Точность настройки кварцевого генератора

Кварцевые генераторы

Относительная нестабильность частоты автогенераторов, выполняемых на резонаторах в виде LC-контуров, обычно не ниже 10 -3 . 10 -4 . Стабильность частоты генератора существенно зависит от добротности и стабильности колебательной системы. Добротность LC-контура обычно не выше 200. 300. К современным радиопередатчикам и приемникам предъявляются более высокие требования по стабильности частоты. Обычно требуется долговременная относительная нестабильность частоты не хуже чем 10 -6 . 10 -8 , что можно обеспечить, применяя кварцевые резонаторы. Добротность кварцевых резонаторов во много раз превышает добротность резонаторов на LC-контурах и составляет 10 4 . 10 6 .

Существует много схем кварцевых автогенераторов. Поэтому возникла необходимость рассмотреть наиболее часто применяемые на практике схемы. Общепринятая эквивалентная схема кварцевого резонатора изображена на рис.1. Динамическая индуктивность Ls, динамическая емкость Cs и сопротивление потерь Rs обусловлены наличием прямого и обратного пьезоэффекта и резонансными свойствами пьезоэлемента. Параллельная емкость Ср обусловлена межэлектродной емкостью пьезоэлектрика, емкостью корпуса и монтажа. Резонансная частота динамической ветви называется частотой последовательного резонанса кварцевого резонатора Fs. Добротность кварцевого резонатора Q определяется динамической ветвью в соответствии с формулой для последовательного колебательного контура Q =(2pFsLs)/Rs

Частота параллельного резонанса Fp несколько выше Fs, что обусловлено параллельным резонансом Ср, Cs и Ls. Важным параметром кварцевого резонатора является отношение его параллельной емкости к динамической, обозначаемое г и называемое емкостным коэффициентом r=Cc/Cs

По разным литературным источникам, емкостной коэффициент для АТ-среза кварца равен 220. 250. Учитывая, что Cs/Cp<0,1, можно пользоваться приближенным выражением для частоты параллельного резонанса Fp=Fs(1+(Cs/2Cp)). Для емкостного коэффициента г>25 резонансный интервал, определяемый как разность между частотами параллельного и последовательного резонансов кварцевого резонатора, можно записать в виде dF=Fs/2r. На механических гармониках кварцевого резонатора резонансный интервал уменьшается и определяется выражением dFn=Fs/(2rn2), где n — номер гармоники.

Емкостной коэффициент определяет величину резонансного промежутка резонатора, следовательно, девиацию частоты управляемого кварцевого генератора, стабильность частоты при изменении параметров схемы, условия возникновения и поддержания колебаний в схеме кварцевого автогенератора. Для оценки способности кварцевого резонатора возбуждаться, в некоторых схемах кварцевых генераторов используют параметр, называемый фактором качества. Он определяется как отношение добротности резонатора к его емкостному коэффициенту м=Q/r.

Для кварцевых резонаторов значения М лежат в пределах от 1 до 10000. При М<2 реактивное сопротивление резонатора оказывается положительным (емкостным) и не имеет области индуктивной реакции. Следовательно, возбуждение такого резонатора в схемах кварцевых генераторов, требующих индуктивной реакции, становится невозможным. При М>2 резонатор имеет область индуктивной реакции, и чем больше значение М, тем эта область шире. На практике шире всего распространены два вида кварцевых генераторов: а) генераторы, в которых кварцевый резонатор является частью колебательного контура и эквивалентен индуктивности; б) генераторы, в которых кварцевый резонатор включен в цепь обратной связи, используется как узкополосный фильтр и эквивалентен активному сопротивлению.

Кварцевые генераторы, в которых кварцевый резонатор используется в качестве элемента контура с индуктивной реакций, называют осцилляторными, а генераторы, в которых кварцевый резонатор включен в цепь обратной связи, называют генераторами последовательного резонанса.

Осцилляторная схема кварцевого генератора с кварцем между коллектором и базой, выполненная по схеме с заземленным эмиттером (емкостная трехточка) приведена на рис.2.

В настоящее время емкостная трехточка находит широкое применение в диапазоне частот до 22 МГц при работе резонатора на основной частоте, и до 66 МГц при возбуждении на третьей механической гармонике (рис.3). Автогенератор с кварцевым резонатором между коллектором и базой в схеме с заземленным по высокой частоте эмиттером, не склонен к паразитным колебаниям на ангармонических обертонах, имеет превосходную стабильность частоты при изменении питающего напряжения и температуры окружающей среды.

Влияние изменений реактивных параметров транзистора, зависящих от напряжения питания и времени,ослабляется с ростом емкостей С1, СЗ (рис.2), т.е. с приближением рабочей частоты автогенератора к Fg. Однако чрезмерное увеличение емкостей приводит к ухудшению условий самовозбуждения. С другой стороны, с увеличением емкостей растет рассеиваемая на резонаторе мощность, что ведет к увеличению нестабильности генерируемой частоты. По техническим условиям рассеиваемая мощность на кварце ограничена 1. 2 мВт. Однако в диапазоне частот 1. 22 МГц при такой рассеиваемой мощности частота последовательного резонанса зависит от рассеиваемой мощности, а коэффициент пропорциональности составляет (0,5. 2) •10-9 Гц/мкВт, поэтому для высокостабильных генераторов рассеиваемую мощность на резонаторе следует ограничить величиной 0,1. 0,2 мВт.

