Suprasti kristalų osciliatorių grandines

Pagrindinės kietojo kūno kristalinių osciliatorių grandinių konfigūracijos šiandien yra labiau išplėtotos, beveik visos grandinės yra plačiai pripažintų vakuuminių vamzdžių sistemų, tokių kaip Pierce, Hartley, Clapp ir Butler osciliatorių, modifikacijos ir veikia tiek su bipoliniais, tiek su FET prietaisais.

Nors visos šios grandinės iš esmės atitinka numatytą tikslą, yra daugybė programų, kurios reikalauja visai kito dalyko arba kur reikia tiksliai apibūdinti funkcionalumą.

Žemiau yra išvardytos įvairios grandinės, skirtos įvairioms programoms nuo LF iki VHF diapazono, kurios paprastai nėra matomos esamos mėgėjų ar knygų knygose.

Pagrindinės kietojo kūno kristalinio osciliatoriaus grandinės technikos jau yra nusistovėjusios, dauguma grandinių yra gerai žinomos vakuuminių vamzdžių technologijos, tokios kaip Pierce, Hartley, Clapp ir Butler osciliatorius, pritaikymai ir naudojami tiek bipoliniai, tiek FET prietaisai.

Nors šios grandinės iš esmės atitinka numatytą paskirtį, yra daugybė programų, kurioms reikia kažko kito arba kur reikia patikimai apibūdinti našumą.

Čia pateikiamos įvairios grandinės, skirtos įvairiems LF ir VHF diapazonams, kurie nėra įprasti mėgėjų ar literatūros šaltiniuose.

VEIKIMO BŪDAI

Retai vertinamas arba tiesiog nepastebimas dalykas yra tai, kad kvarco kristalai gali svyruoti lygiagrečiu rezonansiniu ir nuosekliu rezonansiniu režimu. Šie du dažniai yra padalinti su nedideliu skirtumu, dažniausiai 2-15 kHz dažnių diapazone.

Nuoseklus rezonansinis dažnis yra mažesnis, palyginti su lygiagrečiu.

Konkretus kristalas, sukurtas naudoti lygiagrečiuoju režimu, gali būti tinkamai pritaikytas nuoseklioje rezonansinėje grandinėje, jei kondensatorius, lygiavertis jo tiksliajai apkrovos talpai (paprastai 20,30, 50 arba 100 pF), būtų nuosekliai pritvirtintas prie kristalo.

Deja, serijinių rezonansinių kristalų užduoties neįmanoma pakeisti lygiagrečio režimo grandinėse. Nuosekliojo režimo kristalas greičiausiai svyruos virš jo kalibruoto dažnio savo situacijoje ir gali būti neįmanoma jo pakankamai talpiai įkrauti.

Viršbalsiniai kristalai serijiniu režimu veikia paprastai pagal trečią, penktą ar septintą atspalvį, o gamintojas paprastai kalibruoja kristalą viršgarsiniu dažniu.

Vykdant kristalą lygiagrečiu režimu ir padauginus dažnį 3 ar 5 kartus, gaunamas gana naujas rezultatas, veikiant tiksliai tą patį kristalą serijos režimu pagal jo 3 arba 5 potekstę.

Pirkdami viršgarsinius kristalus laikykitės toliau nuo dilemos ir nustatykite norimą dažnį, o ne akivaizdų pagrindinį dažnį.

Pagrindiniai kristalai, kurių diapazonas yra nuo 500 kHz iki 20 MHz, paprastai yra sukurti lygiagretaus režimo veikimui, tačiau būtų galima paprašyti nuoseklaus režimo.

Žemo dažnio kristalams iki 1 MHz galima pasirinkti bet kurį režimą. Overtono kristalai paprastai aprėpia nuo 15 MHz iki 150 MHz diapazoną.

PLAČIAS APERIODINIS OSCILATORIUS

Osciliatoriai, kurie niekada nenaudoja derintų grandinių, dažnai yra labai naudingi, nesvarbu, ar jie yra „kristalų šaškės“, ar dėl kokių nors kitų priežasčių. Ypač LF kristalams sureguliuotos grandinės gali būti gana didžiulės.

