机载激光测距机中的石英晶体振荡器
机载激光测距机中的石英晶体振荡器
作者:徐新成
本文讨论的是激光测距机中一种常用的 高稳定石英晶体探疡器。首先,简单介绍了石 英晶体振荡电路的组成;接符对石英晶体振 荡电路从实用的角度进行了设计和计算,并试图从理论上加以综合分析;最后以若干实 验为基础说明晶振的一些技术指标的涵义, 并对实验数据进行了初步整理和分析。
在激光测距机中,距离信息是通过对激 光取样信号及回波信号进行变换、控制、处理而形成的。这一切都离不开对脉冲时间间隔 的初蜇,这种测量必须依靠频率高度稳定的 时钟信号做为时间基准来进行,石英晶体振 荡器就是用来获得频率稳定的信号的,其基 本功能就是把宜流电能转变成具有一定频率、一定幅度的交流电能。
一、电路组成
根据实际工作需要,现在设计的晶体振 荡器是由主振电路和输出电路组成。主振电路的作用就是将直流能量转变成交流能量,并且交流能量的频率是由万英晶 体决定的。输出电路主要用于隔离输出,减小输出端负载变化对频率稳定性的影响,增加负载能力,以取得有一定幅值的无失真电压输出。
二、电路设计
激光测距机中的时钟信号是由皮尔斯(PIERCE)晶体振荡电路产生的, 实际上它是一个并联反馈式振荡电路的一 种。这里晶体置千晶体管集电极与基极之间 的反馈网络中,作为振荡电路的一个电抗元件和回路的其它元件一起参与振荡并决定工 作频率。晶体实际工作在稍高于串联谐振频 率的某一频率上。由晶体阻抗频率特性可知,此时品体呈电感性,整个电路处于并联 谐振状态。
1.石英品体的选择
石英晶体之所以用于稳频振荡器中,是 利用了它的高Q特性。一个振荡系统Q值越 高,其固有频率越是由其本身决定,受外界 影响越小,因此我们要优先选用R1、Ci、C。均很小的高Q值晶体。其固有频率的选取是根据具体使用要求 而确定的。例如在激光测距机中允许测距误差为士5米。由千C1、Ci是和晶体一起决定工作频率、对频率稳定性影响亦较大,应选用稳定性好、温度系数小的电容.例如云母电容、 瓷介电容等.实验证明用5MHZ晶体时,在保证振荡条件下,C1、Ct大则对频 率稳定性有利.
3、晶体管的选择
扣荡电路的晶体管,需对其截上频率 fa提出一定要求。由千晶体管是高跨导元件,所以P值一 般可满足振荡要求。但要注意适中.fJ大则 可加大C,、Ci之值,对频率稳定度有利.然而却使整个放大网络的稳定性变差.过小 不易起振。一般P值选择范围50一90.另外,选用晶体管时,要尽量选用低噪声、温度特性好的硅管,且小功率管即可.当工作频率确定后影 响激励电平只有二个丙素Vc1、C,.一般说来,用改变C1、C1来调节激励电平是简便易行的方法。当然调整品体管的工作点也可 调节激励电平.
激励电平的选取耍适中,过小不易起振,过大会产生1、l下不良影响.句激励电平增大时引起石英晶体温度变 /f,'而导致频率变化.
©在某一合适的激励电平下只引起主振 辉宇的振荡,而液励由平较高时,其他霓式 亦可能满足振荡条件而产生寄生振荡.这忧 是当C1、贮电容值佼大时振荡·