На практике рекомендуется выбирать емкости С1, СЗ так, чтобы частота генерации отстояла от Fs не более чем на четверть резонансного интервала. При возбуждении кварцевого резонатора на нечетных механических гармониках кварца, вместо резистора R3 включают катушку индуктивности Lк (рис.3). На частоте генерации контур Lк-С4 должен иметь емкостное сопротивление, т.е. его резонансная частота должна быть ниже частоты генерации. Параметры контура следует выбирать так, чтобы его собственная частота составляла 0,7. 0,8 от частоты генерации. В результате контур имеет емкостную проводимость на частоте необходимой гармоники, что исключает возможность генерации на низших гармониках и основной частоте.

В осцилляторных генераторах, работающих на частоте выше 22 МГц, резонатор обычно возбуждают на 3-й или 5-й гармонике, но не на более высоких, так как сильно сказывается влияние параллельной емкости. Чаще чем приведенная на рис.2, применяется емкостная трехточечная схема кварцевого генератора с кварцевым резонатором между коллектором и базой в схеме включения транзистора с заземленным коллектором (рис.4). Эта схема особенно удобна для генераторов с электронной перестройкой частоты (при включении последовательно с кварцем варикапа), и имеет меньшее количество блокировочных элементов, чем схема с заземленным эмиттером. Многие специалисты в области кварцевых генераторов считают емкостную трехточку наилучшей из всех схем кварцевых генераторов, работающих на основной или 3-й механической гармонике резонатора. Следует отметить, что существует схема емкостной трехточки, не содержащая индуктивности, которая возбуждается на 3-й и 5-й гармониках.

Автогенератор с кварцем в контуре. Если в схеме на рис.4 последовательно с кварцем включить катушку индуктивности L1, это приведет к появлению новых свойств, т.е. в генераторе (рис.5) возможны автоколебания, не стабилизированные кварцевым резонатором. На высоких частотах, где реактивное сопротивление параллельной емкости резонатора меньше реактивного сопротивления динамической ветви кварцевого резонатора, возможно самовозбуждение через параллельную емкость Ср. Наличие индуктивности L1 означает возможность выполнения баланса фаз на

частоте последовательного резонанса, а также в некоторой области расстроек ниже частоты последовательного резонанса. Индуктивность L1 обеспечивает выполнение баланса фаз в условиях, когда М<2, и эквивалентное реактивное сопротивление кварца не может иметь индуктивный характер. Это значит, что генератор с кварцем в контуре может работать на более высоких частотах и более высоких номерах механических гармоник кварцевого резонатора. Для исключения паразитного самовозбуждения через параллельную емкость Ср, которое наиболее вероятно на высоких частотах и на высших механических гармониках, параллельно резонатору включают резистор R1, который вносит потери в контур паразитного самовозбуждения.

Снизить требования к активности кварцевого резонатора на механических гармониках можно при использовании схем генераторов последовательного резонанса. Так как при повышении частоты и номера гармоники активность кварцевого резонатора уменьшается из-за увеличения его эквивалентного сопротивления и повышения шунтирующего влияния статической (параллельной) емкости Ср, необходимо ее нейтрализовать или компенсировать. Нейтрализацию можно осуществить в мостовой схеме, где кварц помещают в одно из плеч сбалансированного моста.

Мостовой автогенератор последовательного резонанса. В схеме, приведенной на рис.6, при точном балансе моста (Ср=С2, ХL1-2=ХL2-3) обратная связь осуществляется только через динамическую ветвь резонатора. На механической гармонике кварцевого резонатора резко возрастает проводимость последовательной ветви резонатора, мост разбалансируется, и при соответствующем выборе элементов схемы генератор возбуждается. Контур L1-C3 должен быть настроен на частоту требуемой гармоники.

В этой схеме удается возбудить кварцевые резонаторы на 5-й или 7-й гармониках. Схемы с нейтрализацией статической емкости резонатора весьма критичны к режиму работы и сложны в регулировке, хотя их можно применять на частотах до 100 МГц. Верхний предел частот генератора с нейтрализацией обусловлен трудностью получения большого эквивалентного сопротивления контура с ростом частоты, так как начальную емкость контура нельзя сделать малой из-за паразитных емкостей.

Схема Батлера (рис.7) характеризуется наибольшей устойчивостью к дестабилизирующим факторам в диапазоне до 100 МГц. Верхний предел генерируемых частот обусловлен ухудшением свойств эмиттерного повторителя. В схеме Батлера кварцевый резонатор включен в цепь обратной связи между эмиттерами транзисторов. Транзистор VT1 включен по схеме с общим коллектором, а транзистор VT2 — с общей базой. Недостатком этой схемы является склонность к паразитному самовозбуждению из-за связи выхода со входом через параллельную емкость кварца Ср. Для устранения этого явления параллельно кварцу подключают катушку индуктивности, образующую совместно с параллельной емкостью кварца резонансный контур, настраиваемый на частоту паразитного колебания.

