кристални осцилатори
Относителната честота нестабилността на осцилатори В, резонатори извършват върху LC-схема, обикновено не по-ниска от 10 -3. 10 -4. Генератор на стабилност на честотата зависи основно от качеството фактор и стабилността на колебание на системата. LC-верига Q-фактор обикновено е не по-висок от 200. 300. модерни радио предаватели и приемници, за да отговарят на по-строги изисквания по отношение на стабилността на честотата. Обикновено се изисква относително дългосрочната стабилност на честотата не по-малко от 10 -6. 10 -8. че може да се осигури използване на кварцови кристали. Коефициентът на качеството на кварцови резонатори е много по-голяма, отколкото на Q фактор резонатори LC-схеми е 10 и 4. 10 на юни.
Има много схеми кварцови осцилатори. Ето защо не е необходимо да се помисли за най-често използваните в схеми практики. Конвенционалната еквивалентната схема на кварцов резонатор, показана на фиг.1. динамични индуктивност Ls на динамичното капацитет Cs и Rs устойчивост на загуби, дължащи се на присъствието на преден и заден пиезоелектрически ефект и свойствата резонанс на пиезо-елемент. паралелно капацитет СР причинени от interelectrode капацитет на пиезоелектричен, капацитет и тялото възел. резонансната честота на динамичния клон наречен серия резонансна честота Fs на кварцов резонатор. качествен фактор Q на кварцов резонатор се определя от динамичния клон в съответствие с формулата за сериен колебание верига Q = (2pFsLs) / Rs
Паралелно резонансна честота Fp е малко по-високи Fs, което се причинява от паралелен резонанс Cp, Cs и Ls. Важен параметър на кристален осцилатор е съотношението му капацитет на динамично паралелно, означен с грам и нарича капацитивен коефициент г = Cc / Cs
Според различни литературни източници, капацитивен съотношение за АТ намали кварц равно на 220. 250. Като се има предвид, че Cs / CP<0,1, можно пользоваться приближенным выражением для частоты параллельного резонанса Fp=Fs(1+(Cs/2Cp)). Для емкостного коэффициента г>25, интервалът на резонанс, определя като разлика между честотите на успоредните и серия резонанси на кварцов резонатор могат да бъдат написани като DF = Fs / 2r. В механични хармоници кварцови резонатор намалява и интервала на резонанс, определени от експресията DFN = Fs / (2rn2), където п - брой на хармоници.
Капацитивният съотношението определя величината на периода резонанс на резонатора, следователно, управляван честота отклонение на кварцов генератор, честотата стабилност при промяна на параметрите на веригата, и поддържане на условията за появата на трептения във веригата на кварцов генератор. За да се оцени способността на кварцов резонатор възбуден, кристален осцилатор вериги се използват в някои параметър, наречен фактор качество. Тя се определя като съотношението на резонатор Q съотношение капацитет му m = Q / г.
За кварцови резонатори стойност М варира от 1 до 10000. Когато М<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>Резонатор 2 има област индуктивен реакция, и по-голяма стойността на М е по-голям тази област. На практика, двата вида кристални осцилатори най-широко разпространени: а) генератори, при които кварцов резонатор е част от осцилаторна верига и еквивалентната индуктивност; б) генератори, при които кварцов резонатор включени в пътя на обратна връзка, се използва като теснолентов филтър и еквивалентни омично съпротивление.
Кристални осцилатори, в която кристал резонатор се използва като индукционен реакции елемент на схема наречени осцилатор и генератори, при които кварцов резонатор са включени в обратна връзка, наречен серия резонанс генератори.
осцилатор схема на кварцов генератор с кварцов между колектора и основата, направена от заземен емитер верига (капацитивен trehtochka) е показана на фиг.2.
Понастоящем капацитивен trehtochka намира широко приложение в честотния обхват до 22 MHz с резонатор на основната честота, и до 66 MHz при възбуждане в трета хармонична на механични (Фигура 3). С кристален осцилатор между колектора и основата на веригата с заземен емитер на висока честота, не е податлив на паразитните колебания в anharmonic нюанси, има превъзходна стабилност при промяна на честотата на захранващото напрежение и температурата на околната среда.
