Izpratne par kristāla oscilatoru ķēdēm

Cietvielu kristālu oscilatoru ķēdes pamata konfigurācijas mūsdienās ir vairāk attīstītas, gandrīz visas ķēdes ir modifikācijas plaši atzītām vakuuma cauruļu sistēmām, piemēram, Pierce, Hartley, Clapp un Butler oscilatoriem, un tās darbojas gan ar bipolārām, gan FET ierīcēm.

Neskatoties uz to, ka visas šīs shēmas principā atbilst paredzētajam mērķim, ir daudz lietojumprogrammu, kas prasa kaut ko pilnīgi atšķirīgu vai kur precīzi jāapraksta funkcionalitāte.

Tālāk ir uzskaitītas virknes virkņu, kas paredzētas dažādiem lietojumiem tieši no LF līdz VHF diapazonam, un kuras parasti nav redzamas esošajā amatieru lietojumā vai grāmatās.

Cietvielu kristāla oscilatoru ķēdes pamatmetodes jau ir labi izveidotas, lielākā daļa ķēžu ir labi pazīstamās vakuuma cauruļu tehnoloģijas, piemēram, Pierce, Hartley, Clapp un Butler oscilatoru adaptācijas, un izmanto gan bipolāras, gan FET ierīces.

Kaut arī šīs shēmas būtībā atbilst paredzētajam mērķim, ir daudz lietojumu, kuriem nepieciešams kaut kas cits vai kur veiktspēja ir droši jāapraksta.

Šeit tiek piedāvātas dažādas ķēdes dažādiem lietojumiem no LF līdz VHF diapazonam, kuras parasti nav sastopamas pašreizējā amatieru lietojumā vai literatūrā.

DARBĪBAS VEIDI

Punkts, kas tiek reti novērtēts vai tiek vienkārši ignorēts, ir fakts, ka kvarca kristāli var svārstīties paralēlajā rezonanses un sērijveida rezonanses režīmā. Abas frekvences tiek sadalītas ar nelielu atšķirību, parasti 2-15 kHz frekvenču diapazonā.

Sērijas rezonanses frekvence ir mazāka frekvencē, salīdzinot ar paralēli.

Īpašu kristālu, kas paredzēts izmantošanai paralēlajā režīmā, varētu atbilstoši pielietot virknes rezonanses ķēdē, ja kondensators, kas pēc apjoma ir ekvivalents tā precīzai slodzes kapacitātei (parasti 20,30, 50 vai 100 pF), ir pievienots virknē ar kristālu.

Diemžēl virknes rezonanses kristālu uzdevumu nav iespējams apgriezt paralēlo režīmu ķēdēs. Sērijas režīma kristāls, iespējams, savā situācijā svārstīsies ārpus kalibrētās frekvences, un, iespējams, to nebūs iespējams pietiekami kapacitatīvi ielādēt.

Virsotnes kristāli sērijveida režīmā parasti darbojas ar trešo, piekto vai septīto pieskaņu, un ražotājs parasti kalibrē kristālu toņa frekvencē.

Darbinot kristālu paralēlajā režīmā un reizinot frekvenci 3 vai 5 reizes, tiek iegūts diezgan jauns iznākums, darbinot tieši to pašu kristālu sērijas režīmā pēc tā 3. vai 5. pieskaņas.

Kamēr pērk toņu kristālus, turieties prom no dilemmas un norādiet vēlamo frekvenci, nevis šķietamo pamata frekvenci.

Fundamentālie kristāli diapazonā no 500 kHz līdz 20 MHz parasti tiek veidoti paralēla režīma darbībai, tomēr var pieprasīt sērijveida režīmu.

Zemfrekvences kristāliem līdz 1 MHz varēja izvēlēties jebkuru režīmu. Virsmas kristāli parasti aptver diapazonu no 15 MHz līdz 150 MHz.

Plaša diapazona vai aperiodiski oscilatori

Oscilatori, kas nekad neizmanto noregulētas shēmas, bieži vien ir ļoti noderīgi neatkarīgi no tā, vai tie ir “kristāla pārbaudītāji” vai kādi citi iemesli. Īpaši LF kristāliem noregulētās shēmas varētu būt diezgan milzīgas.

