Стабильный кварцевый генератор

Журнал "Радио", номер 6, 1999г.
Автор: Владимир Поляков (RA3AAE)

    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.







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2018 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.