Kristalloskillaattoripiirien ymmärtäminen

Kiinteät kiinteän kiteen oskillaattoripiirin perusmääritykset ovat nykyään kehittyneempiä, melkein kaikki piirit ovat modifikaatioita laajalti tunnustetuille alipaineputkijärjestelmille, kuten Pierce-, Hartley-, Clapp- ja Butler-oskillaattorit, ja ne toimivat sekä bipolaaristen että FET-laitteiden kanssa.

Vaikka kaikki nämä piirit täyttävät pohjimmiltaan suunnitellun tavoitteensa, on paljon sovelluksia, jotka vaativat jotain täysin erilaista tai joissa toiminnot on kuvattava tarkasti.

Alla on lueteltu joukko piirejä erilaisille sovelluksille LF: stä VHF-alueelle, joita ei tyypillisesti näy nykyisessä amatöörikäytössä tai kirjoissa.

Kiinteät kiinteän kiteen oskillaattoripiirien perustekniikat ovat jo vakiintuneet, useimmat piirit ovat tunnetun tyhjiöputkitekniikan mukautuksia, kuten Pierce-, Hartley-, Clapp- ja Butler-oskillaattorit, ja niissä käytetään sekä kaksisuuntaisia ​​että FET-laitteita.

Vaikka nämä piirit periaatteessa täyttävät tarkoituksensa, on monia sovelluksia, jotka vaativat jotain erilaista tai joissa suorituskyky on luotettava luotettavasti.

Tässä on esitetty erilaisia ​​piirejä useille sovelluksille LF: stä VHF-alueelle, joita ei yleisesti löydy nykyisestä amatöörikäytöstä tai kirjallisuudesta.

KÄYTTÖTAVAT

Harvoin arvostettu tai yksinkertaisesti huomiotta jätettävä kohta on se tosiasia, että kvartsikiteet voivat värähtelemään rinnakkaisessa resonanssimoodissa ja sarjaresonanssimoodissa. Nämä kaksi taajuutta on jaettu pienellä erolla, yleensä 2-15 kHz taajuusalueella.

Sarjaresonanssitaajuus on taajuudeltaan pienempi verrattuna rinnakkaiseen.

Rinnakkaismuodossa käytettäväksi suunniteltu erityinen kide voidaan soveltaa asianmukaisesti sarjaresonanssipiiriin, jos kondensaattori, joka vastaa sen tarkkaa kuormituskapasitanssia (tyypillisesti 20,30, 50 tai 100 pF), kytketään sarjaan kiteen kanssa.

Valitettavasti tehtävää ei voida kääntää sarjaresonanssikideille rinnakkaismoodipiireissä. Sarjamoodikide värähtelee todennäköisesti kalibroidun taajuudensa ulkopuolella tilanteessa eikä sitä ole ehkä mahdollista ladata riittävästi kapasitiivisesti.

Overtone-kiteet juoksevat sarjamuodossa yleensä kolmannella, viidennellä tai seitsemännellä sävyllä, ja valmistaja kalibroi kiteen yleensä sävytaajuudella.

Kristallin suorittaminen rinnakkaismuodossa ja taajuuden kertominen 3 tai 5 kertaa tuottaa melko uuden tuloksen toimimalla täsmälleen samaa kristalia sarjamoodissa sen kolmannen tai viidennen sävyn kohdalla.

Kun ostat ylisävykiteitä, pysy kaukana ongelmasta ja tunnista haluamasi taajuus näennäisen perustaajuuden sijaan.

Peruskiteet alueella 500 kHz - 20 MHz on yleensä rakennettu rinnakkaismoodin toimintaa varten, vaikka sarjamooditoimintaa voitaisiin pyytää.

Jopa 1 MHz: n matalataajuisille kiteille voidaan valita jompikumpi tila. Overtone-kiteet peittävät tavallisesti alueen 15 MHz - 150 MHz.

Laaja valikoima tai aperiodisia oskillaattoreita

Oskillaattorit, jotka eivät koskaan käytä viritettyjä piirejä, ovat usein erittäin hyödyllisiä, olivatpa ne sitten ”kristallinkokeina” tai mistä tahansa muusta syystä. Varsinkin LF-kiteille viritetyt piirit voivat olla melko valtavia.

