|
Генератор, частота которого стабилизирована кварцевым резонатором, является обязательным узлом для большинства современных приемников и трансиверов, а также для измерительных приборов. В этом обзоре приведены варианты возможного исполнения подобных генераторов на частоты от единиц до десятков мегагерц. Прежде чем переходить к практическим схемам, отметим, что для широко распространенных кварцев основная рабочая частота обычно не превышает 10… 15 МГц. Обусловлено это трудностями в изготовлении (при серийном производстве) очень тонких кварцевых пластин с высокой степенью параллельности рабочих сторон. Последнее, в частности, сильно влияет на моночастотность резонатора (отсутствие паразитных резонансов, особенно вблизи основной рабочей частоты). Применительно к генераторам наличие таких резонансов может привести к возбуждению резонатора не на той частоте, что указана на его корпусе, или к скачку частоты генератора при изменении внешних условий (температура, сопротивление нагрузки и т. В генераторе, схема которого показана на рис.1, кварцевый резонатор возбуждается на основной частоте [1]. Для его устойчивой работы сопротивление нагрузки (входное сопротивление следующего каскада) должно быть не менее 1 кОм. При этом высокочастотное напряжение на выходе генератора будет не менее 0,5 В (здесь и далее — эффективное значение). Номиналы конденсаторов С3, С4 и резистора R4 зависят от рабочей частоты кварцевого резонатора. Для полосы частот 1…3 МГц они должны быть соответственно 270 пф, 180 пф и 3,3 кОм; для 3…6 МГц — 180 пф, 120 пф и 3,3 кОм; для 6…10 МГц — 180 пФ, 120 пф и 2,2 кОм; для 10…18 МГц — 150 пФ, 68 пФ и 1,2 кОм; для 18…21 МГц — 68 пФ, 33 пФ и 680 Ом. Как принято говорить в таких случаях, при исправных деталях и безошибочном монтаже генератор настройки не требует (за исключением, быть может, некоторой коррекции рабочей частоты подстройкой конденсатора С2). На рис. 2 приведена схема генератора, в котором кварцевый резонатор возбуждается на нечетных гармониках его основной рабочей частоты [2]. Как и в предыдущем варианте, входное сопротивление следующего каскада должно быть не менее 1 кОм. Выходное напряжение — примерно 0,5 В. Для полосы частот 15…25 МГц емкости конденсаторов С2, СЗ и С4 должны быть соответственно 100, 100 и 68 пФ; для 25…55 МГц — 100, 68 и 47 пФ; для 50…65 МГц — 68, 33 и 15 пФ. Катушку L1 наматывают проводом диаметром 0,3 мм на каркасе диаметром 5 мм. Она имеет подстроечник из карбонильного железа (диаметр — 4 мм). Для трех указанных выше полос рабочих частот число витком должно быть соответственно 15, 10 и 7. Налаживают генератор подстройкой катушки 1.1 но устойчивой генерации на третьей гармонике основной частоты кварцевого резонатора. Если этого не происходит при любом положении подстроечника, то следует подобрать число витков катушки или попробовать провести эту операцию, установив конденсатор С2 с большим или меньшим номиналом. Если же и эта операция не поможет, то скорее всего причиной является низкая активность кварцевого резонатора (см.выше). Следует заметить, что далеко не все резонаторы, устойчиво генерирующие на основной частоте, также устойчиво работают и на гармониках. Подобный генератор может обеспечить напряжение около 2 В на высокоомной нагрузке (например, смесительный каскад на тразисторе с изолированным затвором) на более высокой частоте, если в цепь коллектора транзистора VT1 ввести полосовой фильтр, настроенный, например, на вторую гармонику рабочей частоты генератора (т.е. это будет генератор — удвоитель частоты на одном транзисторе). Генератор, схема которого показана на рис.3 [3], чуть посложнее — он содержит колебательный контур. Это даст сразу два преимущества. Во-первых, он имеет более высокую спектральную чистоту выходного сигнала. Во-вторых, он обеспечивает более широкий уровень выходного сигнала (около 1 В на нагрузке 100 Ом). Для полосы частот 1…3 МГц емкости конденсаторов С2, С5 и С6 соответственно равняются 470, 270 и 2000 пФ; для З…10 МГц — 330, 150 и 1500 пф; для 10…30 МГц — 180, 47 и 330 пф. Катушка L1 должна иметь при среднем положении подстроечника такую индуктивность. чтобы обеспечить с конденсатором С5 резонанс на рабочей частоте. Литература: 2. G.RJessop. VHF/UHF manual. -RSGB, 1983. 3. J-Pavlovec, J.Samur. Krystalove jednotky a oscilatory. — Amaterske Radio (B), 1987. N 2, p. 42-61. КВ-журнал №1, 1992
