Схема термостатированного кварцевого генератора

Генератор кварцевый термостатированный

В статье рассматривается схема генератора высокой частоты на микросхеме жесткой логики К1533ЛА3. Поддержание температуры внутри термостата на необходимом уровне выполняется микроконтроллером PIC12F675 с записанной в него соответствующей программой. В качестве датчика температуры в схеме используется цифровой датчик DS18B20. Схема устройства приведена на рисунке 1.

Питается схема стабилизированным напряжением 12 вольт, микросхема стабилизатора напряжения на 12В на схеме не показана. Собственно генератор реализован на двух элементах 2И-НЕ DD1.1 и DD1.2 Кварцевый резонатор 4мГц включен в цепь положительной обратной связи, идущей с выхода 6 DD1.2 на входы 1 и 2 элемента DD1.1. Для точной подстройки частоты последовательно с кварцем включен триммер С1. Резисторы R1 и R2 выводят элементы микросхемы DD1.1 и DD1.2 из ключевого режима работы в линейный. Элемент DD1.4 микросхемы DD1 является буферным, он предотвращает влияние входа GP5 микроконтроллера DD2 на работу задающего генератора. Элемент DD1.3 – так же является буферным каскадом, предотвращающим влияние измерительного прибора при контроле частоты генератора. Микросхема К1433ЛА3, как и микроконтроллер с датчиком температуры DS18B20, питаются стабилизированным напряжением +5 вольт, снимаемым с вывода 1 микросхемы стабилизатора DA2 LM78L05. Резистор R4 является подтягивающим для входа данных микроконтроллера GP0.

В качестве нагревательных элементов в схеме термостата используются резисторы R5,R6,R7 и R8. Это резисторы МЛТ – 0,5, при использовании таких резисторов в качестве нагревательных элементов с них предварительно удаляется лакокрасочное покрытие. Я обычно для этих целей использую средство для снятия старой краски. Внешний вид устройства показан на фото ниже.

Генератор кварцевый термостатированный вид

Общая мощность нагревателя равна Р = U² / R = 144/107,5 ≈ 1,3Вт. В программу микроконтроллера заложена величина температуры термостатирования равная +40,0⁰ С. Гистерезис поддержания температуры равен 0,1 градуса. Таким образом, при +40,0⁰С нагреватели отключаются, а при +49,9⁰С – включаются. Если вам нужна будет другая температура, то ее значение можно поменять, записав в соответствующие регистры нужную вам величину. Например, 40,0⁰ в программе представлено числом 400. В шестнадцатеричном коде это число выглядит, как 0×0190. Для его записи потребуется два регистра, в старшем запишется 0×01, а в младшем – 0×90. Ниже показан скриншот окна программы К-150, где записано это число.

Генератор кварцевый термостатированный

Если нужно, чтобы термостат поддерживал температуру, например, пятьдесят градусов, то – 50,0⁰ — для программы – 500, в шестнадцатеричном коде это число выглядит, как 0х01F4. Значит, старший разряд мы не трогаем, а меняем число только в младшем разряде. Меняем 90 на F4. В программе IC-Prog все будет то же самое.

Генератор кварцевый термостатированный

Для тех, кто понимает в программировании, в архиве будет исходный текст программы. Файл Hex так же находится в папке проекта.

Все элементы схемы распаиваются на печатной плате, которая помещена в металлический корпус от старого ТВ тюнера какого-то телевизора.

Хотя я обычно для таких целей делаю корпуса из луженой жести. И гнется хорошо и паяется не плохо. В крышке корпуса предусмотрено два отверстия, одно для отвертки, над конденсатором С1 и второе для светодиода, хотя можно обойтись и без светодиода и без лишнего отверстия. Работа термостата прекрасно контролируется миллиамперметром. Готовое устройство помешается в коробку, сделанную из пенопласта. Я на этом и остановился, хотя для полноты и законченности конструкции необходим еще один корпус. Блокировочный конденсатор С2 находится под корпусом микросхемы DD1. Не забудьте его запаять первым, я забыл, и пришлось искать для него другое место. Для эксперимента пока пойдет и так. В общем, кварцевый термостатированный генератор есть, теперь на его основе надо будет сделать генератор эталонной частоты для поверки частотомеров и прочих приборов, в которых критерием является время. Но про это позже.

