Современная электроника №6/2020

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2020 На рисунке 5 показаны две разные зависимости частоты от температуры. В первом случае (см. рис. 5a) при малом изменении температуры изме- нение частоты будет также пропорци- онально мало. Во втором случае (см. рис. 5б) при малом изменении тем- пературы частота может измениться существенно больше, вплоть до значе- ния температурной стабильности во всём интервале. Также из-за компенсации или не- удачной конструкции можно наблю- дать большие изменения частоты, мно- гократно превышающие норму при быстром изменении температуры. Рис. 5. Сравнение зависимости частоты от температуры для генераторов: а) с линейной температурно-частотной характеристикой (ТЧХ); б) с сильно меняющейся ТЧХ У термостатированных генераторов с высокой температурной стабильно- стью вполне возможно наблюдать изменение формы и величины зави- симости частоты от температуры при изменении их ориентации (см. рис. 6). Происходит это вследствие конвекции внутри объёма генератора. У правильно разработанного генератора такая зави- симость должна быть сведена к мини- муму и учтена при испытаниях. Говоря о термостатированных гене- раторах сверхвысокой стабильности, отдельно стоит акцентировать вни- мание на проблемах, возникающих при подстройке частоты генератора с помощью управляющего напряжения. Наличие этой функции напрямую вли- яет на стабильность генератора. Когда речь идёт о столь малых величинах нестабильности, вклад наличия пере- стройки становится особо остро заме- тен. Генератор без такой опции будет обладать большей температурной и кратковременной стабильностью, чем с ней. Например, температурную стабильность генератора без пере- стройки можно довести до ±1 × 10 –11 , тогда как с перестройкой эта величи- на уже будет ±2 × 10 –11 . Соответственно, при необходимости лучшей темпера- турной стабильности предпочтение должно быть отдано системам, в кото- рых допустимо применение генератора без возможности перестройки частоты. Перестройка может обеспечиваться либо аналоговой цепью, либо цифро- вой. Генераторы с цифровым управ- лением содержат внутри себя ЦАП и управление частотой осуществляется подачей кода. Управление ЦАП воз- можно по протоколу I 2 C или SPI. При цифровом варианте управления деградация температурной стабильно- сти минимальна, однако при измене- нии кода управления возможно ухудше- ние кратковременной нестабильности и фазовых шумов. Ещё одним ограничением является минимальный фиксированный шаг перестройки, который зависит от раз- рядности ЦАП и для 20-битного ЦАП составляет от 5 × 10 –13 до 10 × 10 –13 . В генераторах с аналоговым управ- лением для приведения частоты гене- ратора к номиналу на вход управле- ния необходимо подать управляющее напряжение (см. рис. 7). На земляном выводе генератора воз- никает падение напряжения, завися- щее от протекающего тока нагрева- тельных транзисторов термостата. При таком подключении оно попада- ет в цепь управления и ухудшает темпе- ратурную и кратковременную стабиль- ность частоты. Для уменьшения этого влияния необходимо уменьшить сопротивле- ние (длину) общей цепи протекаю- щих токов питания генератора и цепи управления. Кардинальным способом является использование разных земель (см. рис. 8). Но такой путь снижает уни- фикацию генераторов и накладывает достаточно серьёзные ограничения на схемотехнику оборудования. Ещё одним нюансом эксплуатации сверхвысокостабильных генераторов Температура Частота Частота Температура 10 –3 –2,5 –2 –1,5 –1 –0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 20 Время, мин Температура,°С dF / F, × 10 –11 30 40 50 60 70 Рис. 6. Пример малой реакции на температурный удар для ГК360 Рис. 7. Схема включения генератора с аналоговым управлением с общей землёй Рис. 8. Схема включения генератора с аналоговым управлением с раздельными землями U пит Общ. U упр ТСКГ U пит Общ. U упр G упр ТСКГ а б