Разумевање кола кристалних осцилатора

Основне конфигурације кругова кристалних осцилатора данас су развијеније, готово сви кругови су модификација широко признатих система вакуумских цеви као што су Пиерце, Хартлеи, Цлапп и Бутлер осцилатор и раде са биполарним и ФЕТ уређајима.

Иако сви ови склопови у основи испуњавају свој дизајнирани циљ, постоји мноштво апликација које захтевају нешто сасвим друго или где функционалност захтева тачан опис.

Испод су наведени низ кола за разне примене, тачно од ЛФ до ВХФ опсега, који се обично не виде у постојећим аматерским употребама или књигама.

Основне технике кружних осцилаторних кристалних осцилатора су већ добро успостављене, већина склопова је адаптација познате технологије вакуумских цеви као што су Пиерце, Хартлеи, Цлапп и Бутлер осцилатор и користе биполарне и ФЕТ уређаје.

Иако ови склопови у основи испуњавају своју намену, постоји много апликација које захтевају нешто другачије или где перформансе треба поуздано окарактерисати.

Овде су представљени различити склопови, за низ примена од ЛФ до ВХФ опсега, који се често не могу наћи у тренутној аматерској употреби или литератури.

НАЧИНИ РАДА

Тачка која се ретко вреднује или се једноставно занемарује је чињеница да кристали кварца могу осциловати у паралелном резонантном моду и серијском резонантном режиму. Две фреквенције су подељене са мањом разликом, обично 2-15 кХз у опсегу фреквенција.

Серијска резонантна фреквенција је мања у фреквенцији у поређењу са паралелном.

Специфични кристал дизајниран за употребу у паралелном режиму могао би се на одговарајући начин применити у серијском резонантном колу ако је кондензатор величине еквивалентне његовој тачној носивости (типично 20,30, 50 или 100 пФ) прикључен у серију са кристалом.

Нажалост, није могуће обрнути задатак за серијски резонантни кристал у круговима паралелног режима. Кристал серијског мода ће вероватно осциловати изнад калибрисане фреквенције у својој ситуацији и можда га неће бити могуће капацитивно оптеретити.

Кристали овертона раде у серијском режиму углавном на трећем, петом или седмом призвуку, а произвођач обично калибрише кристал у фреквенцији овертона.

Покретање кристала у паралелном режиму и множење фреквенције 3 или 5 пута генерише прилично нови исход радом тачно истог кристала у серијском режиму на његовом трећем или петом призвуку.

Док купујете призвучне кристале, клоните се дилеме и идентификујте фреквенцију коју желите, уместо очигледне основне фреквенције.

Основни кристали у опсегу од 500 кХз до 20 МХз су углавном направљени за паралелно функционисање, међутим може се тражити рад у серијском режиму.

За кристале ниске фреквенције до 1 МХз може се одабрати било који начин. Овертонски кристали обично покривају опсег од 15 МХз до 150 МХз.

ШИРОКИ ДИМЕНЗИЈСКИ или АПЕРИОДНИ ОСЦИЛАТОРИ

Осцилатори који никада не користе подешени круг су често врло корисни, било као „кристалне провераваче“ или из било ког другог разлога. Нарочито за ЛФ кристале, подешени кругови могу бити прилично велики.

С друге стране, обично нису без властитих замки. Неколико кристала је подложно осцилацијама на нежељеним модовима, посебно кристали резани ДТ и ЦТ намењени ЛФ кварцним осцилаторима.

Заиста је добра идеја осигурати да је излаз на одговарајућој фреквенцији и да није очигледна „нестабилност режима“. Минимизирање повратних информација на вишим фреквенцијама то обично решава.

У посебним случајевима, горња теорија се може заборавити, а осцилатор који поседује подешени круг примењује се као алтернатива, (ЛФ кристални осцилатори се касније разматрају).

Кристални кругови

Прво коло испод је осцилатор повезан са емитером, варијација Батлеровог кола. Излаз кола на слици 1 је у основи синусни талас који смањује емитерски отпорник К2 појачава хармонијски излаз.

Као резултат, кристал од 100 кХз ствара одличне хармонике преко 30 МХз. То је склоп са серијским режимом.

Може се користити низ транзистора. За кристале веће од 3 МХз, саветују се транзистори који имају производ великог опсега појачања. За кристале у асортиману од 50 кХз до 500 кХз, пожељни су транзистори са високим ЛФ појачањем, попут 2Н3565.