Термостатированный кварцевый генератор

Термостатированный кварцевый генератор содержит кварцевый резонатор, в вакуумированном корпусе которого размещена кварцевая пьезопластина двухповоротного Y-среза yxbl/20°30'±30'/34°15'±30' с нанесенными на нее пленочными электродами, автогенератор для возбуждения в кварцевой пьезопластине толщинно-сдвиговых колебаний, а также термостат для поддерживания температуры кварцевого резонатора и автогенератора или только кварцевой пьезопластины в случае размещения термостата в вакуумированном корпусе кварцевого резонатора. Данный термостатированный кварцевый генератор, благодаря применению в нем кварцевого резонатора с кварцевой пьезопластиной среза yxbl/20°30'±30'/34°15'±30', имеет более высокую температурную стабильность частоты при рабочих температурах термостата в диапазоне 90-95°С, по сравнению с термостатированными кварцевыми генераторами, использующими кварцевые резонаторы других срезов кварца. 2 ил., 1 табл.

Данная полезная модель относится к области радиоэлектроники и может использоваться в термостатированных кварцевых генераторах.

Известны термостатированные кварцевые генераторы (ТСКГ), содержащие кварцевый резонатор (КР), схему автогенератора, для возбуждения в КР механических колебаний и термостат для точного поддержания температуры КР и схемы автогенератора при изменениях окружающей температуры [Г.Б.Альтшуллер, Н.Н.Елфимов, В.Г.Шакулин, Кварцевые генераторы. Справочное пособие, М., Радио и связь, 1984, стр.116-118]. Существуют также ТСКГ, в которых система термостатирования размещена внутри вакуумированного объема КР и служит для поддержания температуры кварцевой пьезопластины (так называемые резонаторы-термостаты), при этом схема автогенератора расположена вне объема КР и не термостатируется [Г.Б.Альтшуллер, Н.Н.Елфимов, В.Г.Шакулин, Кварцевые генераторы. Справочное пособие, М., Радио и связь, 1984, стр.119-120].

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является ТСКГ, содержащий КР, выполненный из кварца двухповоротного Y-среза SC, который имеет ориентацию относительно осей кварца yxbl/22°00'-22°30'/33°30'-34°30', а также схему автогенератора для возбуждения в КР механических колебаний и термостат, расположенный внутри вакуумированного объема КР для поддержания температуры кварцевой пьезопластины [Вороховский Я.Л., Драхлис Б.Г., Кожемякин К.Г. «Прецизионные малошумящие кварцевые генераторы с малым временем установления частоты на резонаторах-термостатах срезов AT и SC», Электронная техника. Сер.5. Вып.3(76), С.49-53]. Такие ТСКГ при низкой потребляемой мощности и малых размерах обеспечивают сравнительно высокую температурную стабильность частоты при рабочих температурах термостата в диапазоне 60-85°С, благодаря пологой температурно-частотной характеристике (ТЧХ) КР среза SC, имеющей вид параболы 3-го порядка с экстремумами, расположенными симметрично относительно точки перегиба, находящейся на 92-95°С. Кроме того, благодаря применению кварцевой пьезопластины SC-среза, имеющей низкую чувствительность к термодинамическим эффектам, обусловленным микроколебаниями температуры термостата, в таких ТСКГ достигается высокая кратковременная стабильность частоты.

Недостатком таких ТСКГ является невозможность получения высокой стабильности частоты при рабочих температурах термостата в диапазоне 90-95°С, что требуется для работы ТСКГ в широком интервале окружающих температур, например, от -40 до +85°С. Это обусловлено тем, что в пластинах двухповоротных Y-срезов, имеющих ТЧХ в виде параболы 3-го порядка, температуры экстремумов, расположенных симметрично относительно точки перегиба, зависят от угловой ориентации пластины тем сильнее, чем ближе расположены экстремумы к точке перегиба. При приближении температур экстремумов к точке перегиба их зависимость от ориентации пластины стремится к бесконечности. Поэтому изготовление пластин SC-среза с экстремумами в диапазоне 90-95°С практически не реально из-за чрезмерно высоких требований к точности их угловой ориентации. В результате, настройка температуры термостата точно на экстремум ТЧХ в КР SC-среза не представляется возможной, что приводит к ухудшению температурной стабильности частоты ТСКГ.

