5.6. Генераторы синусоидальных колебаний с кварцевой стабилизацией

Общие сведения о пьезоэлектрических кварцах приведены в приложении 6. Примеры принципиальных схем генераторов синусоидальных колебаний, стабилизированных кварцами, изображены на рисунках 5.17. Если схемы генераторов с LC- контурами и RC-цепями выявляют нестабильность частоты до нескольких процентов и более, то кварцевые генераторы синусоидальных колебаний намного стабильнее – десятые или сотые доли процента. Кварцевый генератор синусоидальных колебаний обязательно должен иметь резонансный контур, настроенный на нужную гармонику кварца (частоту).

Рис. 5.17. Схема генератора с емкостной трехточкой и ООС через кварц (а); схема генератора на двух каскадах, (б)

В схеме, изображенной на рис. 5.17, a), между базовым и коллекторным электродами включен кварц. Баланс фаз в этой схеме был рассмотрен в разделе 5.3. (рис. 5.10). Кварц включен между базой и коллектором транзистора и организует отрицательную обратную связь (ООС). Здесь используется параллельный резонанс, где эквивалентная схема кварца имеет наибольшее волновое сопротивление (ООС минимальна, К_ус – максимальный). Когда частота уходит от резонансной, то |Z_кварца| и величина К уменьшаются и не будет выполняться баланс амплитуд. Этот эффект потребует коррекции коэффициента К для его обеспечения (см. пункт 2, раздел 5.1) вне зависимости от того, что сигнал ООС по отношению к коллекторному будет иметь сдвиг или + или - (играет роль величина волнового сопротивления). И самым важным рычагом в стабилизации частоты будет механизм “захвата” баланса фазы, так как к сигналу ПОС по цепи ООС (через кварц) будет примешиваться (добавляться) сигнал, сдвинутый на ± . Автоматическая подстройка фазы вызовет сдвиг частоты синусоиды к резонансной (раздел 5.1).

В схеме рис. 5.17, б изображен кварцованный генератор на базе ранее рассмотренной схемы рис. 5.9. Сигнал, поступающий на эмиттер, усиливается транзистором без изменения частоты и фазы. В цепи ПОС включен эмиттерный повторитель на VT2, который имеет коэффициент усиления по напряжению К 1. Большой величины емкость С₂ выполняет разделительную функцию по постоянному току (фаза проходящего сигнала почти не изменяется). В этой схеме будет стабилизация на частоте последовательного резонанса (Z кварца минимальна). Тогда при уходе частоты сопротивление кварца будет увеличиваться и за счет делителя Z_кв, R_э1 сигнал обратной связи уменьшится и нарушится баланс амплитуд (пункт 2 раздел 5.1).

Имеется много других разновидностей как кварцованных, так и без кварца схем генераторов, в которых, так или иначе, реализуются основные требования их функционирования.

Контрольные вопросы

1. Требования к структуре генератора синусоидальных колебаний.

2. Баланс фаз и амплитуды. “Захват” баланса фаз.

3. Баланс фаз для схем с ООС.

4. Классификация генераторов гармонических колебаний.

5. Назначение элементов и баланс фаз схем генератора с LC-контуром и трансформаторной ПОС.

6. Схема генератора с индуктивной трехточкой. Назначение элементов, баланс фаз.

7. LC-генератор Хартли. Назначение элементов, баланс фаз.

8. Генератор с емкостной трехточкой. Назначение элементов. Резонансные особенности емкостной трехточки, баланс фаз.

9. Генератор Вина. Структурная схема. Мостовая RC-цепь, её резонансные свойства.

10. Электрическая схема генератора Вина. Схемы ограничения выходного сигнала.

11. Генератор с R- и C-параллелями. Баланс фаз, расчет частоты генератора.

12. Кварцевая стабилизация частоты генераторов.