далее генератор эффективно изолирован от нагрузки и паразитных эффектов. Рассеивание кристалла можно рассчитать следующим образом. Если двойная амплитуда напряжения на переходе база - эмиттер Qi равно е и допустим, что оно синусоидальное (не совсем правильно), то эффективное значение тока через кристалл равно I, = e{2f2Xl). (3.34) Тогда мощность рассеивания кристалла равна P,= [ey{8X)]R. (3.35) Если е = 0,5 В при токе эмиттера I мА я Re = 100 Ом, то Рк = 500 мкВт. Как рассеивание мощности на кристалле так и усиление схемы генератора [уравнение (3.32)] могут управляться током эмиттера. Генератор на рис. 3.32 может подстраиваться в диапазоне ±1000 Гц от номинала, а управляемое напряжение- изменяться от 2 до 30 В. LC-генераторы. Как отмечалось выше, когда более важными оказываются стоимость и большой диапазон перестройки, а не 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 [ 53 ] 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 |