Другим недостатком ТСКГ, содержащих КР SC-среза, является необходимость подавления в них побочного В-резонанса, имеющего активность выше, чем у основного С-резонанса и расположенного на 10% выше по частоте. При этом применение для подавления В-моды узкополосных селектирующих элементов (электрического колебательного контура, керамического или кристаллического фильтра), настроенных на частоту основного С-резонанса и имеющих значительную зависимость электрических параметров от температуры, заметно ухудшает температурную стабильность частоты ТСКГ, особенно при размещении схемы автогенератора вне термостата, как в случае ТСКГ, построенных на резонаторах-термостатах.

Читайте также  Автомобильный генератор valeo 2655447 схема электрическая

Целью данной полезной модели является повышение температурной стабильности частоты ТСКГ. Эта цель достигается тем, что в ТСКГ, содержащем КР, в вакуумированном корпусе которого размещена кварцевая пьезопластина двухповоротного Y-среза с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами, а также автогенератор для возбуждения в кварцевой пьезопластине толщинно-сдвиговых колебаний и термостат для поддерживания температуры КР и схемы автогенератора или только кварцевой пьезопластины при размещении термостата в объеме КР, кварцевая пьезопластина имеет ориентацию относительно осей кварца yxbl/20°30'±30'/34°15'±30'. Изменение на 1-2° угла первого поворота кварцевой пьезопластины в полезной модели относительно ориентации SC-среза приводит к смещению точки перегиба до 80-85°С без существенного изменения формы ТЧХ. Это дает возможность изготавливать КР с экстремумами ТЧХ на 90-95°С при реально выполнимых требованиях к угловой ориентации кварцевой пьезопластины (около 30"). В результате, в полезной модели при работе ТСКГ в широком интервале окружающих температур рабочая температура термостата может быть точно настроена на температуру экстремума ТЧХ КР, что обеспечивает повышение температурной стабильности частоты ТСКГ. Кроме того, изменение на 1-2° угла первого поворота кварцевой пьезопластины среза yxbl/20°30'±30'/34°15'±30' по отношению к SC-срезу обеспечивает заметное снижение в КР активности побочной В-моды. Это позволяет исключить из схемы автогенератора узкополосные селектирующие элементы для подавления паразитной В-моды и тем самым дополнительно повысить температурную стабильность полезной модели по сравнению с прототипом. Термодинамическая устойчивость КР среза yxbl/20°30'±30'/34°15'±30', зависящая от угла первого поворота пластины, несколько уступает термодинамической устойчивости КР SC-среза, оставаясь достаточной для получения высокой кратковременной стабильности частоты ТСКГ, удовлетворяющей большинство практических применений.

Структурная схема предлагаемой полезной модели приведена на фиг.1 и фиг.2. Предлагаемая полезная модель содержит КР 1, в вакуумированном корпусе которого смонтирована кварцевая пьезопластина 2 с пленочными возбуждающими электродами 3, изготовленная из кварца двухповоротного среза yxbl/20°30'±30'/34°15'±30', а также автогенератор 4, соединенный с выводами КР 1 для возбуждения колебаний в кварцевой пьезопластине 2; КР 1 и автогенератор 4 расположены внутри термостата 5, который поддерживает их температуру при изменениях окружающей температуры (фиг.1). Термостат 5 может быть расположен внутри вакуумированного корпуса КР 1 для поддержания температуры только кварцевой пьезопластины 2 (фиг.2).

ТСКГ работает следующим образом. Автогенератор 4 возбуждает в кварцевой пьезопластине 2 при помощи пленочных электродов 3 толщинно-сдвиговые колебания на рабочем С-резонансе, который имеет активность несколько большую активности паразитной В-моды, благодаря применению двухповоротного среза кварцевой пьезопластины 2 yxbl/20°30'±30'/34°15'±30'. Это позволяет исключить из схемы автогенератора 4 селектирующие элементы для подавления паразитного В-резонанса и тем самым повысить температурную стабильность частоты ТСКГ, особенно при размещении автогенератора 3 вне объема термостата 5 (фиг.2). Рабочая температура термостата установлена точно на экстремум ТЧХ КР 1, температура которого выбором угловой ориентации кварцевой пьезопластины 2 может быть задана в широком диапазоне температур, в том числе в диапазоне 90-95°С, который используется при работе ТСКГ в широком интервале окружающей температуры. Точная настройка температуры термостата 5 на экстремум ТЧХ КР 1 обеспечивает высокую температурную стабильность частоты ТСКГ, в том числе при работе в широком интервале окружающей температуры.

