RADYO ELEKTRONİK VE ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANSİKLOPEDİSİ Harmoniklere dayalı kuvars osilatörler. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi / Radyo amatör tasarımcısı Yazarın döngüsüz kuvars osilatörlerinin (CG'ler) [1, 2] devrelerini kullanarak, kuvarsın yalnızca birinci (temel) harmoniği üzerinde değil, aynı zamanda üçüncü harmoniği üzerinde de üretim elde etmek mümkündür. Bu devrelerde hem harmonikler (harmonik olarak adlandırılan) üretmek için özel olarak tasarlanmış kuvarsların hem de sıradan olanların üçüncü harmonikte çalıştığını belirtmek ilginçtir. Bununla birlikte, yukarıdaki devreler, döngüsüz aşırı tonlu kuvars osilatörlerinin devre tasarımını tüketmekten çok uzaktır.Bipolar bir transistör üzerindeki bu tür osilatörler ailesinden başka bir devre, Şekil 1'de gösterilmektedir. 1. Böyle bir CG, [2, XNUMX]'deki şemalardan daha basittir. İlk bakışta bu devre, iyi bilinen kapasitif "üç noktalı" devresine benzer, ancak "klasik" devreden farklıdır. Jeneratör, "klasik" KG devresine kıyasla geri besleme kapasitörlerinden birine (transistörün tabanı ile vericisi arasında) sahip değildir. Devrenin eleman sayısını azaltmanın yanı sıra başka avantajları da var: “Klasik” CG, yalnızca kuvarsın ilk harmoniğinde üretir. Çok sayıda deneyde yazar hiçbir zaman üçüncü (mekanik) harmonikte üretim elde edemedi. Oldukça küçük bir kapasitans C1 (genellikle birkaç on pikofarad) ile Şekil 3'de gösterilen devre, kuvarsın üçüncü harmoniğinde kolayca başlar. Aynı zamanda, C3 kapasitansı arttıkça, CG'nin çıkış HF voltajının seviyesi kademeli olarak azalır (üretilen salınımların frekansı da onlarca ila yüzlerce hertz kadar hafifçe azalır).C3'ün daha da artmasıyla, jeneratör çift frekanslı salınımlar bölgesine geçişler ve daha sonra üretilen salınımlar, birinci harmoniğin frekansına "sıçrar". Üretilen salınımların genliği tekrar artar.
C3'te daha da büyük bir artışla, salınımların genliğinde kademeli bir azalma meydana gelir, buna frekansta hafif bir azalma eşlik eder ve son olarak yeterince büyük bir C3 kapasitansı (örneğin, 27 frekansında kuvars için birkaç nanofarad) MHz), CG'nin salınımları bozulur. C3 kapasitansı arttıkça CG'de meydana gelen olayın resmi Şekil 2'de gösterilmektedir. XNUMX.
Birinci harmonikte ("harmonik" kuvars için) üretilirken CG'nin çıkış voltajının genliği, üçüncü harmonikte ("aynı kuvars için) üretilirken olduğundan daha büyük olduğu ortaya çıkar. Böylece, Şekil 2'de. Şekil XNUMX, kuvarsın hem birinci hem de üçüncü mekanik harmoniklerde üretim oluşturabildiği en genel durumu göstermektedir. Bazen (çok nadiren) yalnızca ilk harmonikte oluşan kuvarslar vardır. Bu durumda, Şekil 2'de. Şekil 3'de yalnızca bir tepe noktası kalır (sağdaki) ve sol tepe ve iki frekanslı salınım bölgesi kaybolur. C10 kapasitansı değiştiğinde CG frekansındaki "sıçramaları" gözlemlemek için, iyi tampon aşamaları aracılığıyla (XNUMX kOhm'dan fazla giriş direnci ve giriş kapasitansı ile) bir RF osiloskopunu ve bir frekans ölçeri CG'ye bağlamak gerekir. birkaç pikofaraddan fazla değil). C3 olarak, CG devresine doğrudan veya küçük kapasitörler (birkaç onlarca pikofarad) aracılığıyla dahil edilen bir KPI (12...495 pF) kullanılır. KPI'nın KG panosuna bağlantısı, mümkün olan minimum uzunlukta, kalın yalıtılmamış kablolarla gerçekleştirilir. Bununla birlikte, pratik kullanım açısından, Şekil 3'de sunulan diyagram, 1. Bu durumda tampon aşamasına yönelik gereksinimler önemli ölçüde azalır. Bununla birlikte, böyle bir CG devresini bir alıcının veya alıcı-vericinin parçası olarak çalıştırırken bile, bir tampon aşaması (en azından en basit olanı) hala arzu edilir. Yukarıdaki CG devrelerinin güç kaynağının stabilize edilmesi de gereklidir. Devrelerdeki direnç değerlerine özellikle dikkat edilmelidir (Şekil 3 ve 1): geniş sınırlar içerisinde değiştirilemezler. Yani, Şekil 9'ye göre CG şeması için. 12, XNUMX...XNUMX V besleme geriliminde aşağıdaki koşulun karşılanması gerekir: R1 = R2 = 20*R3; R3 = 470...2000 Ohm (1) Şekil 3'e göre KG. XNUMX aynı besleme voltajında aşağıdaki koşulların karşılanmasını gerektirir: R1 = R2 = 20*R4 (R3 " R4 ile); R4 = 470..2000 Ohm, (2) veya R1 = 20*R4; R2 = 10*R4 (R3 ~= R4 ile); R4 = 470...2000 Ohm; R3 <= 1000 Ohm. (3) Yalnızca (1), (2) veya (3) koşulları karşılanırsa CG devreleri yukarıda açıklandığı gibi davranacaktır. Öngerilim direnci değerlerinin seçimi [3]'teki öneriler kullanılarak yapılır. CG'nin çıkış direnci (Şekil 3) neredeyse R3'e eşittir.
Bu tür CG'ler için tampon basamakları [2]'deki gibi kullanılabilir. Bununla birlikte, tampon aşamasının giriş sinyalini farklılaştırabildiği (ve bazı durumlarda bütünleştirebildiği), bunun da sinüzoidal sinyaller durumunda dalga biçiminin bozulmasına yol açtığı her zaman unutulmamalıdır. Yukarıdaki CG şemaları amatör radyo tasarımlarında yaygın kullanım için önerilebilir. Yazarın görüşüne göre özellikle başarılı olan, Şekil 3'deki diyagramdır. 50, 1 ohm RF çıkışına sahip (R2=R10=3 kOhm, R51=XNUMX Ohm derecelendirmeleriyle). Bu CG devreleri, sınıflandırmaya göre [5], “iki noktalı” olup, kuvarsın hem birinci hem de üçüncü harmoniklerinde çalışabilmektedir. Örneğin, Şekil 169'de gösterilen devredeki kuvars RK-3. 3 (R51=27411 Ohm) C3=51 pF'de 9142,42 kHz, C3=330 pF'de 27,41 kHz frekansta üretilmiş olup, kuvars gövde üzerinde XNUMX MHz frekans belirtilmiştir. Şimdi yazar tarafından prototipe dayalı olarak tasarlanan jeneratörlere bakalım - C2 ve C4 kapasitörleri aracılığıyla kapasitif kuplajlı bir jeneratör olan Pierce jeneratörü (Şekil 4).
Bir Pierce osilatöründe çalışırken bir kuvars rezonatörü endüktif reaktansa sahiptir, bu nedenle böyle bir osilatör, fs serisinin frekansı ile paralel fp kuvars rezonansı arasında bulunan frekans aralığında çalışır. [4]'e göre, bu jeneratördeki kuvars fp'ye yakın bir frekansta üretim yapmaktadır ancak [6]'da üretim frekansının fp'den ziyade fs'ye yakın olduğu belirtilmektedir. Bu bağlamda, bu tür CG'leri seri ve paralel rezonans jeneratörlerine bölmek, üretilen frekansın devrede yer alan reaktivite değerlerine bağlı olması nedeniyle tamamen başarılı değildir (örneğin, Şekil 5'te bunlar C2 ve C4'tür).
İncirde. Şekil 4'te, R1 ve R2 dirençleri, transistör VT1'in tabanı için gerekli ön gerilimi oluşturmak için bir voltaj bölücü oluşturur. Çalışma noktasının yüksek sıcaklık stabilitesini elde etmek için DC OOS devresi R3-C3 kullanılır. C1 ve C3 kapasitörleri bloke edici kapasitörlerdir; yeterli kapasiteye sahip olmaları durumunda CG'nin frekansını etkilemezler. Aynı zamanda, C2 ve C4 kapasitörleri doğrudan salınım oluşumunda rol oynar ve frekans, kapasitanslarına bağlıdır. L1 indüktörünün reaktans (endüktif) direnci çok yüksektir (C2, C4 ve kuvars ZQ1 kapasitörlerinin reaktansından çok daha yüksektir), bu nedenle L1 indüktörünün Pierce CG devresindeki rolü yalnızca doğrudan ve HF akımlarının ayrılmasına indirgenir. . Bu nedenle L1 başka bir akım kaynağıyla (hatta bir dirençle) değiştirilebilir. Bu tür bobinlerin (özellikle yüksek kalite faktörü Q değeriyle) kullanımının bazı durumlarda jeneratörün kuvars frekanslarında hiç uyarılmamasına yol açabileceği özellikle belirtilmelidir. Bir gaz kelebeğinin eklenmesi CG'nin güvenilirliğini azaltır, bu nedenle mümkünse onu terk etmek daha iyidir. CG'nin çalışma şeması Şekil 5'de gösterilmektedir. 2. C3=C2 kapasitörlerinin kapasitanslarını yeterince küçük seçerek kuvarsın üçüncü harmoniğinde üretim elde ederiz. Bu kapasiteler arttıkça Şekil XNUMX'deki resim kendini tekrar etmeye başlar. XNUMX ve bu kapasitansların yeterince büyük değerleri için, kuvarsın ilk harmoniğinde üretim elde ederiz. Transistörler VT2 ve VT3, birbiri ardına bağlanan emitör takipçilerinden oluşan bir tampon kademesi olarak kullanılır. R3 ve R7 dirençleri anti-parazitiktir ve tampon kademesinin stabilitesini arttırmaya hizmet eder. C2 = C3 kabul edersek CG üçüncü harmonikte çalışırken bu kapasitanslar aşağıdaki ifadeden belirlenebilir. C2 = C3 = L, (pF) burada L üçüncü harmoniğin dalga boyudur, m. Birinci harmonikte güvenilir çalışma için bu kapasitansların 3 veya daha iyisi 5 kat daha büyük seçilmesi gerekir. İncirde. Şekil 6, yüksek giriş empedansına sahip bir voltmetreye RF bağlantısının bir diyagramını gösterir; bunun yardımıyla kolektör VT1 üzerindeki RF voltajı, bir kalibrasyon grafiği kullanılarak belirlenir (Şekil 5). Set üstü kutu, DC voltaj ölçüm modunda yüksek dirençli (RBX>1 MOhm) bir voltmetreye bağlanır.
Harmonik kuvarslardan biri (46,516 MHz) için elde edilen veriler Tablo 1'de sunulmaktadır. Tablodan görülebileceği gibi yaklaşık 50 MHz frekanstaki kuvars için devre kartının ve transistörün kendisinin sahip olduğu kapasitanslar yeterlidir. 27 MHz'deki kuvars için C2 ve C3'ün yokluğunda üçüncü harmonikte üretim gözlenmez. Kuvars osilatörler (CG) oluşturmak için kullanılan iki kutuplu transistörler (BT), transistörün kendisinde bulunan elektrotlar (Sbe, CKg, Ske) arasındaki oldukça büyük kapasitanslarla karakterize edilir. Bunlara transistörün iç kapasitansları diyeceğiz BT'nin önemli iç kapasitansları nedeniyle, CG'nin bu transistörler üzerindeki çalışması yalnızca kapasitörlerin kapasitansları tarafından değil aynı zamanda BT'nin iç kapasitansları tarafından da belirlenir. Bir veya iki yalıtımlı kapıya sahip mikrodalga alan etkili transistörler (FET'ler), RF BT'lerin dahili kapasitanslarından büyüklük sırası (veya hatta daha fazlası) daha küçük olan çok küçük dahili kapasitanslara sahiptir. Bu nedenle, CG'nin bir mikrodalga DC üzerinde çalışması, esas olarak yalnızca kapasitörlerin kapasitansları ve ayrıca kurulumun parazitik kapasitansları tarafından belirlenecektir. PT'de önerilen CG devresi (Şekil 7) bir kaynak takipçisine dayanmaktadır. İki yalıtımlı kapıya sahip mikrodalga PT'ler şu anda en yaygın şekilde kullanıldığından ve CG'nin bipolar ve alan etkili transistörler üzerindeki çalışmasını karşılaştırmak için, tek kapılı bir PT'ye ihtiyaç vardır, böyle bir PT, çift kapılı bir PT'den bağlanarak elde edilir. kapıları bir arada. Kullanılan mikrodalga PT'lerin birkaç gigahertz'e kadar olan frekans aralığında çalıştığı göz önüne alındığında, kendi kendine uyarılmaya çok eğilimlidirler (kart üzerindeki basılı izler bir tür mikrodalga devresi olarak "çalışır").
Yazar, kendi kendini uyarmayı ortadan kaldırmak için değeri deneysel olarak seçilen düşük dirençli anti-parazitik SMD dirençleri kullanmıştır (Şekil 7'de bunlar R3 ve R4'tür). Bu tür SMD dirençleri, kurulum için mümkün olan minimum uzunluğa kısaltılmış PT pinlerine lehimlenir.Ölçümler sırasında CG frekansındaki kaymayı ortadan kaldırmak için, seri bağlı kaynak ve verici takipçilerinin bir tampon kademesi ona bağlanır. Çalışılan CG'nin bir mikrodalga DC üzerindeki tam diyagramı Şekil 8'de gösterilmektedir. 5. Bu tampon kademesi, HF BT'deki tampon kademesinden çok daha iyi özelliklere sahiptir (Şekil XNUMX).
İlk bakışta, BT ve PT'deki CG devreleri çalışma prensibi bakımından aynıdır (her iki devre de geniş bant voltaj takipçileri temelinde yapılmıştır), ancak deneyler bunların farklı davrandığını göstermiştir. BT'deki CG'de (Şekil 1), transistörün emitör devresindeki kapasitörün belirli (küçük) bir kapasitansı ile üçüncü harmonikte üretim meydana gelir. Kapasitörün kapasitansı arttıkça üretim hala aynı kuvars harmoniğinde meydana gelir. Ve ancak belirtilen kapasitörün kapasitansının daha da artmasıyla jeneratör karmaşık salınımlar bölgesine doğru hareket eder. Karmaşık salınımlar bölgesi genellikle kapasitör kapasitansındaki oldukça dar bir değişiklik aralığında gözlenir (kesirler ... pikofarad birimleri). Aynı bölgede çıkış voltajının bir tepe noktası (maksimum) vardır. Kapasitörün kapasitansının daha da artması, ilk mekanik harmonikte