kristály oszcillátor
A relatív gyakorisága instabilitása oszcillátorok, rezonátorok végeztük a LC-áramkör, általában nem alacsonyabb mint 10 -3. 10 -4. Generátor Frekvencia stabilitás nagymértékben függ a minőségi tényező és a stabilitás a rezgő rendszer. LC-áramkör Q-faktor jellemzően nem magasabb, mint 200 300-at a modern rádió adó-vevő, hogy eleget szigorúbb követelményeket a frekvencia stabilitás. Jellemzően, a relatív hosszú távú frekvencia stabilitás szükséges nem kevesebb, mint 10 -6. 10 -8. hogy lehet szolgáltatni kvarckristályokat. A minőségi tényező kvarc rezonátor sokkal nagyobb, mint a Q faktor rezonátor LC-áramkörök 10, és 4 június 10.
Sok rendszerek kvarcoszcillátorok. Ezért volt szükség, hogy fontolja meg a leggyakrabban használt a gyakorlatban rendszereket. A hagyományos helyettesítő áramkör a kvarcrezonátor az 1. ábrán látható. A dinamikus induktivitás Ls, a dinamikus kapacitás Cs és az ellenállás Rs veszteségek jelenléte miatt a forward és reverz piezoelektromos hatást, és a rezonancia tulajdonságai a piezo-elem. A párhuzamos kapacitás Cp okozta interelectrode kapacitás a piezoelektromos, kapacitás és a test szerelvény. A rezonancia frekvenciája dinamikus nevezett ága sorozat rezonancia frekvencia Fs kvarcrezonátor. A minőségi tényező Q a kvarcrezonátor határozza meg dinamikus ág képlet szerint a soros rezgőkör Q = (2pFsLs) / Rs
Párhuzamos rezonancia frekvencia Fp valamivel magasabb Fs, ami miatt a párhuzamos rezonancia Cp, Cs és Ls. Egyik fontos paramétere a kristály oszcillátor az aránya a kapacitásától, hogy a dinamikus párhuzamos, jelöljük g és a hívott kapacitív együttható r = Cc / Cs
Szerint a különböző irodalmi források, kapacitív aránya az AT vágott kvarc egyenlő 220. 250. Tekintettel arra, hogy a Cs / Cp<0,1, можно пользоваться приближенным выражением для частоты параллельного резонанса Fp=Fs(1+(Cs/2Cp)). Для емкостного коэффициента г>25, a rezonancia intervallumot, definíció szerint a különbség a frekvenciák a párhuzamos és soros rezonanciák a kvarcrezonátor felírható dF = Fs / 2r. A mechanikus harmonikusok kvarcrezonátor csökken, és a rezonancia intervallum által meghatározott expressziós DFN = Fs / (2rn2), ahol n - száma harmonikusok.
A kapacitív arány határozza meg, nagysága a rezonancia időszak a rezonátor, ezért sikerült frekvenciatávolsága kvarc oszcillátor, frekvencia stabilitás, amikor a paraméterek változtatásával az áramkör, és fenntartása a feltételeket a előfordulása rezgések az áramkörben a kvarc oszcillátor. Értékelni, hogy az a kvarcrezonátor izgatott, kristály oszcillátor áramkört használnak valamilyen paraméter az úgynevezett minőségi tényező. Ez úgy definiáljuk, mint az arány a rezonátor Q a kapacitásától áttétel m = Q / r.
A kvarc rezonátor értéke m értéke 1-től 10000. Ha 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 rezonátort van egy olyan régió induktív reakciót, és minél nagyobb az érték az M, a nagyobb ezen a területen. A gyakorlatban, a kétféle kristály oszcillátorok legelterjedtebb: a) generátorok, amelyben egy kvarcrezonátor része oszcillációs áramkör és az egyenértékű induktivitás; b) generátorok, amelyben egy kvarcrezonátor beépítették a visszacsatoló úton, alkalmazunk egy keskeny sávú szűrő és ekvivalens ohmos ellenálláson.
Kristály oszcillátor, amely egy kristály rezonátor használunk egy induktív áramköri elem reakciók úgynevezett oszcillátor és generátorok, amelyben egy kvarcrezonátor építeni a visszacsatolás, az úgynevezett sorozat rezonancia generátorok.
A oszcillátor áramkör a kvarc oszcillátor kvarc a kollektor és a bázis, készült földelt emitterkapcsolásban (kapacitív trehtochka) a 2. ábrán látható.
Jelenleg, kapacitív trehtochka találja széles alkalmazási frekvenciatartományban akár 22 MHz a rezonátor az alapfrekvencián, és akár 66 MHz-es, amikor izgatott a harmadik harmonikus a mechanikai (3. ábra). A kristály oszcillátor között a kollektor és a bázis az áramkör egy földelt emitteres nagyfrekvenciás, nem hajlamos a zavaró ingadozása anharmonikus felhangokkal, azt kiváló a stabilitása, amikor változik a frekvencia a tápfeszültség és a környezeti hőmérséklet.