Автогенератор по схеме Батлера на одном транзисторе с компенсацией Ср. На частотах до 300 МГц целесообразно применять однокаскадные схемы фильтров, например, схему фильтра с общей базой (рис.8). По существу, такой автогенератор представляет собой однокаскадный усилитель, в котором контур соединен с эмиттером биполярного транзистора через кварцевый резонатор, выполняющий роль узкополосного фильтра. Контур, образованный параллельной емкостью кварца Ср и катушкой L2, настраивают на частоту используемой гармоники. С увеличением рабочей частоты возрастают эквивалентные проводимости транзистора, т.е. выполнение условий самовозбуждения ухудшается. Однако, несмотря на это, условия самовозбуждения этого автогенератора на высоких частотах выполняются легче, чем автогенераторов с кварцем между коллектором и базой и кварцем в контуре, что определяет его преимущество.

Читайте также  Бензиновом генераторе daewoo gda 7500e 3

В заключение необходимо отметить, что рассмотренные схемы кварцевых генераторов не исчерпывают всего многообразия схем генераторов, стабилизированных кварцевым резонатором, и на выбор схемы решающее влияние оказывают наличие кварцевых резонаторов с необходимыми эквивалентными параметрами, требования к выходной мощности, к мощности, рассеиваемой на резонаторе, долговременной стабильности частоты и др.

Немного о резонаторах. При выборе резонатора для генератора особое внимание следует обращать на добротность резонатора — чем она выше, тем стабильнее частота. Наибольшей добротностью обладают вакуумированные резонаторы. Но чем добротнее резонатор, тем он дороже. Часто встречаются резонаторы с большим уровнем побочных резонансов.

В СССР, кроме резонаторов из кварца, выпускались резонаторы из ниобата лития (с маркировкой РН или РМ), танталата лития (с маркировкой РТ) и из других пьезоэлектриков. Так как эквивалентные параметры таких резонаторов отличаются от параметров кварцевых резонаторов, они могут не возбуждаться в схемах, в которых отлично работают кварцы, хотя частота, маркированная на корпусе, может быть одинаковой. У них могут быть хуже стабильность частоты и точность настройки. Предприятия СССР, как правило, выпускали кварцевые резонаторы с основной частотой до 20. 22 МГц, а выше — на механических гармониках. Это связано с устаревшей технологией обработки кварцевых пластин. Зарубежные предприятия выпускают кварцы с основной частотой 35 МГц. Ведущие зарубежные фирмы выпускают резонаторы в виде так называемой обратной мезаструктуры, работающие на объемных колебаниях сдвига по толщине, у которых частота первой гармоники достигает 250 МГц! Используя такие кварцевые резонаторы в схемах генераторов, в которых в качестве колебательных систем применяются системы с распределенными параметрами индуктивности и емкости, можно получить высокостабильные колебания вплоть до частоты 750 МГц без умножения частоты!

Точность настройки кварцевого генератора

Термины и определения

Crystal oscillators. Terms and definitions

Дата введения 1979-01-01

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 28 декабря 1977 г. N 3092 дата введения установлена 01.01.79

Проверен в 1984 г.

ИЗДАНИЕ с Изменением N 1, утвержденным в марте 1985 г. (ИУС 6-85).

Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения кварцевых генераторов.

Термины, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, учебниках, учебных пособиях, технической и справочной литературе. Приведенные определения можно, при необходимости, изменять по форме изложения, не допуская нарушения границ понятий.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов — синонимов стандартизованного термина запрещается. Недопустимые к применению термины-синонимы приведены в стандарте в качестве справочных и обозначены "Ндп".

Для отдельных стандартизованных терминов в стандарте приведены в качестве справочных их краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования.

В стандарте в качестве справочных приведены иностранные эквиваленты на английском языке.

В стандарте в приложении приведены модуляционная характеристика и график нелинейности модуляционной характеристики управляемого напряжением кварцевого генератора.

В стандарте приведены алфавитные указатели содержащихся терминов на русском и английском языках.

Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткая форма — светлым, а недопустимые синонимы — курсивом.

1. Кварцевый генератор

Генератор переменного напряжения, стабилизирующим элементом частоты которого является кварцевый резонатор или пьезоэлемент

2. Гармониковый кварцевый генератор

Overtone crystal oscillator

Кварцевый генератор с порядком колебания кварцевого резонатора или пьезоэлемента выше первого

3. Простой кварцевый генератор

Packaged crystal oscillator

Кварцевый генератор без дополнительных элементов, предназначенных для улучшения каких-либо его параметров

4. Управляемый кварцевый генератор

Controlled crystal oscillator

Кварцевый генератор, частоту которого можно изменять внешним воздействием

5. Термокомпенсированный кварцевый генератор

Temperature compensated crystal oscillator

Кварцевый генератор, отклонение частоты которого в интервале рабочих температур уменьшается с помощью специальной электрической схемы

6. Термостатированный кварцевый генератор

Oven controlled crystal oscillator

Кварцевый генератор, в котором термостабилизирован кварцевый резонатор или пьезоэлемент, а при необходимости, другие элементы электрической схемы для уменьшения влияния температуры окружающей среды

7. Дискретный кварцевый генератор

Crystal oscillator with discrete elements

Кварцевый генератор, кварцевый резонатор и другие элементы которого представляют собой дискретные элементы, имеющие гальванические связи

8. Интегральный кварцевый генератор

Integrated crystal oscillator

Кварцевый генератор, элементы схемы которого, за исключением активных элементов, выполнены на одной пьезоэлектрической подложке методом планарной технологии

