Oscillatori a cristallo armonico

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Nodi di apparecchiature radioamatoriali. Generatori, eterodine

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I moderni dispositivi ricetrasmettitori richiedono una maggiore precisione di sintonizzazione sulla frequenza operativa. Questo requisito è abbastanza facile da soddisfare utilizzando la stabilizzazione della frequenza al quarzo. Tipicamente, i risonatori al quarzo nei generatori sono eccitati alla frequenza fondamentale (fino a 20...22 MHz). Ciò è dovuto al fatto che i risonatori al quarzo, di regola, hanno un taglio AT, cioè utilizzano oscillazioni di taglio (lungo lo spessore della piastra di quarzo). Poiché alla frequenza di 22 MHz lo spessore di una lastra di quarzo è inferiore a 0,08 mm, è tecnologicamente difficile ottenere lastre più sottili senza aumentare significativamente il costo del risonatore.

Tipicamente, al di sopra della frequenza specificata, i risonatori vengono eccitati con armoniche meccaniche dispari. A tale scopo, un induttore (Fig. 1) è incluso in un oscillatore al quarzo realizzato secondo un circuito capacitivo a tre punti. Il circuito oscillatorio parallelo risultante, formato dalla bobina L1 e dal condensatore C1, è regolato ad una frequenza inferiore all'armonica di funzionamento, ma superiore alla precedente. Quindi alla frequenza dell'armonica richiesta la resistenza del circuito è capacitiva e ad una frequenza inferiore è induttiva. Di conseguenza, il bilanciamento delle fasi e delle ampiezze viene eseguito solo sull'armonica di lavoro.

Fig. 1. Oscillatore a cristallo - secondo il circuito capacitivo a tre punti

In linea di principio è possibile eccitare i risonatori al quarzo alla terza armonica senza utilizzare un induttore, come mostrato in Fig. 2. L'eccitazione di un risonatore ad un'armonica è descritta in [1]. In questo circuito, il quarzo è collegato tra due gate di un transistor ad effetto di campo ad alta frequenza con un carico di induttanza (L1) nel circuito di drain. Ciò fornisce lo sfasamento necessario per eccitare il quarzo alla terza armonica. Il carico del generatore è collegato tramite un inseguitore sorgente (emettitore). Altrimenti, la capacità di carico nella maggior parte dei casi porta all'interruzione delle oscillazioni (per la terza armonica). Questo circuito oscillatore ha buone prestazioni. Eccita sia il quarzo obsoleto tipo RK-169 che quelli moderni (società tedesca "Jauch", PA di San Pietroburgo "Morion").

Fig.2. Oscillatore a cristallo eccitato senza induttore

Il circuito è stato testato con risonatori al quarzo a frequenze da 5 a 16 MHz. Quando si utilizzavano risonatori da 5 a 9 MHz, era necessario aumentare l'induttanza dell'induttore a 100 μH. Regolando la tensione sul secondo gate utilizzando R1, è possibile ottenere l'eccitazione del quarzo alla terza armonica e l'ampiezza di oscillazione richiesta all'uscita del circuito. Invece di un transistor ad effetto di campo a due porte come BF961, puoi provare a utilizzare KP327, KP359, ma non tutti i tipi di risonatori al quarzo saranno eccitati alla terza armonica.

Nel circuito seguente, mostrato in Fig. 3, anche i risuonatori al quarzo vengono eccitati alla terza armonica.

Fig.3. Oscillatore al quarzo con collegamento a diodo VT1

Un lettore esperto di ingegneria radiofonica, dopo aver osservato attentamente il diagramma, potrebbe dubitare delle prestazioni del generatore proposto, perché nel circuito del collettore è inclusa una resistenza relativamente grande (R2) e ci sono solo 100 ohm tra la base e il collettore (R1). In questo caso, il transistor VT1 viene utilizzato nella connessione a diodo, quando la base e il collettore hanno lo stesso potenziale rispetto al filo comune del circuito. La corrente attraverso il transistor è impostata da un resistore nel circuito del collettore. E il resistore R1 è necessario solo per sopprimere le oscillazioni parassite nel circuito formato dall'induttore L1 e la capacità della giunzione base-collettore del transistor insieme alle capacità parassite del circuito. A causa del fatto che i parametri h del transistor dipendono dalla sua modalità operativa e dalla frequenza, il circuito proposto bilancia le fasi e le ampiezze alla terza armonica del quarzo. Il carico dell'oscillatore a cristallo è collegato tramite un inseguitore di sorgente (emettitore) con un'elevata impedenza di ingresso. In questo circuito vengono eccitati sia i risonatori al quarzo evacuati (RK100, RK-259) che quelli sigillati (RK-169). Il circuito è stato testato con quarzo a frequenze da 5 a 16 MHz. Con alcuni tipi di quarzo a bassa frequenza, per un'eccitazione delle oscillazioni più affidabile, è necessario aumentare R1 a 220 Ohm, capacità C2 a 36 pF. Quando si utilizzano cristalli “a bassa attività”, è auspicabile aumentare l'induttanza dell'induttore L1 a 50 μH. Anche con rapporti sfavorevoli degli elementi di questo oscillatore al quarzo, cambiando l'alimentazione da 4 a 12 V, era possibile eccitare il quarzo alla terza armonica. È possibile utilizzare transistor nel generatore dei tipi KT315, KT306, KT325, KT355, KT399, è sufficiente selezionare L1, C2 e modificare la tensione di alimentazione per funzionare con il tipo richiesto di risonatore al quarzo.

Il diagramma successivo offerto all'attenzione dei lettori (Fig. 4) è leggermente più complicato, ma non contiene prodotti di avvolgimento. In questo circuito, il bilanciamento di fase viene ottenuto eccitando il cristallo alla terza armonica utilizzando un circuito RC.

Fig.4. Oscillatore a cristallo senza prodotti a bobina

L'autooscillatore è realizzato su uno stadio differenziale. Il transistor sinistro (secondo lo schema) dello stadio differenziale è collegato secondo un circuito con una base comune, quello destro - secondo un circuito con un emettitore comune. Un circuito RC a sfasamento R5-C3 è collegato tra i collettori dei transistor. Il circuito in esame è oscillatorio, poiché senza un risuonatore al quarzo, che è un'induttanza equivalente, non si verificano oscillazioni. Il circuito eccita bene i risonatori a frequenze da 5 a 16 MHz. Per i cristalli a bassa frequenza è necessario aumentare la capacità C3 a 10 pF. Modificando gli elementi del circuito di sfasamento: resistore R5 - da 10 a 150 Ohm, capacità C3 - da 0 a 10 pF, è stato possibile ottenere oscillazioni stabili alla terza armonica meccanica del quarzo. Il gruppo transistor DA1 può essere sostituito con una coppia selezionata di transistor ad alta frequenza KT306, KT368, KT325, KT355, KT399. In questo circuito anche il carico deve essere collegato tramite una cascata con elevata impedenza di ingresso. La tensione nominale di alimentazione è di 9 V, ma per eccitare le oscillazioni è talvolta utile “pomparla” nell'intervallo da 4 a 12 V.

Letteratura

1. Oscillatore a cristallo basato su transistor. - Radio, 1977, N3, P.60.

Autore: O. Belousov, Cherkasy; Pubblicazione: radioradar.net

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