Kristall-ostsillaatori ahelate mõistmine

Tahkete kristallide ostsillaatori põhikonfiguratsioonid on tänapäeval rohkem välja töötatud, peaaegu kõik vooluahelad on laialt tunnustatud vaakumtorusüsteemide nagu Pierce, Hartley, Clapp ja Butler ostsillaatori modifikatsioonid ning töötavad nii bipolaarsete kui ka FET-seadmetega.

Kuigi kõik need vooluringid vastavad põhimõtteliselt nende kavandatud eesmärgile, on palju rakendusi, mis nõuavad midagi täiesti erinevat või kus funktsionaalsust tuleb täpselt kirjeldada.

Allpool on loetletud mitmesugused ahelad, mitmesuguste rakenduste jaoks alates LF-st kuni VHF-vahemikuni, mida tavaliselt harrastajate kasutuses ega raamatutes ei nähta.

Põhilised tahkekristall-ostsillaatori vooluahela tehnikad on praeguseks hästi välja kujunenud, enamik vooluahelatest on tuntud vaakumtoru tehnoloogia nagu Pierce, Hartley, Clapp ja Butler ostsillaatori kohandused ning kasutavad nii bipolaarseid kui ka FET-seadmeid.

Ehkki need vooluahelad täidavad põhimõtteliselt ettenähtud eesmärki, on palju rakendusi, mis nõuavad midagi muud või mille jõudlust tuleb usaldusväärselt iseloomustada.

Siin on esitatud mitmesugused ahelad mitmesuguste rakenduste jaoks alates LF-st kuni VHF-i vahemikuni, mida praeguses harrastajate kasutuses ega kirjanduses tavaliselt ei leidu.

KASUTAMISVIISID

Harva hinnatud või lihtsalt tähelepanuta jäetud punkt on asjaolu, et kvartskristallid võivad võnkuda paralleelses resonantsrežiimis ja jadaresonantsrežiimis. Need kaks sagedust jagunevad väikese erinevusega, tavaliselt 2-15 kHz sagedusalas.

Seeria resonantssagedus on sagedusega võrreldes paralleelsega väiksem.

Paralleelses režiimis kasutamiseks mõeldud spetsiifilist kristalli võib sobivalt rakendada resonantsseerias, kui kristalliga on järjestikku kinnitatud kondensaator, mis on ekvivalentne selle täpse koormusmahtuvusega (tavaliselt 20,30, 50 või 100 pF).

Kahjuks pole seeriaresonantskristallide ülesannet võimalik paralleelrežiimis lülitada. Seeriarežiimiga kristallid võnkuvad oma olukorras tõenäoliselt üle kalibreeritud sageduse ja võib-olla pole võimatu seda piisavalt mahtuvalt laadida.

Ülisuunalised kristallid töötavad seeriarežiimis tavaliselt kolmanda, viienda või seitsmenda alatooniga ja tootja kalibreerib tavaliselt kristalli ülatooni sagedusel.

Kristalli töötamine paralleelses režiimis ja sageduse 3–5-kordne korrutamine annab üsna uue tulemuse, töötades täpselt sama kristalli seeriarežiimis selle 3. või 5. alatooniga.

Ehkki ülatooniliste kristallide ostmine hoiab dilemmast eemale ja tuvastage näiva põhisageduse asemel soovitud sagedus.

Põhikristallid vahemikus 500 kHz kuni 20 MHz on tavaliselt ehitatud paralleelrežiimi toimimiseks, kuid seeriarežiimi kasutamist võiks küsida.

Kuni 1 MHz madalsageduslike kristallide puhul võib valida kumbagi režiimi. Tavaliselt katavad ülemised kristallid vahemikku 15 MHz kuni 150 MHz.

Lai valik või APERIODILISED OTSILAATORID

Otsillaatorid, mis kunagi ei kasuta häälestatud vooluahelaid, on sageli väga kasulikud, olgu siis kristallide kabena või muul põhjusel. Eriti LF-kristallide jaoks võivad häälestatud vooluringid olla üsna suured.