Toisaalta he eivät yleensä ole ilman omia ansoja. Muutamat kiteet ovat alttiita värähtelylle ei-toivotuissa moodeissa, erityisesti DF- ja CT-leikatut kiteet, jotka on tarkoitettu LF-kvartsioskillaattoreihin.

On todella hyvä varmistaa, että lähtö on oikealla taajuudella eikä 'tilan epävakautta' ole näkyvissä. Palautteen minimointi korkeilla taajuuksilla ratkaisee tämän yleensä.

Erityistapauksissa yllä oleva teoria voidaan unohtaa ja vaihtoehtoisesti soveltaa oskillaattoria, jolla on viritetty piiri (LF-kideoskillaattoreita tarkastellaan jälkikäteen).

Kristallipiirit

Ensimmäinen alla oleva piiri on emitterikytketty oskillaattori, Butler-piirin muunnelma. Piirin lähtö kuvassa 1 on pohjimmiltaan siniaalto, joka vähentää Q2: n emitterivastusta lisää harmonista lähtöä.

Tämän seurauksena 100 kHz: n kide tuottaa erinomaisia ​​harmonisia yliaaltoja 30 MHz: n kautta. Se on sarjamoodipiiri.

Useita transistoreita voidaan käyttää. Kiteille, jotka ovat yli 3 MHz, suositellaan transistoreita, joilla on suuri vahvistustaajuuskaistan tuote. Kiteille, joiden valikoima on 50 kHz - 500 kHz, edullisia ovat transistorit, joilla on korkea LF-vahvistus, kuten 2N3565.

Lisäksi tämän valinnan kiteille sallittu hajaantuminen on normaalisti alle 100 mikrowattia ja amplitudirajoitus voi olla välttämätöntä.

Alennettua syöttöjännitettä suositellaan yhdessä tehokkaan käynnistämisen kanssa. Piirin muuttaminen sisältäen diodit, kuten kuvassa 3 on esitetty, on edullisempi tekniikka, ja käynnistystehokkuus paranee.

Piiri värähtelee jopa 10 MHz: llä käyttäen sopivia transistoreita ja emitterivastuksen arvoja. Emitter-seuraajaa tai lähteen seuraajapuskuria suositellaan yleensä.

Yllä oleviin identtiset kommentit liittyvät kuvaan 2. Tähän piiriin sisältyy emitterin seuraajapuskuri.

Nämä kaksi virtapiiriä ovat jonkin verran herkkiä taajuudelle ja tehojännitteen vaihteluille ja kuormituksille. Suosittelemme vähintään 1 k: n kuormitusta.

TTL lC voitaisiin yhdistää kideoskillaattoripiireihin, vaikka lukuisilla julkaistuilla piireillä on kauhea käynnistystehokkuus tai niiden toistettavuus ei johdu suurista parametreista lc: ssä.

Kirjoittaja on kokeillut kuvion 4 virtapiiriä alueella 1 MHz - 18 MHz, ja sitä rohkaistaan. Tämä on sarjamoodilla varustettu oskillaattori ja täydentää AT-leikattuja kiteitä.

Lähtö on noin 3 V. Käynnistystehokkuus on erinomainen, mikä näyttää olevan enimmäkseen kriittinen tekijä TTL-oskillaattoreissa.

MATALA TAAJUUDEN KRISTALLISET OSKILLAATTORIT

Kiteet alueella 50 kHz - 500 kHz vaativat erottavia tekijöitä, joita ei ole havaittu yleisemmissä AT- tai BT-leikkaavissa HF-kiteissä.

Samankaltainen sarjaresistanssi on paljon suurempi ja niiden sallittu hajaantuminen on rajoitettu alle 100 mikrowattiin, mieluiten 50 mikrovirtaan tai pienempään.

Kuvan 5 piiri on sarjamoodilla varustettu oskillaattori. Se tarjoaa edun, ettei viritettyä virtapiiriä tarvitse, ja siinä on valinta sini- tai neliöaaltolähdöksi. Kiteille, joiden taajuus on 50-150 kHz, suositellaan 2N3565-transistoreita, vaikka julkaisijan mielestä BC107 on kohtuullinen.

