Стабильный кварцевый генератор. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

 Комментарии к статье

Известно, что стабилизирующие свойства кварцевого резонатора наиболее полно реализуются, если он возбуждается на частоте последовательного резонанса. Автору удалось разработать генератор с кварцевой стабилизацией частоты, самовозбуждающийся на частоте последовательного резонанса и практически не требующий налаживания.

За основу был взят известный генератор, в котором кварцевый резонатор включен между эмиттерами связанных транзисторных каскадов. Его упрощенная схема (без цепей смещения транзисторов) показана на рис. 1. Транзистор VT1 включен по схеме с общей базой, а VT2 - с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Как известно, выходное сопротивление эмиттерного повторителя и входное - каскада с общей базой весьма невелики, поэтому кварцевый резонатор оказывается включенным между двумя малыми и почти активными сопротивлениями. В этих условиях он пропускает сигнал, замыкая кольцо обратной связи, только на частоте своего последовательного резонанса, где его сопротивление минимально.

Для самовозбуждения генератора необходимо соблюдение балансов амплитуды и фазы. Первый состоит в том, чтобы произведение коэффициентов передачи всех звеньев в кольце обратной связи было немного больше единицы. Если оно меньше этой величины, генератор не самовозбудится, а если значительно больше - перевозбудится, в результате чего ухудшатся стабильность частоты и форма сигнала (из-за захода в нелинейную область характеристик транзисторов).

Баланс фаз заключается в том, чтобы набег фазы в кольце был равен либо 0, либо 360°. В противном случае дополнительный набег фазы должен будет компенсировать резонатор, и в соответствии с фазовой характеристикой последнего генератор самовозбудится не точно на резонансной частоте, а немного в стороне. И что самое неприятное, это смещение частоты будет зависеть от режима, температуры и прочих дестабилизирующих факторов. Кстати, смещение частоты из-за расфазировки тем меньше, чем выше добротность резонатора и соответственно круче его фазовая характеристика. Потому-то и рекомендуют применять высокодобротные резонаторы.

Выполнить описанные условия в предлагаемом генераторе помогает цепь R3C1, служащая для связи усилительного каскада (VT1) с эмиттерным повторителем (VT2). Нежелание использовать в качестве нагрузки усилителя колебательный контур привело к тому, что усиленное напряжение выделяется скорее не на активном сопротивлении нагрузки R1, а на емкостном сопротивлении коллекторного перехода. Место включения емкости коллектора и монтажа Ск показано на рис. 1 штриховой линией. Эти емкости действуют подобно интегрирующей цепи, создавая отставание по фазе почти на 90°. Дифференцирующая же цепь R3C1 создает опережение по фазе на такой же угол, в результате полный сдвиг фазы в кольце оказывается близким к нулевому. Уменьшая емкость С1, можно уменьшить и коэффициент передачи, устранив таким образом перевозбуждение. Выходной сигнал удобно снимать с резистора R4, включенного в коллекторную цепь транзистора VT2 эмиттерного повторителя. Из-за его высокого выходного сопротивления влияние последующих каскадов на работу генератора оказывается незначительным.

Эксперименты с описываемым генератором показали, что самовозбуждается он очень легко, налаживания практически не требует, к номиналам деталей и типу транзисторов совершенно некритичен. Естественно, что генерирует он на основной частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора. Однако для УКВ гетеродинов и передатчиков хороши гармониковые генераторы, вырабатывающие колебания утроенной или даже упятеренной частоты резонатора (кстати, и добротность последнего на гармониках значительно выше). Встал вопрос, нельзя ли заставить этот генератор возбуждаться на третьей гармонике кварца? Оказалось, что, даже несмотря на отсутствие колебательных контуров, можно! Для этого нужно взять СВЧ транзисторы с высокой граничной частотой (не ниже 300...500 МГц) и уменьшить до минимума сопротивление нагрузки R1 и емкость разделительного конденсатора С1. Условия самовозбуждения для третьей гармоники получаются при этом лучше, чем для первой.