Teiselt poolt ei ole nad tavaliselt ilma oma lõksudeta. Üksikud kristallid on vastuvõtlikud võnkumistele ebasoovitavatel režiimidel, eriti DF ja CT lõigatud kristallid, mis on ette nähtud LF kvartsosillaatorite jaoks.

See on tõesti hea mõte veenduda, et väljund on õigel sagedusel ja 'režiimi ebastabiilsus' pole nähtav. Tagasiside minimeerimine kõrgematel sagedustel lahendab selle tavaliselt.

Erijuhtudel võib ülaltoodud teooria unustada ja alternatiivina rakendada ostsillaatorit, millel on häälestatud vooluahel (LF kristalli ostsillaatorid vaadatakse hiljem üle).

Kristallahelad

Esimene vooluahel allpool on emitteriga ühendatud ostsillaator, Butleri voolu variatsioon. Joonisel fig 1 kujutatud vooluahela väljund on põhimõtteliselt siinuslaine, vähendades Q2 emittertakisti suurendab harmoonilist väljundit.

Selle tulemusel genereerib 100 kHz kristall 30 MHz abil suurepäraseid harmoonilisi. See on jadarežiimi ahel.

Kasutada võib transistoride valikut. Üle 3 MHz kristallide puhul on soovitatav kasutada suure ribalaiusega toote transistore. Kristallide jaoks vahemikus 50 kHz kuni 500 kHz on eelistatud suure LF võimendusega transistorid, näiteks 2N3565.

Lisaks on selle valiku kristallide puhul lubatud hajuvus tavaliselt väiksem kui 100 mikrovatti ja amplituudi piiramine võib olla hädavajalik.

Soovitatav on vähendatud toitepinge koos tõhusa käivitamisega. Vooluahela muutmine dioodide lisamise kaudu, nagu on näidatud joonisel 3, on kasulikum tehnika ja käivitamise efektiivsus paraneb.

Vooluahel võnkub sobivate transistoride ja emittertakisti väärtuste abil kuni 10 MHz. Tavaliselt soovitatakse emitterijälgijat või lähteallika puhvrit.

Ülaltooduga seotud identsed kommentaarid on seotud joonisega 2. Selles vooluringis on emitterijälgija puhver.

Need kaks vooluahelat on mõnevõrra tundlikud sageduse ja toitepinge kõikumiste ning koormuse näitajate suhtes. Soovitatav on koormus 1 k või rohkem.

TTL lC-d võiks kombineerida kristall-ostsillaatori ahelatega, kuigi paljudel avaldatud vooluringidel on kohutav käivitamise efektiivsus või neil on suurte parameetrite tõttu lC-des kordamatust.

Joonisel 4 kujutatud ahelaga on autor katsetanud sagedust 1 MHz kuni 18 MHz ja seda julgustatakse. See on seeriarežiimi ostsillaator ja kiidab AT-lõigatud kristalle.

Väljund on tipust tippu umbes 3 V, ruutlaine kuni umbes 5 MHz, millest kõrgemal muutub see poolsiinuste impulssidega sarnasemaks. Starditõhusus on suurepärane, mis näib olevat TTL-ostsillaatorite puhul enamasti kriitiline tegur.

MADALA Sagedusega kristall-ostsillaatorid

Vahemikus 50 kHz kuni 500 kHz olevad kristallid vajavad eristavaid tegureid, mida ei ole täheldatud enam levinud AT või BT lõigatud HF kristallides.

Sarnane seeria takistus on palju suurem ja nende lubatud hajumine on piiratud alla 100 mikrovati, ideaaljuhul 50 mikrovatti või madalamaga.

Joonisel fig 5 kujutatud vooluring on jadarežiimi ostsillaator. Selle eeliseks on see, et häälestatud vooluahelat pole vaja ning sellel on siinus- või ruutlaine väljundi valik. 50-150 kHz spektri kristallide puhul on soovitatav kasutada 2N3565 transistoreid, kuigi avaldaja leiab, et BC107 on mõistlik.

