oscilatoare de cristal
Instabilitatea frecventa relativa a oscilatoarelor, rezonatoare efectuate pe un LC circuit, de obicei, nu mai puțin de 10 -3. 10 -4. Generator de stabilitate a frecventei depinde în mod esențial de factorul și stabilitatea sistemului oscilant de calitate. LC-circuit de Q-factor este, de obicei, nu mai mare de 200. 300. transmițătoare radio moderne și receptoare pentru a satisface cerințe mai stricte cu privire la stabilitatea de frecvență. De obicei, stabilitatea frecvența relativă pe termen lung este necesară nu mai puțin de 10 -6. 10 -8. care pot fi furnizate folosind cristale de cuarț. Factorul de calitate al rezonatoare de cuarț este mult mai mare decât Q rezonatori factorului LC-circuite este de 10 și 4. 10 iunie.
Există mai multe scheme de oscilatoare cu cuarț. Prin urmare, era necesar să se ia în considerare cel mai frecvent folosite în sistemele de practică. Circuitul echivalent convențional al rezonatorului cuarț prezentat în Fig.1. Dinamice Ls inductanță, capacitatea dinamică Cs și Rs rezistență ale pierderilor datorate prezenței înainte și înapoi efectul piezoelectric și proprietățile de rezonanță ale elementul piezo. Paralel Cp capacitanță cauzată de capacitanță interelectrodic a ansamblului piezoelectric, capacitate și corp. Frecvența de rezonanță a ramurii dinamice numita serie de frecvență de rezonanță Fs rezonatorului cuarț. Factorul de calitate Q din rezonator de cuarț este determinată de ramura dinamică, în conformitate cu formula pentru circuitul de oscilație serial Q = (2pFsLs) / Rs
Paralel frecvența de rezonanță Fp este Fs oarecum mai mare, care este cauzată de rezonanță paralelă Cp, Cs și Ls. Un parametru important al oscilatorului de cristal este raportul dintre capacitatea sa de o paralelă dinamică, notată cu g și numit capacitiv coeficient r = Cc / Cs
Conform diferite surse de literatură, raportul capacitiv pentru AT tăiat cuarț egal cu 220. 250. Având în vedere că Cs / Cp<0,1, можно пользоваться приближенным выражением для частоты параллельного резонанса Fp=Fs(1+(Cs/2Cp)). Для емкостного коэффициента г>25, intervalul de rezonanță, definită ca diferența dintre frecvențele rezonanțelor serie și paralel rezonatorului cuarț poate fi scris ca dF = Fs / 2r. În scăderi mecanice rezonator armonice cuarț și intervalul de rezonanță definit prin expresia DFN = Fs / (2rn2), unde n - 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 evalua capacitatea rezonator de cuarț excitat, circuite oscilator de cristal sunt folosite într-un anumit parametru numit factorul de calitate. Acesta este definit ca raportul dintre rezonator Q sale m raportul capacitance = Q / r.
Pentru valoarea rezonatoare cu cuarț M variază de la 1 la 10000. Când 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>Rezonator 2 are o reacție inductiv regiune, iar mai mare valoarea lui M este, cu atât mai mare acest domeniu. În practică, cele două tipuri de oscilatoare cu cristale distribuite mai larg: a) generatoare în care un rezonator de cuarț face parte dintr-un circuit oscilant și inductanța echivalentă; b) generatoare în care un rezonator cuarț încorporat în calea de feedback, este folosit ca un filtru de bandă îngustă și rezistență ohmică echivalent.
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 de oscilator cu cuarț cu cuarț între colector și baza, realizată dintr-un circuit de emițător la pământ (capacitiv trehtochka) este prezentat în Fig.2.
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 de frecvența de lucru a oscilatorului la Fg. Cu toate acestea, creșterea excesivă capacitate duce la deteriorarea condițiilor de auto-excitație. Pe de altă parte, capacitatea crește odată cu creșterea puterea disipată în rezonator, crescând astfel instabilitatea frecvenței generate. Datorită condițiilor tehnice disiparea de putere este limitată la cuarț 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 de a alege C1 capacitate, SOC, astfel încât Fs frecvența de oscilație apărată de nu mai mult de un sfert din perioada de rezonanță. La excitație a rezonatorului cuarț la armonice impare cuarț mecanică în loc de rezistor R3 includ un inductor Lc (Fig.3). La un circuit de generare de frecvență Lc-C4 ar trebui să aibă o capacitate, adică, frecvența de rezonanță ar trebui să fie mai mică decât frecvența de oscilație. datele de circuit ar trebui să fie selectate astfel încât frecvența sa naturală a fost de 0,7. 0.8 frecvenței de oscilație. Ca rezultat, circuitul capacitiv are o conductivitate la o frecventa de armonici necesare, care elimină posibilitatea de generare a armonicilor la cea mai mică 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 de trehtochki capacitiv care nu conține inductanță, care este condus la armonici 3 si 5.
Oscilatorul cu cuarț în circuit. Dacă circuitul din Figura 4 consecvent cu cuarț includ un inductor L1, aceasta va conduce la apariția unor proprietăți noi, adică, generatorul (Figura 5) de auto-oscilație nu poate stabilizat oscilator cu cristal. La frecvențe înalte, unde reactanța capacitate mai mică de paralel rezonator reactanță ramuri dinamice ale rezonator de cuarț se pot auto-excitat printr-o capacitate paralelă medie. Prezența inductanță L1 este abilitatea de a realiza echilibrul fază
serie frecvența de rezonanță, iar în unele regiuni sub frecvența detuning rezonanță serie. Inductanța L1 asigură echilibrul fază 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.
Reduceți cerințele pentru activitatea rezonatorului cuarț poate fi armonicile mecanice folosind circuite serie de rezonanță generatoare. 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 realizată în circuitul de pod, unde cuarț este plasat într-un braț al unui pod echilibrat.
Rezonanță serie oscilator cu punte. 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. Circuit L1-C3 trebuie să fie reglate la armonica dorită.
În această schemă nu a excita 5 rezonatoare cuarț sau armonicele din 7. 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 Butler (fig.7) caracterizat prin cea mai mare rezistență la factorii de destabilizare în intervalul de până la 100 MHz. Limita superioară a frecvențelor generate cauzat deteriorarea proprietăților de pe emitor. Într-un rezonator cu cuarț Butler încorporat în circuitul de feedback între emițători de tranzistori. VT1 tranzistor inclus în circuitul cu colector comun, și tranzistorul VT2 - o bază comună. Dezavantajul acestui sistem este tendința de a parazit auto-excitație din cauza o ieșire de comunicare la intrarea prin capacitate cuarț paralel medie. Pentru a elimina acest cuarț fenomen paralel inductor conectat, formând împreună cu un cuarț capacitance paralel circuit rezonant poate fi reglat la frecvența de oscilație parazite.
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 de rezonatoare. Atunci când alegeți un rezonator pentru generator, o atenție deosebită trebuie acordată calității rezonator - cea mai mare este, frecvența mai stabilă. Cea mai înaltă Q au evacuat carii. Dar factorul de rezonator, mai scump este. De multe ori există cavități cu un nivel ridicat de rezonante laterale.
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!