На рис. 4.30 построена векторная диаграмма для рассматриваемого случая. Вторая компонента в (4.143), появившаяся из-за наличия высших гармоник в напряжении Ив, приводит, во-первых, к некоторому изменению амплитуды (/ki=?/ki) и средней крутизны

bcp=/Ki/fBi== Scpl/l-f (a2/ai)2f/22. во-вторых, к возникновению сдвига фаз между первыми гармониками тока и напряжения, т. е. к появлению отличной от нуля фазы средней крутизны ф8<;0, определяемой из (4.144).

Особенно важным является последнее обстоятельство, означающее, что при наличии высших гармоник в напряжении на входе нелинейного элемента его средняя крутизна становится комплексной, а аргумент оказывается зависящим от уровня высших гармонических. Полагая фк=0, перепишем условие баланса фаз (4.109) для схемы рис. 4.21 как

Фг = -ф8. f, (4.145)

Для небольших расстроек -гО

Ф2=-Q2Aco/a)o, / Подставляя (4.146) в (4.145), получаем

/S.(ii/(i)(i=(ps/2Q.

Из графического определения Дю на рис. 4.31а, выполненного в соответствии с (4.145), следует, что частота ад генерируемых колебаний меньше резонансной. Увеличение интенсивности

(4.146)

(4.147)

Рис. 4.31

гармоник вызывает понижение частоты генерируемых колебаний.

Из установленной здесь зависимости величины и фазы средней крутизны от амплитуд гармоник следует, что пренебрежение ими в квазилинейном методе приводит к неточному определению как амплитуды, так и частоты стационарных колебаний. Чем выше избирательность используемых в генераторах колебательных контуров, тем слабее высшие гармоники и тем более точным оказывается квазилинейный метод. ...

СТАБИЛЬНОСТЬ ЧАСТОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРА

Стабильность частоты автогенератора является одной из важнейших его характеристик, которая в значительной степени опре-,деляет надежность и бесперебойность работы систем связи, точность работы радиолокационных станций и т. п. Нестабильность частоты определяется возможным относительным изменением частоты 6=Af/:fo, где /о - установленная частота генератора, Af - ее возможное изменение. В различных случаях требования к стабильности частоты оказываются существенно разными. Так, если в связных радиостанциях допустимой нередко считается нестабильность частоты порядка 10 , то при приеме слабых сигналов е далеких космических кораблей она не должна быть большей 10-10-10-

Частота колебаний автогенераторов определяется из условия баланса фаз. Поэтому изменение любого из сдвигов фаз, входящих в выражение (4.109), должно приводить к осуществлению ба-.ланса фаз на другой частоте, т. е. к изменению частоты. При <fK=0 изменение частоты генерируемых колебаний определяется (4.147), оно может произойти в результате изменения фв, Q или <оо. Рассмотрим эти факторы.

Изменение ф8 является следствием изменения содержания (интенсивности) гармоник в напряжении, действующем на входе нелинейного элемента. Поскольку интенсивность гармоник зависит от формы импульсов тока i, определяемой режимом работы автогенератора, всякое изменение последнего (например, за счет регулировки питающих напряжений) приводит к изменению частоты. Так, если в контуре с добротностью Q=100 фв изменится на 1 , относительное изменение частоты согласно (4.147) будет б = = 1/57,3-2-100? 10-*. Уменьшения ухода частоты, вызванного этим обстоятельством, можно добиться, повышая добротность колебательной системы. На рис. 4.316 показано, что одно и то же изменение A(ps=<p s-ф вызывает меньшее изменение частоты Aci>2<lA(0i при использовании контура с добротностью QzQi-В контуре с большей добротностью вследствие большей крутизны его фазовой характеристики изменение частоты оказывается меньшим. Такой контур обладает большей фиксирующей способностью.

Изменение резонансной частоты контура соо может произойти из-за изменения величин С или iL контура вследствие изменения температуры, влажности, давления, изменения емкости коллекторного перехода данного транзистора, входной емкости следующего каскада и т. п.

Способность контура поддерживать постоянной резонансную частоту при изменении внешних условий называют эталонностью колебательного контура. Поскольку генераторам приходится работать в условиях изменяющихся температур, одним из важнейших показателей эталонности контура является его температурный коэффициент частоты ТКЧ, определяемый относительным из-

менением частоты при изменении окружающей температуры па 1°С. Для уменьшения ТКЧ в качестве элементов контура используют конденсаторы и катушки, величины С и \L которых мало зависят от температуры, применяют специальные методы термокомпенсации. Когда этого недостаточно, автогенератор или его колебательную систему помещают в термостат, обеспечивающий поддержание постоянной температуры элементов при изменения температуры окружающей среды.

Более высокая стабильность частоты (10--10~ вместо 10 генераторов в диапазоне частот от единиц килогерц до 100 МГц достигается при использовании в качестве колебательной системы кварцевых резонаторов. Последние представляют собой плоские пластины, вырезанные из кристаллов кварца, на противоположные поверхности которых наносятся металлические контакты. Кварц обладает прямым и обратным пьезоэлектрическим эффектами: прямой пьезоэлектрический эффект состоит в возникновении электрических зарядов на противоположных поверхностях в результате механического сжатия или растяжения кристалла, обратный - в изменении размеров кристалла при изменении приложенного к нему напряжения. Пластина кварца представляет собоа электромеханический резонатор, резонансная частота которого обратно пропорциональна его толщине. Основное достоинство кварцевого резонатора - высокая добротность: до 10-10. Температурный коэффициент частоты кварцевого резонатора зависит от ориентации вырезаемой пластины относительно кристаллографических осей: при некоторых ориентациях он уменьшается до Ш-**.

На рис. 4.32а приведена эквивалентная электрическая схема кварца, а на рис. 4.326 частотные характеристики активной н реактивной компонент сопротивления 2э{(й) =Лэ{(о)+iХд{а). На рис. 4.32о; Lq, Cq, Гд - параметры кварца. Со - емкость между контактами кварца. Частота параллельного резонанса соо== = V {Cq+Co)ILqCqCo. Обычно CJCo\Q--\Q-. Поэтому часто-тэ (1>1 последовательного резонанса is)i = \l Y LqCq=

=W Kl + Q/Co (Do (1-Cg/2Co).

В кварцевых генераторах обычно возбуждаются колебания иа

частотах, немного меньших соо, где Хд кварца имеет индуктивный характер и где \йХэ1й(л\, а значит, и крутизна фазовой характеристики контура велики, что способ- ствует повышению стабильности частоты.

На СВЧ в качестве стабилизирующих контуров используют полые резонаторы с добротностью

10*-105. 160