Razumijevanje krugova kristalnih oscilatora

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





Osnovne konfiguracije krugova kristalnih oscilatornih krugova danas su razvijenije, gotovo svi su krugovi modifikacija široko priznatih sustava vakuumskih cijevi poput Pierce, Hartley, Clapp i Butler oscilatora i rade s bipolarnim i FET uređajima.

Iako svi ti sklopovi u osnovi ispunjavaju svoj dizajnirani cilj, postoji mnoštvo aplikacija koje zahtijevaju nešto sasvim drugo ili gdje funkcionalnost treba biti precizno opisana.



Dolje je naveden niz krugova, za razne primjene izravno od LF-a do VHF-raspona, koji se obično ne vide u postojećoj amaterskoj upotrebi ili knjigama.

Osnovne tehnike kružnih kristalnih oscilatora već su dobro uspostavljene, a većina sklopova predstavlja adaptaciju poznate tehnologije vakuumskih cijevi kao što su Pierce, Hartley, Clapp i Butler oscilator i koriste bipolarne i FET uređaje.



Iako ovi sklopovi u osnovi ispunjavaju svoju namjenu, postoji mnogo aplikacija koje zahtijevaju nešto drugačije ili gdje izvedbu treba pouzdano karakterizirati.

Ovdje su predstavljeni različiti sklopovi, za niz primjena od LF do VHF raspona, koji se često ne mogu naći u trenutnoj amaterskoj upotrebi ili literaturi.

NAČINI RADA

Točka koja se rijetko cijeni ili se jednostavno zanemaruje jest činjenica da kristali kvarca mogu oscilirati u paralelnom rezonantnom načinu i serijskom rezonantnom načinu. Dvije su frekvencije podijeljene s manjom razlikom, obično 2-15 kHz u frekvencijskom rasponu.

Serijska rezonantna frekvencija manja je u frekvenciji u usporedbi s paralelnom.

Specifični kristal dizajniran za uporabu u paralelnom načinu može se na odgovarajući način primijeniti u serijski rezonantni krug ako je kondenzator veličine ekvivalentne njegovoj točnoj nosivosti (obično 20,30, 50 ili 100 pF) serijski priključen na kristal.

Nažalost, nije moguće obrnuti zadatak za serijski rezonantni kristal u sklopovima paralelnog načina rada. Kristal serijskog načina rada vjerojatno će oscilirati iznad kalibrirane frekvencije u svojoj situaciji i možda ga neće biti moguće kapacitivno dovoljno opteretiti.

periodični batlerov krug

Kristali overtona rade u serijskom načinu rada općenito na trećem, petom ili sedmom prizvuku, a proizvođač obično kalibrira kristal u frekvenciji overtona.

Pokretanje kristala u paralelnom načinu i umnožavanje frekvencije 3 ili 5 puta generira prilično novi ishod djelovanjem točno istog kristala u serijskom načinu rada na njegovom 3. ili 5. prizvuku.

Dok kupujete prizvučne kristale, klonite se dileme i prepoznajte frekvenciju koju želite, umjesto prividne osnovne frekvencije.

Osnovni kristali u rasponu od 500 kHz do 20 MHz obično se grade za paralelno funkcioniranje, no može se zatražiti serijski rad.

Za kristale niske frekvencije do 1 MHz može se odabrati bilo koji način. Overtonski kristali obično pokrivaju raspon od 15 MHz do 150 MHz.

ŠIROKI DIMENZIJSKI ili APERIODNI OSCILATORI

Oscilatori koji nikad ne koriste podešene sklopove često su vrlo korisni, bilo kao 'kristalne provjere' ili iz bilo kojeg drugog razloga. Posebno za LF kristale, podešeni sklopovi mogu biti prilično veliki.

S druge strane, obično nisu bez vlastitih zamki. Nekoliko kristala osjetljivo je na oscilacije na nepoželjnim načinima rada, posebno kristali rezanog DT i CT namijenjeni LF kvarcnim oscilatorima.

Doista je dobra ideja osigurati da je izlaz na odgovarajućoj frekvenciji i da nije očita 'nestabilnost načina'. Minimiziranje povratnih informacija na višim frekvencijama to obično rješava.

U posebnim slučajevima, gornju teoriju možemo zaboraviti i kao alternativu primijeniti oscilator koji ima prilagođeni krug (naknadno se pregledavaju LF kristalni oscilatori).

Kristalni krugovi

Prvi sklop ispod je oscilator povezan s emiterom, varijacija Butlerovog kruga. Izlaz sklopa na slici 1. u osnovi je sinusni val koji smanjuje emiterski otpornik Q2 pojačava harmonijski izlaz.

Kao rezultat, kristal od 100 kHz stvara izvrsne harmonike putem 30 MHz. To je sklop serijskog načina rada.

Može se koristiti niz tranzistora. Za kristale veće od 3 MHz, preporučuju se tranzistori s proizvodom velike širine pojasa. Za kristale unutar asortimana od 50 kHz do 500 kHz, poželjni su tranzistori s visokim LF pojačanjem, poput 2N3565.