Mõlemad sordid võivad olla piisavad kristallide jaoks vahemikus 150 kHz kuni 500 kHz. Kui arvate, et kristall sisaldab suurt samaväärset seeriatakistust, saate R1 väärtust tõsta 270 oomi ja R2 väärtuseni 3,3 k.

Ruutlaineoperatsioonide korral on C1 1 uF (või võib-olla suurusjärgus või suurem kui see). Siinuslaine väljundi puhul pole C1 vooluringis.

Amplituudi juhtimine on asjatu. Siinuslaine väljund on umbes 1 V ruutkeskmine, ruutu loobumisväljund tipu kuni tipu ümber 4 V.

Joonisel 6 kujutatud vooluahel on tegelikult Colpittsi ostsillaatori muudetud tüüp, tagasiside reguleerimiseks on lisatud takisti Rf. Kondensaatorid C1 ja C2 tuleb minimeerida arvutatud suuruste abil, kui sagedus suureneb.

500 kHz juures peavad C1 ja C2 väärtused olema vastavalt umbes 100 pF ja 1500 pF. Tõestatud vooluahel pakub siinuslaine väljundit, kasutades teist harmoonilist, mis on umbes 40 dB madalam (või kõrgem).

Seda minimeeritakse sageli Rf ja C1 teadliku kohandamise kaudu. Pidage meeles, et vähendatud koguse korral on tagasiside selle saavutamiseks hädavajalik, ostsillaatori täieliku väljundi saavutamiseks on vaja umbes 20 sekundit.

Väljund on tipust tipuni umbes 2–3 volti. Kui vajate harmoonilistega koormatud väljundit, saavutab see 0,1 uF kondensaatori hõlpsa lisamise emitteri takisti kohale. Seejärel suureneb väljund maksimaalsest tipust tipuni 5 V.

Sellistel juhtudel võib toiteallika pinget vähendada, et vähendada kristallide hajumist. Võib kasutada ka muid transistore, ehkki eelarvamusi ja tagasisidet võib osutuda vajalikuks muuta. Südamekristallide jaoks, mis on kavandatud võnkuma lisaks soovitud režiimidele, soovitatakse tungivalt joonise 7 vooluringi

Tagasiside on reguleeritud kraaniga piki kollektori koormust Q1. Amplituudi piiramine on oluline kristallide hajumise säilitamiseks piirides. 50 kHz kristallide korral peab spiraal olema 2 mH ja selle resonaatkondensaator 0,01 uF. Väljund on umbes 0,5 V ruutkeskmine, põhimõtteliselt siinuslaine.

Emitter-järgija või lähteallika puhvri kasutamine on väga soovitatav.

Kui kasutatakse paralleelrežiimiga kristalle, tuleb kristallidega järjestikku näidatud 1000 pF kondensaator muuta kristalli valitud koormusmahtuvuseks (seda tüüpi kristallide puhul tavaliselt 30, 50 kuni 100 pF).

HF KRISTALSED OSCILAATORID

Tuntud AT-lõigatud HF-kristallide tahkekonstruktsioonid on tavaliselt leegionid. Kuid tulemused ei pruugi olla sellised, nagu võite eeldada. Enamik olulisi kristalle kuni 20 MHZ valitakse tavaliselt paralleelrežiimi toimimiseks.

Sellegipoolest võib seda tüüpi kristalle kasutada järjestikuse režiimi ostsillaatorites, paigutades soovitud koormuse mahtuvuse järjestikku kristallidega, nagu eespool öeldud. Kaht tüüpi vooluringe käsitletakse allpool.

