Схема генератора с керамический резонатор

Но включение в коллектор даёт, примерно, в два раза меньший диапазон перестройки по частоте.
На транзисторе T2 собран эмиттерный повторитель для развязки генератора и нагрузки на резисторе R4.
Схема запитывалась стабилизированным напряжением 5В. Полученные результаты представлены в следующей таблице.

∆F – ширина диапазона перестройки,
Uвыходное – амплитудное значение напряжения на резисторе R4.

Получилась простая схема ГПД не содержащая катушек индуктивности.
Настройка схемы состоит в установке на коллекторе VT1 постоянного напряжения равного половине напряжения питания подбором величины резистора R1 при отключённом резонаторе. Режим эмиттерного повторителя устанавливается автоматически.

Стабильность частоты для генератора собранного на макетной плате составила, для резонатора на 2 МГц — +/- 1 Гц, а для резонатора на 12 МГц – +/- 30 Гц. Для резонаторов на 8 МГц – находилась в диапазоне +/- 3…15 Гц.
Оценка стабильности проводилась через 5 минут после смены резонатора, резонатор вставлялся в панель (без пайки).
Макетная плата не была защищена от воздушных потоков и электромагнитных наводок.

Искажений формы синусоиды на экране осциллографа для частот от 6 до 12 МГц не видно. Для частоты 4 МГц заметно искажение вершины отрицательной полуволны, а для частоты 2 МГц имеется искажение отрицательной полуволны.
Ширина диапазона перестройки достаточна для построения супергетеродинного радиоприёмника или трансивера с перекрытием CW или SSB участков любительских диапазонов при соответствующем выборе промежуточной частоты с кварцевым фильтром.

Эксперименты, проведённые с генератором на трёхвыводном пьезокерамическом резонаторе, показали возможность получения широкого диапазона перестройки его по частоте. Но для использования его как гетеродина необходима большая амплитуда выходного сигнала и её постоянство в пределах диапазона перестройки гетеродина.
Этого можно достигнуть, если использовать для построения генератора цифровую микросхему, на выходе которой будет меандр с постоянной амплитудой, а затем фильтром нижних частот выделить первую гармонику.

На первом элементе микросхемы DD1 собран генератор по стандартной схеме с пьезокерамическим резонатором ZQ1 в цепи обратной связи, который перестраивается по частоте переменным конденсатором C1 КП-180.
Второй элемент микросхемы используется в качестве буферного элемента и два оставшихся элемента DD1 соединены параллельно для увеличения нагрузочной способности гетеродина.

При необходимости выделения из меандра колебаний синусоидальной формы, к выходным элементам микросхемы следует подключить фильтр нижних частот, рассчитанный на частоту среза, равную частоте первой гармоники, и волновое сопротивление 220 Ом.

Источник

Схема генератора с керамический резонатор

Из первой таблицы видно, что границы диапазона перестройки зависят от параметров конкретного керамического резонатора (резонаторы на 8 МГц).

Для возможности небольшой корректировки границ диапазона перестройки можно немного усложнить схему, добавив конденсатор С4 (схема слева), что даёт возможность сдвигать частотные границы вверх по частоте. В данной схеме минимальная ёмкость конденсатор С4 составила 15 пФ. При меньшей ёмкости генератор не возбуждается. Добавление данного конденсатора немного уменьшает диапазон перестройки. Ниже приведены полученные зависимости для резонатора на

8 МГц (в первой таблице под № 4).

Генератор проверялся с транзисторами структуры p-n-p КТ3107Б, естественно с изменением полярности источника питания. Ширина диапазона перестройки для резонатора на 8 МГц получилась меньше на 3…4 кГц, остальные параметры не изменились. С другими резонаторами генератор не проверялся.

При построении генератора на полевом транзисторе, использовался транзистор КП364А, ширина диапазона перестройки получилась в 2 раза меньше, чем на биполярных транзисторах, но лучше форма сигнала и чище спектр.

Гетеродин на пьезокерамическом резонаторе

Эксперименты, проведённые с генератором на трёхвыводном пьезокерамическом резонаторе, показали возможность получения широкого диапазона перестройки его по частоте. Но для использования его как гетеродина необходима большая амплитуда выходного сигнала и её постоянство в пределах диапазона перестройки гетеродина.

Этого можно достигнуть двумя путями:

• первый, использовать после генератора усилитель с автоматической регулировкой усиления
• второй, использовать для построения генератора цифровую микросхему, на выходе которой будет меандр с постоянной амплитудой, а затем фильтром нижних частот выделить первую гармонику.

Второй путь мне показался более простым в реализации и настройке. Ниже показана электрическая схема гетеродина.

