Instalația relativă a frecvenței oscilatoarelor efectuate pe rezonatoare sub formă de circuite LC nu este de obicei mai mică de 10 -3. 10 -4. Stabilitatea frecvenței oscilatorului depinde în mod semnificativ de factorul de calitate și de stabilitatea sistemului oscilator. Factorul de calitate a circuitului LC nu este de obicei mai mare de 200. 300. Pentru emițătoarele și receptoarele radio moderne, sunt necesare cerințe mai mari pentru stabilitatea frecvenței. De obicei, este necesară o instabilitate relativă pe termen lung a frecvenței nu mai slabă decât 10 -6. 10-8. care se poate realiza prin utilizarea rezonatoarelor de cuart. Factorul Q al rezonatoarelor cuarțului este de mai multe ori mai mare decât cel al rezonanților pe circuitele LC și este 10 4 10 6.
Există multe scheme de oscilatoare cu cuarț. Prin urmare, a devenit necesar să se țină seama în practică de cele mai frecvent utilizate scheme. Circuitul echivalent convențional al unui rezonator cuarț este prezentat în Fig. Inductanța dinamică Ls, capacitatea dinamică Cs și rezistența la pierderi Rs se datorează prezenței unui efect piezoelectric direct și invers și a proprietăților de rezonanță ale elementului piezoelectric. Capacitatea paralelă Cp se datorează capacității interelectrode a piezoelectricului, capacității și montării. Frecvența rezonantă a ramificației dinamice este numită frecvența rezonanței consecutive a rezonatorului cuarț Fs.
Puc.1
Factorul Q al rezonatorului cuarț Q este determinat de ramificația dinamică în conformitate cu formula pentru circuitul oscilator serie
Frecvența rezonanței paralele Fp este puțin mai mare decât Fs, datorată rezonanței paralele dintre Cp, Cs și Ls. Un parametru important al rezonatorului de cuart este raportul dintre capacitatea sa paralelă și capacitatea dinamică, notat cu r și numit coeficientul capacitiv
Conform diferitelor surse din literatura de specialitate, coeficientul capacitiv pentru tăietura de cuart AT este de 220. 250. Ținând cont de faptul că Cs / Cp<0,1, можно пользоваться приближенным выражением для частоты параллельного резонанса
Pentru un coeficient capacitiv r> 25, intervalul de rezonanță, definit ca diferența dintre frecvențele rezonanțelor paralele și secvențiale ale rezonatorului de cuarț, poate fi scris în forma
Pe armonicile mecanice ale rezonatorului de cuart, intervalul de rezonanță scade și este determinat prin expresie
unde n este numărul de armonici.
Raportul capacitiv determină mărimea perioadei de rezonanță a rezonatorului, prin urmare, a reușit deviație de frecvență a unui oscilator cu cuarț, stabilitatea frecvenței la schimbarea parametrilor circuitului și menținerea condițiilor pentru apariția oscilațiilor în circuitul oscilator cu cuarț. Pentru a estima capacitatea unui rezonator de cuarț de a fi excitat, în unele circuite ale generatoarelor de cuarț se folosește un parametru numit factor de calitate. Acesta este definit ca raportul dintre factorul de calitate al rezonatorului și coeficientul său capacitiv
Pentru rezonatorii de cuarț, valorile lui M se situează în intervalul de la 1 la 10000. Pentru M<2 реактивное сопротивление резонатора оказывается положительным (емкостным) и не имеет области индуктивной реакции. Следовательно, возбуждение такого резонатора в схемах кварцевых генераторов, требующих индуктивной реакции, становится невозможным. При М>2, rezonatorul are o regiune de reacție inductivă, iar cu cât este mai mare valoarea lui M, cu atât este mai mare regiunea.
În practică, două tipuri de generatoare de cuarț sunt cele mai frecvente:
a) generatoare în care rezonatorul de cuarț face parte din circuitul oscilator și este echivalent cu inductanța;
b) generatoarele în care un rezonator cuarț este inclus în buclă de reacție, este utilizat ca un filtru cu bandă îngustă și este echivalent cu rezistența activă.
oscilatoare de cristal în care un rezonator de cristal este utilizat ca un element de circuit inductiv reacțiile numite oscilator și generatoare, în care un rezonator de cuarț încorporate în bucla de feedback, numit seria generatoare de rezonanță.
Circuitul oscilator al unui oscilator de cuart cu cuarț între colector și bază, realizat în conformitate cu schema cu un emițător împământat (cu trei puncte capacitive), este prezentat în Fig.
În prezent, trehtochka capacitiv își găsește o largă aplicare în gama de frecvență de până la 22 MHz cu rezonatorul la frecvența fundamentală, și până la 66 MHz în cazul excitării la a treia armonică a mecanică (Figura 3). Cu un oscilator de cristal între colector și baza circuitului cu un emițător la pământ de frecvență înaltă, nu este predispus la fluctuații parazite în nuanțe anarmonici, are stabilitate superioară atunci când modificarea frecvenței tensiunii de alimentare și temperatura mediului ambiant.