Предлагаемая полезная модель ТСКГ реализована в серийно выпускаемых изделиях, содержащих кварцевый резонатор, в вакуумном объеме которого смонтирована кварцевая пьезопластина среза yxbl/20°30'±30'/34°15'±30' с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами, а также систему термостатирования, расположенную в том же объеме КР и служащую для поддержания температуры кварцевой пьезопластины. Снаружи объема КР размещена схема автогенератора для возбуждения в КР резонансных колебаний, а также буферный усилитель для усиления маломощного сигнала автогенератора, стабилизатор напряжения и электронный корректор частоты. Рабочая температура термостата настраивается на экстремум ТЧХ КР, расположенный на температуре около 95°С, что обеспечивает работу ТСКГ в широком интервале температур от -40 до +85°С. В таблице приведены значения температурной стабильности частоты таких генераторов, работающих на частоте 10 МГц. Кроме того, в таблице приведена их кратковременная стабильность частоты за 1 секунду (вариация Аллана) в сравнении с кратковременной стабильностью частоты аналогичных ТСКГ, содержащих КР среза SC.

Таблица 1.
Характеристика ТСКГ ТСКГ, содержащий КР среза SC ТСКГ, содержащий КР среза yxbl/20°30'±3'/34°15'±30"
Температурная стабильность частоты в диапазоне (-40+85)°С ±1×10 -7 ±2×10 -8

Кратковременная стабильность частоты (вариация Аллана) за 1 секунду 5×10 -12 8×10 -12

Как следует из приведенных в таблице 1 данных, температурная стабильность частоты предлагаемого в качестве полезной модели ТСКГ в диапазоне температур (от -40 до +85)°С в несколько раз выше, чем у ТСКГ с резонаторами SC-среза. Кратковременная стабильность частоты предлагаемых ТСКГ незначительно уступает кратковременной стабильности частоты ТСКГ с резонаторами SC-среза, оставаясь приемлемой для большинства практических применений.

Термостатированный кварцевый генератор, содержащий кварцевый резонатор, в вакуумированном корпусе которого смонтирована кварцевая пьезопластина двухповоротного Y-среза с нанесенными на нее пленочными электродами, автогенератор для возбуждения в кварцевой пьезопластине толщинно-сдвиговых колебаний, а также термостат для поддерживания температуры кварцевого резонатора и автогенератора или только кварцевой пьезопластины, отличающийся тем, что срез кварцевой пьезопластины имеет ориентацию относительно осей кварца yxbl/20°30'±30'/34°15'±30'.

Кварцевый генератор

Ква́рцевый генера́тор — автогенератор электромагнитных колебаний с колебательной системой, в состав которой входит кварцевый резонатор. Предназначен для получения колебаний фиксированной частоты с высокой температурной и временно́й стабильностью, низким уровнем фазовых шумов.

Содержание

Характеристики

Частота

Частота собственных колебаний кварцевого генератора может находиться в диапазоне от нескольких кГц до сотен МГц. Она определяется физическими размерами резонатора, упругостью и пьезоэлектрической постоянной кварца, а также тем, как вырезан резонатор из кристалла. Так как кварцевый резонатор является законченным электронным компонентом, его частоту можно изменять внешними элементами и схемой включения в очень узком диапазоне выбором резонансной частоты (параллельный или последовательный) или понизить параллельно включённым конденсатором. Существуют, однако, кустарные методики подстройки резонатора. Это целесообразно в случаях, когда желательно иметь несколько резонаторов с очень близкими параметрами. Для уменьшения частоты на кристалл кратковременно воздействуют парами йода (это увеличивает массу серебряных обкладок), для увеличения частоты обкладки резонатора шлифуют.

В 1997 году компания Epson Toyocom выпустила в свет серию генераторов SG8002, в конструктиве которых присутствуют блок подстроечных конденсаторов и два делителя частоты. Это позволяет получить практически любую частоту в диапазоне от 1 до 125 МГц. Однако, данное достоинство неизбежно влечёт за собой недостаток — повышенный джиттер (фазовый шум). Цитата: Генератор с внутренними цепями фазовой автоподстройки частоты необходимо с предельной осторожностью применять в схемах, содержащих внешние цепи ФАПЧ. [1]

Стабильность частоты

Колебания кварцевого генератора характеризуются высокой стабильностью частоты (10 −5 ÷ 10 −12 ), что обусловлено высокой добротностью кварцевого резонатора (10 4 ÷ 10 5 ).