9. Гибридный кварцевый генератор

Кварцевый генератор, содержащий дискретные элементы и элементы, выполненные методом планарной технологии

10. Тип кварцевого генератора

Crystal oscillator type

Конкретное сочетание конструкции кварцевого генератора и диапазона частот

11. Номинальная частота кварцевого генератора

Частота кварцевого генератора, установленная нормативно-технической документацией

12. Рабочая частота кварцевого генератора

Частота кварцевого генератора, измеренная в заданном рабочем режиме

13. Точность настройки кварцевого генератора

Ндп. Погрешность настройки

Максимальное отклонение рабочей частоты кварцевого генератора от номинальной при температуре настройки

14. Перестройка частоты кварцевого генератора

Ндп. Регулировка частоты

Преднамеренное изменение или коррекция частоты кварцевого генератора

15. Допускаемое отклонение частоты кварцевого генератора

Допускаемое отклонение частоты

Permissible frequency deviation

Максимальное отклонение частоты кварцевого генератора, работающего в заданных условиях, относительно номинальной частоты при воздействии различных дестабилизирующих факторов

16. Погрешность коррекции частоты кварцевого генератора

Отклонение рабочей частоты кварцевого генератора относительно значения номинальной частоты при коррекции

17. Время установления частоты кварцевого генератора

Время установления частоты

Интервал времени, за который устанавливается значение рабочей частоты после включения кварцевого генератора

18. Долговременная нестабильность частоты кварцевого генератора

Долговременная нестабильность частоты

Long-term frequency instability

Изменение рабочей частоты кварцевого генератора за заданный интервал времени, происходящее в заданном режиме и вызванное необратимыми изменениями, происходящими в элементах кварцевого генератора

19. Кратковременная нестабильность частоты кварцевого генератора

Кратковременная нестабильность частоты

Short-term frequency instability

Случайные изменения частоты кварцевого генератора относительно рабочей за заданный интервал времени

20. Паразитные колебания кварцевого генератора

Напряжения определенных частот, появляющиеся на выходе кварцевого генератора и не являющиеся гармоническими составляющими напряжения рабочей частоты

21. Нестабильность частоты кварцевого генератора от напряжения питания

Изменение рабочей частоты кварцевого генератора, вызванное изменением напряжения питания

22. Нестабильность частоты кварцевого генератора от нагрузки

Изменение рабочей частоты кварцевого генератора, вызванное изменением сопротивления нагрузки, измеряемое в заданном рабочем режиме

23. Температурная нестабильность частоты кварцевого генератора

Температурная нестабильность частоты

Temperature instability of frequency

Изменение рабочей частоты кварцевого генератора, вызванное изменением окружающей температуры

24. Температурный коэффициент частоты кварцевого генератора

Temperature coefficient of frequency

Отношение производной частоты по температуре при заданной температуре к рабочей частоте кварцевого генератора

25. Температурно-частотная характеристика кварцевого генератора

Frequency versus temperature characteristic

Зависимость рабочей частоты кварцевого генератора от окружающей температуры

26. Мощность, потребляемая кварцевым генератором во время включения

Power consumption during the switch-on period

Максимальная мощность, которую потребляет кварцевый генератор от источника питания до момента установления рабочей частоты

27. Мощность, потребляемая кварцевым генератором в установившемся режиме

Power consumption over steady-state conditions

Максимальная мощность, которую потребляет кварцевый генератор от источника питания после установления рабочей частоты

28. Интервал рабочих температур кварцевого генератора

Интервал рабочих температур

Operating temperature range

Интервал температур, в котором параметры кварцевого генератора должны оставаться в пределах норм, установленных в нормативно-технической документации

29. Температура настройки кварцевого генератора

Температура, при которой в процессе изготовления устанавливается или подстраивается рабочая частота кварцевого генератора

30. Модуляционная характеристика кварцевого генератора

Зависимость рабочей частоты кварцевого генератора от внешних воздействий

31. Нелинейность модуляционной характеристики кварцевого генератора

Modulation distortion linearity

Отношение отклонения допускаемой линейной модуляционной характеристики к полному изменению частоты, выражаемое в процентах

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ

Время установления частоты

Время установления частоты кварцевого генератора

Генератор кварцевый

Генератор кварцевый гармониковый

Генератор кварцевый гибридный

Генератор кварцевый дискретный

Генератор кварцевый интегральный

Генератор кварцевый простой

Генератор кварцевый термокомпенсированный

Генератор кварцевый термостатированный

Генератор кварцевый управляемый

Интервал рабочих температур

Интервал рабочих температур кварцевого генератора

Колебания кварцевого генератора паразитные

Коэффициент частоты кварцевого генератора температурный

Мощность, потребляемая кварцевым генератором во время включения

Мощность, потребляемая кварцевым генератором в установившемся режиме

Нелинейность модуляционной характеристики

Нелинейность модуляционной характеристики кварцевого генератора

Нестабильность частоты долговременная

Нестабильность частоты кварцевого генератора долговременная

Нестабильность частоты кварцевого генератора кратковременная

Нестабильность частоты кварцевого генератора от нагрузки

Нестабильность частоты кварцевого генератора от напряжения питания

Настройка частоты кварцевого осциллятора микроконтроллера

Причины «ухода» часов можно разделить на две группы. Первая — это нестабильность частоты кварцевого генератора под влиянием дестабилизирующих факторов: изменения температуры, питающего напряжения и т. д. Вторая группа — это неточность настройки самого кварцевого генератора. Вместо частоты f он генерирует частоту f+Δf, где Δf — ошибка настройки. Неправильно считать, что если к ножкам микроконтроллера припаян кварц с маркировкой f, то частота генерации та же.