|
Если при выполнении двух названных выше условий генератор все же не заработал, то единственной причиной этого может быть невысокая активность кварцевого резонатора. В этом случает его следует либо заменить на другой, либо попытаться «поиграться» с номиналами конденсаторов СЗ и С4. В частности, может помочь изменение в ту или иную сторону отношения их емкостей.
Катушки индуктивности L2 и L3 такого фильтра наматывают проводом диаметром 0,6 мм на каркасе диаметром 5 мм с двумя подстроечниками из карбонильного железа (диаметр 4 мм). Расстояние между катушками — 5 мм. Для полосы частот 60…90 МГц число витков должно быть 9, а для 90…130 МГц — 6. Номиналы конденсаторов С6, С7 фильтра — 33 и 22 пф соответственно.
Налаживают этот генератор по устойчивой генерации на основной частоте кварцевого резонатора или на ее третьей гармонике.
Современная методика анализа и расчета кварцевых генераторов
Скачать:
С.В. Богуславский, В.П. Литвинов
ООО «БМГ-Кварц», Московский государственный открытый университет
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время существует значительное количество учебников, методических пособий и научных статей для расчета кварцевых генераторов. Однако им присущ один серьезный недостаток: все они в той или иной мере оторваны от практического применения за счет наличия большого числа математических выражений, изобилующих комплексными выражениями, дифференциальными уравнениями и системами и т.
д.
Но самое главное, решение все равно требует дополнительной коррекции при практической реализации, т.к. при расчете нелегко учесть разброс параметров элементов схемы, да и в справочниках приведены далеко не все необходимые параметры. В результате усилия, затраченные на расчет схемы, зачастую бывают сведены «на нет» при практической реализации.
Целью настоящей и последующих работ является создание такой инженерной методики расчета кварцевых генераторов различных типов схем, при которой можно в короткие сроки произвести расчет генератора, имея под рукой всего лишь инженерный калькулятор.
Предлагаемая методика предназначена для разработчиков радиоаппаратуры, имеющих некоторый практический опыт разработки аналоговых электронных схем, в частности автогенераторов или кварцевых генераторов, поэтому расчетные формулы приведены без выводов.
Кроме того, в другой статье предложена методика более углубленного анализа кварцевых генераторов после ее инженерного расчета с использованием САПР Micro Cap.
1. Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора.
Основным элементом схемы генератора, определяющим его стабильность является кварцевый резонатор, эквивалентная электрическая схема которого приведена на рис.1.
Рис.1. Эквивалентная схема кварцевого резонатора
Поясним физический смысл электрических параметров эквивалентной схемы кварцевого резонатора:
— Lq – эквивалентная динамическая индуктивность – эквивалент колеблющейся массы под электродами резонатора, величина которой определяет величину добротности Q;
— Cq – эквивалентная динамическая емкость – эквивалент механической жесткости кварцевой пластины;
— Rq – эквивалентное динамическое сопротивление – величина, характеризующая активные потери в кристаллической решетке, демпфирование колебаний молекулами окружающего газа и электрические потери в подводящих электродах;
— C0 – статическая емкость кварцедержателя.
