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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Oscilador de quartzo estável. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador Sabe-se que as propriedades estabilizadoras de um ressonador de quartzo são mais plenamente realizadas se ele for excitado em uma frequência de ressonância em série. O autor conseguiu desenvolver um oscilador estabilizado em frequência de quartzo, que é auto-excitado em uma frequência de ressonância em série e praticamente não requer ajuste. O conhecido gerador foi tomado como base, no qual um ressonador de quartzo é conectado entre os emissores dos estágios do transistor conectados. Seu circuito simplificado (sem circuitos de polarização do transistor) é mostrado na fig. 1. O transistor VT1 é conectado de acordo com o esquema com uma base comum e VT2 - com um coletor comum (seguidor do emissor). Como você sabe, a resistência de saída do seguidor de emissor e a entrada - cascata com uma base comum são muito pequenas, então o ressonador de quartzo é conectado entre duas resistências pequenas e quase ativas. Nessas condições, ele passa o sinal, fechando o loop de realimentação, apenas em sua frequência de ressonância em série, onde sua resistência é mínima.
Para a auto-excitação do gerador, é necessário manter os equilíbrios de amplitude e fase. A primeira é garantir que o produto dos ganhos de todos os elos no anel de realimentação seja ligeiramente maior que um. Se for menor que esse valor, o gerador não se autoexcitará e, se for muito maior, superexcitará, como resultado da deterioração da estabilidade da frequência e da forma do sinal (devido à entrada na região não linear das características do transistor). O equilíbrio de fase é que a incursão de fase no anel é 0 ou 360°. Caso contrário, a incursão de fase adicional terá que compensar o ressonador e, de acordo com a característica de fase deste último, o gerador se autoexcitará não exatamente na frequência de ressonância, mas um pouco para o lado. E o que é mais desagradável, essa mudança de frequência dependerá do modo, temperatura e outros fatores desestabilizadores. A propósito, a mudança de frequência devido à inclinação é menor, quanto maior o fator de qualidade do ressonador e, portanto, mais acentuada sua característica de fase. É por isso que é recomendável usar ressonadores de alta qualidade. O circuito R3C1, que serve para conectar o estágio amplificador (VT1) com o seguidor de emissor (VT2), ajuda a cumprir as condições descritas no gerador proposto. A relutância em usar um circuito oscilatório como carga do amplificador levou ao fato de que a tensão amplificada é liberada e não na resistência ativa da carga R1, mas na capacitância da junção do coletor. O local de inclusão da capacitância de coletor e instalação de Sk mostra-se no figo. 1 linha tracejada. Essas capacitâncias atuam como um circuito integrador, criando um atraso de fase de quase 90°. O circuito diferenciador R3C1 cria um avanço de fase no mesmo ângulo, como resultado, a mudança de fase total no anel é próxima de zero. Ao reduzir a capacitância C1, o coeficiente de transmissão também pode ser reduzido, eliminando assim a sobreexcitação. O sinal de saída é convenientemente removido do resistor R4 incluído no circuito coletor do transistor seguidor de emissor VT2. Devido à sua alta impedância de saída, o efeito dos estágios subseqüentes na operação do gerador é insignificante. Experimentos com o gerador descrito mostraram que é muito fácil auto-excitar, praticamente não requer ajuste, é totalmente acrítico para as classificações das peças e o tipo de transistores. Naturalmente, ele gera na frequência fundamental da ressonância em série do ressonador de quartzo. No entanto, para osciladores e transmissores locais VHF, os geradores harmônicos são bons, gerando oscilações de um triplo ou até cinco vezes a frequência do ressonador (aliás, o fator de qualidade deste último em harmônicos é muito maior). Surgiu a dúvida, é possível forçar esse gerador a ser excitado no terceiro harmônico do quartzo? Descobriu-se que, apesar da ausência de circuitos oscilatórios, é possível! Para fazer isso, você precisa usar transistores de micro-ondas com alta frequência de corte (não inferior a 300 ... 500 MHz) e reduzir a resistência de carga R1 e a capacitância do capacitor de acoplamento C1 ao mínimo. As condições de auto-excitação para o terceiro harmônico são obtidas neste caso melhor do que para o primeiro. Um circuito gerador prático é mostrado na fig. 2
Os modos do transistor DC determinam os divisores R1R2 e R8R9 nos circuitos básicos. A corrente do coletor depende das resistências dos resistores R4 e R11 e neste caso é de aproximadamente 4 mA, e a corrente total consumida pelo gerador é de 8 mA. A seleção do modo não é necessária. É desejável estabilizar a tensão de alimentação de 9 V. O autor usou no gerador ressonadores de quartzo de pequeno porte amplamente utilizados em uma caixa de metal de estações de rádio CB de 27 MHz. A frequência de sua ressonância principal é de cerca de 9 MHz, mas a frequência do terceiro harmônico é indicada na caixa. De um lote bastante grande de ressonadores, apenas alguns (cerca de 5%) tiveram atividade insuficiente para auto-excitação deste gerador. Para ajustar a frequência dentro de uma pequena faixa, uma matriz varicap VD1 é conectada em série com o ressonador de quartzo BQ1. Quando a tensão de controle Ucontrol mudou de 0 para 9 V, a frequência mudou em 700 Hz. Levando em consideração a multiplicação de frequência subsequente (e o desvio é multiplicado pelo mesmo número de vezes), isso é suficiente para FM de banda estreita nas bandas de VHF. Se a modulação ou ajuste remoto da frequência do gerador pela tensão de controle não for necessária, os elementos VD1, R5-R7, C4 e C5 podem ser excluídos (à direita - de acordo com o diagrama - a saída do ressonador neste caso é conectada diretamente ao emissor VT2). Dentro de pequenos limites, a frequência também pode ser ajustada com um capacitor trimmer conectado em série com o ressonador de quartzo BQ1. A configuração do gerador é reduzida à alteração da capacitância do capacitor de sintonia C2 para obter auto-excitação estável no terceiro harmônico. Com sua capacidade insuficiente, a geração quebra completamente e, com capacidade excessiva, pode ocorrer um "salto" para o primeiro harmônico. A tensão de saída é de cerca de 0,5 V. É conveniente controlá-la com um osciloscópio de alta frequência conectado à saída do gerador. Autor: Vladimir Polyakov (RA3AAE)
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