Кварцовий генератор з управлінням частотою

Реферат: UA 90589 U UA 90589 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до радіотехніки і може бути використана як джерело керованих по частоті коливань. Відомі генератори, керовані напругою (ГКН) з LC - коливальним контуром [1], резонансна робоча частота яких задається рівнем керуючої напруги, прикладеної в оберненому напрямку до р-n переходу варикапу, задаючи його ємність. Відомо, що генератор, керований напругою, виконаний за описаною схемою, має суттєвий недолік, зумовлений нелінійністю залежності власної ємності варикапу від прикладеної оберненої напруги С вар/Uкер при дії в контурі миттєвих значень напруги високої частоти (ВЧ). В результаті їх взаємодії спостерігається розширення спектра коливань. Крім цього повне ввімкнення коливального контуру до входу підсилюючого елемента генератора призводить до впливу на форму вихідного сигналу власних характеристик підсилювача. Відомий генераторний перетворювач [2], який вміщує паралельний резонансний LG контур, що складається із ємності С та індуктивності L, перший вивід котрого підключений до загального виводу, а другий - до входу підсилювача, інвертор струму, ввімкнений послідовно до кола живлення з підсилювачем. Вихід інвертора з'єднаний з входом підсилювача. Підсилювач виконаний на польовому транзисторі, виток якого через коло зміщення з'єднаний з першим виводом паралельного резонансного контуру, а затвор ввімкнений до другого виводу паралельного резонансного контуру. В коло стоку польового транзистора послідовно до живлення з інвертором струму ввімкнений резистор. Амплітуда напруги на виході такого генераторного перетворювача пропорційна добротності контуру у відповідності з формулою: U=KI0QXL, (1) де: U- рівень вихідної напруги генератора; Q - добротність котушки індуктивності резонансного контуру; І0 - рівень вихідного струму інвертора струму; К - константа; XL - індуктивний опір котушки індуктивності. Оскільки К, І0, XL- постійні, то вихідний сигнал перетворювача прямо пропорційний добротності контуру Q. Недоліком даного пристрою є те, що у випадку використання електронної перебудови частоти з допомогою варикапу, нелінійність залежності власної ємності варикапу від прикладеної оберненої напруги Cвар/Uкер при дії в LC контурі миттєвих значень ВЧ напруги призводить до розширення спектра коливань. Найближчим аналогом корисної моделі, прийнятим як прототип є генератор, керований напругою [3], що містить паралельний резонансний контур, який складається з ємності С та індуктивності L, підсилювача, інвертора струму та резистора, ємність коливальної системи складається з чотирьох варикапів, з'єднаних попарно і ввімкнених паралельно, два з яких з'єднані зустрічно послідовно катодами, а два інші - зустрічно послідовно анодами. Недоліком даного пристрою є наявність в коливальній системі генератора чотирьох варикапів, що обмежує добротність коливальної системи, обумовлює збільшений рівень фазових шумів та нелінійність характеристики управління частотою. Задачею корисної моделі є покращення робочої характеристики керованого генератора шляхом вдосконалення резонансного коливального контуру генератора, керованого напругою збільшення меж перебудови частоти, добротності коливальної системи, зниження рівня фазових шумів та звуження ширини спектрального складу коливань. Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованому кварцовому генераторі з управлінням частотою, який містить паралельний резонансний контур, підсилювач, інвертор струму та дільник напруги, резонансний контур утворений керованою п'єзорезонансною системою з модуляцією зазору лінійним індукційно-динамічним перетворювачем, який з'єднаний з пристроєм управління, на який подається напруга управління. На відміну від прототипу, замість варикапів в пристрої використаний п'єзоелектричний резонатор з керуванням частоти [4], в якому управління резонансними частотами виконується безпосереднім впливом на п'єзорезонансну систему - модуляцією міжелектродного зазору лінійним індукційно-динамічним перетворювачем, який виконує позиціювання рухомого електрода та забезпечує модуляцію міжелектродного зазору в межах х = (0…200) мкм. При -3 цьому відносна перебудова резонансної частоти пєзорезонансної системи досягає 0,5 × 10 , при незмінній добротності. Резонансну частоту та добротність коливальної системи визначають рівняннями: fКВ( х )  1 2(2h) c 66  2   1  1 k 2  4(2h)k 26 0  , (2) 26 2  2  (20h   22 x )    1 UA 90589 U QК  2(2h)   c 66 , (3) s  де: