Кварцевые автогенераторы.

Применение кварца в радиотехнических устройствах оказывается возможным потому, что он обладает пьезоэффектом и резонансными свойствами.

Электрическим аналогом собственно кварцевой пластины является последовательный колебательный контур (рисунок 1.27,а) с индуктивностью Lк, емкостью Cк и сопротивлением потерь rк, C0 – емкость кварцедержателя.

В соответствии с эквивалентной схемой (рисунок 1.27,а) кварцевый резонатор (КвР) можно рассматривать как контур 3-го вида, имеющий две резонансные частоты. Одна свойственна последовательному контуру

,

а другая – параллельному

,

.

Очевидно, что КвР в АГ рационально использовать либо как высокоэталонную индуктивность в схеме трехточки, либо как высокодобротный последовательный контур в цепи положительной обратной связи (ПОС).

В технике связи, в частности в РПДУ, широкое распространение получили трехточечные схемы АГ. Обобщенная эквивалентная схема такой трехточки на биполярном транзисторе приведена на рисунке 1.28.

Рисунок 1.28 Обобщенная (а), индуктивная (б) и емкостная (в) схемы трехточек.

Условия возбуждения для схемы (рисунок 1.28,а) могут быть записаны в следующем виде

– условие резонанса (баланс фаз),

, или, учитывая условие резонанса,

– баланс амплитуд.

Таким образом, для получения ПОС сопротивления Х₂ и Х₃ должны иметь одинаковый знак, то есть оба должны иметь либо индуктивный (+), либо емкостной (–) характер. Тогда для выполнения первого условия (баланса фаз) необходимо, чтобы третье сопротивление Х₁ было бы противоположного знака. Таким образом приходим к двум возможным схемам трехточек, показанных на рисунке 1.28,б и в. первая из них получила название индуктивной,а вторая – емкостной.

Пример замещения единственной индуктивности в схеме емкостной трехточки эквивалентной индуктивностью КвР показан на рисунке 1.29,а. Такие АГ называются осцилляторами. Частота генерации должна лежать в пределах . Две другие реактивности трехточки представлены емкостями С₃ и С₂.

Рисунок 1.29 Схемы АГ с кварцем между базой и коллектором (а), в контуре (б), между контуром и эмиттером (схема Батлера) (в).

R_Э – обеспечивает переход в жесткий режим работы (с отсечкой). Относительная нестабильность таких АГ (0,5…1,0)×10^-5.

Одночастотное возбуждение на гармонике возможно в АГ, схема которого представлена на рисунке 1.29,б. Здесь также основой является емкостная трехточка, но КвР используется на одной из частот последовательного резонанса как весьма узкополосный селектор.

В случае использования гармоникового КвР его часто вводят в цепь ПОС, как это показано на рисунке 1.29,в – так называемая схема Батлера. Баланс амплитуд обеспечивается подбором сопротивления резистора R_Э входящего в состав делителя r_к – R_Э. Этот АГ выполнен по схеме с общей базой, которая соединена по переменному току с корпусом через конденсатор С_б.

Наилучшая устойчивость и стабильность обеспечиваются в осцилляторах на частотах до 30 МГц, в АГ с КвР в контуре до 90 МГц и в АГ Батлера – свыше 90 МГц. В гармониковых АГ уже на частотах, превышающих 30…40 МГц, обязательно введение компенсации емкости С₀ (рисунок 1.27,а).