Уровень фазовых шумов

У лучших генераторов спектральная плотность мощности фазовых шумов может быть менее −100 дБн/Гц на отстройке 1 Гц и менее −150 дБн/Гц на отстройке 1 кГц при выходной частоте 10 МГц.

Тип выходного сигнала

Генераторы могут изготавливаться как в модификации с синусоидальным выходным сигналом, так и с сигналом прямоугольной формы, совместимым по логическим уровням с одним из стандартов (TTL, CMOS, LVCMOS, LVDS и т. д.).

Наличие и тип термостабилизации

  • термокомпенсированные (TCXO)
  • термостатированные (OCXO, DOCXO)

Возможность перестройки частоты

  • фиксированной частоты
  • частота управляется напряжением (VCXO)
  • частота управляется цифровым кодом (NCXO)

Принцип работы

Внешнее напряжение на кварцевой пластинке вызывает её деформацию. А она, в свою очередь, приводит к появлению зарядов на поверхности кварца (пьезоэлектрический эффект). В результате этого механические колебания кварцевой пластины сопровождаются синхронными с ними колебаниями электрического заряда на её поверхности и наоборот.

Для обеспечения связи резонатора с остальными элементами схемы непосредственно на кварц наносятся электроды, либо кварцевая пластинка помещается между обкладками конденсатора.

Для получения высокой добротности и стабильности резонатор помещают в вакуум и поддерживают постоянной его температуру.

Использование

Кварцевые генераторы используют для измерения времени (кварцевые часы), в качестве стандартов частоты. Кварцевые генераторы широко применяются в цифровой технике в качестве тактовых генераторов.

См. также

Примечания

  1. Однократно программируемые кварцевые генераторы Epson

Литература

  • Смагин А. Г., Ярославский М. И. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы. — М .: «Энергия», 1970. — 488 с. — 6000 экз.
  • Шитиков Г. Т., Цыганков П. Я., Орлов О. М. Высокостабильные кварцевые автогенераторы / Под ред. Г. Т. Шитикова. — М .: «Советское радио», 1974. — 376 с. — 11 300 экз.
  • Альтшуллер Г. Б. Управление частотой кварцевых автогенераторов. — Изд. 2-е, перераб. и доп.. — М .: «Связь», 1975. — 304 с. — 7000 экз.
  • Альтшуллер Г. Б., Елфимов Н. Н., Шакулин В. Г. Кварцевые генераторы: Справочное пособие. — М .: Радио и связь, 1984. — 232 с. — 27 000 экз.
  • Электронные компоненты

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Кварцевый генератор» в других словарях:

КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР — автогенератор эл. магн. колебаний с колебат. системой, в состав к рой входит кварцевый резонатор. Предназначен для получения колебаний с высокой стабильностью частоты. Принцип построения электрич. схемы К. г. и его действия такие же, как и у… … Физическая энциклопедия

кварцевый генератор — Генератор переменного напряжения, стабилизирующим элементом частоты которого является кварцевый резонатор или пьезоэлемент. [ГОСТ 22866 77] Тематики кварцевые генераторы EN crystal oscillator … Справочник технического переводчика

Кварцевый генератор — маломощный генератор электрических колебаний высокой частоты, в котором роль резонансного контура играет кварцевый резонатор пластинка, кольцо или брусок, вырезанные определённым образом из кристалла кварца. При деформации кварцевой… … Большая советская энциклопедия

кварцевый генератор — маломощный генератор электрических колебаний высокой частоты, в котором колебательной системой служит кварцевый пьезоэлектрический резонатор или пьезоэлемент. Это пластинка, кольцо или брусок, вырезанные из кристалла кварца. При деформации… … Энциклопедия техники

кварцевый генератор — kvarcinis generatorius statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. crystal oscillator; crystal controlled oscillator; quartz oscillator vok. Quarzgenerator, m; Quarzoszillator, m rus. кварцевый генератор, m pranc. oscillateur à cristal, m;… … Automatikos terminų žodynas

кварцевый генератор — kvarcinis generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Generatorius, kuriantis elektrinius virpesius, kurių dažnis stabilizuojamas kvarciniu rezonatoriumi. atitikmenys: angl. quartz generator; quartz oscillator vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

кварцевый генератор — kvarcinis generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. crystal oscillator; quartz oscillator vok. Quarzoszillator, m rus. кварцевый генератор, m pranc. oscillateur à cristal, m; oscillateur à quartz, m … Fizikos terminų žodynas

