Кварцевые генераторы на механических гармониках.

С увеличением частоты, толщина кварца уменьшается и на f=2030 МГц, она очень тонкая.

Используют механические гармоники, пластина вибрирует на частоте кратной основной механической гармонике.

Кварц имеет эквивалентную схему параллельного контура. Необходимо учитывать. Что на четных гармониках его возбуждать нельзя (пьезо-эффект: одинаковые заряды на сторонах пластины, разность потенциала = 0).

3-я гармоника – на f= 2090 МГц.

5-я гармоника – на f= 60120 МГц.

7-я и 9-я гармоники – на f>120 МГц.

На гармониках  Q кварцевого резонатора, поэтому  стабильность частоты. Максимум Q – на 5-7 гармониках.

Необходимо решить две проблемы:

подавлять колебания на более низких гармониках: используют двухконтурные схемы

кварцевый резонатор имеет паразитную емкость кварцодержателя С₀.

С увеличением частоты проявляются падение сопротивления С₀ и контур шунтируется. Нужно снижать влияние С₀ на пластину.

Используется последовательный резонанс кварца для выполнения кварцевого генератора на механических гармониках

R_Э,C_Э – цепочка термостабилизации.

С_к – блокировочный конденсатор по РЧ.

Делитель для подачи смещения на базу (раб. точку).

С_б – разделительный конденсатор

Без кварца – АГ. (L, C, C₂, L₂)

C₂ L₂ настраивают на > чем низшие гармоники кварца. На низших гармониках баланс фаз нарушен (из СL) и колебаний не будет.

R – для не возбуждения колебаний на низших гармониках (1кОм)

На частоте последовательного резонанса, сопротивление кварца мало, поэтому сопротивление R не влияет, т.к. оно больше, чем R_кварца.

Для устранения влияния С₀ применяют 2 способа:

компенсация емкости кварцодержателя,

нейтрализация емкости кварцодержателя.

Кварц в цепи ОС, используется последовательный резонанс. Для компенсации С₀ подключается L параллельно кварцу, нарушается питание по постоянному току и ставят разделительный конденсатор. L_ком выбирают так, чтобы с С₀ она образовывала параллельный колебательный контур. На частоте параллельного резонанса, эквивалентное сопротивление максимально, тем самым компенсируется влияние С₀ на контур пластины.

Трудность: в настройке C₀L_ком в резонанс.

Неточности настройки не очень сказываются на работе, т.к. гладкая R_ое.

Схема нейтрализации С₀.

Кварц включается в мост емкостной.

С_N – нейтрализующий конденсатор, его настраивают = С₀. тогда С₀ не влияет.

В т.1 и 2 – противофазный сигнал, вызывает в С₀ и С_N противофазные токи, они в базе компенсируются С₀ исчезает.

Недостаток: сложность настройки.

Нейтрализует выходную емкость коллектора - С_KN.

Возбудители с диапазонно-кварцевой стабилизацией частоты.

Недостаток кварцевых генераторов: работа на фиксированной частоте.

Часто в передающих устройствах необходима диапазонная частота.

использование набора кварцевых резонаторов, такой метод называется кварц-волна (до 4050 кварцев), дорогостоящий.

Интерполяционный способ – позволяет осуществить кварцевые стабилизации при плавном изменении частоты возбудителя. Содержит: n=m=1 – выбирают для эффективности

- относительная нестабильность кварцевого генератора (10^-610^-7)

- относительная нестабильность диапазона генератора (10^-310^-4)

Рассчитаем относительную нестабильность частоты колебаний на выходе:

желательно использовать суммарную гармонику, это даст уменьшение нестабильности. Для уменьшения влияния частоты ДГ необходимо, чтобы f_кв>>f_дг и второй член уменьшался в скобках.

Тогда:

применение синтезаторов частоты: дискретная перестройка частоты; характеристика синтезатора: шаг сетки f.

В системах гражданского диапазона: f=12,5; 6 кГц.

В вещательных станциях: f=100 Гц.

Различают прямые и косвенные методы синтеза:

Прямые методы характеризуются тем, что используется один генератор высокостабильный (кварцевые генераторы со стабильностью 10^-8) и из колебаний этого генератора путем умножения и деления частоты получают требуемое колебание. Например: пассивный метод синтезирования сетки частот.

Синтез частоты осуществляется в 2 этапа:

формируется крупная сетка частот:

f₁=kf_кв

f₂=(k+1)f_кв

……………

f_n=(k+n-1)f_кв

Шаг сетки составляет под сотки: кГц до МГц. Количество чатот стремятся сделать кратным 10.

Получаем набор частот с крупным f, частоты стабильны.

В качестве фильтров используют LC-фильтры (позволяют получить от10 до20 гармоник), пьезо-керамические (до 50 гармоник), кварцевые фильтры (до 200 гамоник).

К выходам фильтров подключают:

За счет усилителя можно получить сетку частот с f в 10 раз меньше, чем сетка первой ступени. Вторая ступень, если надо еще мельче сетку.

При косвенном методе можно использовать несколько КГ. Для деления, умножения, преобразования частоты используется цифровая техника.

Цифровые синтезаторы частоты.

Они могут работать с цифровым выходом, т.е. с близким к цифровому виду. Недостаток: на выходе большое количество гармонических составляющих.

Гармонический выход или sin-ного типа – с большой стабильностью частоты.

На практике используются 3 способа:

цифровой синтезатор с ФАПЧ, с делителем, с переменным коэффициентом деления;

цифровой синтез на основе суммирования последовательностей или n-кодов;

с помощью формирования отсчетов синтезированного сигнала в фиксируемые равноотстоящие моменты времени.

– позволяет иметь достаточно мелкую сетку частот;

и 3) являются НЧ, но они позволяют получать очень мелкую сетку частот.