Harmonische Kristalloszillatoren

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Knoten von Amateurfunkgeräten. Generatoren, Überlagerungen

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Moderne Transceiver erfordern eine erhöhte Genauigkeit beim Abstimmen auf die Betriebsfrequenz. Diese Anforderung lässt sich ganz einfach durch Anwendung einer Quarzfrequenzstabilisierung sicherstellen. Typischerweise werden Quarzresonatoren in Generatoren mit der Grundfrequenz (bis 20 ... 22 MHz) angeregt. Dies liegt daran, dass Quarzresonatoren in der Regel einen AT-Schnitt haben, dh Scherschwingungen (durch die Dicke der Quarzplatte) verwenden. Da bei einer Frequenz von 22 MHz die Dicke der Quarzplatte weniger als 0,08 mm beträgt, ist es technologisch schwierig, dünnere Platten zu erhalten, ohne die Kosten des Resonators wesentlich zu erhöhen.

Üblicherweise regen die Resonatoren oberhalb der spezifizierten Frequenz bei ungeradzahligen mechanischen Harmonischen an. Zu diesem Zweck ist in einem Quarzoszillator eine Induktivität (Abb. 1) enthalten, die nach dem kapazitiven Dreipunktschema hergestellt ist. Der resultierende parallele Schwingkreis, gebildet aus der Spule L1 und dem Kondensator C1, wird auf eine Frequenz unterhalb der Arbeitsharmonischen, aber oberhalb der vorherigen abgestimmt. Dann hat der Widerstand des Stromkreises bei der Frequenz der gewünschten Harmonischen einen kapazitiven Charakter und bei einer niedrigeren einen induktiven. Infolgedessen wird der Phasen- und Amplitudenabgleich nur auf der Arbeitsharmonischen durchgeführt.

Abb.1. Quarzoszillator - nach dem kapazitiven Dreipunktschema

Prinzipiell ist es möglich, Quarzresonatoren ohne Induktivität bei der dritten Harmonischen anzuregen, wie in Abb. 2 dargestellt. Die Anregung des Resonators bei der Harmonischen ist in [1] beschrieben. In dieser Schaltung ist der Quarz zwischen zwei Gates eines Hochfrequenz-Feldeffekttransistors mit einer Drossellast (L1) im Drain-Kreis geschaltet. Dies liefert die notwendige Phasenverschiebung, um Quarz bei der dritten Harmonischen anzuregen. Die Generatorlast ist über einen Source-(Emitter-)Folger verbunden. Andernfalls führt die Lastkapazität in den meisten Fällen zu einem Zusammenbruch der Schwingungen (für die dritte Harmonische). Diese Oszillatorschaltung hat eine gute Leistung. Es erregt sowohl veraltete Quarze vom Typ RK-169 als auch moderne (deutsche Firma "Jauch", St. Petersburger Produktionsfirma "Morion").

Abb.2. Ohne Induktor erregter Quarzoszillator

Die Schaltung wurde mit Quarzresonatoren bei Frequenzen von 5 bis 16 MHz getestet. Bei der Verwendung von Resonatoren von 5 bis 9 MHz musste die Induktivität des Induktors auf 100 μH erhöht werden. Durch Einstellen der Spannung am zweiten Gate mit R1 ist es möglich, die Quarzanregung bei der dritten Harmonischen und die erforderliche Schwingungsamplitude am Ausgang der Schaltung zu erreichen. Anstelle eines Doppelgate-Feldeffekttransistors vom Typ BF961 können Sie versuchen, KP327, KP359 zu verwenden, aber nicht alle Arten von Quarzresonatoren werden bei der dritten Harmonischen angeregt.

In dem folgenden Schema, das in Fig. 3 gezeigt ist, werden Quarzresonatoren auch bei der dritten Harmonischen angeregt.