Читайте также  Съемник обгонной муфты генератора force 674 678

Проделайте следующий эксперимент. На место кварца к микроконтроллеру последовательно припаиваются различные экземпляры кварцев, одного и разных производителей, с одинаковой маркировкой частоты (рис. 1). Ничто другое не меняется. После рассеяния тепла мерим частоту, и она оказывается разной, даже для кварцев одного производителя.

Схема кварцевого осциллятора

Рис. 1. Типичная схема кварцевого осциллятора микроконтроллера

Причина изменения частоты для кварцев одного типа и производителя — в разбросе параметров кварцев от экземпляра к экземпляру. Для кварцев разных производителей — это разные параметры кварцев. Разница с маркировкой иногда достигает несколько сотен герц!

Каким образом нужно мерить частоту кварцевого генератора? Разумеется, непосредственное соединение входов осциллоскопа или частотомера с одной из точек CLCKIN или CLCKOUT дало бы неверные результаты из-за входной емкости и входного сопротивления присоединяемого устройства. После его отсоединения частота изменится.

В своей практике автор использовал два подхода. Если микроконтроллер многоразового программирования (типа FLASH), вначале он программируется простой программой для вывода удобного порта (или одного бита порта) бесконечной последовательности чередующихся нулей и единиц. Частота повторения этой импульсной последовательности определяется по формуле fкв/n, где n — это внутренний коэффициент деления частоты кварцевого генератора.

Приведем для примера простую программу для вывода частоты f/n на порт B популярного микроконтроллера PIC16F84A:

title ‘quartz.asm’
list p=16f84a
#include < p16f84a.inc>
__CONFIG B’11111111110001’
org H’0000’
clrf INTCON
BANKSEL TRISB
clrf TRISB ;порт B как выход
BANKSEL PORTB
clrf PORTB ;1 такт
comf PORTB,f ;1 такт
goto $-2 ;2 такта
END

В этом микроконтроллере частота такта получается путем деления частоты кварца на 4. Для формирования одного периода импульсной последовательности на каждом бите порта В нужны 4 такта, следовательно, измеряемая частота на порте В есть fвых = f/16. К выводам порта В можно присоединять осциллограф и цифровой частотомер, они не будут оказывать влияния на частоту кварцевого генератора. После настройки f подстроечным конденсатором С

микроконтроллер повторно программируется с помощью основной программы.

Если микроконтроллер одноразового программирования (типа C), к выводу CLCKOUT присоединяется цепочка каскадно-связанных инверторов или повторителей, которая остается и после настройки f. К выходу последнего инвертора (повторителя) присоединяется вход частотомера.

Вычислим «уход» часов из-за неточной настройки кварцевого генератора. Это значение обычно определяется в секундах за сутки. Кварцевые часы состоят из источника импульсной последовательности, периодом 1 с, и счетчика секунд, минут и часов (рис. 2). Если часы должны показывать и десятые доли секунд, период импульсной последовательности должен быть равен 0,1 с.

Схема кварцевых часов

Рис. 2. Типичная структурная схема кварцевых часов

Все устройства на рис. 2 реализуются внутренними элементами микроконтроллера. Если индицируется астрономическое время, есть цепи для начальной установки и сверки часов. Видно, что:

Так что у конструктора есть две степени свободы — подбирать f и N.

В сутках 86 400 секунд (24×60×60), так что после считывания 86 400 импульсов счетчики «объявят», что прошли сутки. Если частота кварцевого генератора f, это будет верно, а если частота f+Δf, то прошедшее время будет не сутки, а

«Уход» часов за сутки τ определим, вычитая из (2) одни сутки (86 400N/f). Получим:

Формула

Ошибка настройки Δf может быть как положительной, так и отрицательной, знак τ будет противоположным. Учитывая в (3), что Δf << f, ради чего пренебрегаем в сумме Δf, и что N/f = 1 с, получим в итоге:

Формула

«Уход» частоты за неделю получается путем замены коэффициента 86 400 на 604 800 (7×24×60×60). В таблице вычислен «уход» частоты за сутки и неделю при некоторых ошибках настройки, для частоты кварца f = 1 МГц.

Таблица. Вычисленные значения «ухода» частоты


Значение Δf, Гц

0,1

1

10

100
«Уход» часов в сутки, с 8,6 мc 86 мс 0,86 8,6
«Уход» часов в неделю, с 60,2 мc 0,602 6,02 60,2

Производители микроконтроллеров дают в таблицах значения С1 и С2 для различных значений частоты кварцев. Однако эти таблицы составлены с большим шагом по f, и неизвестно, какие параметры кварцев имел в виду составитель, поэтому рекомендованные значения надо считать приблизительными и настраивать кварцевый генератор в каждом отдельном случае.

