4.4. Фільтрові схеми кварцових генераторів

В фільтрових схемах КГ кварц ввімкнений в коло позитивного зворотнього зв'язку і використовується на послідовній частоті кварцу ω_посл , де він має активний опір r_кв .

Оскільки на ω_посл кварц має фазовий зсув φ_кв=0, то відхи­лення частоти генерації від ω_посл приводить до різкого збільшення φ_кв, його опір стає реактивним і різко збільшується, тому умови

балансу фаз і балансу амплітуд виконуватися не будуть і генерація припиняється. Цим забезпечується висока стабільність генерації (Е≈1·10^-6... 1·10^-9) і в фільтрових схемах КГ.

Фільтрові схеми КГ будуються в основному на базі підсилювачів, в яких вводиться позитивний зворотній зв'язок через опір r_кв.

Деякі фільтрові схеми КГ зображені на рис. 4.8.

Риc. 4.8. Фільтрові схеми кварцових генераторів.

В схемі двокаскадного підсилювача при ввімкненні транзисторів VT1 і VT2 з загальним емітером (рис.4.8а) загальний фазовий зсув дорівнює 360°, тому кварц, який з'єднує вихід схеми з входом, створює коло позитивного зворотнього зв'язку, так що умова балансу фаз на частоті ω_посл виконується. Легко виконується і умова балансу амплітуд, оскільки схема має велике підсилення по напрузі, а падіння напруги на r_кв незначне. Опір обох каскадів активний, оскільки контур L_кC_к в другому каскаді настроєний на частоту генерації ω_посл .

Паралельний контур може бути настроєний на одну з вищих меха­нічних частот кварца, тобто, при перестроєні L_кC_к легко виділити одну із вищих гармонік кварцу. Оскільки з підвищенням порядку гар­моніки r_кв значно зростає, а опір ємності кварцодержача C₀ змен­шується, то іноді зворотній зв'язок може здійснюватись не через r_кв а через C₀. При цьому, звичайно, різко погіршується стабільність частоти, вона може мати значне відхилення від ω_посл. Цю частоту генерації називають паразитною. Тому для подавлення цієї паразитної генерації в коло проходження її струму вмикають великий опір, який створює паралельний контур L_др C₀ настроєний на цю частоту. В практичних схемах фільтрових КГ ввімкнення L_др паралельно квар­цу досить часто використовується з цією метою. Прикладом однокаскадної фільтрової схеми КГ може бути схема, де транзистор ввімкнений по схемі з загальною базою.

В такій схемі, як відомо, вихідна і вхідна напруги синфазні, тому кварц, який з'єднує вихідний контур з опором R_e, здійснює позитивний зворотній зв'язок . На частоті ω_посл виконується умова балансу фаз. В такій схемі легко виконується і умова балансу амплітуд, оскільки схема з загальною базою має значне підсилення по напрузі . Паралель­ний контур L_кC_к може бути настроєний як на першу механічну гармо­ніку, так і на одну з вищих механічних гармонік кварцу. Призначення L_др таке, як і в попередній схемі.

Інші різновидності схем фільтрових кварцових генераторів зоб­ражені на рисунку 4.9.

Рис. 4.9. Інші схеми фільтрових кварцових генераторів.

Кварц, як стабілізуючий елемент, може бути використаний в звичайній схемі АГ з індуктивним зв'язком (рис. 4.9а), чи в схемах

Індуктивної або ємністьної трьохточки (рис 4.9б,в), де він ввімкнений в коло позитивного зворотнього зв'язку. Широко використовується також схема кварцового генератора на мікросхемах (рис.4.9г), де можуть бути використані окремі два Інвертори або в складі окремої мікросхеми. Ще раз необхідно підкреслити, що в зв'язку з унікальни­ми фільтруючими особливостями кварцу стабільність частоти фільтрових схем висока, що зумовлює їх широке використання. Проте необхід­но окремо виділити фільтрову схему Батлера, яка в порівнянні з іншими має підвищену стабільність частоти генерації (рис. 4.10а).

Рис. 4.10. Фільтрова схема Батлера.

Схема представляє собою двокаскадний підсилювач, в якого перший каскад на VТ1 зібраний по схемі з загальною базою, а другий - з загальним колектором на VТ2. Умова балансу фаз тут на частоті ω_посл легко виконується, тому що фазовий зсув каскаду з загальною базою і емітерного повторювача рівні нулю, а кварц, який ввімкнений в коло позитивного зворотнього зв'язку фазового зсуву не вносить. Легко виконується 1 умова балансу амплітуд, оскільки перший каскад має підсилення по напрузі.

Підвищення стабільності частоти генерації схеми пов'язана з тим, що в першому каскаді можливе використання високодобротного контура L_KC_K (Q≈150 ... 200), оскільки, як відомо, вихідний опір каскаду з загальною базою дуже великий (R_вих>100 кОм), а вхідний опір емітерного повторювача також значний (R_{вх эп}=30...80к0м). Тому контур L_KC_K фактично не шунтується R_вих і R_{вх эп} і його добротність конструктивно може бути реалізована високою. Стабільність генерації автогенератора, як відомо, залежить від якості коливальних систем і чим менша у них смуга пропускання , тим стабільність вища. Тому, окрім фільтруючих властивостей кварца, резонансна характерис­тика 1 якого зображена на рис. 4.10б, стабільність частоти підви­щується і іншою коливальною системою автогенератора - високодобротним контуром L_KC_K з вузькосмуговою характеристикою 2. Це дозволяє в фільтровій схемі Батлера підвищити стабільність в 2 ... 10 раз

.