A kristályoszcillátor áramkörök megértése

Az alapvető szilárdtest-kristályos oszcillátor áramköri konfigurációk manapság fejlettebbek, szinte az összes áramkör olyan széles körben elismert vákuumcső-rendszerek módosítása, mint a Pierce, Hartley, Clapp és Butler oszcillátor, és mind bipoláris, mind FET eszközökkel működik.

Bár ezek az áramkörök alapvetően megfelelnek a kitűzött céloknak, rengeteg olyan alkalmazás létezik, amelyek egészen másra szólítanak fel, vagy ahol a funkcionalitást pontosan le kell írni.

Az alábbiakban felsorolunk egy sor áramkört, különféle alkalmazásokhoz, közvetlenül az LF-től a VHF-tartományig, amelyek általában nem láthatók a meglévő amatőr használatban vagy könyvekben.

Az alap szilárdtest-kristályos oszcillátor áramköri technikák mára jól beváltak, a legtöbb áramkör a jól ismert vákuumcső-technológia adaptációi, mint például a Pierce, Hartley, Clapp és Butler oszcillátor, és mind bipoláris, mind FET eszközöket használnak.

Míg ezek az áramkörök alapvetően megfelelnek rendeltetésüknek, sok olyan alkalmazás létezik, amelyek mást igényelnek, vagy ahol a teljesítményt megbízhatóan jellemezni kell.

Itt különféle áramkörök vannak bemutatva, az LF-től a VHF-tartományig terjedő alkalmazásokhoz, amelyek a jelenlegi amatőr használatban vagy az irodalomban nem találhatók meg.

MŰKÖDÉSI MÓDOK

Ritkán értékelt, vagy egyszerűen figyelmen kívül hagyott szempont az a tény, hogy a kvarckristályok párhuzamos rezonáns és soros rezonancia módban oszcillálhatnak. A két frekvencia kisebb különbséggel van felosztva, általában 2-15 kHz a frekvenciatartományban.

A soros rezonancia frekvencia kisebb a frekvenciában, mint a párhuzamos.

A párhuzamos üzemmódban tervezett speciális kristályokat megfelelő módon lehet alkalmazni egy soros rezonáns áramkörben, ha a pontos terhelési kapacitásának (általában 20,30, 50 vagy 100 pF) megfelelő nagyságú kondenzátor sorosan kapcsolódik a kristályhoz.

Sajnos a sorozatos rezonáns kristályok feladatát nem lehet invertálni párhuzamos módú áramkörökben. A soros módú kristály valószínűleg a kalibrált frekvenciáján túl ingadozik a helyzetében, és lehet, hogy nem lesz elég kapacitívan betölteni.

A csengőhang kristályok sorozat módban futnak általában a harmadik, ötödik vagy hetedik felhangon, és a gyártó általában a felhang frekvenciájában kalibrálja a kristályt.

Ha egy kristályt futtatunk párhuzamos módban, és a frekvenciát 3 vagy 5-szeresen megszorozzuk, az meglehetősen új eredményt hoz létre, ha pontosan ugyanazt a kristályt működtetjük a sorozat módban a 3. vagy 5. felhangján.

Míg a felhangú kristályok vásárlása távol marad a dilemmától, és a látszólagos alapvető frekvencia helyett határozza meg a kívánt frekvenciát.

Az 500 kHz és 20 MHz közötti alapkristályok általában a párhuzamos üzemmód működéséhez vannak felépítve, bár soros üzemmódra lenne szükség.

1 MHz-ig terjedő alacsony frekvenciájú kristályok esetén bármelyik mód választható. A csengőhang kristályok általában a 15 MHz-től 150 MHz-ig terjednek.

SZÉLES VÁLASZTÁSI vagy APERIODIKUS SZENNYEZŐK

Azok az oszcillátorok, amelyek soha nem használnak hangolt áramköröket, gyakran nagyon hasznosak, akár „kristály ellenőrzőként”, akár bármilyen más okként. Különösen az LF kristályok esetében a hangolt áramkörök meglehetősen hatalmasak lehetnek.