Uz to, za kristale unutar ove selekcije, dopušteno rasipanje je obično niže od 100 mikrovata, a ograničenje amplitude može biti neophodno.

Predlaže se smanjeni napon napajanja, u korak s učinkovitim pokretanjem. Promjena kruga uključivanjem dioda kao što je prikazano na slici 3 korisnija je tehnika, a učinkovitost pokretanja je poboljšana.

Krug će oscilirati na čak 10 MHz koristeći prikladne vrijednosti tranzistora i otpornika emitera. Obično se preporučuje sljedbenik emitera ili međuspremnik sljedbenika izvora.

Identični komentari gore navedenog povezuju se sa slikom 2. U ovaj krug ugrađen je međuspremnik sljednika emitera.

Dva kruga su donekle osjetljiva na frekvenciju i na promjene napona napajanja i specifikacije opterećenja. Preporučuje se opterećenje od 1 k ili veće.

sklop s modulom oscilatora povezanog s odašiljačem


TTL lC mogao bi se kombinirati s krugovima kristalnih oscilatora, iako brojni objavljeni sklopovi imaju strašnu efikasnost pokretanja ili imaju neponovljivost zbog ogromnih parametara u lC-ima.

Autor je eksperimentirao sa sklopom na slici 4. na opsegu od 1 MHz do 18 MHz i bit će ohrabreno. Ovo je serijski oscilator i dopunjuje kristale AT-cut.

TTL kristalni oscilator

Izlaz je oko 3 V od vrha do vrha, kvadratni val do oko 5 MHz iznad kojeg se to pretvara u sličnije polusinusnim impulsima. Učinkovitost pokretanja je izvrsna, što se čini da je uglavnom presudan faktor kod TTL oscilatora.

NIZKOFREKVENTNI KRISTALNI OSCILATORI

Kristali u rasponu od 50 kHz do 500 kHz zahtijevaju prepoznatljive čimbenike koji nisu uočeni u najčešćim AT ili BT rezanim VF kristalima.

Slični otpor serije je puno veći i njihovo dopušteno rasipanje je ograničeno na manje od 100 mikrovata, idealno 50 mikrovata ili manje.

Sklop na slici 5 je oscilator serijskog načina rada. Nudi prednost nepotrebnosti podešenog kruga i nudi izbor sinusnog ili kvadratnog vala. Za kristale u spektru od 50-150 kHz savjetuju se tranzistori 2N3565 iako izdavač smatra da je BC107 razuman.

Obje sorte mogu biti prikladne za kristale u rasponu od 150 kHz do 500 kHz. Ako mislite da kristal uključuje veliki ekvivalentni serijski otpor, tada možete povećati vrijednost R1 na 270 ohma i R2 na 3,3 k.

Niskofrekventni krug oscilatornog načina rada

Za operacije kvadratnih valova, C1 je 1 uF (ili možda veličina uz njega ili veća od njega). Za izlaz sinusnog vala, C1 nije u krugu.

Kontrola amplitude je nepotrebna. Izlaz sinusnog vala je približno 1 V efektivne vrijednosti, kvadratni izlazni signal iznosi oko 4 V od vrha do vrha.

Sklop na slici 6 zapravo je revidirani tip Colpittsovog oscilatora, s uključenim otpornikom Rf za regulaciju povratne sprege. Kondenzatori C1 i C2 moraju se minimizirati kroz izračunate veličine kako se frekvencija povećava.

Na 500 kHz, vrijednosti za C1 i C2 moraju biti približno 100 pF i 1500 pF u skladu s tim. Krug kao što je dokazano nudi izlaz sinusnog vala pomoću drugog harmonika oko 40 dB nižeg (ili višeg).

To se često minimizira pažljivim podešavanjem Rf i C1. Imajte na umu da je za smanjenu količinu povratna informacija bitna da bi se to postiglo, potrebno je oko 20 sekundi da oscilator postigne puni izlaz.

Izlaz je oko 2 do 3 volta od vrha do vrha. Kad vam treba izlaz opterećen harmonikama, to će postići lakim uključivanjem kondenzatora od 0,1 uF preko otpornika emitora. Izlaz se zatim povećava na oko 5 V od vrha do vrha.

U takvim se slučajevima napon napajanja može smanjiti kako bi se smanjilo rasipanje kristala. Mogu se koristiti i drugi tranzistori, iako će se možda morati podesiti pristranost i povratne informacije. Za kristalne kristale dizajnirane da osciliraju u modovima osim onih koje biste željeli, snažno se preporučuje sklop sa slike 7

Krug podešenog kristalnog oscilatora od 100 kHz

Povratne informacije reguliraju se slavinom duž opterećenja kolektora Q1. Ograničavanje amplitude važno je za održavanje disipacije kristala unutar granica. Za kristale od 50 kHz zavojnica mora biti 2 mH i njezin rezonantni kondenzator 0,01 uF. Izlaz je približno 0,5 V rms, u osnovi sinusni val.