кварцевый генератор, управляемый напряжением — кварцевый ГУН Высокостабильный подстраиваемый генератор, в котором в качестве частотозадающего элемента использован кварцевый резонатор. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь справочник. Под редакцией Ю.М … Справочник технического переводчика

кварцевый генератор синхронизации — kvarcinis sinchronizavimo generatorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. crystal timing oscillator vok. kristallgesteuerter Synchronisationsoszillator, m rus. кварцевый генератор синхронизации, m pranc. oscillateur de… … Radioelektronikos terminų žodynas

дискретный кварцевый генератор — Кварцевый генератор, кварцевый резонатор и другие элементы которого представляют собой дискретные элементы, имеющие гальванические связи. [ГОСТ 22866 77] Тематики кварцевые генераторы EN crystal oscillator with discrete elements … Справочник технического переводчика

Кварцевые генераторы

QuartzGenerator.jpgКварцевый генератор — это устройство, которое генерирует колебания с помощью кварцевого резонатора, который входит в состав генератора. Эти устройства являются самыми распространёнными источниками тактовых импульсов, которые используются очень часто во многих схемах различных приборов: в вычислительной технике, в системах передачи информации, бытовых радиоприборах, системах радиосвязи и т. п.

Помимо традиционного применения, кварцевые генераторы используют для измерения различных физических характеристик, таких как: давление, деформация, температура, ускорение, влажность и др.

Широкое применение этих универсальных приборов объясняется их низкой ценой и стабильностью характеристик в разных условиях эксплуатации.

Частота генератора может варьироваться в широком диапазоне колебаний: от сотен мегагерц, до нескольких килогерц. Частота находится в зависимости от размера резонатора, его упругости ,пьезоэлектрической постоянной, а также от формы кристалла.

Требования к кварцевым генераторам зависят от их конкретного назначения и в основном сводятся к обеспечению:

  • надежного функционирования на необходимой гармонике, учитывая разброс параметров кварцевого резонатора;
  • активного элемента при воздействии различных внешних факторов, старения;
  • необходимой частоты, а также ее стабильности;
  • необходимой мощности;
  • возможности изменения характеристик мощности и частоты.

Кварцевые генераторы можно классифицировать по разным признакам.

1. По способам увеличения стабильности частоты:

  • без дополнительных элементов, которые предназначены для улучшения параметров кварцевого генератора;
  • термокомпенсированный;
  • термостатированный;

2. По функциональным особенностям:

  • с частотной модуляцией;
  • управляемые напряжением;
  • управляемые изменением ёмкости или индуктивности;
  • прецизионные ;
  • многочастотные;
  • измерительные.

3. По частотному диапазону:

  • (1 — 1000 кГц) низкочастотные;
  • (1 — 30 МГц) среднечастотные;
  • (30 МГц и выше) высокочастотные.

К элементам, из которых состоит кварцевый генератор относятся: резисторы (специальные приборы с неизменным сопротивлением), позисторы (специальные приборы, увеличивающие своё сопротивление с повышением температуры), конденсаторы постоянной емкости , катушки индуктивности, полупроводниковые диоды, биополярные транзисторы, полевые транзисторы.

Простые кварцевые генераторы.

Простые кварцевые генераторы — это устройства, стабилизированные кварцевым кристаллом, которые имеют температурно — частотную характеристику, которая, в свою очередь, определяется применяемым в генераторе кварцевым резонатором.

К данным устройствам можно отнести также кварцевые генераторы, управляемые напряжением.

Основной сферой применения вышеупомянутых приборов являются устройства, которым нужны широкие пределы перестройки по частоте, а к стабильности частоты такие жесткие требования не нужны.

Термокомпенсированные кварцевые генераторы.

Значительно увеличить температурную стабильность частоты кварцевых генераторов можно с помощью термокомпенсации: в схему генератора интегрируют устройство, которое обеспечивает изменение частоты при изменении температуры, которое, в свою очередь, противоположно изменению частоты, происходящему в остальной части схемы.

Основными преимуществами термокомпенсированных кварцевых генераторов являются:

  • высокие эксплуатационные характеристики;
  • стабильность частоты;
  • небольшие габариты;
  • экономичность;
  • надежность;
  • минимальное время для готовности к работе.

Термостатированные кварцевые генераторы.