Másrészt általában nincsenek saját csapdák nélkül. Néhány kristály érzékeny a nemkívánatos módok rezgésére, különösen az LF kvarc oszcillátorokhoz szánt DT és CT kristályok.

Valóban jó ötlet megbizonyosodni arról, hogy a kimenet megfelelő frekvencián van-e, és nem látszik-e „üzemmód instabilitás”. A visszacsatolás minimalizálása a magasabb frekvenciákon általában megoldja ezt.

Különleges esetekben el lehet felejteni a fenti elméletet, és alternatívaként egy hangolt áramkörrel rendelkező oszcillátort kell alkalmazni (az LF kristályoszcillátorokat utólag felülvizsgálják).

Kristály áramkörök

Az első áramkör egy emitterhez kapcsolt oszcillátor, a Butler áramkör variációja. Az 1. ábra áramkörének kimenete alapvetően szinusz hullám, amely csökkenti a Q2 emitteres ellenállását, ami növeli a harmonikus kimenetet.

Ennek eredményeként egy 100 kHz-es kristály kiváló harmonikusokat hoz létre 30 MHz-en keresztül. Ez egy soros üzemmódú áramkör.

Számos tranzisztor alkalmazható. 3 MHz-nél nagyobb kristályok esetén a nagy nyereség-sávszélességű termékkel rendelkező tranzisztorok ajánlottak. Az 50 kHz és 500 kHz közötti választékon belüli kristályok esetében előnyösek a nagy LF erősítésű tranzisztorok, például a 2N3565.

Ezen túlmenően, a kiválasztott kristályok esetében a megengedett disszipáció általában alacsonyabb, mint 100 mikrowatt, és az amplitúdó korlátozása elengedhetetlen lehet.

Csökkentett tápfeszültség javasolt a hatékony beindítással párhuzamosan. Az áramkör megváltoztatása diódák bevonásával a 3. ábra szerint előnyösebb technika, és az indítási hatékonyság fokozódik.

Az áramkör megfelelő tranzisztorokkal és emitteres ellenállások értékével akár 10 MHz-en is oszcillálni fog. Az emitterkövető vagy a forráskövető puffer általában ajánlott.

A fentiekkel megegyező megjegyzések kapcsolódnak a 2. ábrához. Ebbe az áramkörbe emitterkövető puffert építettek be.

A két áramkör némileg érzékeny a frekvenciára, a tápfeszültség változásaira és a terhelésre. 1 k vagy annál nagyobb terhelés ajánlott.

A TTL lC kombinálható kristályoszcillátor áramkörökkel, bár számos publikált áramkör szörnyű indítási hatékonysággal rendelkezik, vagy nem ismételhető meg az lC-k hatalmas paraméterei miatt.

A 4. ábrán látható áramkörrel a szerző az 1 MHz és 18 MHz közötti tartományban kísérletezett, és ösztönözni fogja. Ez egy soros üzemmódú oszcillátor, amely az AT-vágású kristályokat dicséri.

A kimenet csúcstól csúcsig 3 V körül mozog, négyzethullám kb. 5 MHz-ig, amely felett ez jobban hasonlít a félszinuszos impulzusokra. Az indítási hatékonyság kiváló, ami a TTL oszcillátoroknál leginkább kritikus tényezőnek tűnik.

Alacsony frekvenciájú kristály oszcillátorok

Az 50 kHz - 500 kHz tartományba eső kristályok megkülönböztető tényezőket igényelnek, amelyek nem észlelhetők az elterjedtebb AT vagy BT vágott HF kristályokban.

A hasonló sorozatú ellenállás sokkal nagyobb, és megengedett szóródásuk 100 mikrovatt alatti értékre, ideális esetben 50 mikrovattra vagy alacsonyabbra korlátozódik.

