稳定的石英振荡器。方案、说明

稳定的石英振荡器。无线电电子电气工程百科全书

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众所周知，如果以串联谐振频率激励石英谐振器，则可以最充分地实现石英谐振器的稳定性能。作者成功研制出石英稳频振荡器，该振荡器在串联谐振频率下自激，实际上不需要调节。

以众所周知的发生器为基础，其中石英谐振器连接在所连接的晶体管级的发射极之间。其简化电路（无晶体管偏置电路）如图1所示。 1. 根据方案，晶体管 VT2 连接到公共基极，VTXNUMX 连接到公共集电极（射极跟随器）。如您所知，射极跟随器的输出电阻和共基极的输入级联都非常小，因此石英谐振器连接在两个小且几乎有源的电阻之间。在这些条件下，它仅在其电阻最小的串联谐振频率下传递信号，关闭反馈环路。

稳定的晶振

对于发电机的自励磁，必须保持幅度和相位平衡。一是保证反馈环中各环节增益的乘积略大于XNUMX。如果小于该值，发生器将不会自激，如果太大，则会过激，导致频率稳定性和信号形状恶化（由于进入晶体管特性的非线性区域））。

相位平衡是指环中的相位侵入为0°或360°。否则，额外的相位侵入将必须对谐振器进行补偿，并且根据后者的相位特性，发电机将不完全在谐振频率处自激，而是稍微偏向一侧。最令人不快的是，这种频移取决于模式、温度和其他不稳定因素。顺便说一句，由于时滞引起的频移越小，谐振器的品质因数越高，相应地，其相位特性越陡峭。这就是为什么建议使用高质量谐振器。

R3C1 电路用于连接放大级 (VT1) 与射极跟随器 (VT2)，有助于满足所提出的发生器中所描述的条件。不愿意使用振荡电路作为放大器负载，导致放大电压不是在负载R1的有源电阻上释放，而是在集电极结的电容上释放。集电极电容的包含位置和Sk的安装位置如图1所示。 90 条虚线。这些电容的作用就像一个集成电路，产生近 3° 的相位滞后。微分电路R1C1产生相同角度的相位超前，因此环中的总相移接近于零。通过减小电容C4，还可以减小传输系数，从而消除过励磁。输出信号方便地从射极跟随器晶体管VT2的集电极电路中包含的电阻器RXNUMX去除。由于其高输出阻抗，后续级对发生器运行的影响可以忽略不计。

使用所描述的发生器进行的实验表明，它很容易自激，实际上不需要调整，对部件的额定值和晶体管的类型完全不重要。当然，它以石英谐振器串联谐振的基频产生。然而，对于VHF本地振荡器和发射机来说，谐波发生器就很好，可以产生谐振器频率三倍甚至五倍的振荡（顺便说一句，后者在谐波上的品质因数要高得多）。问题出现了，是否有可能迫使该发生器在石英的三次谐波下被激发？事实证明，即使没有振荡电路，它也是可能的！为此，需要采用高截止频率（不低于300 ... 500 MHz）的微波晶体管，并将负载电阻R1和耦合电容器C1的电容降至最低。在这种情况下获得的三次谐波的自激条件比第一次谐波的自激条件更好。

一个实际的发生器电路如图 2 所示。 XNUMX

稳定的晶振

直流晶体管模式决定了基极电路中的分压器 R1R2 和 R8R9。集电极电流取决于电阻器 R4 和 R11 的电阻，在本例中约为 4 mA，发电机消耗的总电流为 8 mA。不需要模式选择。希望电源电压稳定在 9V。

作者在发生器中使用了广泛使用的 27 MHz CB 无线电台金属外壳中的小型石英谐振器。它们的主要谐振频率约为 9 MHz，但三次谐波的频率在表壳上标明。在相当大一批的谐振器中，只有少数（约 5%）的谐振器的活动不足以实现该发生器的自励磁。为了在小范围内调节频率，变容二极管矩阵VD1与BQ1石英谐振器串联。当控制电压Ucontrol从0V变化到9V时，频率变化700Hz。考虑到后续的倍频（并且偏差也乘以相同的次数），这对于VHF频段的窄带FM来说已经足够了。如果不需要通过控制电压调制或远程调节发电机频率，则可以排除元件 VD1、R5-R7、C4 和 C5（右侧 - 根据图表 - 在这种情况下连接谐振器的输出直接连接到发射极VT2）。在较小的范围内，还可以通过与 BQ1 石英谐振器串联的微调电容器来调整频率。

发电机的设置简化为改变调谐电容器C2的电容以获得三次谐波的稳定自激。如果容量不足，发电会完全崩溃；如果容量过多，可能会发生“跳跃”到一次谐波。输出电压约为0,5V，用高频示波器连接到发生器输出端可以方便地控制。

作者：弗拉基米尔·波利亚科夫 (RA3AAE)

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