Efect modificări ale parametrilor jet tranzistor în funcție de timp și de tensiune este atenuat cu capacitances în creștere C1, SO (2), adică cu abordarea frecvenței de lucru a autogeneratorului la Fg. Cu toate acestea, o creștere excesivă a capacității duce la o deteriorare a condițiilor de auto-excitație. Pe de altă parte, cu creșterea capacității, puterea disipată pe rezonator crește, ceea ce duce la o creștere a instabilității frecvenței generate. Conform specificațiilor tehnice, puterea disipată pe cuarț este limitată la 1. 2 mW. Cu toate acestea, în domeniul de frecvență de 1 MHz cu 22 putere disipată frecvență rezonanță serie este dependentă de puterea de disipare, iar coeficientul de proporționalitate este egal cu (0,5. 2) • 10-9 Hz / mW, prin urmare, ar trebui să fie limitate cantitativ disipată rezonator putere pentru oscilatoarele foarte stabile 0.1. 0,2 mW.
În practică, se recomandă selectarea capacităților C1, C3 astfel încât frecvența de generare să nu fie mai mare de un sfert din intervalul rezonant de la Fs. Atunci când rezonatorul de cuarț este excitat pe armonice mecanice impare ale cuarțului, inductorul Lk este utilizat în loc de rezistorul R3 (figura 3). La frecvența de generare, circuitul Lk-C4 trebuie să aibă o rezistență capacitivă, adică frecvența sa de rezonanță ar trebui să fie mai mică decât frecvența de generare. Parametrii circuitului ar trebui să fie aleși astfel încât frecvența proprie să fie de 0,7. 0,8 din frecvența de generare. Ca rezultat, circuitul are o conductivitate capacitivă la frecvența armonicului necesar, ceea ce exclude posibilitatea generării la armonici mai mici și frecvența fundamentală.
Generatorul oscilator care funcționează la o frecvență de peste 22 MHz, rezonatorul excita în mod normal, a 3-a sau a 5-a armonică, dar nu și la cea mai mare, din moment ce un efect puternic efect capacitance paralel. Cel mai adesea este prezentat în Fig.2, se aplică trei puncte de cristal capacitiv circuit de oscilație cu un rezonator de cuarț între colector și baza tranzistorului în circuitul de comutare cu un colector la pământ (Fig.4). Acest sistem este util în special pentru generatoarele de frecvență electronice cu rearanjarea (pentru a fi incluse în serie cu cuarț varicap) și are un număr minim de elemente decât circuit cu emițător împământat de blocare. Mulți experți în domeniul oscilatoare de cristal este considerat capacitiv trehtochku cel mai bun din toate sistemele de oscilatoare de cristal care funcționează la o armonică primară sau a treia a rezonatorului mecanice. Trebuie remarcat faptul că există un circuit capacitiv cu trei puncte care nu conține inductanță, care este excitat la armonicele 3 și 5.
Autogenerator cu cuarț în circuit. Dacă inductorul L1 este conectat în serie cu cuarțul, aceasta va conduce la apariția de noi proprietăți, adică în generator (fig.5) sunt posibile oscilații autoportante care nu sunt stabilizate de un rezonator cuarț.
La frecvențe înalte, unde reactanța capacității paralele a rezonatorului este mai mică decât reactanța ramificației dinamice a rezonatorului cuarț, este posibilă auto-excitarea prin intermediul unei capacități paralele Cp. Prezența inductanței L1 înseamnă posibilitatea de a efectua un echilibru de fază
frecvența rezonanței consecutive și, de asemenea, într-o anumită regiune de detuninguri sub frecvența rezonanței consecutive. Inductivitatea lui L1 asigură că balanța de fază este satisfăcută în condițiile în care M<2, и эквивалентное реактивное сопротивление кварца не может иметь индуктивный характер. Это значит, что генератор с кварцем в контуре может работать на более высоких частотах и более высоких номерах механических гармоник кварцевого резонатора. Для исключения паразитного самовозбуждения через параллельную емкость Ср, которое наиболее вероятно на высоких частотах и на высших механических гармониках, параллельно резонатору включают резистор R1, который вносит потери в контур паразитного самовозбуждения.
Cerințele pentru activitatea unui rezonator cuarț pe armonice mecanice pot fi reduse prin utilizarea circuitelor generatoare de rezonanță în serie. Deoarece cu creșterea frecvenței și numărul armonic al rezonatorului cu cuarț scăderea activității datorită creșterii rezistenței sale șunt echivalentă și creșterea influenței statice (în paralel) Cp capacitate, este necesar să se neutralizeze sau offset. Neutralizarea poate fi efectuată într-un circuit de legătură, în cazul în care cuarțul este plasat într-unul dintre brațele unui pod echilibrat.