No otras puses, viņi parasti nav bez saviem slazdiem. Daži kristāli ir pakļauti svārstībām nevēlamos režīmos, īpaši DT un CT sagriezti kristāli, kas paredzēti LF kvarca oscilatoriem.

Tā ir laba ideja, lai pārliecinātos, ka izeja ir pareizā frekvencē un nav redzama “režīma nestabilitāte”. Atgriezeniskās saites samazināšana augstākās frekvencēs parasti to atrisina.

Īpašos gadījumos iepriekšminēto teoriju var aizmirst, un kā alternatīvu var izmantot oscilatoru ar noregulētu shēmu (pēc tam tiek pārskatīti LF kristāla oscilatori).

Kristāla shēmas

Pirmā ķēde zemāk ir ar izstarotāju savienots oscilators, Butler ķēdes variants. Ķēdes izeja 1. attēlā būtībā ir sinusoidāls vilnis, samazinot Q2 izstarotāja rezistoru, palielinot harmonisko izvadi.

Tā rezultātā 100 kHz kristāls rada izcilas harmonikas, izmantojot 30 MHz. Tā ir virknes režīma ķēde.

Var izmantot virkni tranzistoru. Kristāliem, kuru ātrums pārsniedz 3 MHz, ieteicams izmantot tranzistorus ar lielu pieauguma joslas platuma produktu. Kristāliem no 50 kHz līdz 500 kHz sortimentā priekšroka tiek dota tranzistoriem ar lielu LF pastiprinājumu, piemēram, 2N3565.

Turklāt šajā atlasē esošajiem kristāliem pieļaujamā izkliede parasti ir mazāka par 100 mikrovatiem, un amplitūdas ierobežošana var būt būtiska.

Ieteicams samazināt barošanas spriegumu vienlaikus ar efektīvu palaišanu. Ķēdes maiņa, iekļaujot diodes, kā parādīts 3. attēlā, ir izdevīgāka metode, un starta efektivitāte tiek uzlabota.

Ķēde svārstīsies pat 10 MHz, izmantojot piemērotus tranzistorus un izstarotāja rezistora vērtības. Parasti ir ieteicams emitētāja sekotājs vai avota sekotāja buferis.

Identiski komentāri par iepriekš minēto ir saistīti ar 2. attēlu. Šajā ķēdē ir iekļauts izstarotāja sekotāja buferis.

Abas ķēdes ir nedaudz jutīgas pret frekvenci, strāvas sprieguma izmaiņām un slodzes parametriem. Ieteicama slodze 1 k vai lielāka.

TTL lC varētu kombinēt ar kristāla oscilatoru ķēdēm, lai gan daudzām publicētajām shēmām ir briesmīga sākuma efektivitāte vai tās nav atkārtojamas, pateicoties lielajiem lC parametriem.

Autore ir eksperimentējusi ar 4. shēmā redzamo shēmu diapazonā no 1 MHz līdz 18 MHz, un tā tiks veicināta. Tas ir sērijveida oscilators un komplimentus ar AT grieztiem kristāliem.

Izeja ir aptuveni 3 V no maksimuma līdz virsotnei, kvadrātveida vilnis līdz apmēram 5 MHz virs kura virs tā pārvēršas līdzīgākam par pus sinusa impulsiem. Sākuma efektivitāte ir lieliska, kas, šķiet, galvenokārt ir kritisks faktors ar TTL oscilatoriem.

ZEMAS FREKVENCES KRISTĀLA OSCILATORI

Kristāliem diapazonā no 50 kHz līdz 500 kHz ir vajadzīgi atšķirīgi faktori, kas nav pamanīti izplatītākajos AT vai BT sagrieztajos HF kristālos.

Līdzīgas sērijas pretestība ir daudz lielāka, un to pieļaujamā izkliede ir ierobežota līdz zemākai par 100 mikrovatiem, ideālā gadījumā - par 50 vai mazākiem.