Az 5. ábrán látható áramkör soros üzemmódú oszcillátor. Annak az előnye, hogy nincs szüksége hangolt áramkörre, és szinusz vagy négyzet hullám kimenetet választhat. Az 50-150 kHz-es spektrumon belüli kristályok esetében a 2N3565 tranzisztorok ajánlottak, annak ellenére, hogy a kiadó a BC107-et elfogadhatónak találja.

Mindkét változat megfelelő lehet a 150 kHz és 500 kHz közötti kristályokhoz. Ha úgy gondolja, hogy a kristály nagy egyenértékű soros ellenállást tartalmaz, akkor az R1 értékét 270 ohmra, az R2 értékét pedig 3,3 k-ra növelheti.

Négyzethullámú műveleteknél a C1 értéke 1 uF (vagy egy nagyságrendű, vagy annál nagyobb). Szinuszhullám-kimenetnél a C1 nincs áramkörben.

Az amplitúdó-szabályozás felesleges. A szinuszhullám kimenete megközelítőleg 1 V effektív érték, négyzet mentes kimenet 4 V csúcs és csúcs között.

A 6. ábrán látható áramkör valójában a Colpitts oszcillátor átdolgozott típusa, a visszacsatolás szabályozásához Rf ellenállást tartalmaz. A C1 és C2 kondenzátorokat a frekvencia növelésével számított nagyságrendekkel kell minimalizálni.

500 kHz-nél a C1 és C2 értékeinek kb. 100 pF-nak és 1500 pF-nak kell lenniük. A bizonyított áramkör szinuszhullámú kimenetet kínál a második harmonikával, 40 dB-rel alacsonyabb (vagy magasabb) körül.

Ezt gyakran minimalizálják az Rf és C1 tudatos módosítása révén. Ne feledje, hogy a csökkentett mennyiségnél a visszacsatolás elengedhetetlen ennek eléréséhez, körülbelül 20 másodpercre van szükség ahhoz, hogy az oszcillátor elérje a teljes kimenetet.

A kimenet csúcstól csúcsig 2-3 volt körül van. Ha harmonikusokkal terhelt kimenetre van szüksége, akkor egy 0,1 uF-os kondenzátor könnyű beillesztése az emitteres ellenállásba ezt meg fogja valósítani. A kimenet ezt követően körülbelül 5 V csúcsról csúcsra növekszik.

Ilyen esetekben a tápfeszültség csökkenthető a kristályeloszlás csökkentése érdekében. Más tranzisztorok is használhatók, bár az elfogultságot és a visszacsatolást esetleg módosítani kell. A tetszőleges módokon kívüli rezgésre tervezett hordós kristályok esetében a 7. ábra áramköre erősen ajánlott

A visszacsatolást a Q1 kollektorterhelés mentén történő csapolás szabályozza. Az amplitúdó korlátozása fontos a kristály szóródásának fenntartásához a határokon belül. 50 kHz-es kristályok esetén a tekercsnek 2 mH-nak és rezonáló kondenzátorának 0,01 uF-nak kell lennie. A kimenet körülbelül 0,5 V effektív érték, alapvetően szinusz hullám.

Erősen ajánlott egy emitterkövető vagy forráskövető puffer használata.

Párhuzamos üzemmódú kristályok használata esetén a kristályokkal sorba rendezett 1000 pF kondenzátort a kristály által kiválasztott terhelési kapacitásra kell cserélni (tipikusan 30, 50-100 pF az ilyen típusú kristályok esetében).

HF CRYSTAL OSCILLATOR ÁRAMKÖRÖK

A jól ismert AT-vágású HF kristályok szilárdtest-kialakításai általában légiósak. De az eredmények nem feltétlenül azok, amelyekre számíthat. A 20 MHZ-ig terjedő esszenciális kristályok többségét általában a párhuzamos módú működéshez választják.

Mindazonáltal ez a fajta kristály használható soros üzemmódú oszcillátorokban úgy, hogy a kívánt terhelési kapacitást a kristályokkal sorba helyezi, amint azt korábban említettük. A kétféle áramkört az alábbiakban tárgyaljuk.