Для диапазона частот от 5 до 30 МГц типовые значения элементов эквивалентной схемы следующие: Cq=0.
008…0.02 пФ; Lq=5…30 мГн; Rq=5…50 Ом; C0=1,5…6 пФ.
При проектировании генераторов, работающих на частотах выше 30 МГц применяют кварцевые резонаторы, работающие на нечетных механических гармониках (3-я, 5-я, 7-я и т.д.). При этом значения Cq уменьшаются пропорционально квадрату номера гармоники, т.е. на 3-ей механической гармонике резонатор будет иметь Cq порядка 0,01/32≈0,001 пФ. При этом эквивалентное сопротивление возрастает приблизительно прямо пропорционально номеру гармоники, т.е. 3xRq.
Как видно из рис. 1, эквивалентная схема представляет собой сложный колебательный контур, имеющий последовательный и параллельный резонанс, причем частота последовательного резонанса определяется параметрами Lq и Cq, а параллельного – Lq и последовательно соединенных Cq и C0. Наличие резонансов иллюстрирует рис. 2, на котором приведены амплитудно-частотная (АЧХ) и фазо-частотная (ФЧХ) характеристики полного сопротивления Zq кварцевого резонатора частотой 10 МГц по 1-ой механической гармонике.
Рис.2. Характеристики полного сопротивления резонатора.
Из рисунка видно, что частотная характеристика имеет два экстремума, соответствующих последовательному (минимум) и параллельному (максимум) резонансу.
Разность частот между ними называется резонансным промежутком, который можно определить как
Особый интерес представляет область АЧХ между последовательным и параллельным резонансом, характеризующаяся увеличением полного сопротивления с ростом частоты, что соответствует индуктивному характеру сопротивления резонатора, величина которого зависит от отстройки от частоты последовательного резонанса.
2. Условие самовозбуждения генератора
В самом общем виде структурную схему автогенератора (рис. 3) можно представить состоящей из двух четырехполюсников – усилителя с коэффициентом усиления K и цепи положительной обратной связи с коэффициентом обратной связи β.
Рис. 3. Структурная схема автогенератора.
Условие стационарного режима генератора можно представить в следующем виде:
Выражение (2) состоит из двух уравнений – баланса фаз и баланса амплитуд.
Баланс фаз – алгебраическая сумма сдвигов фаз по замкнутому колебательному контуру равна 0 или 2πn.
Баланс амплитуд – условие, при котором в установившемся режиме произведение коэффициента усиления активной части схемы (усилителя) на коэффициент обратной связи, называемое фактором регенерации G, равно 1. Для уверенного возбуждения генератора начальное значение G выбирается в пределах от 2 до 4. При установлении колебаний величина G снижается до 1 – выполнения условия баланса амплитуд, за счет уменьшения средней крутизны при росте амплитуды колебаний.
3. Осцилляторные схемы кварцевых генераторов.
В технике стабилизации частоты, наиболее часто используют так называемые осцилляторные схемы, т.е. схемы, в которых кварцевый резонатор является элементом колебательного контура генератора – как правило, индуктивностью.
Эти генераторы выполняются обычно по схеме «емкостной трехточки» (Рис.3.),
Рис.3.1. Обобщенная схема емкостной трехточки.
В зависимости от того, какой электрод транзистора VT1 будет заземлен, схема будет называться с общей базой, с общим эмиттером или с общим коллектором. Как было уже сказано выше, индуктивность в этой схеме можно заменить кварцевым резонатором. При этом рабочая частота генератора будет выше частоты последовательного резонанса кварцевого резонатора. Схема кварцевого генератора, построенного по схеме емкостной трехточки, будет иметь вид, показанный на рис.4.