Shēma 5. attēlā ir sērijveida oscilators. Tas piedāvā priekšrocību, ka nav nepieciešama noregulēta shēma, un piedāvā sinusa vai kvadrātveida viļņu izejas izvēli. Kristāliem, kuru frekvence ir 50–150 kHz, ieteicams izmantot 2N3565 tranzistorus, kaut arī izdevējs uzskata BC107 par pieņemamu.

Abas šķirnes var būt piemērotas kristāliem diapazonā no 150 kHz līdz 500 kHz. Ja jūs domājat, ka kristāls ietver lielu ekvivalentu sērijas pretestību, tad jūs varat palielināt R1 vērtību līdz 270 omi un R2 vērtību līdz 3,3 k.

Kvadrātveida viļņu operācijām C1 ir 1 uF (vai varbūt lielums blakus, vai lielāks par to). Sinusa viļņu izejai C1 nav ķēdē.

Amplitūdas kontrole nav nepieciešama. Sinusa viļņa izeja ir aptuveni 1 V vidējā kvadrātiskā vērtība, kvadrātveida atteikšanās izeja ap 4 V no maksimuma līdz maksimumam.

Ķēde 6. attēlā faktiski ir pārskatīts Colpitts oscilatora tips, iekļaujot rezistoru Rf, lai regulētu atgriezenisko saiti. Kondensatori C1 un C2 jāsamazina, izmantojot aprēķinātos lielumus, palielinot frekvenci.

Pie 500 kHz C1 un C2 vērtībām jābūt attiecīgi aptuveni 100 pF un 1500 pF. Ķēde, kā pierādīts, piedāvā sinusa viļņu izeju, izmantojot otro harmoniku ap 40 dB zemāku (vai augstāku).

To bieži samazina, uzmanīgi pielāgojot Rf un C1. Atcerieties, ka pie samazinātas summas ir nepieciešama atgriezeniskā saite, lai to paveiktu, ir nepieciešamas aptuveni 20 sekundes, lai oscilators sasniegtu pilnu jaudu.

Izlaide ir no 2 līdz 3 voltiem no maksimuma līdz maksimumam. Ja jums nepieciešama izeja, kas piekrauta ar harmonikām, tas tiks panākts, viegli iekļaujot 0,1 uF kondensatoru virs izstarotāja rezistora. Izlaide pēc tam palielinās līdz aptuveni 5 V no maksimuma līdz maksimumam.

Šādos gadījumos strāvas padeves spriegumu varētu samazināt, lai samazinātu kristālu izkliedi. Var izmantot citus tranzistorus, lai gan, iespējams, būs jāpielāgo novirze un atgriezeniskā saite. Cantankerous kristāliem, kas paredzēti svārstībām režīmos papildus tiem, kurus vēlaties, 7. attēla ķēde ir ļoti ieteicama

Atsauksmes tiek regulētas ar pieskārienu pa Q1 kolektora slodzi. Amplitūdas ierobežošana ir svarīga, lai saglabātu kristālu izkliedi robežās. 50 kHz kristālu spolei jābūt 2 mH un tās rezonējošajam kondensatoram 0,01 uF. Izeja ir aptuveni 0,5 V vidējā kvadrātiskā vērtība, būtībā sinusoidāls.

Ļoti ieteicams izmantot izstarotāju sekotāju vai avota sekotāja buferi.

Gadījumā, ja tiek izmantots paralēla režīma kristāls, 1000 pF kondensators, kas norādīts virknē ar kristālu, jāmaina uz kristāla izvēlēto slodzes kapacitāti (šāda veida kristāliem parasti no 30, 50 līdz 100 pF).

HF KRISTĀLO OSCILATORU APRĪKOJUMI

Cietvielu stāvokļi labi pazīstamiem AT grieztiem HF kristāliem parasti ir leģions. Bet rezultāti ne vienmēr ir tādi, kādus jūs varētu sagaidīt. Vairums būtisko kristālu līdz 20 MHZ parasti tiek izvēlēti paralēlo režīmu darbībai.

Neskatoties uz to, šāda veida kristālus var izmantot sērijveida oscilatoros, pozicionējot vēlamo slodzes kapacitāti virknē ar kristālu, kā norādīts iepriekš. Šie divi ķēdes veidi ir aplūkoti turpmāk.