Поред тога, за кристале унутар овог избора, дозвољено расипање је обично ниже од 100 микровата и ограничење амплитуде може бити од суштинског значаја.

Предлаже се смањени напон напајања, у корак са ефикасним покретањем. Промена кола путем укључивања диода као што је приказано на слици 3 је кориснија техника, а ефикасност покретања је побољшана.

Коло ће осцилирати на чак 10 МХз користећи одговарајуће вредности транзистора и отпорника емитора. Обично се препоручује следбеник емитера или изворни међуспремник.

Идентични коментари на горенаведени повезују се са сликом 2. У овај круг уграђен је бафер за праћење емитора.

Два кола су донекле осетљива на фреквенцију и на промене напона снаге и спецификације оптерећења. Препоручује се оптерећење од 1 к или веће.

ТТЛ лЦ би се могао комбиновати са кристалним осцилаторним круговима, иако бројни објављени склопови имају страшну ефикасност покретања или доживљавају непоновљивост због огромних параметара у лЦ-има.

Аутор је експериментисао са струјним кругом на слици 4. на опсегу од 1 МХз до 18 МХз и биће подстакнут. Ово је серијски осцилатор и допуњује кристале АТ-реза.

Излаз је око 3 В од врха до врха, квадратни талас до око 5 МХз изнад којег се ово претвара у сличније полу синусним импулсима. Ефикасност покретања је изванредна, што се чини углавном критичним фактором код ТТЛ осцилатора.

НИЗКОФРЕКВЕНТНИ КРИСТАЛНИ ОСЦИЛАТОРИ

Кристали у опсегу од 50 кХз до 500 кХз захтевају препознатљиве факторе који нису примећени у најчешћим АТ или БТ резаним ВФ кристалима.

Отпор сличне серије је много већи и њихово дозвољено расипање је ограничено на мање од 100 микровата, идеално је 50 микровата или мање.

Коло на слици 5 је осцилатор серијског режима. Нуди предност што вам није потребан подешени круг и нуди избор синусног или квадратног излаза. За кристале у спектру од 50-150 кХз, саветују се транзистори 2Н3565 иако издавач сматра да је БЦ107 разуман.

Обе сорте могу бити прикладне за кристале у опсегу од 150 кХз до 500 кХз. Ако мислите да кристал укључује велики еквивалент серијског отпора, тада можете повећати вредност Р1 на 270 ома и Р2 на 3,3 к.

За операције квадратних таласа, Ц1 је 1 уФ (или можда величина поред или већа од њега). За излаз синусног таласа, Ц1 није у кругу.

Контрола амплитуде је непотребна. Излаз синусног таласа је приближно 1 В ефективни ефекат, квадратни излаз од 4 В од врха до врха.

Коло на слици 6 је заправо ревидирани тип Цолпиттсовог осцилатора, са укљученим отпорником Рф за регулацију повратне спреге. Кондензатори Ц1 и Ц2 морају се минимизирати кроз прорачунате величине како се фреквенција повећава.

На 500 кХз, вредности за Ц1 и Ц2 морају бити приближно 100 пФ и 1500 пФ у складу с тим. Коло, као што је доказано, нуди излаз синусног таласа користећи други хармоник око 40 дБ нижи (или већи).

Ово се често минимизира пажљивим подешавањем Рф и Ц1. Запамтите да је за смањену количину повратна информација од суштинске важности да би се то постигло, потребно је око 20 секунди да осцилатор постигне пуни излаз.

Излаз је око 2 до 3 волта од врха до врха. Када вам је потребан излаз оптерећен хармоникама, то ће постићи лако укључивање кондензатора од 0,1 уФ преко отпорника емитора. Излаз се затим повећава на око 5 В од врха до врха.

У таквим случајевима напон напајања би могао да се смањи како би се смањило расипање кристала. Могу се користити и други транзистори, мада ће можда бити потребно подесити пристраност и повратне информације. За кристалне кристале дизајниране да осцилирају у режимима осим оних које бисте желели, коло са слике 7 топло препоручује

Повратним информацијама управља тапкање дуж колекторског оптерећења К1. Ограничавање амплитуде је важно за одржавање дисипације кристала унутар граница. За кристале од 50 кХз завојница треба да буде 2 мХ и њен резонантни кондензатор 0,01 уФ. Излаз је приближно 0,5 В рмс, у основи синусни талас.