h - частотновизначальний розмір кристалу кварцу; x - величина міжелектродного зазору; c 66 - компонент тензора пружності; 5  22 - діелектричний коефіцієнт;  - щільність матеріалу резонатора; k 2  e2 / c 66 s коефіцієнт електромеханічного зв'язку; 26 26 22 h S - величина внутрішнього тертя кристалічного елемента; n66  c 66  e2 /  22 - модифікований компонент тензора пружності; 26 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0  8,85  1012 Ф/м. Для модуляції величини міжелектродного зазору використаний лінійний індукційнодинамічний перетворювач, в якому переміщення рухомої частини пропорційне закону зміни шпаруватості або амплітуди імпульсів збудження індуктора. На кресленні зображена принципова схема кварцового генератора з управлінням частотою. Коливальна система генератора складається з керованої п'єзорезонансної системи 1, в якій міжелектродний зазор модулюється лінійним індукційно-динамічним перетворювачем, що збуджується від формувача керуючих імпульсів 2. Перший вивід коливального контуру підключений до загального виводу, другий вивід - до входу підсилювача, реалізованого на польовому транзисторі 3. В коло стоку польового транзистора 3 послідовно по живленню з інвертором струму ввімкнений резистор 4. Резистори 4 та 5 утворюють дільник напруги для завдання режиму роботи генератора на постійному струмі, а конденсатор 6 - для зменшення від'ємного оберненого зв'язку по змінному струмі у робочому режимі. Інвертор струму, ввімкнений послідовно до кола живлення з підсилювачем, реалізовано на біполярних транзисторах 7 та 8, причому транзистор 7 ввімкнений у діодному включенні. Вихід інвертора з'єднаний з входом підсилювача. Підсилювач виконаний на польовому транзисторі 3, витік якого через коло зміщення з'єднаний з першим виводом паралельного резонансного контуру 1, а затвор під'єднаний до другого виводу паралельного резонансного контуру 1. Робота приладу ґрунтується на тому, що високочастотні коливання у коливальному контурі підтримуються автогенератором на основі польового" транзистора 6. При впливі на формувач керуючих імпульсів 2 напруги управління, в ньому виконується перетворення керуючої напруги у коефіцієнт заповнення ШІМ - імпульсів напруги з визначеною напругою та частотою, що призводить до зміни потужності збудження лінійного індукційно-динамічного перетворювача, який встановлює необхідну величину міжелектродного зазору у керованій п'єзорезонансній системі 1, що призводить до перебудови резонансної частоти коливань. Добротність коливального контуру при цьому залишається незмінною. Наявність у коливальному контурі п'єзорезонансної системи з керуванням частоти та високою добротністю усуває вплив власної змінної ВЧ напруги коливального контуру на електронно - переналаштовувану ємність, що унеможливлює виникнення інтермодуляційних завад та розширення спектра вихідного сигналу. Технічний результат запропонованої корисної моделі полягає в тому, що за рахунок використання керованої п'єзорезонансної системи з модуляцією міжелектродного зазору лінійним індукційно-динамічним перетворювачем отримано збільшення діапазону перебудови частоти генератора, знижений рівень фазових шумів, зменшена ширина спектрального складу коливань. Джерела інформації: 1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т. Т. 2. Пер, с англ., - Изд. 3-е, стереотип. - М.: Мир, 1986. - 590 с, ил. 2. Герасимов Н.Б., Ермаков Ю.Ф. Генераторный преобразователь. RU 2128873. Патентообладатели: Российский федеральний ядерный центр - Всероссийский научноисследовательский институт экспериментальной физики; Министерство Российской Федерации по атомной энергии. 3. Патент UA42616 Україна, МПК (2009) Н03В 1/00; Н03В 5/08; G01N 24/00 Генератор, керований напругою / [В.В. Браїловський, М.М. Іванчук, А.П. Саміла]. № u200901941; заявл. 04.03.2009; опубл. 10.07.2009, Бюл. №13. 4. Патент UA57121 Україна МПК8 Н03Н 9/00 П'єзоелектричний резонатор з керуванням частоти / [С.В. Хуторненко, В.М. Савченко, Д.А. Семенець та ін.]. - № u201009357; заявл. 26.07.2010; опубл. 10.02.2011, Бюл. 2 UA 90589 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Кварцовий генератор з управлінням частотою, який містить паралельний резонансний контур, підсилювач, інвертор струму та дільник напруги, який відрізняється тим, що резонансний контур генератора утворений керованою п'єзорезонансною системою з модуляцією зазору лінійним індукційно-динамічним перетворювачем, який з'єднаний з пристроєм управління. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3