КВАРЦЕВЫЙ ОБЕРТОННЫЙ БЕСКОНТУРНЫЙ ГЕНЕРАТОР
В.АРТЕМЕНКО, UT5UDJ, Украина, 01021, г.Киев-21, а/я 16.
В [1] была приведена схема бесконтурного кварцевого генератора, собранного на двух биполярных транзисторах, которая позволяла возбуждать кварцы как на первой механической (основной), так и на третьей механической гармониках. Вниманию читателей предлагается новая схема бесконтурного кварцевого генератора, в которой возможно возбуждение кварцев как на первой, так и на высших нечетных гармониках (обертонах).
Рис.1
Прототип подобной схемы (рис.1) широко используется радиолюбителями в качестве генератора - по ВЧ параллельный LC-контур включен между коллектором транзистора и общим проводом генератора ("землей"). На основе этого решения была изготовлена и успешно опробована конструкция кварцевого генератора (рис.2). В этой схеме кварц фактически заменяет параллельный колебательный контур L1-C3 на рис.1.
Рис.2
Следует учесть, что заменить этот контур непосредственно кварцевым резонатором не представляется возможным, т.к. кварц имеет практически бесконечное сопротивление по постоянному току.
Вариант, когда вместо катушки L1 установлен дроссель, а вместо конденсатора С3 - кварц, также оказывается нерабочим вследствие достаточно большой вероятности возникновения колебаний не на частоте кварца, а на частоте, определяемой индуктивностью дросселя и емкостью конденсаторов С4, С5 и статической емкостью кварца Со кв. Поэтому было решено в качестве коллекторной нагрузки транзистора использовать достаточно высокоомный резистор, а дроссель из схемы вообще исключить. В принципе, дроссель можно было бы зашунтировать низкоомным резистором, но такой резистор зашунтировал бы и кварцевый резонатор, и в этом случае генерация может и не возникнуть.
При максимальной емкости конденсатора С4* можно получать генерацию кварца на первой механической гармонике, при минимальной - соответственно на третьей механической гармонике. Схема кварцевого генератора имеет три выхода ВЧ-колебаний: выход 1 - наиболее высокоомный, выход 3 - наиболее низкоомный, и выход 2, который занимает по выходному сопротивлению промежуточное положение.
При исследовании работы этой конструкции были отмечены некоторые интересные особенности. Так, емкостей конденсаторов С2*, С4* и С5* не хватает для работы кварцев с частотой основной гармоники, меньшей 9 МГц, вследствие увеличения их реактивного сопротивления при снижении частоты, поэтому для получения генерации на частотах ниже 9 МГц следует несколько увеличить емкости этих конденсаторов (подбирая их опытным путем), но сохраняя при этом соотношение этих емкостей неизменным. Например, при уменьшении емкости конденсатора С4* от 25 до 5 пФ кварцевый резонатор вначале будет генерировать на первой механической гармонике, затем - в области двухчастотных колебаний, а при дальнейшем уменьшении емкости С4* происходит перескок частоты генератора на частоту третьей механической гармоники кварца. Однако для кварцев, которые возбуждаются в данной схеме только на первой механической гармонике, по мере уменьшения емкости конденсатора С4* вначале наблюдаются стабильные колебания на этой гармонике, затем следует зона неустойчивых (многочастотных) колебаний, а при дальнейшем уменьшении емкости этого конденсатора наблюдается уже срыв колебаний.
Особенностью предлагаемой схемы является также тот факт, что на третьей механической гармонике возбуждаются даже те кварцы, которые отказываются генерировать в схеме, приведенной в [1]. Таким образом, используя данную схему и схему [1], можно получить генерацию на третьей механической гармонике для большого процента всех промышленно выпускаемых кварцевых резонаторов. Однако при практическом использовании такого генератора необходимо применить хороший буферный каскад (рис.3). Такой каскад рекомендуется изготовить из двух (лучше трех) последовательно включенных эмиттерных повторителей. При этом первый каскад буферного усилителя можно подключить через конденсатор емкостью около 5 пФ к выходу 2 (рис.2), или через конденсатор емкостью около 10 пФ к выходу 3 схемы. Заметим, что буферный каскад необходим и при экспериментах со схемой этого генератора, например, при измерении генерируемой частоты.
Рис. 3
Настройка схемы бесконтурного генератора (рис.3) начинается с проверки работоспособности всех используемых компонентов(особенно транзисторов VT1...VT4, стабилитрона VD1 и кварцевого резонатора ZQ1). Затем производится установка режимов работы транзистора VT1 по постоянному току. Для этого вначале в плату генератора не впаивают С3, С5*...С8* и ZQ1. Подав напряжение на плату генератора и подбирая сопротивление резистора R2*. добиваются получения на коллекторе транзистора VT1 напряжения около +3,5...4 В. При этом следует проконтролировать напряжение на эмиттерах транзисторов VT2...VT4 составного эмиттерного повторителя (последний нуждается только в контроле работоспособности). На эмиттере транзистора VT2 должна присутствовать примерно половина напряжения питания, т.е. +6 В (допуск - ±1...2 В).
На эмиттере транзистора VT3 должно быть напряжение на 0,5...0,7 В меньше, чем на эмиттере транзистора VT2 (за счет падения напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT3). Соответственно, на эмиттере транзистора VT4 должно присутствовать постоянное напряжение, примерно равное половине напряжения питания (6±1...2 В).
Далее, установив элементы С3, С5*...С8* и ZQ1, вращают ротор конденсатора С5* в положение максимальной емкости. Движок резистора R10 "Выходное напряжение генератора" должен находиться в нижнем по схеме положении. Подключив к выходу генератора частотомер, постепенным перемещением движка резистора R10 в верхнее по схеме положение добиваются плавного увеличения выходного напряжения генератора и устойчивых показаний частотомера.
|
Емкость подстроечного конденсатора С5* |
Частота, кГц |
Максимальное выходное напряжение генератора на нагрузке 50 Ом, мВ |
|
Максимальная |
10003,15 |
530 |
|
Минимальная |
29988,60 |
80 |
|
Примечание: Максимальное выходное напряжение соответствует установке движка резистора R10 в крайнее верхнее (по схеме) положение |
||
Затем, уменьшая емкость подстроечного конденсатора С5*, наблюдают за показаниями частотомера.
В ходе изменения емкости конденсатора С5* необходимо также контропировать уровень выходного напряжения генератора для обеспечения устойчивых показаний частотомера, т.к. при "перескоке" частоты кварца на третью гармонику выходное напряжение генератора значительно уменьшается.
В качестве примера в таблице приведены данные, полученные в процессе исследования работы одного из кварцевых резонаторов при минимальной и максимальной емкости подстроечного конденсатора С5*. Корпус резонатора - металлический, надпись на корпусе-"CQ 10000". Как видно из таблицы, при генерации на третьей механической гармонике для данного кварца максимальное выходное напряжение генератора уменьшается в 6,625 раз (16,4 дБ).
Литература
1. В.Артеменко. Бесконтурный кварцевый генератор. - Радиолюбитель, 2000, N8, С.27.
РЛ. КВ и УКВ. 1/2002