Kita vertus, jie paprastai nėra be savo spąstų. Keletas kristalų yra linkę svyruoti nepageidaujamais režimais, ypač DT ir CT pjaustyti kristalai, skirti LF kvarco osciliatoriams.

Iš tiesų yra gera idėja įsitikinti, kad išvestis yra tinkamo dažnio ir nėra „režimo nestabilumo“. Sumažinus grįžtamąjį ryšį aukštesniais dažniais, dažniausiai tai išsprendžiama.

Ypatingais atvejais pirmiau minėtą teoriją galima pamiršti ir kaip alternatyvą pritaikyti osciliatorių, turintį sureguliuotą grandinę (vėliau peržiūrimi LF kristaliniai osciliatoriai).

Krištolo grandinės

Pirmoji žemiau esanti grandinė yra su spinduoliu sujungtas osciliatorius, Butlerio grandinės variantas. 1 paveiksle esančios grandinės išvestis iš esmės yra sinusinė banga, mažinant Q2 spinduolio rezistorių, padidėja harmoninė išvestis.

Todėl 100 kHz kristalas sukuria puikias harmonikas per 30 MHz. Tai serijinio režimo grandinė.

Galima naudoti įvairius tranzistorius. Kristalams, kurių dažnis didesnis kaip 3 MHz, rekomenduojama naudoti tranzistorius, turinčius didelį pralaidumo pralaidumo produktą. Kristalams, kurių asortimentas yra nuo 50 kHz iki 500 kHz, pirmenybė teikiama tranzistoriams su dideliu LF stiprinimu, kaip antai 2N3565.

Be to, šios atrankos kristalams leistina sklaida paprastai yra mažesnė nei 100 mikrovatų, o amplitudės apribojimas gali būti būtinas.

Siūloma sumažinti maitinimo įtampą kartu su efektyviu paleidimu. Grandinės pakeitimas įtraukiant diodus, kaip parodyta 3 paveiksle, yra naudingesnė technika, o paleidimo efektyvumas yra didesnis.

Naudojant tinkamus tranzistorius ir spinduolio rezistoriaus vertes, grandinė svyruos net 10 MHz dažniu. Paprastai rekomenduojamas emitterio sekėjas arba šaltinio pasekėjo buferis.

Identiški aukščiau pateiktų komentarai siejasi su 2 pav. Šioje grandinėje yra įtrauktas emiterio sekėjo buferis.

Dvi grandinės yra šiek tiek jautrios dažniui, maitinimo įtampos pokyčiams ir apkrovos specifikacijoms. Rekomenduojama 1 k ar didesnė apkrova.

TTL lC galėtų būti derinamas su kristalų osciliatorių grandinėmis, nors daugybė paskelbtų grandinių pasižymi siaubingu paleidimo efektyvumu arba jų nepakartoja dėl didelių lC parametrų.

Autorius eksperimentavo su 4 MHz pav. Grandine nuo 1 MHz iki 18 MHz dažnių diapazone ir bus skatinamas. Tai yra nuosekliojo režimo osciliatorius, kuris komplimentuoja AT pjovimo kristalus.

Išėjimas yra apie 3 V nuo piko iki piko, kvadratinė banga iki maždaug 5 MHz, virš kurios ji virsta panašesnė į pusiau sinusinius impulsus. Pradinis efektyvumas yra puikus, kuris, atrodo, dažniausiai yra lemiamas veiksnys naudojant TTL osciliatorius.

MAŽŲ DAŽNIŲ KRISTALO OSCILATORIAI

Kristalams, esantiems nuo 50 kHz iki 500 kHz diapazone, reikalingi skiriamieji veiksniai, kurie nepastebimi labiau paplitusiuose AT arba BT pjovimo HF kristaluose.

Panašios serijos varža yra daug didesnė, o jų leidžiamas sklaidymas yra ribojamas iki 100 mikrovatų, idealiu atveju - iki 50 mikrovatų.

5 pav. Grandinė yra nuosekliojo režimo osciliatorius. Tai suteikia pranašumą, kai nereikia sureguliuotos grandinės, ir gali pasirinkti sinusinės arba kvadratinės bangos išvestį. Jei kristalai yra 50–150 kHz spektro, rekomenduojami 2N3565 tranzistoriai, nors leidėjas mano, kad BC107 yra pagrįstas.

Abi šios rūšies kristalai gali būti pakankami nuo 150 kHz iki 500 kHz diapazone. Jei manote, kad kristalas turi didelę ekvivalentinę serijos varžą, tada galite padidinti R1 vertę iki 270 omų ir R2 iki 3,3 k.

Kvadratinių bangų operacijoms C1 yra 1 uF (arba galbūt šalia jo esantis dydis, arba didesnis už jį). Sinusinės bangos išėjimui C1 nėra grandinėje.

Amplitudės valdyti nereikia. Sinusinės bangos išvestis yra maždaug 1 V kvadratinė, kvadratinio atsisakymo galia maždaug nuo 4 V smailės iki smailės.

6 pav. Grandinė iš tikrųjų yra pakeistas „Colpitts“ osciliatoriaus tipas, įtraukiant rezistorių Rf, reguliuojantį grįžtamąjį ryšį. Kondensatoriai C1 ir C2 turi būti kuo mažesni naudojant apskaičiuotus dydžius, kai dažnis didinamas.

500 kHz dažniu C1 ir C2 vertės turi būti atitinkamai maždaug 100 pF ir 1500 pF. Kaip įrodyta, grandinė siūlo sinusinės bangos išvestį, naudojant antrąją harmoniką, maždaug 40 dB žemesnę (arba aukštesnę).

Tai dažnai sumažinama sąmoningai pakoregavus Rf ir C1. Atminkite, kad sumažinus sumą, norint tai pasiekti yra būtinas grįžtamasis ryšys, osciliatoriui pasiekti pilną galią reikia maždaug 20 sekundžių.

Išėjimo galia yra nuo 2 iki 3 voltų. Kai jums reikia išėjimo, pakrautos harmonikomis, tai lengvai pasieksite 0,1 uF kondensatorių virš emiterio rezistoriaus. Vėliau išėjimas padidėja iki maždaug 5 V smailės iki smailės.

Tokiais atvejais gali būti sumažinta maitinimo įtampa, kad sumažėtų kristalų išsisklaidymas. Gali būti naudojami kiti tranzistoriai, nors gali tekti pakoreguoti šališkumą ir grįžtamąjį ryšį. Švelniems kristalams, skirtiems svyruoti ne tik norimais, bet 7 režimo grandine

Grįžtamąjį ryšį reguliuoja bakstelėjimas palei Q1 kolektoriaus apkrovą. Amplitudės ribojimas yra svarbus norint išlaikyti kristalų išsisklaidymą ribose. 50 kHz kristalų ritė turi būti 2 mH, o jos rezonuojantis kondensatorius - 0,01 uF. Išvestis yra maždaug 0,5 V vidutinė kvadratinė, iš esmės sinusinė banga.

Labai rekomenduojama naudoti spinduolio sekėją arba šaltinio sekėjo buferį.

Jei naudojamas lygiagrečiojo režimo kristalas, 1000 pF kondensatorius, nurodytas nuosekliai su kristalu, turi būti pakeistas į pasirinktą kristalo apkrovos talpą (šių tipų kristalams paprastai nuo 30, 50 iki 100 pF).

HF KRISTALINIAI OSCILATORIAI

Kietojo kūno modeliai gerai žinomiems AT iškirptiems HF kristalams dažniausiai būna legionai. Tačiau rezultatai nebūtinai yra tokie, kokių galite tikėtis turėti. Dauguma pagrindinių kristalų iki 20 MHZ paprastai parenkami lygiagretaus režimo veikimui.

Nepaisant to, tokio tipo kristalus galima naudoti nuosekliojo režimo osciliatoriuose, norimą apkrovos talpą išdėstant nuosekliai su kristalu, kaip nurodyta anksčiau. Toliau aptariami dviejų tipų grandinės.