Ефект транзистор реактивни промени на параметрите в зависимост от времето и напрежението е атенюиран с нарастващи капацитети С1, SO (2), т.е. с подхода на работната честота на осцилатора да Fg. Въпреки това, прекомерно увеличение на капацитет води до влошаване на условията на самовъзбуждане. От друга страна, капацитет се увеличава с увеличаване на разсейване на енергия в резонатор, като по този начин увеличаване на нестабилността на генерираната честота. Поради технически условия разсейване мощност е ограничена до кварца 1. 2 MW. Въпреки това, в честотния диапазон от 1 MHz с разсейване честота серия резонанс 22 мощност зависи от разсейване на енергия, и коефициент на пропорционалност е равна на (0,5. 2) • 10-9 Hz / MW, следователно, трябва да се ограничи в количество разсеяна енергия резонатор за високо стабилни осцилатори 0.1. 0,2 MW.
На практика, се препоръчва да се избере капацитет C1, на SOC, така че честотата на трептене на Fs защитавани от не повече от една четвърт от резонансната период. При възбуждане на кварцов резонатор на нечетни хармоници механична кварц вместо резистор R3 включва индуктор Lc (фиг.3). В схема за генериране на честота LC-С4 трябва да има капацитет, т.е. нейната резонансна честота трябва да бъде по-ниска от честотата на трептене. данни верига трябва да бъдат избрани така, че неговата естествена честота е 0.7. 0.8 на честота на трептене. В резултат на капацитивен верига има проводимост при честота на хармоници необходими, която елиминира възможността за генериране на хармоници в долната и основната честота.
Генераторът на осцилатор, работещи с честота над 22 MHz, резонатор обикновено вълнуват 3-ти или 5-ти хармонична, но не и при по-висока, тъй като силен ефект паралелен капацитет ефект. По-често, отколкото е показано на фиг.2, се прилага триточков капацитивен кристал колебание верига с кварцов резонатор между колектора и базата на транзистора в комутационната схема с заземен колектор (фиг.4). Тази схема е особено полезна за електронни генератори с прегрупиране (за включване в серия с кварц на Варикапните) и има минимален брой заключващи елементи от веригата с емитера заземен. Много експерти в областта на кристални осцилатори се счита капацитивен trehtochku най-доброто от всички схеми кристални осцилатори, работещи при първичен и трета хармонична на механичното резонатор. Трябва да се отбележи, че има капацитивен верига trehtochki, която не съдържа индуктивност, която се задвижва в 3-ти и 5-ти хармоници.
Осцилатор с кварцов във веригата. Ако веригата на Фигура 4 последователно с кварцов включва индуктор L1, това ще доведе до появата на нови свойства, т.е. на генератора (Фигура 5) самостоятелно трептенията не може да се стабилизира кристален осцилатор. При високи честоти, където реактивно съпротивление на по-малкия капацитет на паралелно резонатор реактанс динамични клонове на кварцов резонатор може самостоятелно възбужда посредством паралелен капацитет Ср. Наличието на индуктивност L1 е възможността за извършване на фаза баланс
серия резонансна честота, а в някои региони по-долу серия резонансна честота разстройване. Индуктивност L1 осигурява фаза баланс при обстоятелства, където М<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.
Намаляване на изискванията за активността на кварцов резонатор могат да бъдат механични хармоници използват серия резонансни вериги генератори. Тъй като с увеличаване на честотата и броя на хармонична кварцов резонатор намалена активност поради увеличаване на неговия еквивалент съпротивление шунт и увеличаване на влиянието на статичното (паралелен) капацитет Ср, е необходимо да се неутрализира или се компенсира. Неутрализирането може да се осъществи в верига мост, където кварц се поставя в едно от рамената на балансиран мост.
Мостово серия резонанс осцилатор. В схемата, показана на фиг.6, с точната баланс на моста (Ср = C2 = HL1-2 HL2-3) обратна връзка се осъществява само чрез динамична клон резонатор. В механични хармонични кварцов резонатор увеличава рязко проводимост сериен резонатор клон, балансът на мост и с подходящ избор на елементи възбудени осцилатор. L1-С3 верига трябва да бъде настроен на желаната хармонична.