Проделанные вычисления относятся только к ошибке настройки кварцевого генератора и не учитывают дрейфа частоты. Дрейф — случайный процесс. Под действием дестабилизирующих факторов частота повышается и понижается медленно, случайным образом. В известном смысле «уход» часов самокомпенсируется, но не полностью. Если необходимо снизить дрейф частоты, кварцевый генератор нужно заменить внешним термоскомпенсированным (TCXO) или термостатированным (OCXO) кварцевым генератором. Эта более стабильная частота подается на вывод микроконтроллера CLCKIN, а все дополнительные элементы на рис. 1 устраняются.

Точность настройки кварцевого генератора

Внимание! Перед тем как создавать тему на форуме, воспользуйтесь поиском! Пользователь создавший тему, которая уже была, будет немедленно забанен! Читайте правила названия тем. Пользователи создавшие тему с непонятными заголовками, к примеру: «Помогите, Схема, Резистор, Хелп и т.п.» также будут заблокированны навсегда. Пользователь создавший тему не по разделу форума будет немедленно забанен! Уважайте форум, и вас также будут уважать!

Микросхема TA31137. Смеситель работает до 150 МГц. ПЧ 455 кГц.
Гетеродин — емкостная трехточка.

Есть возможность заказать изготовление кварца марки РК461 на частоту 144.090 МГц с такими параметрами:

1) Точность настройки +-50ppm
2) Температурная стабильность +-20ppm
3) Нагрузочная емкость 12 или 16 или 18 или 20 или 30 пФ (на выбор)
4) Статическая емкость 7 пФ
5) Динамическое сопротивление 15
6) Уровень возбуждения 100 мкВт

Проблема в том что сколько б ни заказывал кварцы такого рода, гетеродин трехточка работает на частоте на 20 — 50 кГц выше, чем той, что указана на кварце.

Каким образом считаются емкости конденсаторов в трехточечном генераторе, чтобы:

1) Частота гетеродина была очень близка к частоте кварца
2) Сигнал гетеродина был близок к синусоиде
3) Генератор работал стабильно

Или есть ли способ понизить частоту гетеродина?

Схема на рисунке.

Присоединённое изображение
Присоединённое изображение

шитадат на кварц РК461(отличный одногармониковый кварц в СМД корпусе):

Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 441 )
__461_SMD06035C4_.pdf

Группа: Автор
Сообщений: 5520
Пользователь №: 13298
Регистрация: 12-November 06
Место жительства: Калужская губерния

О-о! На корпусе кварца как правило указывается частота его последовательного резонанса так как ее несложно измерять и она НЕ ЗАВИСИТ от внешних емкостей, подключенных к резонатору. В большинстве схем кварц генерирует в пределах резонансного интервала (от частоты последовательного резонанса до частоты параллельного резонанса, параллельный резонанс выше по частоте и зависит от внешних емкостей кварца). В трехточках частота генерации как правило оказывается выше номинальной, хоть на децл но выше. Поэтому прецизионные генераторы на трехточке стараются не делать. Нужна схема для работы на последовательном резонансе типа с кварцем в цепи обратной связи. Вот ссылка дли информации http://www.morion.com.ru/rus/crystals/ и еще ПДФ файл

Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 358 )
s19.pdf

s0ll2, спасибо!

Насколько может быть оправдано изготовление приемника на 145 МГц с одной ПЧ которая низкая (455 кГц)?

Я тут прикинул, что входной контур на такой частоте (даже фильтр ПАВ на 145 МГц с полосой 2,6 МГц) не сможет подавить зеркальный канал.

И ещё что хуже всего: частота гетеродина будет почти равна частоте входного сигнала (отличие чуть менее 1 МГц) — сигнал гетеродина неизбежно просочится на вход через антенну (особенно если она больших размеров и рядом с платой приемника).

Что в этом случае можно сделать?

Может забить на 1 преобразование и сделать два? Срузу улетучатся проблемы:

1) Зеркальный канал — отлично подавится входным контуром или фильтром ПАВ
2) Оптимально распределится усиление — предотвратит возбуждение
3) Частоты гетеродинов будут сильно отличаться от входной частоты — предотвратит затекание на вход

Группа: Автор
Сообщений: 5520
Пользователь №: 13298
Регистрация: 12-November 06
Место жительства: Калужская губерния

QUOTE (s0ll2 @ Jun 29 2015, 02:06 PM)
Это все дело вкуса, смотря что хочется получить в итоге. Если 2 преобразования — это классика. Если одно преобразование на низкую ПЧ и простейшая конструкция (без вариантов на hi-end) то можно и так, получим аналог baofeng или моего приемника на 115-150 мгц. Кстати излучение гетеродина неплохо подавляется балансным смесителем типа SA612 и экранировкой, микросхемы от ширпотребовских приемников тут не сильно помогут. Получше параметры будут при ПЧ 10.7 или лучше 45 мгц за счет возможности подавления зеркального канала. Так что выбор в Ваших руках.

Было бы очень здОрово, если б TA31137 могла тянуть ПЧ 10.7 МГц, но увы! :(
Микросхема понравилась тем, что много содерждит внутри себя, в частности шумоподавитель и ключ. К ней бы УВЧ и УНЧ прикрутить и приёмник готов!

Читайте также  Тип генератора синхронный или щеточный

Неплохо было бы найти Single Conversion Narrowband VHF Receiver IC with high IF (10.7 или 21.4 Мгц).