Практическая схема генератора показана на рис. 2

Режимы транзисторов по постоянному току определяют делители R1R2 и R8R9 в базовых цепях. Коллекторный ток зависит от сопротивлений резисторов R4 и R11 и равен в данном случае примерно 4 мА, а общий ток, потребляемый генератором, - 8 мА. Подбора режимов не требуется. Напряжение питания 9 В желательно стабилизировать.

Автор использовал в генераторе широко распространенные малогабаритные кварцевые резонаторы в металлическом корпусе от радиостанций Си-Би диапазона 27 МГц. Частота их основного резонанса - около 9 МГц, но на корпусе указана частота третьей гармоники. Из довольно большой партии резонаторов лишь несколько (примерно 5 %) имели недостаточную активность для самовозбуждения этого генератора. Для регулировки частоты в небольших пределах последовательно с кварцевым резонатором BQ1 включена варикапная матрица VD1. При изменении управляющего напряжения Uупр от 0 до 9 В частота изменялась на 700 Гц. С учетом последующего умножения частоты (а девиация умножается во столько же раз) этого вполне достаточно для узкополосной ЧМ в УКВ диапазонах. Если модуляция или дистанционная корректировка частоты генератора управляющим напряжением не требуется, элементы VD1, R5-R7, C4 и С5 можно исключить (правый - по схеме - вывод резонатора в этом случае подключают непосредственно к эмиттеру VT2). В небольших пределах частоту можно корректировать также подстроечным конденсатором, включенным последовательно с кварцевым резонатором BQ1.

Налаживание генератора сводится к изменению емкости подстроечного конденсатора С2 для получения устойчивого самовозбуждения на третьей гармонике. При его недостаточной емкости генерация срывается совсем, а при чрезмерной может произойти "перескок" на первую гармонику. Выходное напряжение - около 0,5 В. Его удобно контролировать высокочастотным осциллографом, присоединенным к выходу генератора.

Автор: Владимир Поляков (RA3AAE)

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Шумоизоляция из метаматериала 05.01.2020 В основе технологии нового легкого звукоизоляционного материала, получившего название акустический метаматериал, лежит принцип метаматериала. В таких композиционных материалах свойства зависят не от входящих в его состав элементов, а от искусственно созданной периодической структуры. Инженеры Nissan объединили пластиковую пленку и решетчатую структуру таким образом, что они держат под контролем вибрации воздуха и не позволяют распространяться волнам частотой 500−1200 Гц. Именно на эту частоту приходится основная доля шума, который создают двигатель автомобиля и дорога во время езды по ней. Японские специалисты подчеркнули, что в современных машинах для звукоизоляции используются сплошные резиновые маты, которые на 75% тяжелее нового акустического метаматериала, но обладают при этом такими же звукоизолирующими свойствами. При этом стоимость новинки на уровне резиновой шумоизоляции или может быть даже ниже. По мнению разработчиков, в ближайшее время акустический метаматериал может найти свое применение в серийных автомобилях и особенно актуален он будет в машинах с электродвигателями, где крайне важно создать максимальный уровень тишины в салоне без увеличения массы транспортного средства.

Другие интересные новости:

▪ Натуральный экологически чистый клей

▪ Новый наноматериал превращает более 90% света в тепло

▪ MEMS микрофоны от Akustica: новое слово в обработке звука

▪ Sony Digital Paper DPT-RP1

▪ Нанотрубки как защита от военного лазера

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиоэлектроника и электротехника. Подборка статей

▪ статья Йожеф фон Этвеш. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какое название доспехов было заимствовано у монголов и облагорожено? Подробный ответ

▪ статья Оказание первой доврачебной помощи при утоплении

▪ статья НЧ частотомер на интегральных схемах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Зеркальность бумаги. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025