В тази схема не може да се възбуди 5-ти на кварцови резонатори или 7-ми хармоници. Схеми за неутрализацията на статичен капацитет на резонатор е много критичен за режима на работа и е трудно да се коригира, въпреки че те могат да бъдат използвани при честоти до 100 MHz. Горната граница на генератора на честота с неутрализацията поради трудността да се получи голям еквивалент резистентност верига нарастване на честотата, след първоначалното капацитет на веригата не може да се направи малка поради паразитни капацитети.
Схема Бътлър (фиг.7) се характеризира с най-голяма устойчивост на дестабилизиращи фактори в обхват до 100 MHz. Горната граница на генерираните честоти, причинени влошаване на свойствата на последовател емитер. В кварцов резонатор с Бътлър включен в обратна верига между излъчвателя на транзистори. VT1 транзистор включен във веригата с общ колектор, и транзистор VT2 - обща база. Недостатък на тази схема е тенденцията към паразитни самовъзбуждане дължи на комуникация изход към входа чрез паралелния капацитет кварц Ср. За да се премахне този феномен кварц паралелно свързан индуктор, образувайки заедно с паралелно капацитет кварц резонансна верига може да бъде настроена на паразитни честота на трептене.
А Бътлър осцилатор на един транзистор с компенсация Ср. В честоти до 300 MHz е целесъобразно да се използва един етап филтър верига, например, филтър съединение с обща основа (фиг.8). По същество осцилатор е един етап усилвател, където веригата е свързан към емитера на биполярен транзистор чрез кварцов резонатор, действащ като теснолентов филтър. Контура, образуван от паралелно капацитет Cp и кварц намотка L2, настроен да използва хармонична честота. С нарастване на работната честота на транзистора увеличава еквивалент проводимост, т.е. условията за самовъзбуждане влоши. Все пак, въпреки това, условията за самовъзбуждане на осцилатора с високи честоти е по-лесно, отколкото кварцови осцилатори с колектор-база и кварц във веригата, която определя своя полза.
В заключение трябва да се отбележи, че горните схеми кварцови осцилатори не изпускателния колектор генератор вериги стабилизирани кристален осцилатор, и изборът на схема значително повлияни от присъствието на кварцови резонатори с необходимите параметри еквивалентни на изискванията за изходната мощност на мощността, разсейвана в резонатор, дългосрочна стабилност честота и др.
Малко резонатори. При избора на резонатор за генератора, трябва да се обърне специално внимание на качеството на резонатора - колкото по-висока е тя, толкова по-стабилна честота. Най-Q са евакуирани кухини. Но факторът на резонатора, толкова по-скъпо е. Често има кухини с високо ниво на нежелани резонанси.
В СССР, с изключение на кварцови резонатори, кристали, произведени от литиево ниобат (белязан RN и RM), литиев tantalate (маркиран с RT) и други пиезоелектрични материали. Като такива резонатори еквивалентни параметри се различават от параметрите на кварцови резонатори, те не може да бъде възбуден в схемите, в които кварц работят добре, въпреки че честотата е маркиран на корпуса могат да бъдат еднакви. Те могат да имат по-малко честота стабилност и тунинг точност. Предприятия СССР обикновено произвежда кварцови кристали с основната честота до 20. 22 MHz и по-горе - в механични хармоници. Това се дължи на остарели технологията на обработка кварцови плочи. Чуждестранните фирми, които произвеждат кварц с основна честота 35 MHz. Водещи чуждестранни компании произвеждат резонатори под формата на така наречения обратен структура плато, работещи в насипно състояние дебелина на срязване вибрации, чиято честота е първата хармонична достига 250 MHz! Използването на такива кварцови резонатори в осцилаторна верига, в която като колебания системи приложимо система с разпределен капацитет и индуктивност параметри, може да се получи много стабилен колебание до честота 750 MHz без честота умножение!