Стабильность частоты автогенератора

Из материала предыдущего раздела следует, что стабильность частоты автогенератора определяется фиксирующей способностью (добротностью) его колебательной системы. При этом фиксирующая способность привязывает частоту колебаний к резонансной частоте контура тем сильнее, чем выше его добротность. Однако сама резонансная частота может быть нестабильной вследствие низких эталонных свойств элементов контура L,C. Поэтому увеличение добротности контура при нестабильных параметрах L и C может привести к снижению стабильности частоты автогенератора. Оценим степень влияния нестабильности параметров L и C на резонансную частоту колебательной системы автогенератора. При высокой добротности контура, его резонансная частота определяется выражением

(5.13)

Предположим, что емкость контура получила приращение C+ ΔС, причём ΔС<<С. Тогда (5.13) преобразуется к виду

В результате для относительного приращения частоты получим

(5.14)

Совершенно очевидно, что аналогичное выражение может быть получено и для нестабильной индуктивности

(5.14)

В наиболее тяжелом случае, когда отклонения часты, вызванные всеми причинами, сложатся, общую нестабильность частоты автогенератора определим следующим образом

(5.15)

Предположим теперь, что контур автогенератора имеет высокую добротность и составлен из эталонных элементов L и C. Однако при включении

контура в схему автогенератора к нему неизбежно будут подключены паразитные емкости внешних цепей, которые естественно эталонными быть не могут. Поэтому рассмотрим, какие требования должны быть предъявлены к элементам контура для того, чтобы влияние паразитных ёмкостей на стабильность частоты автогенератора было минимальным.

В схемах автогенераторов эталонный контур может быть параллельным или последовательным, как на рисунке 5.10.

Рисунок 5.10 – Эталонные контуры автогенератора.

При использовании параллельного контура влияние паразитной ёмкости СП будет минимальным, если эталонная ёмкость будет значительно больше паразитной, т.к. общая ёмкость контура в этом случае определяется в основном эталонным конденсатором. Отсюда следует, что характеристическое сопротивление эталонного контура должно быть минимально возможным.

В случае последовательного эталонного контура ёмкости C и СП включены последовательно и общая ёмкость в контуре автогенератора определяется в основном меньшей из них. Следовательно, эталонный конденсатор должен иметь минимально возможную ёмкость, а характеристическое сопротивление максимальное значение.

Таким образом, для обеспечения высокой стабильности частоты автогенератора, к его колебательной системе должны быть предъявлены следующие требования:

1. Высокая добротность контура.

2. Использование высококачественных эталонных элементов L и C.

3. Правильный выбор волнового сопротивления контура.

Выполнение этих требований, в условиях эксплуатации электронной аппаратуры, как правило, недостаточно, т.к. стабильность частоты будет зависеть также от изменения температуры окружающей среды, сопротивления нагрузки, давления и влажности атмосферы, нестабильности напряжения источников питания, механических деформаций и вибрации. Причём большинство дестабилизирующих факторов взаимосвязаны. Например, изменение температуры вызывает изменение влажности, нестабильность источников питания – колебания температуры и т.п.

Поэтому, чтобы получить высокую стабильность частоты у автогенератора с колебательными контурами, необходимо также поместить его (или хотя бы контур) в термостат; герметизировать корпус аппаратуры; стабилизировать напряжения источников питания; конструкцию корпуса сделать жесткой и массивной; обеспечить слабую связь с внешней нагрузкой.

Тем не менее, все эти меры не позволяют получить относительную нестабильность частоты Δf/f у автогенераторов с колебательными контурами лучше 10^-4-10^-5. Поскольку современные средства радиосвязи и радиовещания требуют обеспечивать нестабильность несущих частот порядка 10^-6-10^-9, автогенераторы с колебательными контурами не используются в качестве опорных. Область их применения – вспомогательные и управляемые генераторы. Исключение составляют лишь генераторы сверхвысоких частот, использующие высокодобротные колебательные системы из отрезков коаксиальных, волноводных и полосковых линий.