Препоручује се употреба сљедника емитера или изворног сљедбеника.

У случају да се користи кристал паралелног начина рада, кондензатор од 1000 пФ назначен у серији са кристалом мора се променити у изабрану носивост кристала (обично 30, 50 до 100 пФ за ове врсте кристала).

ВФ КРИСТАЛНИ ОСЦИЛАТОРСКИ КРУГОВИ

Чврсти дизајни за добро познате АТ-резане ВФ кристале имају тенденцију да буду легионарски. Али, резултати нису нужно оно што бисте могли очекивати. Већина есенцијалних кристала до 20 МХз се обично бира за паралелно функционисање.

Ипак, оваква врста кристала може се користити у осцилаторима у серијском режиму постављањем жељене носивости у серију са кристалом, како је раније речено. У наставку се разматрају две врсте кола.

Добар осцилатор за опсег од 3 до 10 МХз који не захтева подешени круг представљен је на слици 8 (а). Природно је да је исти круг као на слици 6. Коло ради изузетно добро до 1 МХз када су Ц1 и Ц2 већи од 470 пФ, односно 820 пФ. Може се користити на 15 МХз у случају да се Ц1 и Ц2 смање на 120 пФ и 330 пФ. редом.

Овај круг се саветује у некритичне сврхе у којима се жели велика хармонична снага или не. Укључивање подешеног кола као у 8б значајно умањује хармонијски излаз.

Обично се препоручује подешени круг са значајним К. У осцилатору од 6 МХз постигли смо следеће резултате. Имајући завојницу К од 50, други хармоник био је 35 дБ скроз доле.

Имајући К од 160, било је -50 дБ! Отпорник Рф може се променити (мало повећати) да би се ово побољшало. Излаз се додатно подиже помоћу високе К завојнице.

Као што је раније примећено, са смањеним повратним информацијама потребно је неколико десетина секунди да се постигне 100% излаз након укључивања, чак и да је стабилност фреквенције фантастична.

Функционисање на различитим фреквенцијама може се постићи ефикасним подешавањем кондензатора и завојнице.

Ово коло (слика 8) такође би могло да се промени у изузетно користан ВКСО. Сићушна индуктивност је дефинисана у серији са кристалом, а један од кондензатора у кругу повратне спреге се користи као променљиви тип.

Уобичајени кондензатор за подешавање предајника од 10 до 415 пФ савршено ће извршити задатак. Свака банда је повезана паралелно.

Опсег подешавања одређује кристал, индуктивитет Л1 и фреквенција. Већи опсег је генерално доступан помоћу кристала више фреквенције. Стабилност је изузетно добра, приближавајући се кристалу.

ВХФ ОСЦИЛАТОР-МУЛТИПЛИЕР

Коло на сл.10 је модификована верзија претварачког осцилатора „инверзија импеданце“. Типично, применом круга за инвертовање импедансе колектор је или ненамјештен или уземљен за РФ.

Колектор се може подесити на два пута или 3 пута већу фреквенцију кристала како би се минимализовао излаз на кристалној фреквенцији, предложено је 2к подешено коло.

НИКАДА НЕ СМЕТЕ подесити колектор на фреквенцију кристала, иначе коло може да осцилира фреквенцијом која је можда ван контроле кристала. Морате одржавати колекторски кабел врло малим и један на један колико год можете.

Крајњи резултати који су користили ову врсту кола били су сјајни. Отприлике сви излази осим жељеног излаза били су на -60 дБ или више.

Производња буке достиже најмање 70 дБ при жељеном учинку. Ово ствара изванредан осцилатор конверзије за ВХФ / УХФ претвараче.

Практично се може добити 2 В РФ на врућем терминалу Л3 (ауторски оригинал на 30 МХз). Снажно се препоручује Зенер регулисано снабдевање.

Као што је истакнуто у дијаграму, различите вредности кола су од суштинске важности за различите транзисторе. Залутале у одређеној структури такође могу захтевати модификације. Л1 се може користити за померање кристала на фреквенцији. Мање модификације фреквенције (око 1 ппм) се дешавају током подешавања Л2 и Л3, као и коришћењем варијација оптерећења. Рекавши да би у стварном тестирању ове ствари могле бити безначајне.