4.5. Кварцовий гзнератор на тунельному діоді.

Позитивними властивостями тунельного діоду є його високий діа­пазон робочих частот, малий рівень власних шумів і незначна потужність споживання. Основними елементами схеми кварцового генератора є кварцовий резонатор і тунельний діод. Кварц виконує роль елемента, який стабілізує частоту автоколивань, а тунельний діод, який працює в режимі негативного опору, компенсує опір втрат в контурі.

Кварц, як відомо, має дві основні суміжні частоти резонансу, паралельну і послідовну. Добротність кварца на цих частотах дуже велика, а опори різні. На ω_пар опір кварцу складає одиниці ... десятки мегом, що викликає великі втрати енергії і появи паразитних фазових зсувів, які приводять до погіршення стабільності частоти. На ω_посл опір кварцу r_кв складає одиниці...сотні Ом, тому на цій частоті втрати енергії можна легко зкомпенсувати. Висока доб­ротність на цій частоті забезпечує високу стабільність частоти, то­му тунельні автогенератори на кварцах будуються в основному по схе­мах, які використовують послідовний резонанс кварцу ω_посл. Практич­на схема такого кварцового автогенератора представлена на рис 4.11а.

Рис. 4.11. Схема кварцового автогенератора на

тунельному діоді.

В цій схемі кварц ZQ1 ввімкнений в індуктивну гілку коли­вального контуру LC (паралельно ємності С ввімкнена невелика ємність тунельного діоду). При допомозі резистивного дільника R1, R2,

який ввімкнений в джерело живлення Е, робоча точка тунель­ного діоду виводиться на ділянку негативного опору. На частоті ω_посл кварц має незначний опір, тому ввімкнений паралельно йому резистор

R2 не шунтує контур. Одночасно тунельний діод VD1 в вигляді -R_ш (рис. 4.11б) ввімкнений паралельно контуру, перераховується в вигляді –r_вн=ρ²/-R_ш і компенсує опір втрат контура r=r_L+r_KB , де

r_L - активний опір проводів катушки індуктивності L. Оскіль­ки генерація можлива тільки на послідовній частоті кварцу ω_посл (нагадаємо, що на ω_пар опір кварцу величезний), то негативний опір - r_BН повинен компенсувати опір втрат r в контурі і викликати в контурі вільні коливання, які визначаються параметрами L і C . Кварцові генератори на тунельних діодах можуть бути створені на час­тотах до 100 МГц. Недоліком схеми є незначна величина вихідної нап­руги . генератора.

4.6. Кварцовий генератор з автоматичним регулюванням вихідної напруги.

В схемах кварцових генераторів, крім стабільності частоти, іноді пред'являють високі вимоги до стабільності вихідної напруги. Для цього схему КГ охоплюють системою автоматичного регулювання підсилення (АРП), яка може керувати одним з параметрів схеми генератора і підтримувати вихідну напругу U_вих генератора на постійному рівні.

Схема такого кварцового генератора зображена на рис. 4.12.

Рис. 4.12. Схема кварцового генератора з автоматичним

регулюванням підсиленням.

На транзисторі VT1 зібрана схема двоконтурного кварцового генератора з загальним колектором, де кварцовий резонатор ввімкне­ний між базою і колектором. Живлення бази VT1 здійснюється при допомозі базового резистора R_б від колектора VT3, який виконує роль підсилювача постійного струму в системі АРП, Постійна напруга згладжується фільтром R_ф C_ф . Вихідна напруга КГ, яка знімається з контура LC , подається на вхід буферного каскаду на VT 2 в вигляді емітерного повторювана. Одночасно з зйомом вихідної напруги

U_вих частина цієї напруги через резистивний дільник R1, R2 подаєть­ся на паралельний детектор АРП на діод VD1, з якого вихідна нап­руга подається на базу VT3. Принцип регулювання вихідної напру­ги КГ заснований на зміні крутості S транзистора VT1. Відомо, що перша гармоніка струму генератора I₁=S_сер·U_бе(зв) , а вихідна напруга, яка знімається з контура LC з резонансним еквівалентним опором R_ер буде дорівнювати : U_вих= I₁ R_ер= S_сер· R_ер.

Тому зміна крутості приводить також до зміни вихідної напру­ги. Крутість, наприклад, біполярного транзистора, легко змінювати при допомозі зміни напруги на базі. Принцип дії приведеної на рис. 4.12 схеми полягає в тому, що збільшення, наприклад, по якій-небудь причині вихідної напруги приводить до збільшення продетектованої діодом VD1 позитивної напруги, яка подається на базу VT3. Це приводить до збільшення струму колектора VT3, збільшення падіння напруги на опорі навантаження R_н, зменшення напруги на колекторі VT3, яка є напругою живлення бази VT1. Тому зменшення базової напруги VT1 приводить до зменшення крутості транзистора VT1 S_сер, зменшення амплітуди першої гармоніки І ₁ і зменшення амплітуди вихідної напруги U_вих.