Hea ostsillaator vahemikus 3 kuni 10 MHz, mis ei vaja häälestatud vooluahelat, on toodud joonisel 8 (a). Loomulikult on see sama vooluring nagu joonisel 6. Vooluring töötab 1 MHz-ni ülihästi, kui C1 ja C2 on kõrgemad kui vastavalt 470 pF ja 820 pF. Seda võib kasutada 15 MHz-ni juhul, kui C1 ja C2 vähenevad väärtuseni 120 pF ja 330 pF. vastavalt.

Seda vooluahelat soovitatakse kasutada mitte kriitilistel eesmärkidel, kui soovitakse suurt harmoonilist väljundit või mitte. Häälestatud vooluahela kaasamine, nagu punktis 8b, minimeerib harmoonilise väljundi märkimisväärselt.

Tavaliselt soovitatakse olulise Q-ga häälestatud vooluringi. 6 MHz ostsillaatoris oleme saavutanud järgmised tulemused. Kui pool Q oli 50, oli teine ​​harmooniline lõpuni 35 dB.

Q Q oli 160, see oli olnud -50 dB! Selle suurendamiseks võib takisti Rf muuta (natuke suurendada). Väljundit suurendatakse täiendavalt kõrge Q-pooli abil.

Nagu varem täheldatud, nõuab tagasilöögi vähenemise korral 100% väljundi saavutamiseks sisselülitamisest mitukümmend sekundit, isegi nii on sageduse stabiilsus fantastiline.

Erinevatel sagedustel toimimist saab saavutada kondensaatorite ja mähiste efektiivse reguleerimisega.

Selle vooluahela (joonis 8) võiks muuta ka ülimalt kasulikuks VXO-ks. Pisike induktiivsus määratletakse järjestikku kristalliga ja üht tagasisideahela kondensaatorit kasutatakse muutuva tüübina.

Ühine kahesuunaline 10-415 pF saatja häälestuskondensaator täidab ülesannet suurepäraselt. Iga jõuk on ühendatud paralleelselt.

Häälestusvahemiku määravad kristall, L1 induktiivsus ja sagedus. Suurem vahemik on üldiselt ligipääsetav kõrgema sagedusega kristallide abil. Stabiilsus on äärmiselt hea, lähenedes kristalli omale.

VHF-OSSILAATOR - MULTIPLIER

Joonisel fig 10 kujutatud vooluring on modifitseeritud versioon 'impedantsi inverteerivast' ülatooni ostsillaatorist. Tavaliselt on impedantsi inverteeriva vooluahela rakendamisel kollektor kas RF-i jaoks häälestamata või maandatud.

Kollektori võiks häälestada kristallide sagedusele kaks korda või kolm korda, et minimeerida väljundit kristalli sagedusel, pakutakse välja 2x häälestatud vooluahel.

EI TOHI KUNAGI häälestada kollektorit kristalli sagedusele, muidu võib vooluahel võnkuda sagedusega, mis võib olla kristalli kontrolli alt väljas. Peate hoidma kollektorijuhtme väga väikest ja üks ühele nii palju kui võimalik.

Lõpptulemused seda tüüpi vooluringi kasutades olid suurepärased. Peaaegu kõik väljundid peale soovitud väljundi olid olnud -60 dB või kõrgemad.

Müra tekitab soovitud väljundis vähemalt 70 dB. See loob VHF / UHF muundurite jaoks silmapaistva muundamisoskillaatori.

Praktiliselt 2 V raadiosagedust saab L3 kuumalt terminalilt (autori originaal sagedusel 30 MHz). Tungivalt soovitatav Zeneri reguleeritud varustus.

Nagu skeemil välja toodud, on erinevate transistoride jaoks hädavajalikud erinevad vooluahela väärtused. Spetsiifilise struktuuriga hulkuvad isikud võivad vajada ka muudatusi. L1 võib kasutada kristalli liikumiseks sagedusel. Pisut modifitseeritakse sagedust (umbes 1 ppm) L2 ja L3 reguleerimise ning koormuse variatsioonide abil. Olles öelnud, et tõelises testimises võivad need asjad olla tähtsusetud.