Effect tranzisztor jet paraméterek változása az idő függvényében, és feszültség legyengített növekvő kondenzátorok C1, SO (2), azaz a azzal a megközelítéssel, a működési frekvenciája az oszcillátor Fg. Azonban a túlzott növekedése kapacitás romlásához öngerjesztés körülmények között. Másrészt, a kapacitás növelésével növekszik teljesítménydisszipáció a rezonátor, ezzel is növelve a bizonytalanság a generált frekvencia. Mivel a technikai feltételek a veszteségi teljesítmény korlátozódik kvarc 1 2 mW. Azonban, a frekvenciatartományban 1 MHz egy 22 teljesítmény disszipáció sorozat rezonancia frekvenciája függ a teljesítmény disszipáció, és az arányossági tényező egyenlő (0,5. 2) • 10-9 Hz / mW, ezért korlátozni kell mennyiségben disszipált teljesítmény rezonátor igen stabil oszcillátorok 0.1. 0,2 mW.
A gyakorlatban ez azt javasoljuk, hogy válassza ki a kapacitás C1, a SOC így a rezgési frekvencia Fs védte nem több, mint egynegyede a rezonáns időszakban. Gerjesztés hatására a kvarc rezonátor a páratlan harmonikus mechanikus kvarc helyett az R3 ellenállás közé egy induktor Lc (3.ábra). Gyakorisággal generáló áramkört Lc-C4 kell egy kapacitív, azaz rezonancia frekvenciáján alacsonyabbnak kell lennie, mint a rezgési frekvenciája. áramkört adatokat úgy kell megválasztani, hogy a természetes frekvencia 0,7. 0,8 a rezgési frekvencia. Ennek eredményeként, a kapacitív áramkör vezetőképessége frekvenciával harmonikus szükséges, ami kiküszöböli annak lehetőségét generációs harmonikus az alsó és az alapfrekvencia.
A oszcillátor generátor működési frekvencia fölött 22 MHz, a rezonátor általában gerjeszti a 3. vagy 5. harmonikus, de nem a nagyobb, mivel egy erős hatást párhuzamosan kapacitást hatást. Gyakrabban, mint a 2. ábrán látható, alkalmaz hárompontos kapacitív kristály rezgőkör egy kvarcrezonátor között a kollektor és tranzisztor bázisa a kapcsoló áramkör egy földelt gyűjtő (4.ábra). Ez a rendszer különösen hasznos az elektronikus frekvencia generátorok átrendeződés (felvétele a sorozatban a varikap dióda kvarc), és van egy minimális számú reteszelő elemek, mint az áramkör a emitter földelt. Sok szakértő területén a kristály oszcillátor tartják kapacitív trehtochku legjobb az összes rendszerek kristály oszcillátorok működő elsődleges vagy harmadik harmonikus a mechanikus rezonátor. Meg kell jegyezni, hogy van egy kapacitív áramkör trehtochki nem tartalmazó induktivitás, amely hajtja a 3. és 5. harmonikus.
Oszcillátor kvarc az áramkörben. Ha az áramkör a 4. ábra következetesen kvarc tartalmaznak L1 tekercset, ez vezet a az új tulajdonságok, azaz, a generátor (5. ábra) self-oszcilláció nem stabilizált kristály oszcillátor. Nagyfrekvenciákon ahol a reaktancia a kisebb kapacitás párhuzamos rezonátor reaktancia dinamikus ágak a kvarcrezonátor lehet öngerjesztésű keresztül párhuzamosan kapacitást átl. A jelenléte az induktivitás L1 az a képesség, hogy hajtsa végre a fázisban egyensúlyt
sorozat rezonancia frekvencia, és néhány régióban sora alatt rezonancia frekvencia elhangolódásával. Induktivitása L1 biztosítja a fázisban egyensúlyt olyan körülmények között, ahol 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.
Csökkentse a követelményeket a tevékenység a kvarcrezonátor lehet mechanikus harmonikus felhasználásával sorozat rezgőkörökből generátorok. Mivel egyre gyakrabban és a harmonikus szám a kvarcrezonátor csökkent aktivitása miatt, hogy növelje a egyenértékű sönt ellenállás és növekvő befolyása a statikus (párhuzamos) kapacitív Cp, szükséges, hogy semlegesítse vagy offset. Semlegesítést úgy lehet elvégezni a hídkapcsolás, ahol kvarc kerül az egyik karját a kiegyensúlyozott híd.
Az áthidalt sorozat rezonancia oszcillátor. A rendszer a 6. ábrán látható, a pontos egyensúlyt a híd (Cp = C2 = HL1-2 HL2-3) visszacsatoló végzik csak egy dinamikus ága rezonátor. A mechanikus harmonikus kvarcrezonátor meredeken emelkedik vezetőképesség soros rezonátor ága, a híd egyensúlyból, és egy megfelelő választás elemek izgatott oszcillátor áramkör. L1-C3 áramkört kell hangolni a kívánt harmonikus.