SA605/615 — не годится по двум причинам: нет шумоподавителя и производитель жуёт сопли по поводу её устойчивой работы на ПЧ 10.7 МГц

Это сообщение отредактировал riba70sm — Jun 29 2015, 01:27 PM

Группа: Cоучастник
Сообщений: 2293
Пользователь №: 28892
Регистрация: 26-January 08

QUOTE (-taifun- @ Jul 1 2015, 12:46 AM)
На МС3362 уже давно бы все сделали. Шумодав там есть от чего взять и впихать в компаратор. Один фиг то о чем мечтаете на одном кристалле не делается и получится все как обычно и ничего нового.

Будет вариант либо MC3363DW либо SA612 + TA31136.

Второй вариант более вероятен из-за наличия микросхем.

Первый вариант надо пробивать и искать, да и что-то мне подсказывает, что вариант с SA612+TA31136 лучше.

На счет старого варианта с TA2003 скорее всего проект сверну, потому что гемора с ней много (куча внешних довесок чтобы вытянуть High-end.) А хочется устойчивую работу + параметры близкие к хай-энд(по чутью особенно) и миниатюрную плату.

Касаемо кварцевого генератора и его подстройки, решил так: либо с кварцем последовательно индуктивность + подстроечный кондер 5/70 пФ либо просто кондёр 2/7 пФ параллельно кварцу. Оба варианта снижают частоту генерации.

Либо решение для смелых: заказать преднамеренно кварц на частоту ниже того повышения, что происходит. Но тут точно никогда не угадать:(

ГОСТ 22866-77. Генераторы кварцевые. Термины и определения (74637)

Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, тех­нике и производстве термины и определения кварцевых генерато­ров.

Термины, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, учебниках, учебных пособиях, технической и справочной литературе. Приведенные оп­ределения можно, при необходимости, изменять по форме изложе­ния, не допуская нарушения границ понятий.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный тер­мин. Применение терминов —синонимов стандартизованного тер­мина запрещается. Недопустимые к применению термины-синони­мы приведены в стандарте в качестве справочных и обозначены «Ндп».

Для отдельных стандартизованных терминов в стандарте при­ведены в качестве справочных их краткие формы, которые разре­шается применять в случаях, исключающих возможность их раз­личного толкования.

В стандарте в качестве справочных приведены иностранные эк­виваленты на английском языке.

В стандарте в справочном приложении приведены модуляци­онная характеристика и график нелинейности модуляционной ха* рактеристики управляемого напряжением кварцевого генератора.

Издание официальное Перепечатка воспрещена

* Переиздание (май 1986 г.) с Изменением № 1, утвержденным в марте
1985 г. (ИУС № 6-85)

© Издательство стандартов, 1986В стандарте приведены алфавитные указатели содержащихся терминов на русском и английском языках.

Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткая форма — светлым, а недопустимые синонимы — кур­сивом.

Кварцевый генератор

Гармониковый кварцевый генератор Overtone crystal oscillator

Простой кварцевый генератор

Packaged crystal oscillator

Управляемый кварцевый генератор Controlled crystal oscillator

Термокомпенсированный кварце­вый генератор

Temperature compensated crystal oscillator

Термостатированный кварцевый генератор

Oven controlled crystal oscillator

Дискретный кварцевый генератор Crystal oscillator with discrete ele­ments

Интегральный кварцевый генера­тор

Integrated crystal oscillator

Гибридный кварцевый генератор Hybrid oscillator

Тип кварцевого генератора

Crystal oscillator type

Номинальная частота кварцевого генератора

Генератор переменного напряжения, стабилизирующим элементом частоты которого является кварцевый резона­тор или пьезоэлемент

Кварцевый генератор с порядком ко­лебания кварцевого резонатора или пьезоэлемента выше первого

Кварцевый генератор без дополни­тельных элементов, предназначенных для улучшения каких-либо его пара­метров

Кварцевый генератор, частоту которо­го можно изменять внешним воздействи­ем

Кварцевый генератор, отклонение час­тоты которого в интервале рабочих температур уменьшается с помощью специальной электрической схемы

Кварцевый генератор, в котором термостабилизирован кварцевый резо­натор или пьезоэлемент, а при необ­ходимости, другие элементы элект­рической схемы для уменьшения влия­ния температуры окружающей среды

Кварцевый генератор, кварцевый резонатор и другие элементы которого представляют собой дискретные эле­менты, имеющие гальванические связи

Кварцевый генератор, элементы схе­мы которого, за исключением активных элементов, выполнены на одной пьезо­электрической подложке методом пла­нарной технологии

Кварцевый генератор, содержащий дискретные элементы и элементы, вы­полненные методом планарной техно­логии

Конкретное сочетание конструкции кварцевого генератора и диапазона час­тот

Частота кварцевого генератора, уста­новленная нормативно-технической доку­ментацие

Рабочая частота кварцевого ге­нератора

Точность настройки кварцевого генератора

Ндп. Погрешность настройки Adjustment accuracy

Перестройка частоты кварцевого генератора

Перестройка частоты Ндп. Регулировка частоты

Допускаемое отклонение частоты кварцевого генератора

Допускаемое отклонение частоты Permissible frequency deviation

Погрешность коррекции частоты кварцевого генератора

Погрешность коррекции Correction error

Время установления частоты кварцевого генератора

Время установления частоты Stabilization time

Долговременная нестабильность частоты кварцевого генератора Долговременная нестабильность частоты Long-term frequency instability