kuvars oluşumuna yol açar. Mikrodalga PT üzerindeki bir CG'de, yeterince düşük frekanslı kuvars kullanıldığında (örneğin, yaklaşık 9 MHz'lik ilk mekanik harmonikle), yukarıda açıklanan durumların değişimi hiç gözlemlenmez; bu, ilk yaklaşıma göre, PT'nin çok küçük iç kapasitansları ile açıklanabilir. Bu varsayımı, Şekil 6,8'de gösterilen, özel olarak dahil edilmiş bir kapasitör (7 pF) kullanarak test etmek için. 8 ve 2'de Szi olarak karşılık gelen transistör kapasitansı yapay olarak artırıldı, bu da CG'nin BT ve PT üzerindeki çalışmasını karşılaştırılabilir hale getiriyor. Kondansatörsüz DC'deki CG'ye (frekans ve çıkış voltajı) ilişkin veriler Tablo 3'de sunulmaktadır. Masada Şekil 6,8, 27668 pF kapasiteli ek bir kapasitörün takıldığı duruma ilişkin verileri göstermektedir. Bu durumda aynı kuvars (1 kHz) ve R2=R20=XNUMX kOhm dirençleri kullanıldı. Ek kapasitör Szi'yi taktıktan sonra söz konusu CG, BT'deki CG'ye benzer şekilde davranmaya başladı. PT'deki CG, yüksek frekanslı kuvarsla çalışıyorsa (örneğin, yaklaşık 15 MHz'lik ilk mekanik harmoniğe sahip kuvars), o zaman PT'nin kendisinin (Szi) dahili kapasitesi, CG'nin normal çalışması için zaten oldukça yeterlidir. . Yüksek frekanslı kuvars içeren CG'ye ilişkin veriler tabloda sunulmaktadır. 4 (46,516 MHz'de). Bu durumda R1=R2=20 kOhm olur. Frekans ve çıkış voltajının tablodaki C3 değerine bağımlılığı. Şekil 2 ve 3 grafiksel olarak Şekil 9'de gösterilmektedir. 10 ve 4 ve tablodan. 11 - Şek. on bir.
Notlar: 1 C3=20 pf'de iki frekanslı salınımların olduğu bir bölge vardır. 2 R1=R2=1 MOhm ise üretim yalnızca 15,52 MHz frekansında gerçekleşir Dikkate alınan tüm CG devrelerinin jeneratör ve tampon aşaması transistörleri, önemli seviyelerde RF sinyallerinde çalışır ve bu nedenle önemli doğrusal olmayan bozulmalara neden olur. CG çıkışında sinyalin elektriksel harmonikleri de önemli düzeyde mevcuttur. Bu harmoniklerin frekansı, temel frekanstan (yani birinci harmonikten) birkaç kat daha büyük bir tam sayıdır. Kuvars örneğin 9 MHz frekansında çalıştığında CG çıkışında 18, 27, 36, 45 MHz vb. frekanslar da mevcut olacaktır. Bununla birlikte, kural olarak, bu yüksek harmonikler birinci harmonikten daha büyük veya daha zayıftır. Kuvarsın mekanik harmonikleri birbirinden tam olarak birkaç kat daha büyük değildir. Bu nedenle, kuvarsın birinci ve üçüncü mekanik harmoniklerinin frekansı üçe eşit olmayan bir faktörle farklılık gösterecektir. Kuvarsın mekanik harmoniklerinin bu özelliğinden yararlanılarak gerçek mekanik harmonikler ile elektriksel harmonikler arasında ayrım yapmak mümkündür. Örneğin Tablo 1'deki verileri kullanarak frekans oranını elde ederiz. f3/f1 = (46518,46+46518,15)*2/(2*(15516,82+15513,54))=46518,3/15515,18=2,998 (4) Rezonatörlerin mekanik harmoniklerdeki frekansı [9]'a göre şu ifadeyle belirlenir: fn = n(1 -Yn)*f1, (5) burada fn kuvarsın n'inci mekanik harmoniğinin frekansıdır, n karşılık gelen harmoniğin sayısıdır (bu durumda tek bir tam sayıdır), f1 kuvarsın birinci mekanik harmoniğinin frekansıdır, Yn harmonik numarası. Örneğin, Y3=0,001 [9] Böylece üçüncü mekanik harmonik için ifade (5) şu şekli alır: f3=3*(1-0,001)*f1, (6) nereden f3/f1 = 3*(1 -0,001) = 2,997 (7) (4) ve (7) numaralı ifadelerin sayısal değerleri pratik olarak çakıştığı için jeneratörde kuvarsın hem birinci hem de üçüncü mekanik harmoniklerinde üretimin mümkün olduğunu söyleyebiliriz. Yukarıda tartışılan tüm CG devrelerinde karmaşık salınım bölgesi (Şekil 2) mevcuttur ve CG çıkışına bir osiloskop bağlanarak tespit edilebilir. Ekranda sıradan bir sinüzoidden çok uzak, karmaşık bir resim görülüyor. Karmaşık salınımlar bölgesinde, hem birinci hem de üçüncü mekanik harmoniklerin salınımları bir arada bulunur.