Ebben a rendszerben nem gerjeszti a kvarc rezonátor 5. vagy 7. harmonikus. Reakcióvázlatok semlegesítésére statikus kapacitásból a rezonátor nagyon kritikus a üzemmód és nehéz beállítani, bár lehet frekvencián alkalmazzák akár 100 MHz. A felső határ a frekvenciájú generátor a semlegesítés miatt nehéz ahhoz, hogy nagy eredő ellenállás áramkör a frekvencia növekedésével, mivel a kezdeti kapacitása az áramkör nem lehet kis miatt parazita kapacitások.
Reakcióvázlat Butler (ábra7) jellemzi a legnagyobb ellenállást a destabilizáló tényezők tartományban akár 100 MHz. A felső határ a generált frekvencia okozta romlását tulajdonságait emitterkövető. A Butler kvarcrezonátor építeni a visszacsatoló áramkört a tranzisztorok. VT1 tranzisztor tartalmazza az áramkör közös gyűjtő, és a tranzisztor VT2 - egy közös alapot. A hátránya ennek a rendszernek az a tendencia, hogy a parazita öngerjesztés miatt kommunikációs kimenet a bemenet a párhuzamos kapacitív kvarc Átl. Ahhoz, hogy megszüntesse ezt a jelenséget kvarc párhuzamosan kapcsolt induktivitás, képezve azzal párhuzamos kapacitív kvarc rezgőkör lehet hangolva a parazita rezgési frekvenciája.
A Butler oszcillátor egyetlen tranzisztor kompenzáció átl. Frekvencián akár 300 MHz célszerű használni egy-lépcsős szűrő áramkört, például egy szűrő áramkör egy közös bázis (ábra8). Lényegében az oszcillátor egy egyfokozatú erősítő, ahol az áramkör van csatlakoztatva a emittere a bipoláris tranzisztor keresztül kvarcrezonátor, meghatalmazotti egy keskeny sávú szűrő. A hurok által alkotott párhuzamos kapacitív Cp és kvarc L2 tekercs, hangolt harmonikus frekvencia használt. A növekedést a működési frekvencia a tranzisztor növeli az egyenértékű konduktancia, azaz az önálló gerjesztés körülmények között romlik. Azonban, annak ellenére, hogy ez az, a feltételeket az önálló gerjesztés az oszcillátor magas frekvenciákon könnyebb, mint a kvarc oszcillátorok a kollektor-bázis és kvarc az áramkörben, amely meghatározza az előnye.
Összefoglalva, meg kell jegyezni, hogy a fenti rendszerek kvarcoszcillátorok nem kipufogócsonk áramkört stabilizálódott kristály oszcillátor, és a kiválasztott program nagyban befolyásolja a jelenléte Kvarc rezonátorok a szükséges egyenértékű paraméterek, a kimeneti teljesítmény követelmények energiának a rezonátor, a hosszú távú stabilitás frekvencia és mtsai.
Egy kis rezonátor. Amikor kiválasztunk egy rezonátort a generátor, különös figyelmet kell fordítani a minőség a rezonátor - minél magasabb, annál stabilabb frekvencia. A legmagasabb Q kiürített üregekbe. De az a tényező, a rezonátor, annál drágább is. Gyakran vannak olyan üregek egy magas szintű oldalán rezonanciák.
A Szovjetunióban, kivéve kvarc rezonátor, kristályok előállított lítium-niobát (jelzett RN és RM), a lítium-tantalátban (jelölt RT) és más piezoelektromos anyagok. Mint ilyen rezonátor egyenértékű paraméterek eltérnek a paramétereket kvarc rezonátor, akkor nem izgatott a rendszerek, amelyekben a kvarc jól működik, bár a frekvencia fel vannak tüntetve a burkolat lehet azonos. Lehet, hogy kevesebb frekvencia stabilitás és tuning pontosság. Enterprises Szovjetunió általában előállított kvarckristályok a alapfrekvencia a 20. 22 MHz és a fenti - a mechanikai harmonikusok. Ez annak köszönhető, hogy az elavult technológia feldolgozási kvarclemezekkel. Külföldi cégek termelő kvarc alapvető frekvenciája 35 MHz-en. Vezető külföldi cégek gyártás rezonátorok formájában úgynevezett fordított Mesa szerkezet, dolgozó ömlesztett vastagsága nyírási rezgés, amelynek frekvenciája az első harmonikus eléri 250 MHz! Használata az ilyen kvarc rezonátor a oszcillátor áramkör, amelyben a oszcillációs rendszerekben alkalmazandó rendszer szórt kapacitás és induktivitás paraméterek, egy kaphatnak rendkívül stabil oszcilláció akár frekvencián 750 MHz nélkül frekvenciatöbbszörözéssel!