Molemmat lajikkeet voivat olla sopivia kiteille alueella 150 kHz - 500 kHz. Jos luulet, että kiteessä on suuri vastaava sarjaresistanssi, voit nostaa R1: n arvon 270 ohmiin ja R2: n arvoon 3,3 k.

Neliöaaltotoiminnoissa C1 on 1 uF (tai kenties sen suuruus tai sitä suurempi). Siniaaltolähdössä C1 ei ole piirissä.

Amplitudin hallinta on tarpeetonta. Siniaaltoulostulo on noin 1 V rms, neliöpoikkeuslähtö noin 4 V huipusta huippuun.

Kuvan 6 piiri on itse asiassa uudistettu tyyppi Colpitts-oskillaattorista, sisältäen vastuksen Rf palautteen säätämiseksi. Kondensaattorit C1 ja C2 on minimoitava lasketuilla suuruuksilla taajuuden kasvaessa.

500 kHz: n taajuudella C1: n ja C2: n arvojen on oltava vastaavasti noin 100 pF ja 1500 pF. Piiri todistetusti tarjoaa siniaaltolähdön käyttämällä toista harmonista, joka on noin 40 dB pienempi (tai korkeampi).

Tämä minimoidaan usein Rf: n ja C1: n tietoisella säätämisellä. Muista, että pienentyneellä määrällä palaute on välttämätöntä tämän saavuttamiseksi, vaatii noin 20 sekuntia, jotta oskillaattori saavuttaa täyden tehon.

Lähtö on noin 2 - 3 volttia huipusta huippuun. Kun tarvitset yliaaltoja sisältävän lähdön, 0,1 uF-kondensaattorin helppo sisällyttäminen emitterivastuksen päälle saavuttaa tämän. Teho kasvaa myöhemmin noin 5 V: n huippusta huippuun.

Virransyöttöjännitettä voitaisiin pienentää tällaisissa tapauksissa kiteiden häviämisen vähentämiseksi. Muita transistoreita voidaan käyttää, vaikka esijännitystä ja palautetta on ehkä muutettava. Säilyville kiteille, jotka on suunniteltu värähtelemään haluamiesi tilojen lisäksi, kuvan 7 piiri ehdotti voimakkaasti

Palautetta säätelee hana Q1: n kerääjän kuormituksella. Amplitudin rajoittaminen on tärkeää, jotta kidehajonta säilyy rajojen sisällä. 50 kHz: n kiteiden kelan on oltava 2 mH ja sen resonointikondensaattori 0,01 uF. Lähtö on noin 0,5 V rms, pohjimmiltaan siniaalto.

Lähettäjän tai lähteen seuraajapuskurin käyttö on erittäin suositeltavaa.

Jos käytetään rinnakkaismoodikideä, kiteen kanssa sarjassa ilmoitettu 1000 pF-kondensaattori on vaihdettava kiteen valituksi kuormituskapasitanssiksi (tyypillisesti 30, 50 - 100 pF tämän tyyppisille kiteille).

HF-KRISTALLISET OSKILAATTORIPIIRIT

Puolijohdemallit tunnetuille AT-leikattuille HF-kiteille ovat yleensä legioonoja. Tulokset eivät kuitenkaan välttämättä vastaa odotuksiasi. Suurin osa välttämättömistä kiteistä aina 20 MHz: iin saakka valitaan tyypillisesti rinnakkaismoodin toimintaan.

Tämän tyyppisiä kiteitä voidaan kuitenkin käyttää sarjamoodilla varustetuissa oskillaattoreissa sijoittamalla haluttu kuormituskapasitanssi sarjaan kiteen kanssa, kuten aiemmin todettiin. Kahden piirin tyyppiä käsitellään jäljempänä.

