Электрические свойства кварцевого резонатора

Электрические характеристики кварцевого резонатора представлены эквивалентной схемой, показанной на рис. 14. Обе величины C и L очень хорошо определены механическими свойствами кварцевого кристалла. Резистор R имеет малое сопротивление, которое характеризует затухание. Конденсатор C0 эквивалентен величине емкости, которая образуется между электродами. Типичными значениями для кварцевого

резонатора с частотой 4 МГц являются: L = 100 мГн, R = 100 Ом, C = 0,015 пФ, C0 = 5 пФ.

Из этого следует величина добротности:

Кварцевый резонатор обладает последовательным и параллельным резонансом. При вычислении частоты последовательного резонанса fS числитель в формуле принимается равным нулю, и тогда получается:

Частота параллельного резонанса получается при знаменателе, равном нулю:

Очевидно, что частота последовательного резонанса зависит только от определенного произведения LC, в то время как при параллельном резонансе на частоту значительно влияет емкость электродов С0. Часто возникает необходимость изменения частоты кварцевого генератора в небольшом диапазоне для того, чтобы установить ее равной точно желаемой величине. Для этого необходим конденсатор, емкость которого должна быть большой по сравнению с C, включенный последовательно с кварцевым резонатором (рис. 15).

Рисунок 14 - Эквивалентная схема кварцевого резонатора	Рисунок 15 - Схема подстройки резонансной частоты кварцевого резонатора

Относительное изменение частоты при этом составляет:

Частота параллельного резонанса от CS не зависит и при помощи конденсатора емкостью СS частоту последовательного резонанса можно повышать максимум до частоты параллельного.

Генераторы с мостом Вина

В низкочастотном диапазоне LC-генераторы реализуются с трудом, так как для этих частот необходимы большие значения индуктивностей и емкостей. Поэтому в диапазоне низких частот преимущественно используют генераторы, частота которых задается RC-цепями.

В принципе, можно было бы реализовать RC-генератор путем замены колебательного контура в схеме, приведенной на рис. 2, пассивным RC-полосовым фильтром. Максимально достижимая добротность была бы ограничена величиной 0,5. Поэтому возникающие синусоидальные колебания обладали бы невысокой стабильностью частоты. Это следует из анализа фазочастотной характеристики, приведенной на рис. 24. При пассивном фильтре нижних частот с добротностью Q = 1/3 сдвиг фазы на частоте, равной половине резонансной, составляет 27°. Если усилитель внесет сдвиг фазы величиной –27°, генератор согласно условию баланса фаз будет самовозбуждаться на половинной частоте резонанса. Чтобы достичь хорошей стабильности частоты, необходима цепь обратной связи, фазочастотная характеристика которой имеет крутой переход через нуль. Этим свойством обладают колебательные контуры высокой добротности и мост Вина–Робинсона. Его выходное напряжение на частоте резонанса становится близким к нулю, именно поэтому мост не совсем подходит в качестве цепи обратной связи. Для применения в генераторах мост Вина–Робинсона незначительно расстраивают (рис. 25); e должно быть положительным числом, значительно меньшим единицы.

Рисунок 24-Частотная характеристика фаового сдвига: кривая 1 – мост Вина–Робинсона при e = 0,01; кривая 2 – колебательный контур при Q = 100; кривая 3 – пассивный полосовой фильтр при Q = 1/3.

Практические задания

Задание 1

1. Структурная схема и принцип работы генератора. Условия возникновения и генерации колебаний в генераторе.

2. Генераторы по схеме емкостной трехточки. Привести схему, пояснить принцип работы и назначение основных элементов схемы.

Задание 2

1. Привести схему генератора Хартлея с общим эмиттером.

2. Показать цепь ОС на схеме, ее тип (ООС или ПОС). Объяснить для чего необходима ОС в данной схеме.

Задание 3

1. Нарисовать схему генератора Колпитца с общим эмиттером. Пояснить принцип работы и назначение основных элементов схемы.

2. Основные характеристики генераторов. Количественные и качественные показатели.

Задание 4

1. Привести схему установки рабочей точки за счет обратной связи по току.

2. Генераторы с мостом Вина. Особенности схемы.

Задание 5

1. Нарисовать схему генератора Колпитца с общей базой.

2. Показать цепь ОС на схеме, ее тип (ООС или ПОС). Объяснить для назначение ОС в данной схеме.

Задание 6

1. Генераторы на БТ транзисторе. Назначение ЭРЭ в схеме генератора.

2. Отличительные особенности генераторов Мейснера.

Задание 7

1. Нарисовать схему двухтактного генератора с индуктивной положительной обратной связью.

2. Пояснить принцип работы и назначение основных элементов схемы.

Задание 8

1. Нарисовать схему генератора Хартлея с общей базой. Пояснить принцип работы и назначение основных элементов схемы.

2. Основные характеристики генераторов. Количественные и качественные показатели.

Задание 9

1. Привести схему генератора Пирса с усилителем по схеме с общим эмиттером.

2. Какие элементы в данной схеме влияют на глубину ПОС.

Задание 10

1. Привести схему генератора с мостом Вина–Робинсона и точной стабилизацией

амплитуды.

3. Назначение ЭРЭ и их влияние на параметры генератора.

Задание 11

1.Привести схему генератора Хартлея с кварцевым резонатором. Отличительной особенностью генераторов Мейснера.

2. Пояснить принцип работы и назначение основных элементов схемы.

Задание 12

1. Генераторы с мостом Вина. Основные характеристики генераторов. Количественные и качественные показатели.

2. Показать цепь ОС на схеме, ее тип (ООС или ПОС). Объяснить для чего необходима ОС в данной схеме.

Контрольные вопросы