На одном элементе микросхемы DD1.1 собран генератор по стандартной схеме с пьезокерамическим резонатором ZQ1 в цепи обратной связи, который перестраивается по частоте переменным конденсатором C1 КП-180. Второй элемент микросхемы DD1.2 используется в качестве буферного элемента и два оставшихся элемента DD1.3 и DD1.4 соединены параллельно для увеличения нагрузочной способности и работают как выходные на фильтр нижних частот (ФНЧ).

Двухзвенный фильтр нижних частот рассчитывался на номинальное сопротивление 220 Ом, что даёт нагрузочную ёмкость для двух выходных элементов микросхемы в 100 пФ. В фильтре использовались стандартные импортные дроссели ЕС24 индуктивностью 5,6 мкГн. Расчётная частота среза фильтра около 8,3 МГц.

Фильтр нагружен на сопротивление, образуемое параллельным соединением сопротивления резистора R2 и входного сопротивления комплементарного эмиттерного повторителя на транзисторах VT1 и VT2. Подбором величины резистора R2 можно подстроить амплитудно-частотную характеристику ФНЧ в районе частоты среза фильтра и соответственно на верхнем краю диапазона перестройки гетеродина так, что амплитуда на выходе ФНЧ будет постоянной во всём диапазоне перестройки. Рисунок в правом нижнем углу схемы показывает влияние нагрузочного сопротивления на АЧХ фильтра. В принципе, это вся настройка гетеродина, так как генератор на микросхеме настройки не требует, а режим работы эмиттерного повторителя устанавливается автоматически.

Ниже, на фотографии, показан внешний вид монтажа гетеродина. Гетеродин находится в процессе настройки, вместо резистора R2 запаян переменный резистор сопротивлением 1 кОм , которым подстраивается выходное напряжение. Затем он будет заменён на постоянный резистор такого же сопротивления.

Микросхема запитана через интегральный стабилизатор 78L05, а эмиттерный повторитель через развязывающий RC фильтр (R6 и C10) от стабилизированного источника 10В. Потребляемый ток от источника 10В составляет 20 мА.

На фотографиях ниже показаны сигналы в двух крайних точках диапазона перестройки гетеродина, измеренные в точке А (показана на схеме). Диапазон перестройки составил от 7,813 МГц до 8,000 МГц, или 187 кГц. Данный гетеродин в приёмнике или трансивере с кварцевым фильтром на 6 МГц обеспечит перекрытие почти всего диапазона 160 метров, т.е. от 1,813 МГц до 2,000 МГц.

В пределах диапазона перестройки гетеродина амплитуда сигнала в точке А меняется от 3,54 В до 3,60 В. На выходе эмиттерного повторителя, переменным резистором R7, величину сигнала можно менять от 0 В до 3 В амплитудного значения.

Измерения выходного напряжения проводились на припаянном на выходе нагрузочном сопротивлении 91 Ом.

Перед монтажом все резисторы, транзисторы и диоды проверялись китайским мультиметром. Резисторы R4 и R5 подбирались одинаковой величины, транзисторы с одинаковым β, а диоды с максимальным прямым падением напряжения (из имеющихся КД522).

В одном из первых вариантов использовался эмиттерный повторитель на одном транзисторе КТ3102Б, который вносил искажения в сигнал. Причём мои попытки, изменением режима транзистора, коллекторного тока, блокирующих и развязывающих конденсаторов и заменой транзистора, заставить его работать линейно, успеха не имели. По первой гармонике он работал, как и положено, с коэффициентом передачи около 0,9, а вторую и третью гармоники он усиливал, что приводило к искажениям сигнала на выходе. В дальнейшем он был заменён на комплементарный эмиттерный повторитель, как показано на схеме. И проблема с искажениями сигнала решилась положительно. Так что использовать обычный эмиттерный повторитель для упрощения схемы не рекомендую.

Ниже на фото сигнал на выходе гетеродина при максимальном сопротивлении резистора R7 и установленным постоянным резистором R2 сопротивлением 334 Ома. При настройке сопротивление переменного резистора было 338 Ом.

Источник

Генератор, синхронизируемый резонатором

От классической схемы генератора Пирса описываемое устройство (рис.1) внешне отличается только тем, что в качестве усилительного элемента в нем используется не инвертор, а двухвходовый логический элемент КМОП типа. Однако это незначительное отличие определяет не только принципиально другой характер функционирования генератора, но и обеспечивает ему существенные преимущества.

