ЗАДАЮЩИЙ ГЕНЕРАТОР С КВАРЦЕВОЙ

СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ЧАСТОТЫ

Имеются различные способы включения кварца в схему транзисторного кварцевого генератора. Схема с включением кварца между базой и коллектором позволяет возбуждать кварц на гармониках, а также модулировать по частоте (в небольших пределах) кварцевый генератор. Для уменьшения нестабильности частоты мощность, рассеиваемая в кварцевом резонаторе, не должна превышать допустимую величину.

Поскольку связь с потребителем автогенератора для уменьшения нестабильности частоты должна быть небольшой, то полезная мощность в коллекторной цепи кварцевого генератора соизмерима с мощностью, рассеиваемой в кварце.

Например, для транзистора типа ГТ311 при включении кварца в цепь база – коллектор мощность на выходе кварцевого генератора составляет

Рис. 7.1. Схема кварцевого генератора

 

Схема кварцевого генератора с включением кварца между базой и коллектором изображена на рис. 7.1. Схема генератора представляет собой емкостную трехточку. Колебательный контур автогенератора состоит из емкостей С1, С2, индуктивного реактивного сопротивления кварца и индуктивности L1, которая совместно с емкостью С1 образует на частоте гармоники (обычно третьей) емкостное сопротивление необходимой величины, а на частоте ближайшей низшей гармоники (в нашем случае первой) – индуктивное сопротивление, что препятствует возбуждению кварца на этой частоте. Емкость элемент связи с потребителем Сопротивление R1, R2, обеспечивают подачу начального положительного смещения на базу для того чтобы самовозбуждение генератора было мягким. Цепочка , необходима для создания смещения на базе в установившемся режиме. Элементы , D1 стабилизируют напряжение питания автогенератора.

Методика расчета кварцевого генератора на транзисторе основана на следующих предположениях [1].

1. Мощность в нагрузке генератора (потребителе) ограничивается тепловыми потерями в кварцевом резонаторе, которая для типичных резонаторов не превышает 2…3 мВт. При этом в схеме с включением кварца между базой и коллектором мощность в потребителе обычно не превышает 0,1 мВт, а в схеме с включением кварца в цепь обратной связи мощность в нагрузке не превышает 1 мВт.

2. Для уменьшения влияния потребителя (следующего каскада) на контур автогенератора связь с потребителем выбирается малой (коэффициент связи ).

3. Для уменьшения влияния транзистора на кварцевый резонатор режим транзистора выбирается с малым углом отсечки и сильно недонапряженным с недоиспользованием по напряжению и току.

Рассмотрим пример расчета кварцевого автогенератора на биполярном транзисторе с включением кварца в схему емкостной трехточки (между выводами базы и коллектора).

 

РАСЧЕТ КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА НА БИПОЛЯРНОМ

ТРАНЗИСТОРЕ С ВКЛЮЧЕНИЕМ КВАРЦА

МЕЖДУ БАЗОЙ И КОЛЛЕКТОРОМ

 

Исходные данные:

1. Мощность потерь в кварцевом резонаторе

2. Параметры кварцевого генератора:

- номер рабочей гармоники кварцевого резонатора n;

- частота последовательного резонанса ;

- сопротивление потерь ;

- емкость кварцедержателя ;

- добротность резонатора .

3. Угол отсечки коллекторного тока .

4. Параметры транзистора (см. банк данных в программе расчета).

5. Коэффициенты гармоник: вычисляются по формулам (2.1) разд. 2,[1].

6. Сопротивление потребителя (последовательный эквивалент): активная и реактивная составляющие входного сопротивления буферного каскада.

 

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРА

 

1. Крутизна по переходу .

2. Амплитуда импульса тока .

3. Сопротивление рекомбинации неосновных носителей в базе , статическая крутизна транзистора S, диффузионная емкость эмиттерного перехода , постоянная времени открытого эмиттерного перехода и частота, на которой крутизна транзистора уменьшается до 0,7 от S, рассчитываются по формулам (2.2) – (2.6) разд. 2.

4. Нормированная частота

,

где частота последовательного резонанса для n-й гармоники.

5. Модуль крутизны транзистора на уровне 0,707 от S

6. Комплексная крутизна транзистора по току первой гармоники

где коэффициент при первой гармонической составляющей тока транзистора.

7. Модуль комплексной крутизны

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КВАРЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА

 

1. Емкость кварца .

2. Разнос частот параллельного и последовательного резонанса

3. Постоянная времени кварцевого резонатора .

 

РАСЧЕТ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА АВТОГЕНЕРАТОРА

1. Коэффициент связи с потребителем

,

где - мощность на входе следующего каскада (потребителе);

- мощность, рассеиваемая в кварцевом генераторе; - мощность потерь в элементах контура автогенератора ( ).

2. Параметр емкостной трехточки автогенератора принимаем

,

где и - емкости трехточки.

3. Емкость

.

4. Емкость

.

5. Реактивные сопротивления в схеме трехточки

6. Сопротивление потерь кварцевого резонатора

7. Реактивное сопротивление кварца

8. Сопротивление потерь колебательного контура автогенератора

9. Индуктивное реактивное сопротивление в схеме трехточки

10. Обобщенная расстройка кварцевого резонатора

где - добротность кварцевого резонатора; - частота автогенератора, рассчитывается как

11. Отклонение частоты генерации относительно частоты кварца

12. При работе кварца на гармонике вместо емкости C₁ включается параллельный колебательный контур L₁, C₁’. Для третьей гармоники C₁’ = 2C₁. Дополнительная емкость С и индуктивность L₁ соответственно равны:

13. Управляющее сопротивление в схеме трехточки

(7.1)

14. Проверка выполнения стационарного режима:

(7.2)

Если равенство не выполняется, то, последовательно изменяя угол отсечки (с помощью компьютера), добиться выполнения этого равенства.

15. Коэффициент обратной связи автогенератора

(7.3)

16. Сопротивление контура автогенератора (нагрузка транзистора)

(7.4)

17. Фазовый аргумент нагрузки

(7.5)

18. Расчет связи с потребителем.

Сопротивление ненагруженного контура автогенератора

(7.6)

Выберем емкостную связь с потребителем (см. рис. 6.1),для которой сопротивление связи

,

где _k - КПД контура генератора.

Так как коэффициент связи потребителем то условие физической реализуемости емкостной связи (R_nо / a) – Rn > 0. Если данное условие не выполняется, то необходимо применять другой вид связи, например ёмкость С₁ выполнить в виде ёмкостного делителя.

Сопротивление емкостной связи

(7.7)

Сопротивление связи с учётом потребителя

,

где

Если X’_cв<0 ,то емкость связи ; если X’>0,то вместо емкости необходимо включит индуктивность связи