Кратковременная нестабильность частоты кварцевого генератора Кратковременная нестабильность частоты Short-term frequency instability

Паразитные колебания кварцево­го генератора

Паразитные колебания Spurious oscillations

Нестабильность частоты кварце­вого генератора от напряжения питания

Частота кварцевого генератора, изме­ренная в заданном рабочем режиме

Максимальное отклонение рабочей ча­стоты кварцевого генератора от номи­нальной при температуре настройки

Преднамеренное изменение или кор­рекция частоты кварцевого генератора

Максимальное отклонение частоты кварцевого генератора, работающего в заданных условиях, относительно номи­нальной частоты при воздействии разли­чных дестабилизирующих факторов

Отклонение рабочей частоты кварце­вого генератора относительно значения номинальной частоты при коррекции

Интервал времени, за который уста­навливается значение рабочей частоты после включения кварцевого генера­тора

Изменение рабочей частоты кварце­вого генератора за заданный интервал времени, происходящее в заданном ре­жиме и вызванное необратимыми из­менениями, происходящими в элемен­тах кварцевого генератора

Случайные изменения частоты кварце­вого генератора относительно рабочей за заданный интервал времени

Напряжения определенных частот, по­являющиеся на выходе кварцевого гене­ратора и не являющиеся гармонически­ми составляющими напряжения ра­бочей частоты

Изменение рабочей частоты кварце­вого генератора, вызванное изменением напряжения питани

Нестабильность частоты кварце­вого генератора от нагрузки

Температурная нестабильность частоты кварцевого генератора Температурная нестабильность частоты

Temperature instability of frequ­ency

Температурный коэффициент час­тоты кварцевого генератора ткч

Temperature coefficient of frequen­cy

Температурно-частотная харак­теристика кварцевого генератора

Frequency versus temperature cha­racteristic

Мощность, потребляемая кварце­вым генератором во время вклю­чения

Power consumption during the switch-on period

Мощность, потребляемая кварце­вым генератором в установившем­ся режиме

Power consumption over steady­state conditions

Интервал рабочих температур кварцевого генератора

Интервал рабочих температур Operating temperature range

Температура настройки кварцево­го генератора Температура настройки Adjustment temperature

Модуляционная характеристика кварцевого генератора

Нелинейность модуляционной

характеристики кварцевого гене­ратора

Modulation distortion linearity

Изменение рабочей частоты кварцево­го генератора, вызванное изменением сопротивления нагрузки, измеряемое в заданном рабочем режиме

Изменение рабочей частоты кварце­вого генератора, вызванное изменением окружающей температуры

Отношение производной частоты по температуре при заданной температуре к рабочей частоте кварцевого генера­тора

Зависимость рабочей частоты кварце­вого генератора от окружающей темпе­ратуры

Максимальная мощность, которую по­требляет кварцевый генератор от источ­ника питания до момента установления рабочей частоты

Максимальная мощность, которую потребляет кварцевый генератор от ис­точника питания после установления рабочей частоты

Интервал температур, в котором пара­метры кварцевого генератора должны оставаться в пределах норм, установ­ленных в нормативно-технической доку­ментации

Температура, при которой в процессе изготовления устанавливается или под­страивается рабочая частота кварцевого генератора

Зависимость рабочей частоты кварце­вого генератора от внешних воздей­ствий

Отношение отклонения допускаемой линейной модуляционной характеристи­ки к полному изменению частоты, вы­ражаемое в процента

хАЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ

Время установления частоты 17

Время установления частоты кварцевого генератора 17

Генератор кварцевый 1

Генератор кварцевый гармониковый 2

Генератор кварцевый гибридный &

Генератор кварцевый дискретный 7

Генератор кварцевый интегральный 8

Генератор кварцевый простой 3.

Генератор кварцевый термокомпенсированный 5

Генератор кварцевый термостатированный 6

Генератор кварцевый управляемый 4

Интервал рабочих температур 28

Интервал рабочих температур кварцевого генератора 28

Колебания кварцевого генератора паразитные 20

Колебания паразитные 20

Коэффициент частоты кварцевого генератора температурный 24

Мощность, потребляемая кварцевым генератором во время включения 26

Мощность, потребляемая кварцевым генератором в установив­шемся режиме 27

Нелинейность модуляционной характеристики 31

Нелинейность модуляционной характеристики кварцевого ге­нератора 31

Нестабильность частоты долговременная 18

Нестабильность частоты кварцевого генератора долговременная 18

Нестабильность частоты кварцевого генератора кратковремен­ная 19

Нестабильность частоты кратковременная 19

Нестабильность частоты кварцевого генератора от нагрузки 22

Нестабильность частоты кварцевого генератора от напряже­ния питания 21

Нестабильность частоты кварцевого генератора температурная 23

Нестабильность частоты температурная 23

Отклонение частоты допускаемое 15

Отклонение частоты кварцевого генератора допускаемое 15

Пересторойка частоты 14

Перестройка частоты кварцевого генератора 14

Погрешность настройки 13

Погрешность коррекции 16-

Погрешность коррекции частоты кварцевого генератора 16

Регулировка частоты 14

Температура настройки 29-

Температура настройки кварцевого генератора 29

Тип кварцевого генератора 10

Точность настройки 13

Точность настройки кварцевого генератора 13

Характеристика кварцевого генератора температурно-частот­ная 25

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: