4.3. Автогенераторы на одновходовых резонаторах

Как уже отмечалось, частотные свойства одновходового резонатора ПАВ во многом аналогичны частотным свойствам кварцевого резонатора на объемных акустических волнах. Это позволяет использовать схемы традиционных кварцевых генераторов для построения автогенераторов на одновходовых резонаторах ПАВ.

Как известно [35, 36], кварцевые генераторы по принципу построения могут быть разделены на две большие группы. К первой группе относятся трехточечные схемы, в которых кварцевый резонатор играет роль индуктивного плеча контура. Возможные варианты таких схем автогенераторов с одновходовыми резонаторами ПАВ показаны на рис. 2.23 и 4.8. Автогенератор с резонатором ПАВ, включенным между базой и эмиттером (рис. 4.8, б) и коллектором и эмиттером транзистора (рис. 4.8, а), выполнены по схеме индуктивной трехточки, автогенератор с резонатором между коллектором и базой - по схеме емкостной трехточки (см. рис. 2.23). Очевидно, что частотный диапазон работы, а значит, и диапазон перестройки таких схем, где резонатор ПАВ играет роль индуктивного элемента, заключен, в основном, между частотами последовательного и параллельного резонансов. Относительная разность между этими частотами определяется из выражения (1.47) и даже для такого сильного пьезоэлектрика, каким является ниобат лития, составляет лишь 0,1-0,2%. Для резонатора ПАВ на ST-срезе кварца последовательный и параллельный резонансы располагаются еще ближе.

Рис. 4.8. Схемы автогенераторов с одновходовым резонатором ПАВ

Существенным достоинством рассмотренных схем является то, что в них исключена паразитная генерация на большой входной емкости резонатора ПАВ. Однако подобная генерация возможна в схеме рис. 4.9, если бы в ней отсутствовал резистор R. Схема на рис. 4.9 работает на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса кварца. Поэтому на рабочей частоте подсоединение резистора параллельно кварцу практически не сказывается на работе автогенератора, так как R существенно больше сопротивления резонатора ПАВ вблизи частоты последовательного резонанса. В то же время на частотах паразитных колебаний резистор R вносит существенное затухание в резонансную систему автогенератора, что и препятствует возникновению паразитных автоколебаний.

Рис. 4.9. Схема автогенератора с подавлением паразитных колебаний

Существенно больше разнести частоты последовательного и параллельного резонансов можно (как и в кварцевых резонаторах), применяя внешнюю индуктивность, компенсирующую действие статической емкости преобразователя на частоте ω_2р. Последнее также существенно упрощает условие возникновения резонанса в одновходовом резонаторе ПАВ. Действительно, при (ω_cC_T = (1/ω_cL) резонанс имеет место при любом количестве пар штырей в преобразователе и при любом коэффициенте отражения. Однако при этом ухудшается стабильность частоты генератора, поскольку она во многом будет определяться именно этим нестабильным индуктивным элементом. Ухудшается при этом и технологичность производства генератора.

Необходимо отметить, что в отличие от кварцевых резонаторов на объемных типах акустических колебаний, у которых гармоникам основной частоты соответствуют затухания, соизмеримые с затуханием на основной частоте, в резонаторах ПАВ затухание на гармониках основной частоты существенно превосходит затухание на основной частоте. Это справедливо по крайней мере для соответствующих конструкций резонаторов ПАВ. Поэтому при расчете автогенераторов на одновходовых резонаторах ПАВ можно не учитывать резонансы на гармониках основной частоты.

Наибольшей технологичностью отличается схема, изображенная на рис. 2.23, поскольку она не требует включения индуктивностей в колебательную систему; она также конструктивно проще, ее легко настраивать.

Ко второй группе генераторов относятся автогенераторы, в которых резонатор ПАВ используется как последовательный контур. Схема такого автогенератора показана на рис. 4.10. Автогенератор собран по трехточечной cxeмe. Цепь обратной связи этого генератора содержит делитель, состоящий из кварцевого резонатора и резистора R_д. Частота колебаний автогенератора определяется, в основном, резонатором ПАВ и близка к частоте последовательного резонанса. Чем меньше сопротивление резистора R_д, тем большая стабильность частоты колебаний, однако и тем меньше коэффициент обратной связи автогенератора. При достаточно больших R_д возможно возникновение паразитных колебаний в схеме.

Рис. 4.10. Схема автогенератора с одновходовым резонатором ПАВ в цепи обратной связи

Для компенсации влияния статической емкости резонатора ПАВ можно применять схему автогенератора с нейтрализацией (рис. 4.11). Нейтрализация достигается тем, что через статическую емкость резонатора ПАВ и емкость нейтрализации С_н протекают токи, равные по амплитуде, но противоположные по фазе.

Рис. 4.11. Схема автогенератора с цепями нейтрализации

Используя одновходовые резонаторы ПАВ, можно строить и диодные автогенераторы. При этом практически всегда используются туннельные диоды. Одна из таких схем приведена на рис. 4.12. Резисторы R₁ и R₂ образуют низкоомный делитель для питания туннельного диода. Конденсатор С₁ является блокировочным по цепи питания. Резонатор ПАВ включен в одну из диагоналей моста, образованного элементами L, С, R₃, R₄. К другой диагонали моста подключен туннельный диод ТД.

Рис. 4.12. Схема автогенератора с одновходовым резонатором ПАВ и туннельным диодом