Abb. 3. Quarzoszillator mit Diodenschaltung VT1

Ein in der Funktechnik erfahrener Leser kann nach sorgfältiger Betrachtung der Schaltung die Funktionsfähigkeit des vorgeschlagenen Generators bezweifeln, da. im Kollektorkreis ist ein relativ großer Widerstand (R2) enthalten und zwischen Basis und Kollektor nur 100 Ohm (R1). In diesem Fall wird der Transistor VT1 beim Diodenschalten verwendet, wenn die Basis und der Kollektor das gleiche Potential relativ zum gemeinsamen Draht der Schaltung haben. Der Strom durch den Transistor wird durch einen Widerstand im Kollektorkreis eingestellt. Und der Widerstand R1 ist nur notwendig, um parasitäre Schwingungen in der Schaltung zu löschen, die durch die Induktivität L1 und die Kapazität des Basis-Kollektor-Übergangs des Transistors zusammen mit den parasitären Kapazitäten der Schaltung gebildet wird. Angesichts der Tatsache, dass die h-Parameter des Transistors von seiner Betriebsart und von der Frequenz abhängen, gleicht die vorgeschlagene Schaltung die Phasen und Amplituden bei der dritten Harmonischen des Quarzes aus. Die Last des Quarzoszillators ist über einen Source-(Emitter-)Folger mit hoher Eingangsimpedanz verbunden. In diesem Schema werden sowohl evakuierte (RK100, RK-259) als auch versiegelte (RK-169) Quarzresonatoren angeregt. Die Schaltung wurde mit Quarz bei Frequenzen von 5 bis 16 MHz getestet. Bei einigen Arten von Niederfrequenzquarzen ist es für eine zuverlässigere Anregung von Schwingungen erforderlich, R1 auf 220 Ohm und die Kapazität C2 auf 36 pF zu erhöhen. Bei Verwendung von "low-active" Quarz ist es wünschenswert, die Induktivität der Induktivität L1 auf 50 µH zu erhöhen. Auch bei ungünstigen Verhältnissen der Elemente dieses Quarzoszillators konnte bei einer Leistungsänderung von 4 auf 12 V Quarz bei der dritten Harmonischen angeregt werden. Transistoren im Generator können verwendet werden Typen KT315, KT306, KT325, KT355, KT399, Sie müssen nur L1, C2 auswählen und die Versorgungsspannung ändern, um mit dem erforderlichen Quarzresonatortyp zu arbeiten.

Das nächste Schema, das den Lesern angeboten wird (Abb. 4), ist etwas komplizierter, enthält jedoch keine Wickelprodukte. In dieser Schaltung wird der Phasenabgleich durchgeführt, wenn der Quarz mit einer RC-Schaltung bei der dritten Harmonischen angeregt wird.

Abb.4. Quarzoszillator ohne Wicklungsprodukte

Der Oszillator ist auf einer Differenzstufe aufgebaut. Der linke (gemäß der Schaltung) Transistor der Differenzstufe ist gemäß der Schaltung mit einer gemeinsamen Basis verbunden, der rechte - gemäß der Schaltung mit einem gemeinsamen Emitter. Zwischen die Kollektoren der Transistoren ist eine phasenschiebende RC-Schaltung R5-C3 geschaltet. Die betrachtete Schaltung gehört zu den Oszillationsschaltungen, da ohne einen Quarzresonator, der eine äquivalente Induktivität ist, keine Oszillationen auftreten. In der Schaltung werden Resonatoren bei Frequenzen von 5 bis 16 MHz gut angeregt. Für niederfrequenten Quarz muss die Kapazität C3 auf 10 pF erhöht werden. Beim Ändern der Elemente der Phasenverschiebungsschaltung: Widerstand R5 - von 10 auf 150 Ohm, Kapazität C3 - von 0 auf 10 pF konnten stabile Schwingungen bei der dritten mechanischen Harmonischen des Quarzes erzielt werden. Die Transistorbaugruppe DA1 kann durch ein passendes Paar Hochfrequenztransistoren KT306, KT368, KT325, KT355, KT399 ersetzt werden. Auch in dieser Schaltung muss die Last über eine Kaskade mit hoher Eingangsimpedanz angeschlossen werden. Die Versorgungsspannung beträgt nominell 9 V, zur Anregung von Schwingungen ist es aber manchmal sinnvoll, sie im Bereich von 4 bis 12 V zu „pumpen“.

Literatur

1. Quarzoszillator auf Transistoren. - Radio, 1977, N3, S. 60.

Autor: O. Belousov, Tscherkassy; Veröffentlichung: radioradar.net

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