53)Нарисуйте схему кварцевого генератора.

Кварцевые генераторы используются для генерации очень стабильных по частоте колебаний. В основе их лежат свойства кварцевого резонатора. Кварцевый резонатор изготавливается из плоскопараллельной пластинки, вырезанной из монокристалла кварца. На плоские стороны наносят тонкие металлические электроды. Пластинку помещают в герметический корпус. Так как кварц обладает пьезоэлектрическим эффектом, при подаче на электроды переменного электрического напряжения в кварцевой пластинке появляются механические колебания. Если частота поданного напряжения совпадает с частотой собственных механических колебаний кварцевой пластинки, амплитуда колебаний резко возрастает. Одновременно изменяется потребляемый ток. Кварцевый резонатор ведет себя как высокодобротный колебательный контур, имеющий очень высокую добротность и стабильность резонансной частоты. У обычно применяемых кварцевых резонаторов добротность имеет величину порядка 10000, что в 100 раз больше, чем у обычный колебательных контуров. У специальных кварцевых резонаторов, предназначенных для создания особо стабильных генераторов, благодаря помещению кварцевого резонатора в вакуум и специальных методов крепления кварцевой пластинки, добротность может достигать 1000000. На рисунке 16.1 показана эквивалентная схема кварцевого резонатора

Рисунок 16.1

Согласно этой эквивалентной схемы, у кварцевого резонатора наблюдаются две резонансные частоты. На одной резонатор ведет себя как последовательный колебательный контур. При этом сопротивление резонатора резко уменьшается. В первом приближении можно считать, что оно равно нулю, то есть резонатор обладает свойством короткого замыкания. Рядом располагается частота, на которой резонатор обладает свойствами параллельного колебательного контура, на которой его сопротивление очень велико, так что можно считать его бесконечно большим. Разность этих двух частот зависит от добротности резонатора и его резонансной частоты и имеет величину порядка 1/10000 от резонансной частоты. Следует сказать, что эквивалентная схема на полностью описывает свойства кварцевого резонатора. У кварцевого резонатор имеется не одна резонансная частота, а много. Резонансные явления в кварцевой пластинке появляются каждый раз, когда по ее толщине или длине укладывается целое число длин акустических волн. Однако при четном числе пьезоэффект взаимно компенсируется и практически можно использовать только нечетные номера гармоник. Для каждой гармоники справедлива эквивалентная схема рисунка 16.1, но параметры эквивалентной схемы будут для каждой гармоники свои. Таким образом, можно использовать кварцевый резонатор не только на основной частоте, но и на нечетных гармониках. Следует только иметь в виду, что с увеличением номера гармоники добротность кварцевого резонатора снижается. Однако для повышения резонансной частоты приходится уменьшать толщину кварцевой пластинки, что приводит к технологическим трудностям. Можно встретить кварцевые резонаторы на частоты от 4 КГц, до 50 МГц. На самых высоких частотах может оказаться, что на кварце указана третья гармоника. Например, написано 27 МГц, а на самом деле основная частота 9МГц. У отечественных кварцев если написано не 27МГц, а 27000, то это уже основная частота.

Известно очень много схем генераторов с кварцевым резонатором. Для возбуждения на основной частоте в схеме генератора не требуется применять колебательный контур. На рисунке 16.2 показана такая схема.

Рисунок 16.2

Для того чтобы заставить кварц генерировать на одной из нечетных гармоник, приходится использовать колебательный контур, настроенный на нужный номер гармоники. Рисунок 16.3

Рисунок 16.3