Это генераторы, частота которых стабилизирована неизменностью температуры кварцевого резонатора. Данные устройства по праву считаются наиболее точными, и применяются в системах точного измерения.

Прецизионные кварцевые генераторы.

Выполняются на отдельные частоты, на которых точность и надёжность резонаторов, входящих в схему, достигает максимума. Использование резонаторов с колебаниями высших порядков создаёт очень высокую стабильность частоты при воздействии дестабилизирующих факторов.

Данные устройства незаменимы там, где необходимы малая потребляемая мощность и небольшое время готовности.

Кварцевые генераторы

Кварцевый генератор — это генератор колебаний, синтезируемых кварцевым резонатором, входящим в состав генератора. Это самые распространенные источники тактовых импульсов, которые применяются повсеместно практически в любой схеме разнообразных приборов: в системах передачи информации, в вычислительной технике, телеметрии, бытовых радиоприборах, радиолокации, радионавигации, радиосвязи и средствах радиотехнических измерений. Наряду с традиционным применением, кварцевые генераторы также используют для измерения давления, деформации, температуры, ускорения, влажности и других физических параметров.

Такой выбор объясняется высокой стабильностью характеристик и простотой этих универсальных приборов в различных условиях работы, а также низкой ценой. Частота колебаний кварцевого генератора может находиться в диапазоне от нескольких килогерц до сотен мегагерц. Частота зависит от размеров резонатора, его упругости и пьезоэлектрической постоянной, а также от формы кристалла. Схема кварцевого генератора должна отличаться простотой настройки и регулировок.

Следует учитывать, что требования к кварцевому генератору зависят от их конкретного назначения.

Основные из них сводятся к обеспечению:
  • надежной работы на нужной гармонике с учетом разброса параметров кварцевого резонатора;
  • активного элемента и других деталей при воздействии различных факторов и старения;
  • требуемой частоты, а также ее стабильности;
  • нужной мощности;
  • возможности корректировки показателей мощности и частоты.

Классификация кварцовых генераторов

Кварцевые генераторы классифицируются по различным признакам.

По способам повышения стабильности частоты:
  • без дополнительных элементов, предназначенных для улучшения параметров кварцевого генератора;
  • термокомпенсированный кварцевый генератор;
  • термостатированный кварцевый генератор.
По функциональным особенностям:
  • с частотной модуляцией;
  • управляемые с помощью напряжения;
  • управляемые с помощью изменения ёмкости или индуктивности;
  • прецизионные (высокостабильные);
  • многочастотные;
  • измерительные.
По диапазону частот:
  • низкочастотные (от 1 до 1000 кГц);
  • среднечастотные (от 1 до 30 МГЦ);
  • высокочастотные (от 30 МГЦ и выше).
По элементной базе:
  • на дискретных элементах;
  • гибридные с резонатором;
  • гибридные с пьезометрическим элементом;
  • интегральные на пьезоэлементе;
  • интегральные с пьезоэлементом.

Элементы кварцевых генераторов

Резисторы — приборы с постоянным сопротивлением, которые применяются для создания режима полупроводниковых элементов. Требования к этим элементам определяются назначением цепи и степенью влияния на основные выходные характеристики кварцевого генератора. Резисторы, к тому же, наряду с высокой стабильностью сопротивления, должны обладать и небольшим температурным коэффициентом. Резисторы с переменным сопротивлением используются в цепях коррекции изменения частоты кварцевого генератора.

Позисторы — приборы, у которых сопротивление увеличивается с повышением температуры. Они изготавливаются из материала на основе титано-бариевой керамики, который обладает уникальной температурной зависимостью сопротивления: в узком диапазоне температуры сопротивление позистора может увеличиваться на несколько порядков.

Конденсаторы постоянной емкости применяются в кварцевых генераторах в целях обеспечения обратной связи, управления частотой и фильтрации.

Катушки индуктивности служат для обеспечения точной настройки частоты на номинальное значение. Они обеспечивают необходимые параметры настройки при малых габаритах, малом температурной коэффициенте индуктивности и высокой стабильности.

Полупроводниковые диоды используются для детектирования в схемах высокой частоты, переключения цепей высокой частоты, а также в цепях формирования высокого напряжения. Диоды должны обладать резкой зависимостью сопротивления при переходе напряжения через ноль, потому что их сопротивление постоянному току влияет на частоту кварцевого генератора через элемент управления цепи термокомпенсации.

