Кварцевый резонатор в ВЧЧгенераторе

Кварцевый резонатор в настоящее время является неотъемлемой частью многих схемотехнических решений высокочастотных генераторов миниатюрных радиопередатчиков и радиомикрофонов. Использование кварцевых резонаторов обусловлено, в первую очередь, повышением требований к стабильности несущей частоты формируемого ВЧ-генератором сигнала и, соответственно, частоты сигнала, излучаемого передающим устройством.

Прежде чем перейти к рассмотрению схемотехнических решений кварцевых генераторов высокочастотного сигнала несущей частоты, применяемых в малогабаритных транзисторных радиопередающих устройствах, следует вспомнить основополагающие принципы функционирования кварцевого резонатора.

Конструктивно кварцевый резонатор представляет собой обработанную соответствующим образом пластину кварца, механически закрепленную в специальном держателе. Главной отличительной особенностью такой кварцевой пластины являются ее пьезоэлектрические свойства, проявляющиеся в ее механической деформации под воздействием электрического поля. Этот эффект, часто называемый обратным пьезоэлектрическим эффектом, обеспечивает возникновение механических колебаний кварцевой пластины в том случае, если она будет помещена в переменное электрическое поле. При этом частота возникших механических колебаний равна частоте колебаний электрического поля. Механические колебания, в свою очередь, вызывают появление на поверхности кварцевой пластины изменяющегося соответствующим образом электрического заряда, который инициирует появление в цепи переменного тока (прямой пьезоэлектрический эффект). Величина этого тока зависит от амплитуды механических колебаний кварцевой пластины.

При приближении частоты колебаний внешнего электрического поля к собственной резонансной частоте механических колебаний кварцевой пластины амплитуда механических деформаций резко возрастает, а при совпадении этих частот становится максимальной. Максимумы амплитуды могут возникать и в том случае, когда частота колебаний внешнего электрического поля будет кратной частоте механического резонанса.

Подробное рассмотрение конструктивных особенностей, механических свойств и электрических параметров кварцевых резонаторов выходит за рамки данной книги. Дополнительную информацию заинтересованный читатель найдет в специализированной литературе и в сети Интернет. Поэтому далее приводится весьма краткая информация, касающаяся особенностей функционирования кварцевых резонаторов в транзисторных ВЧ-генераторах миниатюрных радиопередатчиков.

Кварцевый резонатор, включенный в электрическую цепь, можно представить в виде последовательного колебательного контура, в состав которого входят эквивалентная индуктивность пластины LЭКВ, ее эквивалентная емкость СЭКВ, а также сопротивление потерь RЭКВ. Эта цепочка образует так называемую динамическую ветвь. Поскольку кварцевая пластина установлена в специальном держателе, обладающем определенной статической емкостью С0, в состав эквивалентной схемы параллельно последовательному контуру следует включить и эту емкость, которая образует так называемую статическую ветвь. Эквивалентная схема кварцевого резонатора приведена на рис. 3.12.

Кварцевый резонатор в ВЧЧгенераторе

Рис. 3.12. Эквивалентная схема кварцевого резонатора

Эквивалентная схема кварцевого резонатора определяет наличие двух резонансных частот. Первая из них представляет собой резонансную частоту последовательного колебательного контура (частота последовательного резонанса), значение которой рассчитывается на основании параметров входящих в его состав элементов и практически совпадает с частотой механического резонанса пластины. Наличие емкости, подключенной параллельно динамической ветви, приводит к появлению резонансной частоты параллельного колебательного контура (частота параллельного резонанса), которая выше частоты последовательного резонанса.

На частотах ниже частоты последовательного резонанса сопротивление контура имеет емкостной характер, поскольку ток контура опережает напряжение. Непосредственно на частоте последовательного резонанса сопротивление контура минимально, а ток и напряжение совпадают по фазе. На частотах, находящихся между частотами последовательного и параллельного резонансов, сопротивление эквивалентного контура имеет индуктивный характер. В результате в параллельном контуре, образованном этой индуктивностью и емкостью статической ветви, возникает параллельный резонанс на соответствующей частоте. При этом общее сопротивление контура максимально, а ток и напряжение совпадают по фазе.

На основании рассмотренных особенностей эквивалентной схемы кварцевого резонатора можно сделать вывод о том, что возможны несколько вариантов его применения в транзисторных ВЧ-генераторах малогабаритных радиопередающих устройств.

Во-первых, схемотехническое решение высокочастотного генератора может быть основано на использовании кварцевого резонатора в качестве элемента с индуктивным сопротивлением в составе резонансного контура. Обычно в таких генераторах, выполненных по трехточечной схеме и часто называемых осцилляторными, кварцевый резонатор применяется в качестве одного из реактивных сопротивлений трехточки. При этом в емкостной трехточке кварцевый резонатор включается между коллектором и базой транзистора, а в индуктивной трехточке – либо между эмиттером и базой, либо между эмиттером и коллектором транзистора активного элемента.

Во-вторых, схемотехническое решение высокочастотного генератора может быть основано на использовании кварцевого резонатора в качестве последовательного резонансного контура. В таких генераторах, часто называемых генераторами последовательного резонанса, кварцевый резонатор включается в цепь положительной обратной связи, а его эквивалентное сопротивление имеет активный характер.