Hyvä oskillaattori 3 - 10 MHz: n alueelle, joka ei vaadi viritettyä piiriä, on esitetty kuvassa 8 (a). Se on luonnollisesti sama piiri kuin kuvassa 6. Piiri toimii erittäin hyvin 1 MHz: iin asti, kun C1 ja C2 ovat yli 470 pF ja 820 pF. Sitä voidaan käyttää 15 MHz: iin, jos C1 ja C2 pienenevät arvoon 120 pF ja 330 pF. vastaavasti.

Tätä virtapiiriä suositellaan ei-kriittisiin tarkoituksiin, joissa halutaan suuri harmoninen lähtö tai ei vaihtoehto. Viritetyn piirin sisällyttäminen kohtaan 8b minimoi harmonisen ulostulon merkittävästi.

Viritetty piiri, jolla on merkittävä Q, on yleensä suositeltava. 6 MHz: n oskillaattorissa olemme saavuttaneet seuraavat tulokset. Käämin Q ollessa 50 toinen harmoninen oli 35 dB koko matkan.

Q: n ollessa 160, se oli ollut -50 dB! Vastusta Rf voidaan muuttaa (lisätä hieman) tämän parantamiseksi. Lähtöä nostetaan lisäksi korkean Q-kelan avulla.

Kuten aiemmin havaittiin, pienentyneellä palautteella se vaatii useita kymmeniä sekunteja, jotta 100%: n lähtö saavutetaan kytkennästä, taajuuden vakaus on silti fantastinen.

Toiminta eri taajuuksilla voidaan saavuttaa säätämällä kondensaattoreita ja keloja tehokkaasti.

Tämä piiri (kuva 8) voitaisiin myös muuttaa erittäin hyödylliseksi VXO: ksi. Pieni induktanssi määritellään sarjassa kiteen kanssa ja yhtä takaisinkytkentäpiirin kondensaattoreista käytetään muuttuvana tyyppinä.

Yhteinen kaksiryhmäinen 10-415 pF -lähettimen virityskondensaattori suorittaa tehtävän täydellisesti. Jokainen jengi on muodostettu rinnan.

Viritysalueen määrää kide, L1: n induktanssi ja taajuus. Suuremmalle alueelle pääsee yleensä käyttämällä korkeamman taajuuden kiteitä. Stabiilisuus on erittäin hyvä, lähestymällä kiteen vakautta.

VHF-OSKILAATTORI-MULTIPLIER

Kuvan 10 piiri on muunnettu versio ”impedanssia kääntävästä” ylisävyoskillaattorista. Tyypillisesti impedanssikääntöpiirin avulla kollektori on joko virittämättä tai maadoitettu radiotaajuutta varten.

Kerääjä voidaan virittää kahdesti tai kolminkertaiseksi kidetaajuudeksi tuotoksen minimoimiseksi kidetaajuudella, ehdotetaan 2x viritetty piiri.

EI SAA KOSKAAN virittää keräilijää kiteen taajuudelle, muuten piiri voi värähtelyä taajuudella, joka saattaa olla kiteen hallinnan ulkopuolella. Keräimen johto on pidettävä hyvin pienenä ja yksi yhtä paljon kuin pystyt.

Tämäntyyppisiä piirejä käyttävät lopputulokset olivat hyviä. Melkein kaikki lähdöt halutun lähdön lisäksi olivat olleet -60 dB tai korkeammat.

Melutaso saavuttaa vähintään 70 dB halutulla teholla. Tämä luo erinomaisen muunnososkillaattorin VHF / UHF-muuntimille.

Käytännössä 2 V RF voidaan saada L3: n kuumasta päätelaitteesta (tekijän alkuperäinen 30 MHz: n taajuudella). Zenerin säännelty toimitus on erittäin suositeltavaa.

Kuten kaaviossa todettiin, erilaiset piiriarvot ovat välttämättömiä erilaisille transistoreille. Erityisen rakenteen harhautukset saattavat myös vaatia muutoksia. L1: tä voidaan käyttää kiteen siirtämiseen taajuudella. Pieniä taajuusmuutoksia (noin 1 ppm) tapahtuu säätämällä L2 ja L3 sekä kuorman vaihteluita. Sanottuaan, että todellisessa testauksessa nämä asiat voivat olla merkityksettömiä.