Рис.4. Обобщенная схема кварцевого генератора
4. Методика расчета кварцевого генератора
В качестве примера проведем анализ и расчет, наиболее распространенной схемы управляемого напряжением кварцевого генератора (рис.5.), которая практически применяется в большей части радиотехнических устройств,. В ней RB1 и RB2 — сопротивления базового делителя, RC – коллекторная нагрузка, RE – резистор в цепи эмиттера, C1, C2, BQ1 и VD1 – элементы контура генератора и RV – резистор цепи управления варикапа.
Варикап RV может использоваться также для подстройки частоты в неуправляемом генераторе, расчет которого производится аналогичным образом.
Рис.5. Принципиальная схема управляемого кварцевого генератора.
Анализ и расчет работы генератора целесообразно начать с расчета режима работы по постоянному току. Для этого совсем необязательно иметь весь набор параметров и характеристик транзистора. Дело в том, что современные кремниевые транзисторы, используемые в качестве активного элемента кварцевых генераторов, как правило, имеют коэффициент усиления по току β≥100, а частоту единичного усиления ft ≥ 1500…2000 МГц, что позволяет пренебречь инерционными свойствами транзистора вплоть до частот порядка 100 МГц.
Прежде всего, найдем значение тока коллектора в рабочей точке. Так как напряжение перехода база-эмиттер транзистора в открытом состоянии составляет 0,6…0,75 В, ток коллектора (без учета тока базы) определяется по формуле:
Далее, находим крутизну вольтамперной характеристики:
где — температурный потенциал;
k – постоянная Больцмана;
T – абсолютная температура;
q – заряд электрона.
Затем, определяем управляющее сопротивление Ry, равное произведению сопротивления нагрузки на коэффициент обратной связи резонансной цепи генератора:
где
Для проверки условия баланса амплитуд определяем фактор регенерации G:
Определение значения рабочей частоты генерации включает в себя:
— определение емкости варикапа при среднем значении напряжения перестройки;
— определение емкости генератора;
— расчет частоты генерации при различных напряжениях перестройки.
В перестраиваемых генераторах для получения больших пределов перестройки частоты и хорошей линейности ее характеристики обычно применяют варикапы со сверхрезким переходом. Аналитическая зависимость емкости варикапа от напряжения обратного смещения аппроксимируется следующим образом:
где Cv0- емкость варикапа при напряжении управления Ey=0.
Относительная отстройка от частоты последовательного резонанса
где 1/ =1/С1+1/С2+1/ .
Рабочая частота генератора
После этого приступаем к анализу энергетических характеристик генератора.
Из анализа спектральной характеристики коллекторного тока известно, что амплитуда первой гармоники коллекторного тока Icm при G≥3 равна 2lc. Поэтому амплитуда переменного напряжения база-эмиттер Ube=Icm x Ry .
Ток, протекающий в контуре генератора, а также через кварцевый резонатор можно определить из следующего выражения:
Мощность, рассеиваемая на кварцевом резонаторе определяется как
Амплитуда первой гармоники выходного напряжения генератора равна
5. Пример расчета кварцевого генератора
В качестве примера рассчитаем кварцевый генератор, управляемый напряжением со следующими параметрами:
• Номинальная частота ,ƒ0 10 МГц;
• Перестройка частоты, δ ±100×10-10;
• Диапазон изменения напряжения управления, Ey 0…5 В;
• Амплитуда 1-ой гармоники выходного напряжения, Ucm≥250мВ;
• Сопротивление коллекторной нагрузки, Rc 200 Ом;
• Напряжение питания, Ep 5В≥10%.
Кварцевый резонатор берем со следующими типовыми параметрами:
Номинальная частота 10 МГц;
Динамическое сопротивление 10 Ом;
Динамическая емкость 10 фФ;
Статическая емкость 3 пФ.
1. По формуле (3) определяем ток коллектора в рабочей точке
2. Крутизна коллекторного тока согласно формуле (4) будет равна
3. Для обеспечения широкого диапазона перестройки частоты генератора задаемся фактором регенерации G=5 и определяем управляющее сопротивление Ry
4. Определяем эквивалентную емкость генератора
Если С1=С2 то С1=С2=347х2=794 пФ.