Биополярные транзисторы используются в качестве активного элемента. Они позволяют обеспечить высокую стабильность частоты как в широко применяемых кварцевых генераторах, так и в прецизионных.

Полевые транзисторы обладают большими входящим и выходящим сопротивлениями, небольшим уровнем шумов, что зачастую позволяет улучшить характеристики генератора. Однако следует помнить, что полевые транзисторы сильно влияют на стабильность частоты кварцевого генератора.

Кроме транзисторов в кварцевых генераторах применяют микросхемы, которые представляют собой высокочастотные универсальные усилители.

Простые кварцевые генераторы

Простые кварцевые генераторы — это генераторы, стабилизированные кристаллом кварца, имеющие температурно-частотную характеристику, определяемую применяемым в генераторе кварцевым резонатором. Различают следующие показатели простых кварцевых генераторов:
  • входное напряжение;
  • уровень выходного сигнала;
  • количество выходных сигналов: одночастотные, двухчастотные;
  • наличие управления выходом.

К простым кварцевым генераторам относятся и кварцевые генераторы, управляемые напряжением. Кварцевые генераторы с использованием устройств на поверхностных акустических волнах обладают возможностью совмещения с различными элементами схем, технологичностью исполнения, управлением характеристиками и перестройкой частоты в больших пределах. Основной сферой их применения служат приборы, которым необходимы широкие пределы перестройки по частоте при высокой центральной частоте, а к стабильности частоты такие жесткие требования не нужны.

Термокомпенсированные кварцевые генераторы

Повысить температурную стабильность частоты кварцевых генераторов можно при помощи термокомпенсации: в схему кварцевого генератора включают прибор, который обеспечивает изменение частоты при изменении температуры, противоположное изменению частоты, происходящему в остальной части схемы. В ТККГ — термокомпенсированных кварцевых генераторах — в основном компенсация осуществляется при помощи термозависимого реактивного сопротивления. При способе линейной термокомпенсации в качестве такого сопротивления служит конденсатор с большим температурным коэффициентом. В основном же применяется сложная цепь, преобразующая изменение температуры внешней среды, воздействующей на термочувствительные элементы, в изменение реактивного сопротивления генератора (например, генераторы с использованием XR-цепочек, схемы с компенсацией при помощи термозависимого потенциометра).

Показателями термокомперсированных кварцевых генераторов являются:
  • высокие эксплуатационные характеристики;
  • высокая стабильность частоты;
  • малые габариты;
  • экономичность;
  • надежность;
  • малое время, требуемое для готовности к работе.

Термостатированные кварцевые генераторы

Термостатированные кварцевые генераторы — это генераторы, частота которых стабилизирована постоянством температуры кварцевого резонатора. Такие кварцевые генераторы считаются наиболее точными, и поэтому они применяются в основном в системах точного измерения, стандартах частоты и других высокоточных приборах. Высокая точность генераторов достигается путем помещения кварцевого резонатора в замкнутый объем с постоянной температурой — термостат.

Термостатирующие устройства служат для повышения стабильности частоты генераторов, работающих в широком диапазоне температур окружающей среды. Они обеспечивают автоматическое поддержание температуры генератора с допустимой погрешностью при изменении температуры внешней среды или условий эксплуатации. Термостатирующие устройства подразделяют на:

  • нереверсивные — устройства, построенные на основе регулирования притока исключительно тепла или холода;
  • реверсивные — устройства с притоком и тепла и холода.

Для нереверсивных температура термостатируемого объекта должна быть выше или же ниже окружающей среды. Для реверсивных устройств температура находится внутри этого диапазона. Наибольшее применение получили кварцевые генераторы с нереверсивными термостатируемыми устройствами с притоком только тепла. Однако, в любом случае, всё определяется назначением и областью применения кварцевого генератора.

Прецизионные кварцевые генераторы

Прецизионные термостатированные кварцевые генераторы выделяют в отдельный класс — они выполняются на отдельные частоты, на которых добропорядочность резонаторов, входящих в схему, достигает максимальных значений. Использование же в них резонаторов с колебаниями высших порядков обеспечивает очень высокую стабильность частоты при воздействии дестабилизирующих факторов и при старении.

Прецизионные термокомпенсированные кварцевые генераторы незаменимы там, где необходимы малая потребляемая мощность и малое время готовности аппаратуры к работе. Применяемые в них резонаторы обычно работают на колебаниях третьего порядка на частоте 5 или 10 МГц.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

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