İlgili kapasitörün (C3) kapasitansındaki bir artış, üçüncü harmoniğin genliğinde bir azalmaya ve birincinin genliğinde bir artışa yol açar. . Dikkate alınan tüm CG'lerde, ilk mekanik harmonikte üretilirken, çıkış voltajının üçüncüde üretilirken olduğundan biraz daha yüksek olduğu ortaya çıkar. İlk mekanik harmoniğin frekansına sahip salınımlar her zaman üçüncünün frekansına sahip salınımlardan "daha güçlüdür", bu nedenle iki frekanslı salınımlar bölgesinde CG'nin çıkış voltajı "kontrol" kapasitansının artmasıyla artar. ” kapasitör (C3). İki frekanslı salınım bölgesi dışındaki “kontrol” kapasitörünün kapasitansının arttırılması, aksine, jeneratörün çıkış voltajında \uXNUMXb\uXNUMXbbir azalmaya yol açar. CG'nin BT ve PT üzerindeki çalışmasında gözlenen farklılıklar ve ayrıca yeterince düşük frekanslı kuvars kullanılması durumunda CG'nin PT üzerindeki anormal çalışması, Sbe değerlerindeki farktan kaynaklanmaktadır. BT için ve PT için Szi (Sbe"Szi). PT'nin kapısı ve kaynağı arasına ek bir Sdop (Sdop ~= Szi) kapasitansı bağlayarak Sbe ve Szi'yi karşılaştırırsak, BT ve PT üzerindeki CG başlar Yukarıda tartışılan tüm CG devreleri kuvarsın hem birinci hem de üçüncü mekanik harmonikleri üzerinde çalıştığından, analiz için Şekil 12'de gösterilen eşdeğer bir kuvars devresi kullanılabilir.
Böyle bir kuvars devresini kullanarak, Şekil 13'ye göre bir DC jeneratörünün eşdeğer devresini hayal edebiliriz. XNUMX.
Dikkate alınan tüm CG devreleri, kuvarsın kendisi dışında herhangi bir salınım (rezonans) devresi içermez. Bu, esas olarak yalnızca “kontrol” kapasitörünün kapasitansını seçerek bu tür harmonik CG'lerin üretimini ve ayarlanmasını büyük ölçüde basitleştirir. Edebiyat
Yazar: V. Artemenko, UT5UDJ, Kiev Diğer makalelere bakın bölüm Radyo amatör tasarımcısı. Oku ve yaz yararlı bu makaleye yapılan yorumlar. En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler: Trafik gürültüsü civcivlerin büyümesini geciktiriyor
06.05.2024 Kablosuz hoparlör Samsung Müzik Çerçevesi HW-LS60D
06.05.2024 Optik Sinyalleri Kontrol Etmenin ve Yönetmenin Yeni Bir Yolu
05.05.2024
Diğer ilginç haberler: ▪ 20 yıl boyunca enerji tasarrufu sağlayan sıvı ▪ Sarhoş zorbalık geni bulundu ▪ NASA tamamen roket motorlarına geçiyor ▪ Akıllı saat BoAT Lunar Tigon ▪ Film kapasitörler ECQUA sınıf X2 Bilim ve teknolojinin haber akışı, yeni elektronik
Ücretsiz Teknik Kitaplığın ilginç malzemeleri: ▪ site bölümü Frekans sentezleyicileri. Makale seçimi ▪ etki makalesi. Görsel yanılsamalar ansiklopedisi ▪ makale İlk okumadan sonra kendi kendini şifreleyen bir kitabı kim yayınladı? ayrıntılı cevap ▪ makale Kendi kendine yapılan fotokopi makinesi. Çocuk Bilim Laboratuvarı
Bu makaleye yorumunuzu bırakın: Bu sayfanın tüm dilleri Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri www.diagram.com.ua |