Oscilator de serie de pod. În schema prezentată în fig.6, cu soldul exact al podului (Cp = C2 = HL1-2 HL2-3) feedback-ul este realizat doar printr-o rezonator ramură dinamică. In mecanice armonice creste cuart rezonator conductibilitate brusc ramură rezonator serial, dezechilibrarea pod și cu o alegere adecvată a elementelor excitate de circuit oscilator. Circuitul L1-C3 trebuie să fie reglat la frecvența armonicului dorit.
În această schemă este posibilă excitarea resonanțelor de cuarț pe armonica a 5-a sau a 7-a. Schemele pentru neutralizarea capacitatii statice a rezonatorului este foarte critică modul de operare și dificil să se adapteze, deși ele pot fi utilizate la frecvențe de până la 100 MHz. Limita superioară a generatorului de frecvență cu neutralizare din cauza dificultății de a obține un circuit de mare rezistență echivalentă ca și crește frecvența, deoarece capacitatea inițială a circuitului nu poate fi făcută mică din cauza capacitances parazite.
Schema lui Butler (figura 7) este caracterizată de cea mai mare rezistență la factorii destabilizatori în domeniul de până la 100 MHz. Limita superioară a frecvențelor generate se datorează deteriorării proprietăților dispozitivului de urmărire a emițătorului. În schema lui Butler, un rezonator cuarț este inclus în circuitul de feedback dintre emițătorii tranzistorilor. Tranzistorul VT1 este conectat într-un circuit colectiv comun, iar tranzistorul VT2 este conectat la o bază comună. Dezavantajul acestei scheme este tendința de auto-excitație parazitară datorită cuplării iesirii la intrare printr-o capacitate paralelă de cuarț Cp. Pentru a elimina acest fenomen, o bobină de inductanță este conectată paralel cu cuarțul, formând un circuit rezonant reglat împreună cu o capacitate paralelă de cuarț, ajustabilă la frecvența oscilației parazitare.
Un oscilator Butler pe un singur tranzistor cu compensare medie. La frecvențe de până la 300 MHz este indicat să se utilizeze circuitul de filtrare într-o etapă, de exemplu, un circuit de filtrare, cu o bază comună (fig.8). Prin substanțial oscilator este un amplificator cu o singură treaptă, în care circuitul este conectat la emitorul tranzistorului bipolar printr-un rezonator de cuarț, care acționează ca un filtru de bandă îngustă. Bucla formată de paralela capacitanță Cp și bobina de cuarț L2, reglat la frecvența armonică utilizat. Cu o creștere a frecvenței de funcționare a tranzistorului crește conductanța echivalentă, adică condițiile de auto-excitație deteriorează. Cu toate acestea, în ciuda acestui fapt, condițiile de auto-excitare a oscilatorului la frecvențe înalte este mai ușor decât oscilatoare de cuarț cu colector-bază și cuarț în circuit care determină avantajul său.
In concluzie, trebuie remarcat faptul că oscilatoarele schemele de mai sus din cuarț nu epuizează circuite de generator multiple stabilizat oscilator de cristal, iar alegerea schemei influențată în mare măsură de prezența rezonatoare de cuarț cu parametrii echivalenți necesare, la cerințele de putere de ieșire la puterea disipată în rezonator, stabilitatea pe termen lung frecvență și colab.
Un pic despre rezonatoare. Atunci când alegeți un rezonator pentru generator, o atenție deosebită trebuie acordată calității rezonator - cea mai mare este, frecvența mai stabilă. Rezonatoarele cu pompă cu vid au cel mai mare factor Q. Dar cu cât este mai rezonant rezonatorul, cu atât este mai scump. Adesea există rezonatoare cu un nivel ridicat de rezonanță laterală.
În URSS, cu excepția rezonatoare de cuarț, cristale fabricate din Litiu niobat (etichetat RN și RM), tantalate de litiu (marcate cu RT) și alte materiale piezoelectrice. Ca atare, rezonatoare parametri echivalenți să difere de parametrii rezonatoare de cuarț, acestea nu pot fi excitat în schemele în care cuarț funcționează bine, deși frecvența marcată pe carcasa poate fi aceeași. Ele pot avea o stabilitate mai frecventa si precizie de tuning. Companii URSS produs de obicei, cristale de cuarț cu frecvența fundamentală la 20. 22 MHz și de mai sus - în armonici mecanice. Acest lucru se datorează tehnologiei învechită a plăcilor de prelucrare de cuarț. Companiile străine care produc cuarț cu o frecvență fundamentală de 35 MHz. Leading companiile străine fabricarea rezonatoare sub forma așa-numita structură mesa inversă, care lucrează în vibrații de forfecare grosime în vrac, a căror frecvență este prima armonică ajunge la 250 MHz! Folosind astfel de rezonatoare cu cuarț în circuitul oscilator, în care sistemele ca oscilatorii sistem aplicabil cu parametrii capacitate distribuită și inductanță, se poate obține oscilații foarte stabil până la o frecvență de 750 MHz, fără multiplicare de frecvență!
Discutați pe forum