Из ряда Е24 выбираем ближайшие значения емкостей конденсаторов С1=С2=750 пФ
5. Определяем элементы схемы генератора, задающие режим по постоянному току.
Выбираем
6. Определяем элементы цепи базового смещения
Выбираем ток делителя .
Напряжение на базе транзистора ,
7. Для определения перестройки частоты из выражения (8) находим
тогда общая перестройка будет равна
Умножая левую и правую части равенства на получаем
где Kp – коэффициент перекрытия варикапа по емкости.
Выбрав Kp=3 определим .
При этом
Выбираем варикап BB659, у которого =55 pF, а =18 pF.
8. В заключение определим также мощность рассеяния на кварцевом резонаторе
Подставляя в данное выражение значения параметров, получаем:
Допустимая мощность для данного типа резонаторов составляет 1 mW или 1000μW .
_______________________________________________________________________________________
Скачать:
nomortogelku.
xyz
Quartz Generator — Etsy.de
Etsy больше не поддерживает старые версии вашего веб-браузера, чтобы обеспечить безопасность пользовательских данных. Пожалуйста, обновите до последней версии.
Воспользуйтесь всеми преимуществами нашего сайта, включив JavaScript.
Найдите что-нибудь памятное, присоединяйтесь к сообществу, делающему добро.
(более 1000 релевантных результатов)
Clear Quartz Polished Point with Phantom — Генератор фантомных кристаллов из прозрачного кварца
- Описание
- Отзывы (0)
- Перевозка и доставка
Описание
Генераторная точка из прозрачного кварца с уникальными огранками и фигурками ангелов идеально подходит для медитации или сеансов исцеления, а также является впечатляющим украшением дома или прекрасным подарком для семьи и друга.
Продано: за фунт
Происхождение: Бразилия
Отзывы (0)
Доставка и доставка
Информация о доставке и отправке
Какова стоимость доставки?
Стоимость доставки в Северной Америке (Канада и прилегающие территории США)
Для просмотра цен и размещения заказов зарегистрируйтесь или войдите в систему
- Минимальный заказ составляет 200 долларов США.
- Первые заказы осуществляются на карту Visa или MasterCard.
Заказы в Канаде оплачиваются через канадских доллара.
Заказы в США и за рубежом оплачиваются в размере долларов США . Клиенты должны иметь действительный номер Tax или Resale Number.
Вы не будете нести никаких пошлин или других сборов.
Стоимость доставки в международные направления:
Мы предлагаем международную доставку. Однако для определенных пунктов назначения и товаров могут применяться некоторые ограничения. Клиент несет ответственность за любые другие понесенные расходы, такие как таможенные сборы, пошлины, доставка и т. д. Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительных запросов.
Когда я получу свой заказ? Время обработки:
Время доставки может варьироваться в зависимости от способа, выбранного при размещении заказа в корзину. Большинство отправлений обрабатываются через UPS. Как только ваш заказ будет одобрен, он будет обработан и отправлен на следующий рабочий день.
Клиент будет уведомлен, если какие-либо товары находятся в очереди или в случае каких-либо непредвиденных задержек.
Ограничения по доставке:
Заказы, размещенные в пятницу после 17:00 по восточному стандартному времени, будут обработаны в следующий понедельник. Все заказы должны быть отправлены на физический адрес.
Перед отправкой требуется подтверждение платежа, включая расходы на доставку и обработку, а также любые применимые налоги с продаж.
Отслеживание заказов:
Есть 2 способа отслеживания ваших заказов:
- Войдите в свою учетную запись и проверьте статус доставки.
- Перейдя по данной ссылке, вы получите номер для отслеживания.
Мы в эко-режиме:
Компания Nature’s Artifacts стремится использовать экологически чистые транспортные материалы. Мы поощряем максимально возможное использование возобновляемых и переработанных материалов.
