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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Oscilador de cuarzo estable. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / diseñador radioaficionado Se sabe que las propiedades estabilizadoras de un resonador de cuarzo se realizan más plenamente si se excita a una frecuencia de resonancia en serie. El autor logró desarrollar un oscilador estabilizado en frecuencia de cuarzo, que se autoexcita a una frecuencia de resonancia en serie y prácticamente no requiere ajuste. Se tomó como base el conocido generador, en el que se conecta un resonador de cuarzo entre los emisores de etapas de transistores conectados. Su circuito simplificado (sin circuitos de polarización de transistores) se muestra en la fig. 1. El transistor VT1 está conectado de acuerdo con el esquema con una base común y VT2, con un colector común (seguidor de emisor). Como sabes, la resistencia de salida del seguidor de emisor y la entrada - cascada con base común son muy pequeñas, por lo que el resonador de cuarzo se conecta entre dos resistencias pequeñas y casi activas. En estas condiciones, pasa la señal, cerrando el circuito de retroalimentación, solo en su frecuencia de resonancia en serie, donde su resistencia es mínima.
Para la autoexcitación del generador, es necesario mantener balances de amplitud y fase. El primero es asegurarse de que el producto de las ganancias de todos los enlaces en el anillo de retroalimentación sea ligeramente mayor que uno. Si es menor que este valor, el generador no se autoexcitará, y si es mucho mayor, se sobreexcitará, como resultado de lo cual la estabilidad de la frecuencia y la forma de la señal se deteriorarán (debido a la entrada en la región no lineal de las características del transistor). ). El balance de fase es que la incursión de fase en el anillo es 0 o 360°. De lo contrario, la incursión de fase adicional deberá compensar al resonador, y de acuerdo con la característica de fase de este último, el generador se autoexcitará no exactamente a la frecuencia resonante, sino un poco al lado. Y lo que es más desagradable, este cambio de frecuencia dependerá del modo, la temperatura y otros factores desestabilizadores. Por cierto, el cambio de frecuencia debido al sesgo es menor cuanto mayor es el factor de calidad del resonador y, en consecuencia, más pronunciada es su característica de fase. Por eso se recomienda utilizar resonadores de alta calidad. El circuito R3C1, que sirve para conectar la etapa amplificadora (VT1) con el emisor seguidor (VT2), ayuda a cumplir las condiciones descritas en el generador propuesto. La renuencia a utilizar un circuito oscilatorio como carga amplificadora ha llevado al hecho de que la tensión amplificada se libera en lugar de la resistencia activa de la carga R1, sino de la capacitancia de la unión del colector. El lugar de inclusión de la capacitancia del colector y la instalación de Sk se muestra en la fig. 1 línea discontinua. Estas capacitancias actúan como un circuito integrador, creando un desfase de casi 90°. El circuito diferenciador R3C1 crea un avance de fase del mismo ángulo, como resultado, el cambio de fase total en el anillo es cercano a cero. Al reducir la capacitancia C1, también se puede reducir el coeficiente de transmisión, eliminando así la sobreexcitación. La señal de salida se elimina convenientemente de la resistencia R4 incluida en el circuito colector del transistor seguidor de emisor VT2. Debido a su alta impedancia de salida, el efecto de las etapas posteriores sobre el funcionamiento del generador es insignificante. Los experimentos con el generador descrito mostraron que es muy fácil de autoexcitar, prácticamente no requiere ajuste, no es crítico para las clasificaciones de las piezas y el tipo de transistores. Naturalmente, genera a la frecuencia fundamental de la resonancia en serie del resonador de cuarzo. Sin embargo, para los osciladores y transmisores locales de VHF, los generadores de armónicos son buenos, generando oscilaciones de un triple o incluso cinco veces la frecuencia del resonador (por cierto, el factor de calidad de este último en los armónicos es mucho mayor). Surgió la pregunta, ¿es posible forzar a este generador a ser excitado en el tercer armónico del cuarzo? Resultó que, incluso a pesar de la ausencia de circuitos oscilatorios, ¡es posible! Para hacer esto, debe tomar transistores de microondas con una frecuencia de corte alta (no inferior a 300 ... 500 MHz) y reducir al mínimo la resistencia de carga R1 y la capacitancia del condensador de acoplamiento C1. Las condiciones de autoexcitación para el tercer armónico se obtienen en este caso mejores que para el primero. Un circuito generador práctico se muestra en la fig. 2
Los modos de transistor de CC determinan los divisores R1R2 y R8R9 en los circuitos base. La corriente del colector depende de las resistencias de las resistencias R4 y R11 y en este caso es de aproximadamente 4 mA, y la corriente total consumida por el generador es de 8 mA. No se requiere selección de modo. Es deseable estabilizar el voltaje de suministro de 9 V. El autor usó en el generador resonadores de cuarzo de pequeño tamaño ampliamente utilizados en una caja de metal de estaciones de radio CB de 27 MHz. La frecuencia de su resonancia principal es de unos 9 MHz, pero la frecuencia del tercer armónico se indica en la caja. De un lote bastante grande de resonadores, solo unos pocos (alrededor del 5%) tenían actividad insuficiente para la autoexcitación de este generador. Para ajustar la frecuencia dentro de un rango pequeño, una matriz varicap VD1 se conecta en serie con el resonador de cuarzo BQ1. Cuando el voltaje de control Ucontrol cambió de 0 a 9 V, la frecuencia cambió en 700 Hz. Teniendo en cuenta la multiplicación de frecuencia posterior (y la desviación se multiplica por la misma cantidad de veces), esto es suficiente para FM de banda estrecha en las bandas de VHF. Si no se requiere modulación o ajuste remoto de la frecuencia del generador por el voltaje de control, los elementos VD1, R5-R7, C4 y C5 pueden excluirse (el derecho, según el diagrama, la salida del resonador en este caso está conectado directamente al emisor VT2). Dentro de pequeños límites, la frecuencia también se puede ajustar con un condensador recortador conectado en serie con el resonador de cuarzo BQ1. La configuración del generador se reduce a cambiar la capacitancia del capacitor de sintonización C2 para obtener una autoexcitación estable en el tercer armónico. Con su capacidad insuficiente, la generación se rompe por completo, y con una capacidad excesiva, puede ocurrir un "salto" al primer armónico. La tensión de salida es de unos 0,5 V. Es conveniente controlarla con un osciloscopio de alta frecuencia conectado a la salida del generador. Autor: Vladimir Polyakov (RA3AAE)
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