Geras 3–10 MHz diapazono osciliatorius, kuriam nereikia sureguliuotos grandinės, pateiktas 8 pav. (A). Natūralu, kad ta pati grandinė kaip ir 6 pav. Grandinė veikia labai gerai iki 1 MHz, kai C1 ir C2 yra atitinkamai didesni nei 470 pF ir 820 pF. Jis gali būti naudojamas iki 15 MHz tuo atveju, jei C1 ir C2 sumažėja iki 120 pF ir 330 pF. atitinkamai.

Ši grandinė rekomenduojama nekritiniais tikslais, kai pageidaujama didelės harmoninės išvesties, ar ne. Įtraukus sureguliuotą grandinę, kaip nurodyta 8b punkte, žymiai sumažinama harmoninė išvestis.

Paprastai rekomenduojama sureguliuota grandinė, turinti didelę Q. 6 MHz osciliatoriuje pasiekėme žemiau pateiktus rezultatus. Turint 50 ritę Q, antroji harmonika buvo 35 dB žemyn.

Turėdamas 160 Q, jis buvo -50 dB! Rezistorius Rf gali būti pakeistas (šiek tiek padidinti), kad tai sustiprintų. Išvestis papildomai pakeliama naudojant aukštos Q ritę.

Kaip buvo pastebėta anksčiau, norint sumažinti 100% grįžtamąjį ryšį, reikalingas keliasdešimt sekundžių, kad įjungus 100% išeitį, net ir tokiu atveju dažnio stabilumas yra fantastiškas.

Veikiant skirtingais dažniais, galima efektyviai sureguliuoti kondensatorius ir ritę.

Ši grandinė (8 pav.) Taip pat galėtų būti pakeista į itin naudingą VXO. Mažas induktyvumas yra apibrėžtas nuosekliai su kristalu, o vienas iš grįžtamojo ryšio grandinės kondensatorių naudojamas kaip kintamas tipas.

Paprastas dviejų grupių 10-415 pF siųstuvo derinimo kondensatorius puikiai atliks užduotį. Kiekviena gauja yra sujungta lygiagrečiai.

Derinimo diapazoną lemia kristalas, L1 induktyvumas ir dažnis. Didesnis diapazonas paprastai pasiekiamas naudojant aukštesnio dažnio kristalus. Stabilumas yra nepaprastai geras, artėja prie kristalo.

VHF OSCILATORIUS-DAUGIAPUSIS

10 pav. Grandinė yra modifikuota „impedansą invertuojančio“ viršgarsinio osciliatoriaus versija. Paprastai, naudojant impedansą invertuojančią grandinę, kolektorius yra nereguliuojamas arba įžemintas RF.

Kolektorius gali būti sureguliuotas du ar tris kartus didesniu nei kristalo dažnis, siekiant sumažinti išėjimą kristalo dažniu, siūloma 2x sureguliuota grandinė.

NIEKADA NEGALĖTU sureguliuoti kolektoriaus pagal kristalo dažnį, nes kitaip grandinė gali svyruoti tokiu dažniu, kurio kristalas negali kontroliuoti. Turite išlaikyti kolektoriaus laidą labai mažą ir tiek, kiek galite.

Galutiniai rezultatai naudojant tokio tipo grandines buvo puikūs. Beveik visi išėjimai, be norimos išvesties, buvo -60 dB ar didesni.

Triukšmo lygis pasiekia mažiausiai 70 dB esant norimai galiai. Tai sukuria puikų konversijos osciliatorių VHF / UHF keitikliams.

Praktiškai 2 V RF galima gauti ant karšto L3 terminalo (autoriaus originalas 30 MHz dažniu). Primygtinai rekomenduojamas „Zener“ reguliuojamas tiekimas.

Kaip nurodyta diagramoje, įvairiems tranzistoriams yra būtinos įvairios grandinės vertės. Konkrečios struktūros klaidžiotojai taip pat gali reikalauti modifikacijų. L1 gali būti naudojamas kristalui perkelti dažniu. Nedidelės dažnio modifikacijos (apie 1 ppm) vyksta reguliuojant L2 ir L3, taip pat naudojant apkrovos svyravimus. Tai pasakius, tikruose bandymuose šie dalykai gali būti nereikšmingi.