Описываемое устройство реализуется не на специальном инверторе с линейной амплитудно-фазовой характеристикой, какой необходим для генератора Пирса. В данном случае используются обычные многокаскадные инверторы, а именно так выполнены стандартные логические элементы И-НЕ (ИЛИ-НЕ) быстродействующей КМОП логики. Наличие дополнительных входов у логических элементов такого типа является исключительно полезным свойством, т.к. позволяет отключать генератор логическим уровнем для экономии потребляемой им энергии. Амплитудно-частотная характеристика таких логических элементов нелинейна и обеспечить их устойчивость при соединении выхода с входом через цепь обратной связи обычно невозможно, а именно отсутствие самовозбуждения усилительного элемента является важным условием устойчивой работы генератора Пирса. Поэтому делать генераторы Пирса на подобных логических элементах не советуем – такие схемы чаще всего не работают вовсе или работают крайне нестабильно. Еще хуже работают генераторы на двух КМОП логических элементах с несколькими входами, использующие последовательный резонанс резонатора.

В описываемом же устройстве самовозбуждение схемы без резонатора является полезным, причем при высокой выходной частоте результирующая АЧХ генератора и частота самовозбуждения представленной на рис.2 схемы определяется как собственной АЧХ логического элемента, так и цепью ООС. Частоту генерации такого генератора в достаточно широких пределах можно регулировать, изменяя, например, постоянную времени цепочки R2, C2. Зачастую конденсатор С1 оказывается ненужным, так как его функцию выполняет входная емкость самого логического элемента. Если генератор должен быть низкочастотным, то схема несколько усложняется из-за отсутствия собственного сдвига фазы у высокочастотных логических элементов на низких частотах. В таком случае для обеспечения дополнительного сдвига фазы в цепи ООС может потребоваться дополнительная RC-цепочка.

Если теперь в схеме рис. 2 параллельно R1 включить резонатор с рабочей частотой, соизмеримой с частотой самовозбуждения генератора, то он начинает выполнять функцию синхронизации колебаний генератора на собственной резонансной частоте. Убедиться в этом нетрудно – достаточно удалить резонатор из схемы, которая будет по-прежнему работать, но частота генерации изменится. Синхронизация обеспечивается током, проходящим через резонатор, и суммирующимся с током через резистор R1. В низкочастотных вариантах генератора сопротивление резистора R1 должно быть достаточно большим, чтобы не шунтировать резонатор.

Главным преимуществом обсуждаемого генератора является значительно меньшая задержка выхода в стационарный режим генерации по сравнению с генератором Пирса. Задержка проявляется лишь во времени установления точного значения выходной частоты, равной собственной частоте резонатора, и во времени установления стационарной формы колебаний как после подачи питания, так и после подачи разрешающего логического уровня на управляющий вход логического элемента. Условная форма нескольких периодов генерируемого напряжения с момента подачи разрешающего сигнала показана на рис. 3. На высоких частотах и при использовании керамических резонаторов задержка может вообще отсутствовать. На низких же частотах и при использовании кварцевых резонаторов генерируемая частота может установиться равной собственной частоте резонатора через десятки миллисекунд, однако номиналы элементов схемы можно подобрать так, что тактовая частота сразу после переключения будет приблизительно равна собственной резонансной частоте используемого резонатора. Важным достоинством является также то, что на выходе логического элемента формируется не синусоида, а импульсы с достаточной прямоугольностью, что исключает необходимость в дополнительных каскадах для формирования импульсов. Важным и очень полезным свойством описываемого генератора является также жесткая привязка фазы генерируемого напряжения к фазе импульса управления в высокочастотных вариантах устройства, что можно использовать, например, при декодировании сигналов цветного телевидения.

ВЧ генераторы такого типа идеально подходит для тактирования простых эффективных микроконтроллеров, используемых в устройствах с переключаемой рабочей частотой. Возможный вариант схемы двухчастотного генератора для тактирования микроконтроллера SX52BD, используемый в наших разработках, представлен на рис. 4.

Емкость конденсатора С1 следует выбирать минимально возможной, т.к. она определяет время включения генератора после подачи разрешающего уровня на вход логического элемента. На рис. 4 эта емкость представлена конденсатором, встроенным в резонатор (

10 пФ). В низкочастотных вариантах генератора емкости С1, С2 могут составлять сотни пикофарад. Например, при частоте кварцевого резонатора 100 кГц их емкость составила 390 и 1200 пФ соответственно, а кроме этого потребовалась дополнительная RC-цепочка с номиналами 1 кОм и 2000 пФ, включенная на выходе логического элемента 74HC00. В принципе можно ограничиться только конденсатором, однако при этом ухудшается форма выходного напряжения и увеличивается потребляемая мощность.

В качестве резонатора в схеме рис. 4 используются керамические резонаторы типа ceralock производства фирмы Murata с рабочей частотой 30 МГц. Аналогичные результаты получаются при использовании кварцевого резонатора на ту же частоту. Если такая схема коммутируется внешним сигналом, то это позволяет мгновенно обрабатывать быстропротекающие процессы без излишних задержек и дополнительного потребления мощности, что не реализуемо ни на одном контроллере нового поколения с многочисленными схемами внутреннего тактирования при использовании их встроенных ресурсов.

Источник