В-третьих, кварцевый резонатор может быть подключен параллельно резонансному контуру генератора. В таких схемах, часто называемых схемами с затягиванием, образуется система из двух взаимно связанных контуров. Одним из этих контуров является кварцевый резонатор, который должен работать на частоте параллельного резонатора. Следует признать, что схемотехнические решения, основанные на схемах с затягиванием, применяются сравнительно редко.

Некоторые специалисты выделяют в отдельную группу кварцевые генераторы, в которых частота генерации представляет собой одну из нечетных гармоник частоты кварцевого резонатора. Чаще всего это третья или пятая гармоника, однако иногда могут использоваться 15-я и даже 21-я гармоники. Такие генераторы называют гармониковыми.

При разработке малогабаритных транзисторных радиопередающих устройств широкое распространение получили схемотехнические решения высокочастотных генераторов первых двух групп, то есть осцилляторных генераторов и генераторов последовательного резонанса. Необходимо отметить, что в специализированной литературе и в сети Интернет можно найти большое количество конструкций, которые представляют собой модификации указанных генераторов, а их схемы лишь на первый взгляд имеют принципиально значимые отличия от основополагающих схемотехнических решений. В данном разделе будут рассмотрены особенности работы генераторов с кварцевой стабилизацией частоты, основу которых составляют лишь наиболее часто применяемые схемотехнические решения.

Похожие книги из библиотеки

Солдаты и конвенции. Как воевать по правилам

Во время Второй мировой войны миллионы советских военнопленных погибли в немецких концлагерях из-за того, что фашистская Германия проводила по отношению к ним, как и ко всему русскому народу, политику геноцида. После войны гитлеровские палачи оправдывали зверское отношение к советским людям тем, что СССР не подписал Женевскую конвенцию о военнопленных. Хотя никто не мешал немцам соблюдать в отношении советских пленных ее принципы. Более того, и сейчас находятся историки, в том числе и в России, которые цинично провозглашают, что в гибели наших соотечественников в немецких лагерях виноват вовсе не Гитлер и его последователи, уморившие голодом, расстрелявшие, лишившие медицинской помощи попавших в плен, то есть, фактически денонсировавший Женевскую конвенцию, а Сталин, отказавшийся ее подписать. По сути, эти историки повторяют геббельсовскую пропаганду. Целью этой книги является разоблачение этой старой но живучей лжи и восстановление исторической истины.

Тайна Безымянной высоты. 10-я армия в Московской и Курской битвах. От Серебряных Прудов до Рославля.

Это был стремительный и кровавый марш из юго-восточного Подмосковья через районы Тульской и Калужской областей до Смоленщины. Месяц упорных и яростных атак в ходе московского контрнаступления, а затем – почти два года позиционных боев в районе Кирова и Варшавского шоссе. И – новый рывок на северном фасе Курской дуги. Именно солдатам 10-й армии довелось брать знаменитую Безымянную высоту, ту самую, «у незнакомого поселка», о которой вскоре после войны сложат песню.

В книге известного историка и писателя, лауреата литературных премий «Сталинград» и «Прохоровское поле» Сергея Михеенкова на основе документов и свидетельств фронтовиков повествуется об этом трудном походе. Отдельной темой проходят события, связанные с секретными операциями ГРУ в так называемом «кировском коридоре», по которому наши разведывательно-диверсионные отряды и группы проникали в глубокий тыл немецких войск в районах Вязьмы, Спас-Деменска, Брянска и Рославля. Другая тема – судьба 11-го отдельного штрафного батальона в боях между Кировом и Рославлем.

Рассекреченные архивы и откровения участников тех событий легли в основу многих глав этой книги.

Пистолеты и револьверы. Выбор, конструкция, эксплуатация

В книге изложены история, конструктивные и эксплуатационные особенности наиболее интересных и выдающихся образцов автоматических пистолетов и револьверов – от самого зарождения этого класса оружия до наших дней. Книга рассчитана не на профессионалов стрелкового дела, а на тех мужчин, кто хочет вступить в «оружейный мир» уже вооруженный знаниями – об оружии, его истории, удобстве использования и предназначении.

Кроме того, книга поможет определиться тем, кто в данный момент выбирает для себя гражданское оружие самообороны, и сделать выбор, который, возможно, однажды спасет вам жизнь.

Неизвестный Лангемак. Конструктор «катюш»

Он был одним из величайших конструкторов XX века, главным инженером первого в мире Реактивного института, пионером космонавтики (именно Г.Э. Лангемак ввел этот термин), соавтором легендарной «Катюши» – но звание Героя Социалистического Труда получил лишь посмертно. Его арестовали по доносу подчиненного, осудили как «вредителя», «заговорщика» и «врага народа» и казнили в январе 1938 года. Полвека спустя маршал Устинов сказал: «Если бы Лангемака не расстреляли, я был бы у него замом, а первым космонавтом стал бы не Гагарин, а Титов». Успей Георгий Эрихович завершить свои разработки – мы бы сейчас осваивали систему Юпитера, а на Луну летали бы (как мечтал Королев) «по профсоюзным путевкам».

Почему все эти великие начинания пошли прахом? Кто погубил великого конструктора и присвоил его открытия? Как разгромили Реактивный институт, замедлив развитие космонавтики на десятилетия? Воздавая должное гению Лангемака, эта фундаментальная биография проливает свет на самые героические и трагические страницы родной истории.