Схема кварцевого барьерного автогенератора на основе двухтактного усилителя

Как известно, на основе усилителя в большинстве случаев можно изготовить автогенератор, соединив вход и выход усилителя через селективный элемент (фильтр), соответственно реализуя необходимый фазовый сдвиг в таком "кольце".

В работе была приведена схема дух тактного усилителя со встречной динамической нагрузкой (см. рис.1).

Однако генератор на основе такой схемы оказался несовершенным по многим причинам.

Создать действительно простую и надежную схему кварцевого генератора, основываясь на схеме двухтактного усилителя со встречной динамической нагрузкой, оказалось возможным только при работе схемы автогенератора в барьерном режиме.

Именно барьерный режим работы транзисторов позволяет создавать крайне простые схемы, которые чаще всего не нуждаются в настройке. Кроме того, получается весьма малая амплитуда ВЧ колебаний на селективном элементе автогенератора (кварце или LC-контуре) .

Соответственно, малая амплитуда ВЧ колебаний на кварце (малая мощность, рассеиваемая на кварце) способствует получению действительно стабильных во времени колебаний, препятствуя таким негативным явлениям, как перескок частоты и генерация паразитных колебаний (колебаний, наблюдающихся не на частоте кварца, либо не на его нечетных механических гармониках).Кварцевый барьерный автогенератор на основе двухтактного усилителя

На рис. 2 приведена разработанная авторами схема кварцевого автогенератора, работающего в барьерном режиме.

Строго говоря, данная схема работает в режиме, очень близком к барьерному, но с практической точки зрения можно считать, что схема работает в барьерном режиме (в полной мере барьерный режим был бы реализован, если бы резисторы R1 и R2 были заменены проволочными перемычками).

Однако при наличии проволочных перемычек даже в отсутствие СГ, ZQ1 и С5* в схеме наблюдается паразитная генерация (благодаря наличию L1 и L2). Вот почему в схему и включены последовательно с L1 и 12 соответственно R1 и R2 (см. рис. 2). Понятно, что эти резисторы нужны исключительно как антипаразитные элементы.

С точки зрения схемотехники подобных устройств данная схема может быть классифицирована как полный генератор Пирса (в схеме присутствуют обе емкости, С1* и С5*).

Схема включения транзисторов — общий эмиттер (ОЭ). Ранее подобная схема (но однотактная, с относительно низкоомной коллекторной нагрузкой) была подробно исследована автором.

Но данная схема (рис. 2) имеет уже весьма высокоомную коллекторную нагрузку вследствие того, что коллекторной нагрузкой каждого из транзисторов является коллекторный переход другого транзистора. Именно благодаря этому и достигается меньшее шунтирование кварца, чем в схеме .

Меньшему шунтированию кварца в схеме на рис. 2 способствует также использование дросселей L1 и L2 с достаточно большой индуктивностью (на высоких частотах индуктивное сопротивление их достигает достаточно больших величин). С целью практического использования этой схемы и дальнейшего всестороннего исследования ее свойств был добавлен к ней эмиттерный повторитель (два последовательно включенных эмиттерных повторителя).

Окончательная схема барьерного кварцевого автогенератора, дополненная буферным каскадом (VT3, VT4), приведена на рис. 3.

Поскольку однотактная схема с ОЭ, работающая в барьерном режиме (точнее, в режиме, достаточно близком к истинно барьерному), при определенных условиях способна к генерации на третьей механической гармонике кварца (при достаточно малых емкостях соответствующих конденсаторов), было решено также проверить и данную двухтактную схему на возможность генерации в ней кварцев на третьей механической гармонике.

С целью адекватного сравнения поведения двухтактной схемы с однотактной эксперименты проводились с одним и тем же кварцем на частоту 46,516 МГц (гармониковым кварцем, на корпусе которого была указана частота третьей механической гармоники). Как оказалось в результате проведенных исследований, и в случае двухтактной схемы удалось при относительно небольших значениях емкостей С1* и С5* добиться возбуждения кварца на третьей механической гармонике (см. таблицу 1).

Заметим, что зоны генерации на третьей и первой механических гармониках у однотактной схемы получаются несколько более широкими, чем для рассматриваемой двухтактной схемы. Однако с практической точки зрения и у двухтактной схемы эти зоны достаточно широки, чтобы возбудить кварц как на третьей механической гармонике (С1* = С5* = 20 пФ.,.30 пФ), так и на первой механической гармонике (С1* = С5* = 51 ПФ…300 пФ).

Вместе с тем анализируемая схема может быть исполнена и как неполный генератор Пирса (согласно терминологии, предложенной в ).

Так, в таблице 2 представлены данные, полученные при исследовании схемы (рис. 3) в случае отсутствия С5* (т.е. С5* = 0 пФ).

Соответственно, в схеме может отсутствовать и С1*, а С5*, наоборот, присутствовать. В этом случае наблюдается похожее качественное поведение работы схемы, и только количественные данные разнятся.

Оценивая в целом качественное поведение однотактной и рассматриваемой двухтактной схемы, можно, в принципе, говорить о том, что оно должно совпадать для обеих схем (с обсуждаемых в данном случае позиций).

Вполне возможно, что и в двухтактной схеме может быть реализован двухчастотный режим возбуждения кварца (в достаточно узких диапазонах изменения С1* = С5*, вследствие чего его трудно зафиксировать).

В схеме были использованы транзисторы КТ3102 и КТ3107 в пластмассовых корпусах (довольно шумные, как известно, транзисторы). Поэтому весьма желательно использовать такие транзисторы в "золотых" корпусах. Однако неплохие результаты (с точки зрения шумов) достигаются при применении транзисторов КТ361Б и КТ315Б.

На рис. 4 приведена печатная плата автогенератора (рис. 3) со стороны токоведущих дорожек, выполненная в масштабе 1:1.

Резисторы R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 и R9 устанавливаются вертикально, и только резистор R8 — горизонтально. Дроссели L1 и L2 — малогабаритные, каплеобразной формы.

Дорожки платы в общем следуют принципиальной схеме.

На рис. 5 представлена эта плата в увеличенном виде с указанием нумерации радиодеталей.

Питание схемы во всех экспериментах осуществлялось от стабилизированного источника напряжения 12 В.

При использовании автогенератора в качестве отдельного блока приемно-передающей или измерительной аппаратуры также следует использовать стабилизированный источник напряжения.

Однако допускается напряжение такого источника и меньше указанной величины 12 В (например, 10 В, 8 В или даже несколько меньше). Схема, приведенная на рис. 3, показала хорошую повторяемость и большую устойчивость в работе. Схема может быть рекомендована для повторения в качестве отдельного узла (блока) приемно-передающей (или измерительной) аппаратуре.