Preporučuje se upotreba sljednika emitera ili izvornog sljedbenika.

U slučaju da se koristi kristal paralelnog načina rada, kondenzator od 1000 pF naznačen u seriji s kristalom mora se promijeniti u odabranu nosivost kristala (obično 30, 50 do 100 pF za ove vrste kristala).

VF KRISTALNI OSCILATORSKI KRUGOVI

Čvrsti dizajni za dobro poznate AT-cut HF kristale obično su legije. Ali, rezultati nisu nužno ono što biste mogli očekivati. Za paralelno funkcioniranje obično se bira većina esencijalnih kristala do 20 MHz.

Ipak, ovakva vrsta kristala može se koristiti u oscilatorima u serijskom načinu postavljanjem željene nosivosti u seriju s kristalom kako je prethodno rečeno. Dvije vrste sklopova razmatrane su u nastavku.

Dobar oscilator za opseg od 3 do 10 MHz koji ne zahtijeva podešeni krug prikazan je na slici 8 (a). Prirodno je da je isti krug kao na slici 6. Krug djeluje izuzetno dobro do 1 MHz kada su C1 i C2 veći od 470 pF, odnosno 820 pF. Može se iskoristiti na 15 MHz u slučaju da se C1 i C2 smanje na 120 pF i 330 pF. odnosno.

sklop paralelnog oscilatora

Ovaj se sklop savjetuje u nekritične svrhe u kojima se želi velika harmonička snaga ili ne. Uključivanje podešenog kruga kao u 8b značajno umanjuje harmonijski izlaz.

Obično se preporučuje podešeni krug koji ima značajan Q. U oscilatoru od 6 MHz postigli smo sljedeće rezultate. Imajući zavojnicu Q od 50, drugi je harmonik bio do kraja 35 dB.

Imajući Q od 160, bilo je -50 dB! Otpor Rf mogao bi se izmijeniti (malo povećati) da bi se to poboljšalo. Izlaz se dodatno podiže pomoću visoke Q zavojnice.

Kao što je ranije primijećeno, s smanjenim povratnim informacijama potrebno je nekoliko desetaka sekundi da se postigne 100% izlaz nakon uključivanja, čak i da je stabilnost frekvencije fantastična.

Funkcioniranje na različitim frekvencijama može se postići učinkovitim podešavanjem kondenzatora i zavojnice.

Ovaj bi se krug (slika 8) također mogao promijeniti u izuzetno koristan VXO. Sićušna induktivnost definirana je u seriji s kristalom, a jedan od kondenzatora unutar povratnog kruga koristi se kao varijabilni tip.

Uobičajeni kondenzator za podešavanje odašiljača od 10 do 415 pF savršeno će izvršiti zadatak. Svaka je banda povezana paralelno.

oscilator promjenjive frekvencije VXO

Raspon podešavanja određuje kristal, induktivitet L1 i frekvencija. Općenito je dostupan veći raspon korištenjem kristala više frekvencije. Stabilnost je izuzetno dobra, približavajući se kristalu.

VHF OSCILATOR-MULTIPLIER

Sklop na sl.10 modificirana je inačica pretvarača pretvarača impedancije. Tipično, primjena kruga za invertiranje impedance kolektor je ili nenamješten ili uzemljen za RF.

Kolektor se može prilagoditi na dva puta ili 3 puta veću frekvenciju kristala kako bi se minimalizirao izlaz na frekvenciji kristala, predlaže se 2x podešeni krug.

NIKADA NE SMIJETE podesiti kolektor na frekvenciju kristala, inače sklop može oscilirati frekvencijom koja može biti izvan kontrole kristala. Morate održavati sabirni kabel vrlo malim i jedan na jedan koliko god možete.

Krajnji rezultati koji su koristili ovu vrstu sklopa bili su sjajni. Gotovo svi izlazi osim željenog izlaza bili su na -60 dB ili više.

Proizvodnja buke doseže najmanje 70 dB pod željenim učinkom. To stvara izvanredan oscilator pretvorbe za VHF / UHF pretvarače.

Na vrućem priključku L3 (autorski izvor na 30 MHz) može se dobiti praktički 2 V RF. Preporučuje se Zener regulirana opskrba.

Kao što je istaknuto u dijagramu, različite vrijednosti kruga su ključne za različite tranzistore. Zalutale u određenoj strukturi također bi mogle zahtijevati izmjene. L1 se može koristiti za pomicanje kristala na frekvenciji. Manje modifikacije frekvencije (oko 1 ppm) događaju se tijekom podešavanja L2 i L3, kao i korištenja varijacija opterećenja. Rekavši da bi u stvarnom testiranju te stvari mogle biti beznačajne.




Prethodno: Parametri tablice podataka za usporedbu Dalje: Kako pravilno povezati modul osjetnika plina MQ-135