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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Oscillatore al quarzo stabile. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Progettista radioamatore È noto che le proprietà stabilizzanti di un risonatore al quarzo si realizzano in modo più completo se viene eccitato a una frequenza di risonanza in serie. L'autore è riuscito a sviluppare un oscillatore stabilizzato in frequenza al quarzo, che è autoeccitato a una frequenza di risonanza in serie e praticamente non richiede regolazione. Come base è stato preso il noto generatore, in cui un risonatore al quarzo è collegato tra gli emettitori degli stadi a transistor collegati. Il suo circuito semplificato (senza circuiti di polarizzazione a transistor) è mostrato in fig. 1. Il transistor VT1 è collegato secondo lo schema con una base comune e VT2 - con un collettore comune (inseguitore di emettitore). Come sapete, la resistenza di uscita dell'inseguitore di emettitore e l'ingresso - cascata con una base comune sono molto piccole, quindi il risonatore al quarzo è collegato tra due resistenze piccole e quasi attive. In queste condizioni fa passare il segnale, chiudendo il circuito di retroazione, solo alla frequenza della sua risonanza in serie, dove la sua resistenza è minima.
Per l'autoeccitazione del generatore, è necessario mantenere equilibri di ampiezza e fase. Il primo è garantire che il prodotto dei guadagni di tutti i collegamenti nell'anello di feedback sia leggermente maggiore di uno. Se è inferiore a questo valore, il generatore non si autoecciterà e, se è molto più grande, si sovraecciterà, con conseguente deterioramento della stabilità della frequenza e della forma del segnale (a causa dell'ingresso nella regione non lineare delle caratteristiche del transistor ). Il bilanciamento di fase è che l'incursione di fase nell'anello è 0 o 360°. In caso contrario, l'ulteriore incursione di fase dovrà compensare il risonatore e, in accordo con la caratteristica di fase di quest'ultimo, il generatore si autoecciterà non esattamente alla frequenza di risonanza, ma leggermente a lato. E ciò che è più spiacevole, questo spostamento di frequenza dipenderà dalla modalità, dalla temperatura e da altri fattori destabilizzanti. A proposito, lo spostamento di frequenza dovuto allo skew è minore, maggiore è il fattore di qualità del risonatore e, di conseguenza, più ripida è la sua caratteristica di fase. Ecco perché si consiglia di utilizzare risonatori di alta qualità. Il circuito R3C1, che serve a collegare lo stadio di amplificazione (VT1) con l'inseguitore di emettitore (VT2), aiuta a soddisfare le condizioni descritte nel generatore proposto. La riluttanza ad utilizzare un circuito oscillatorio come carico dell'amplificatore ha portato al fatto che la tensione amplificata viene rilasciata piuttosto che sulla resistenza attiva del carico R1, ma sulla capacità della giunzione del collettore. Il luogo di inclusione della capacità del collettore e l'installazione di Sk è mostrato in fig. 1 linea tratteggiata. Queste capacità agiscono come un circuito integratore, creando un ritardo di fase di quasi 90°. Il circuito di differenziazione R3C1 crea un anticipo di fase dello stesso angolo, di conseguenza, lo sfasamento totale nell'anello è vicino allo zero. Riducendo la capacità C1 è possibile ridurre anche il coefficiente di trasmissione, eliminando così la sovraeccitazione. Il segnale di uscita viene convenientemente rimosso dal resistore R4 incluso nel circuito di collettore del transistore inseguitore di emettitore VT2. A causa della sua elevata impedenza di uscita, l'effetto degli stadi successivi sul funzionamento del generatore è trascurabile. Esperimenti con il generatore descritto hanno dimostrato che si autoeccita molto facilmente, praticamente non richiede regolazioni, è completamente acritico nei confronti dei valori nominali delle parti e del tipo di transistor. Naturalmente, genera alla frequenza fondamentale della risonanza in serie del risonatore al quarzo. Tuttavia, per oscillatori e trasmettitori locali VHF, i generatori di armoniche sono buoni, generando oscillazioni di una frequenza tripla o addirittura cinque volte superiore al risonatore (a proposito, il fattore di qualità di quest'ultimo sulle armoniche è molto più alto). È sorta la domanda, è possibile forzare l'eccitazione di questo generatore alla terza armonica del quarzo? Si è scoperto che, nonostante l'assenza di circuiti oscillatori, è possibile! Per fare ciò, è necessario prendere transistor a microonde con un'elevata frequenza di taglio (non inferiore a 300 ... 500 MHz) e ridurre al minimo la resistenza di carico R1 e la capacità del condensatore di accoppiamento C1. Le condizioni di autoeccitazione per la terza armonica si ottengono in questo caso migliori che per la prima. Un pratico circuito generatore è mostrato in fig. 2
Le modalità del transistor CC determinano i divisori R1R2 e R8R9 nei circuiti di base. La corrente del collettore dipende dalle resistenze dei resistori R4 e R11 e in questo caso è di circa 4 mA, e la corrente totale consumata dal generatore è di 8 mA. La selezione della modalità non è richiesta. È auspicabile stabilizzare la tensione di alimentazione di 9 V. L'autore utilizzato nel generatore ha ampiamente utilizzato risonatori al quarzo di piccole dimensioni in una custodia di metallo da stazioni radio CB a 27 MHz. La frequenza della loro risonanza principale è di circa 9 MHz, ma la frequenza della terza armonica è indicata sulla cassa. Di un lotto abbastanza grande di risonatori, solo pochi (circa il 5%) avevano un'attività insufficiente per l'autoeccitazione di questo generatore. Per regolare la frequenza entro un piccolo intervallo, una matrice varicap VD1 è collegata in serie con il risonatore al quarzo BQ1. Quando la tensione di controllo Ucontrol è passata da 0 a 9 V, la frequenza è cambiata di 700 Hz. Tenendo conto della successiva moltiplicazione di frequenza (e la deviazione viene moltiplicata per lo stesso numero di volte), questo è abbastanza per FM a banda stretta nelle bande VHF. Se non è richiesta la modulazione o la regolazione remota della frequenza del generatore da parte della tensione di controllo, è possibile escludere gli elementi VD1, R5-R7, C4 e C5 (il diritto - secondo lo schema - l'uscita del risonatore in questo caso è collegata direttamente all'emettitore VT2). Entro piccoli limiti, la frequenza può essere regolata anche con un condensatore trimmer collegato in serie al risonatore al quarzo BQ1. L'impostazione del generatore si riduce alla modifica della capacità del condensatore di sintonia C2 per ottenere un'autoeccitazione stabile alla terza armonica. Con la sua capacità insufficiente, la generazione si interrompe completamente e con una capacità eccessiva può verificarsi un "salto" alla prima armonica. La tensione di uscita è di circa 0,5 V. È conveniente controllarla con un oscilloscopio ad alta frequenza collegato all'uscita del generatore. Autore: Vladimir Polyakov (RA3AAE)
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