Theorie: Schwingungsfrequenzstabilisierung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Anfänger Funkamateur

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Die Anforderungen an die Stabilität der Schwingfrequenz von Generatoren und Funksendern steigen ständig, was mit einer großen „Belastung“ der Luft, einer Verengung der Bandbreite der Empfänger und dem Einsatz modernster Methoden zur analogen und digitalen Übertragung verbunden ist Information. Die relative Frequenzinstabilität herkömmlicher LC-Oszillatoren mit Schwingkreis beträgt etwa 0,01 % und kann durch besondere Maßnahmen (Thermostatisierung, Verwendung hochwertiger Teile) um eine Größenordnung erhöht werden. Dies reicht nicht aus, aber glücklicherweise ist seit langem eine einfache und zuverlässige Möglichkeit bekannt, die Frequenzstabilität zu verbessern. Es besteht in der Verwendung eines Quarzresonators.

Eine auf bestimmte Weise aus einem Kristall geschnittene Quarzplatte hat einen piezoelektrischen Effekt: Wenn sie verformt wird, entstehen Ladungen auf der Oberfläche. Es gibt auch einen gegenteiligen Effekt: Die Belastung der Plattenoberflächen führt zu deren Verformung. Die Platte verfügt über eine eigene mechanische Resonanz und ihr Gütefaktor kann Zehntausende und Hunderttausende erreichen – Werte, die in herkömmlichen Schaltkreisen unerreichbar sind. Darüber hinaus ist die mechanische Resonanzfrequenz sehr stabil – sie hängt nur von der Größe der Platte ab und unterliegt nahezu keinen äußeren Einflüssen.

Ein Quarzresonator ähnelt im Aufbau einem Kondensator – zwischen zwei Platten wird eine Quarzplatte platziert, aus der Rückschlüsse gezogen werden. Heutzutage werden die Beläge meist auf die Plattenoberfläche aufgesprüht. In elektrischer Hinsicht ähnelt ein Quarzresonator einem Schwingkreis, dessen Diagramm in Abb. dargestellt ist. 53.

Bei der Serienresonanzfrequenz fs verschwindet die Reaktanz und bei der Parallelresonanzfrequenz fp wird sie unendlich (wenn wir die kleinen Verluste, die mit dem Widerstand r verbunden sind, vernachlässigen). Die äquivalente Induktivität von Quarz ist groß (Henry-Einheiten) und die Reihenkapazität Cs ist klein (Hundertstel Picofarad), während die Parallelkapazität Cp mehrere zehn Picofarad erreichen kann (sie wird mit der üblichen Formel für die Kapazität einer Wohnung berechnet). Kondensator, bei dem Quarz als Dielektrikum dient). Dadurch beträgt der Frequenzunterschied zwischen Parallel- und Serienresonanz etwa 0,1 % der Resonanzfrequenz.

Bei Präzisionsquarzoszillatoren wird die Serienresonanzfrequenz verwendet, da sie am wenigsten anfällig für destabilisierende Faktoren ist, während es bei einfacheren Oszillatoren bequemer ist, den Oszillator bei Frequenzen nahe der Parallelresonanz anzuregen, bei denen der Widerstand des Quarzes induktiv ist, wodurch er tauscht den Induktor erfolgreich aus.

Ein Diagramm eines solchen Generators ist in Abb. 54 dargestellt. XNUMX.

Ein großer Nachteil von Quarzoszillatoren ist die Unmöglichkeit der Frequenzabstimmung. Es ist nur eine kleine Anpassung im Bruchteil eines Prozents zulässig, wozu der Abstimmkondensator C1 dient. Die spontane Frequenzdrift eines solchen Generators kann nur 1 Hz pro 1 MHz betragen (relative Instabilität 10).^-6).

Autor: V.Polyakov, Moskau

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