Teoria: stabilizzazione della frequenza di oscillazione. Schema, descrizione

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Teoria: stabilizzazione della frequenza di oscillazione. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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I requisiti per la stabilità della frequenza di oscillazione di generatori e trasmettitori radio sono in costante aumento, che è associato a un grande "carico" dell'aria, restringendo la larghezza di banda dei ricevitori e l'uso dei metodi più avanzati per la trasmissione analogica e digitale informazione. L'instabilità di frequenza relativa degli oscillatori LC convenzionali con un circuito oscillante è di circa lo 0,01% e mediante misure speciali (termostatazione, utilizzo di parti di qualità) può essere aumentata di un ordine di grandezza. Questo non è abbastanza, ma, fortunatamente, è noto da tempo un modo semplice e affidabile per migliorare la stabilità della frequenza. Consiste nell'uso di un risonatore al quarzo.

Una lastra di quarzo, tagliata in un certo modo da un cristallo, ha un effetto piezoelettrico: quando si deforma, sulla superficie compaiono delle cariche. C'è anche un effetto opposto: l'applicazione di sollecitazioni alle superfici della lastra ne provoca la deformazione. La piastra ha una sua risonanza meccanica e il suo fattore di qualità può raggiungere decine e centinaia di migliaia, valori irraggiungibili nei circuiti convenzionali. Inoltre, la frequenza di risonanza meccanica è molto stabile: dipende solo dalle dimensioni della piastra e non è quasi soggetta a influenze esterne.

Un risonatore al quarzo è simile nel design a un condensatore: una lastra di quarzo è posta tra due lastre, da cui si traggono conclusioni. I rivestimenti sono ora più spesso spruzzati sulla superficie della lastra. In termini elettrici, un risonatore al quarzo è simile a un circuito oscillatorio, il cui schema è mostrato in Fig. 53.

Teoria: stabilizzazione della frequenza di oscillazione

Alla frequenza di risonanza serie fs, la reattanza si annulla, e alla frequenza di risonanza parallela fp diventa infinita (se trascuriamo le piccole perdite associate alla resistenza r). L'induttanza equivalente del quarzo è grande (unità di Henry) e la capacità in serie Cs è piccola (centesimi di picofarad), mentre la capacità in parallelo Cp può raggiungere decine di picofarad (si calcola usando la solita formula per la capacità di un piatto condensatore in cui il quarzo funge da dielettrico). Di conseguenza, la differenza di frequenza tra risonanze parallele e serie è circa lo 0,1% della frequenza di risonanza.

Negli oscillatori al quarzo di precisione, la frequenza di risonanza in serie viene utilizzata come la meno suscettibile a fattori destabilizzanti, mentre negli oscillatori più semplici è più conveniente eccitare l'oscillatore a frequenze vicine alla risonanza parallela, dove la resistenza del quarzo è induttiva, per cui sostituisce con successo l'induttore.

Uno schema di un tale generatore è mostrato in fig. 54.

Teoria: stabilizzazione della frequenza di oscillazione

Uno dei principali svantaggi degli oscillatori al quarzo è l'impossibilità di sintonizzare la frequenza. È consentito solo un piccolo aggiustamento all'interno di frazioni di percentuale, per il quale serve il condensatore di sintonia C1. La deriva di frequenza spontanea di un tale generatore può essere di appena 1 Hz per 1 MHz (instabilità relativa 10^-6).

Autore: V.Polyakov, Mosca

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