Labs oscilators 3 līdz 10 MHz diapazonam, kuram nav nepieciešama noregulēta shēma, ir parādīts 8. att. (A). Protams, tā ir tā pati shēma kā 6. attēls. Ķēde darbojas ārkārtīgi labi līdz 1 MHz, ja C1 un C2 ir attiecīgi augstāki par 470 pF un 820 pF. To var izmantot līdz 15 MHz, ja C1 un C2 tiek samazināti līdz 120 pF un 330 pF. attiecīgi.

Šī shēma ir ieteicama nekritiskiem mērķiem, kur nepieciešama liela harmonikas izeja vai nav opcija. Noregulētas shēmas iekļaušana, kā norādīts 8.b, ievērojami samazina harmonisko izvadi.

Parasti tiek ieteikta noregulēta shēma, kurai ir ievērojams Q. 6 MHz oscilatorā mēs esam sasnieguši šādus rezultātus. Kam Q spole ir 50, 2. harmonika bija 35 dB līdz galam.

Q Q bija 160, tas bija -50 dB! Rezistoru Rf varētu mainīt (mazliet palielināt), lai to uzlabotu. Izvade tiek papildus paaugstināta, izmantojot augstu Q spoli.

Kā iepriekš novērots, ar samazinātu atgriezenisko saiti ir nepieciešami vairāki desmiti sekundes, lai sasniegtu 100% izejas jaudu, pat ja frekvences stabilitāte ir fantastiska.

Darbību dažādās frekvencēs var panākt, efektīvi pielāgojot kondensatorus un spoli.

Arī šo shēmu (8. attēls) varēja mainīt par ārkārtīgi noderīgu VXO. Neliela induktivitāte tiek noteikta virknē ar kristālu, un viens no atgriezeniskās saites ķēdes kondensatoriem tiek izmantots kā mainīgs tips.

Uzdevumu lieliski izpildīs parasts divu bandu 10-415 pF raidītāja tūninga kondensators. Katra banda ir savienota paralēli.

Noregulēšanas diapazonu nosaka kristāls, L1 induktivitāte un frekvence. Lielāks diapazons parasti ir pieejams, izmantojot augstākas frekvences kristālus. Stabilitāte ir ārkārtīgi laba, tuvojoties kristāla stabilitātei.

VHF OSCILATORS-DAUDZPILTS

Ķēde 10. attēlā ir modificēta “pretestību invertējošā” virsskaņas oscilatora versija. Parasti, izmantojot impedances invertējošo ķēdi, kolektors ir vai nu neskaņots, vai arī iezemēts RF.

Kolektoru varētu noregulēt divreiz vai trīs reizes kristāla frekvencē, lai samazinātu izvadi kristāla frekvencē, tiek piedāvāta 2x noregulēta shēma.

NEKAD nevajadzētu noskaņot kolektoru uz kristāla frekvenci, pretējā gadījumā ķēde var svārstīties ar frekvenci, kas, iespējams, nav kristāla kontrolē. Kolektora vads jums jāuztur ļoti mazs un viens pret vienu, cik vien iespējams.

Gala rezultāti, izmantojot šāda veida shēmas, bija lieliski. Gandrīz visas izejas, izņemot vēlamo, bija -60 dB vai augstākas.

Trokšņa intensitāte sasniedz vismaz 70 dB zem vēlamās jaudas. Tas rada izcilu pārveidošanas oscilatoru VHF / UHF pārveidotājiem.

Praktiski 2 V RF var iegūt uz L3 karstā termināla (autora oriģināls pie 30 MHz). Ļoti ieteicams izmantot Zener regulētu piegādi.

Kā norādīts diagrammā, dažādiem tranzistoriem ir būtiskas dažādas ķēdes vērtības. Arī īpašas struktūras klaiņošanai varētu būt nepieciešamas izmaiņas. L1 var izmantot kristāla pārvietošanai uz frekvenci. Nelielas frekvences izmaiņas (apmēram 1 ppm) notiek, pielāgojot L2 un L3, kā arī izmantojot slodzes variācijas. Tas nozīmē, ka reālās pārbaudēs šīs lietas varētu būt nenozīmīgas.