Принцип действия

На пластинку, кольцо или брусок, вырезанные из кристалла кварца определённым образом, нанесены 2 и более электродов — проводящие полоски.

Пластинка закреплена и имеет собственную резонансную частоту механических колебаний.

При подаче напряжения на электроды благодаря пьезоэлектрическому эффекту происходит изгибание, сжатие или сдвиг в зависимости от того, каким образом вырезан Принцип работы

Внешнее напряжение на кварцевой пластинке вызывает её деформацию. А она, в свою очередь, приводит к появлению зарядов на поверхности кварца (пьезоэлектрический эффект). В результате этого механические колебания кварцевой пластины сопровождаются синхронными с ними колебаниями электрического заряда на её поверхности и наоборот.

Для обеспечения связи резонатора с остальными элементами схемы непосредственно на кварц наносятся электроды, либо кварцевая пластинка помещается между обкладками конденсатора.

Для получения высокой добротности и стабильности резонатор помещают в вакуум и поддерживают постоянной его температуру.

Однако колеблющаяся пластинка в результате того же пьезоэлектрического эффекта создаёт во внешней цепи противо-ЭДС, что можно рассматривать как явление, эквивалентное работе катушки индуктивности в колебательном контуре.

Если частота подаваемого напряжения равна или близка к частоте собственных механических колебаний пластинки, затраты энергии на поддержание колебаний пластинки оказываются намного ниже, нежели при большом отличии частоты. Это тоже соответствует поведению колебательного контура.

Эквивалентная схема

Условное обозначение кварцевого резонатора (сверху) и его эквивалентная схема (снизу)

C₀ — собственная ёмкость кристалла, образуемая кристаллодержателем и/или обкладками резонатора.

C₁, L₁ — эквивалентная ёмкость и индуктивность механической колебательной системы резонатора.

R₁ — эквивалентное сопротивление потерь механической колебательной системы.

После подачи питающего напряжения он работает непрерывно. Колебания с его выхода через конденсатор С2 подаются на базу буферного каскада, реализованного на транзисторе VT2. Между эмиттером этого транзистора и корпусом включен электронный ключ на транзисторе VT3, играющий роль манипулятора. В исходном состоянии база ключа соединена с корпусом через резистор R4, что обеспечивает запертое состояние ключа.

Колебания задающего генератора через буферный каскад не проходят. При поступлении положительного импульса на вход манипулятора транзистор VT3 открывается, соединяя эмиттер VT2 с корпусом по постоянному току. Конденсатор С5 блоки-

рует по переменному току небольшое сопротивление участка «коллектор-эмиттер» открытого транзистора ключа. Буферный каскад начинает усиливать входные колебания, передавая их на вход последующих каскадов передатчика.

С целью повышения КПД буферный каскад работает в режиме класса В, для чего его база соединена с корпусом через резистор R3. Транзистор VT2 отпирается только на время положительной полуволны входного напряжения, из-за чего коллекторный ток представляет собой косинусоидальные импульсы. Как известно, в составе их спектра есть гармоники на частоте входного сигнала и на кратных ей частотах. Колебательный контур С6, L2 настраивается либо на первую, либо на вторую, либо на третью гармонику этих колебаний, обеспечивая соответственно просто усиление колебаний задающего генератора, удвоение или утроение их частоты.

Для реализации частотной модуляции используют в основном два способа. В первом случае (рис. 3.10) последовательно с кварцевым резонатором в задающем генераторе включается варикап (полупроводниковый диод, включаемый в обратном направлении, постоянное напряжение на котором способно изменять толщину запирающего слоя, а значит и величину барьерной емкости). Включение емкости последовательно с кварцевым резонатором увеличивает частоту генерации на небольшую величину. Такое явление называется затягиванием

частоты кварца; величина затягивания может составлять (3— 5)-10"5 от рабочей частоты кварца. Нетрудно убедиться, что в диапазоне 27 МГц можно получить величину затягивания (девиацию частоты) порядка 10 кГц.

Включение последовательно с резонатором катушки индуктивности, наоборот, уменьшает частоту колебаний кварца. Катушка L1 предназначена для компенсации положительного ухода частоты кварцевого резонатора за счет подключения варикапа. Подстроечным сердечником этой катушки устанавливается исходное значение частоты резонатора.

Как правило, варикапы требуют подачи исходного запирающего смещения, величиной которого можно выбирать исходное значение емкости варикапа. Это, в свою очередь, определяет диапазон перестройки емкости под действием командной посылки, а значит и девиацию частоты. Для этой цели служат резисторы R2, R3. Резистор R1 является развязывающим.

Он препятствует подключению параллельно варикапу выходных цепей шифратора, что могло бы ухудшить добротность частотозадающей цепи генератора. Конденсатор С1 препятствует проникновению высокочастотных колебаний из генератора в цепи шифратора.

В рассмотренной схеме положительные входные импульсы вызывают увеличение частоты генерируемых колебаний, т. е. положительную девиацию.

Второй вариант частотного модулятора

Второй вариант частотного модулятора приведен на рис. 3.11. В исходном состоянии транзистор VT1 заперт, так как его база соединена с корпусом через резистор R1.