Egy jó 3–10 MHz tartományú oszcillátor, amely nem igényel hangolt áramkört, a 8. (a) ábrán látható. Természetesen ugyanaz az áramkör, mint a 6. ábra. Az áramkör rendkívül jól működik 1 MHz-ig, amikor a C1 és a C2 magasabb, mint 470 pF és 820 pF. 15 MHz-ig használható, ha C1 és C2 értéke 120 pF-re és 330 pF-ra csökken. illetőleg.

Ezt az áramkört nem kritikus célokra javasoljuk, amelyekben nagy harmonikus kimenetre van szükség, vagy sem. A hangolt áramkör beépítése a 8b. Pont szerint jelentősen minimalizálja a harmonikus kimenetet.

Általában egy jelentős Q-val rendelkező hangolt áramkör ajánlott. 6 MHz-es oszcillátorban elértük az alábbi eredményeket. A Q tekercs 50-es értékével a 2. harmonikus végig 35 dB volt.

A Q értéke 160 volt, -50 dB volt! Ennek fokozása érdekében az Rf ellenállást meg lehet változtatni (kissé növelni). A kimenetet emelik egy magas Q tekercs segítségével.

Amint azt korábban megfigyeltük, csökkent visszacsatolással több tíz másodpercre van szükség a 100% -os kimenet eléréséhez a bekapcsoláskor, ennek ellenére a frekvenciastabilitás fantasztikus.

Különböző frekvenciákon történő működés a kondenzátorok és tekercsek hatékony beállításával érhető el.

Ez az áramkör (8. ábra) szintén rendkívül hasznos VXO-vá változtatható. Egy apró induktivitást sorozatosan határozunk meg a kristállyal, és a visszacsatoló áramkör egyik kondenzátorát használjuk változó típusként.

Egy közös kétsávos 10-415 pF adó tuningkondenzátor tökéletesen elvégzi a feladatot. Minden banda párhuzamosan kapcsolódik össze.

A hangolási tartományt a kristály, az L1 induktivitása és a frekvencia határozza meg. Nagyobb tartomány általában elérhető a magasabb frekvenciájú kristályok felhasználásával. A stabilitás rendkívül jó, közel kerül a kristályéhoz.

VHF OSCILLATOR-MULTIPLIER

A 10. ábrán látható áramkör az „impedancia invertáló” felhangú oszcillátor módosított változata. Jellemzően, az impedancia invertáló áramkör alkalmazásával a kollektor hangolatlan vagy földelt az RF számára.

A kollektor a kristályfrekvencia kétszeresére vagy háromszorosára hangolható annak érdekében, hogy minimalizálják a kimenetet a kristályfrekvencián, javasoljuk a 2x hangolt áramkört.

SOHA NEM szabad hangolnia a kollektort a kristály frekvenciájára, különben az áramkör olyan frekvenciával ingadozhat, amely kívül esik a kristály vezérlésén. A kollektor vezetéket nagyon kicsiben és egyenként kell tartania, amennyire csak lehet.

Az ilyen típusú áramköröket használó végeredmények nagyszerűek voltak. Szinte az összes kimenet a kívánt kimeneten kívül -60 dB vagy annál magasabb volt.

A zajtermelés eléri a legalább 70 dB-t a kívánt teljesítmény alatt. Ez kiemelkedő konverziós oszcillátort hoz létre a VHF / UHF konverterekhez.

Gyakorlatilag 2 V RF kapható az L3 forró terminálján (a szerző eredeti 30 MHz-en). Erősen ajánlott a Zener által szabályozott ellátás.

Amint a diagram rámutatott, a különféle áramköri értékek elengedhetetlenek a különféle tranzisztorokhoz. A meghatározott szerkezetű kóborok szintén módosítást igényelhetnek. Az L1 használható a kristály frekvencián történő mozgatására. A frekvencia kisebb módosításai (kb. 1 ppm) történnek az L2 és L3 beállítása, valamint a terhelésváltozások alkalmazása közben. Ennek ellenére valódi tesztelés során ezek a dolgok jelentéktelenek lehetnek.