Кварцованный генератор

 

Для стабилизации частоты генерации, а также для точной настройки требуемой частоты применяют электромеханические преобразователи из пьезоэлектрического кварца, обладающие высокими частотно-стабилизирующими свойствами. Основой кварцевого преобразователя является пластина, вырезанная из кристаллического кварца определенным образом. Для создания возможности включения кварцевой пластины в качестве элемен­та генераторной цепи две противоположные грани этой пласти­ны металлизируют (методом напыления). Затем пластину за­крепляют в кварцедержателе, два вывода которого контактиру­ют с металлизированными гранями пластины.

Если к выводам кварцедержателя с кварцевой пластиной приложить переменное напряжение, то благодаря обратному пьезоэффекту пластина начинает вибрировать с частотой при­ложенного напряжения, и одновременно вследствие прямого пьезоэффекта через кварцевую пластину протекает переменный ток той же частоты; ток через выводы кварцедержателя посту­пает в генераторную цепь. Закон изменения этого тока такой же, как и в случае, если бы вместо кварцевой пластины между выводами кварцедержателя был бы включен последовательный резонансный контур чрезвычайно высокой добротности. Благо­даря этому свойству частота колебаний кварцованного генера­тора удерживается в очень малой окрестности резонансной ча­стоты кварца. Чаще всего устанавливается такой режим работы, при котором частота генерации незначительно превышает резо­нансную частоту кварца.

Рис. 4.5. Кварцованный генератор (а) и зависимость импеданса кварца от частоты (б).

 

Принципиальная схема кварцованного генератора показана на рис. 4.5,а. Благодаря резистору R1 напряжение смещения на затворе равно нулю (в случае биполярного транзистора под та­ким же смещением находилась база). Конденсатор С1 и рези­стор R2 образуют обычную цепь стабилизации режима по цепи истока (или эмиттера при использовании биполярного транзи­стора). Колебательный контур в цепи стока (или коллектора биполярного транзистора) составлен из конденсатора перемен­ной емкости С2 и катушки индуктивности L1. На частоте гене­рации конденсатор С3 шунтирует источник питания. Катушки индуктивности li и L2 образуют выходной трансформатор.

На рис. 4.5,6 изображена упрощенная зависимость модуля импеданса кварца от частоты. Обратная связь в этой схеме воз­никает благодаря паразитной емкости сток — затвор. Посколь­ку эта емкость связана с выходным колебательным контуром, через нее протекает высокочастотный ток, который создает на кварце падение напряжения. Так как вблизи резонанса импедане кварца мал по сравнению с импедансом этой емкости, то такой ток имеет емкостную природу и опережает выходное на­пряжение примерно на 90°. Если при этом кварц на частоте ге­нерации имеет индуктивный импеданс, то падение напряжения на кварце в свою очередь опережает этот ток примерно на 90°, в результате при небольшой индуктивной расстройке выходного контура выполняется условие баланса фаз и при достаточном усилении возникает генерирование колебаний. Наибольшая ста­бильность кварцевого генератора получается, когда резонанс­ная частота выходного контура находится между точками х и у (рис. 4.5,6), где кварц имеет индуктивный импеданс. Если ча­стота генерации находится вблизи частоты резонанса кварца fp, то случайное изменение температуры может сместить рабочую точку ниже этой частоты и импеданс кварца станет емкостным. При этом нарушится условие баланса фаз и генерирование пре­кратится.