Kristal Osilatör Devrelerini Anlamak

Temel katı hal kristal osilatör devre konfigürasyonları günümüzde daha gelişmiştir; neredeyse tüm devreler, Pierce, Hartley, Clapp ve Butler osilatörü gibi yaygın olarak tanınan vakum tüp sistemlerinin modifikasyonlarıdır ve hem bipolar hem de FET cihazlarıyla çalışır.

Tüm bu devreler temelde tasarlanmış hedeflerini karşılasa da, tamamen farklı bir şey gerektiren veya işlevselliğin doğru bir şekilde tanımlanması gereken birçok uygulama vardır.

Aşağıda, mevcut amatör kullanımlarda veya kitaplarda tipik olarak görülmeyen, doğrudan LF'den VHF aralığına kadar çeşitli uygulamalar için bir dizi devreler listelenmiştir.

Temel katı hal kristal osilatör devre teknikleri şimdiye kadar iyi oluşturulmuştur, çoğu devre Pierce, Hartley, Clapp ve Butler osilatörü gibi iyi bilinen vakum tüp teknolojisinin uyarlamalarıdır ve hem bipolar hem de FET cihazlarını kullanır.

Bu devreler temelde amaçlarını yerine getirirken, farklı bir şey gerektiren veya performansın güvenilir bir şekilde karakterize edilmesi gereken birçok uygulama vardır.

Burada mevcut amatör kullanım veya literatürde yaygın olarak bulunmayan, LF'den VHF serisine kadar çeşitli uygulamalar için çeşitli devreler sunulmuştur.

OPERASYON MODLARI

Nadiren değer verilen veya basitçe gözden kaçan bir nokta, kuvars kristallerinin paralel bir rezonans modunda ve bir seri rezonans modunda salınabileceği gerçeğidir. İki frekans, frekans aralığı üzerinde genellikle 2-15 kHz olan küçük bir farkla bölünmüştür.

Seri rezonans frekansı, paralel ile karşılaştırıldığında frekansta daha küçüktür.

Paralel modda kullanılmak üzere tasarlanmış özel bir kristal, kristal ile seri olarak tam yük kapasitansına (tipik olarak 20, 30, 50 veya 100 pF) eşdeğer büyüklükte bir kapasitör bağlanırsa, bir seri rezonans devresine uygun şekilde uygulanabilir.

Ne yazık ki, paralel mod devrelerinde seri rezonans kristali için görevi tersine çevirmek mümkün değildir. Seri mod kristali, muhtemelen kendi durumunda kalibre edilmiş frekansının ötesinde salınır ve onu kapasitif olarak yeterince aşağı yüklemek mümkün olmayabilir.

Aşırı ton kristalleri seri modunda genellikle üçüncü, beşinci veya yedinci aşırı tonda çalışır ve üretici genellikle kristali aşırı ton frekansında kalibre eder.

Bir kristali paralel modda çalıştırmak ve frekansı 3 veya 5 kez çarpmak, tam olarak aynı kristali seri modunda 3. veya 5. aşırı tonda çalıştırarak yeni bir sonuç üretir.

Aşırı tonlu kristalleri satın alırken ikilemden uzak durun ve görünen temel frekans yerine istediğiniz frekansı belirleyin.

500 kHz ila 20 MHz aralığındaki temel kristaller genellikle paralel mod çalışması için üretilir, ancak seri mod çalışması istenebilir.

1 MHz'e kadar düşük frekanslı kristaller için her iki mod da seçilebilir. Aşırı ton kristalleri normalde 15 MHz ila 150 MHz aralığını kapsar.

GENİŞ ARALIKLI veya APERİODİK OSİLATÖRLER

Ayarlanmış devreleri asla kullanmayan osilatörler, ister 'kristal dama' ya da başka bir nedenle, genellikle çok kullanışlıdır. Özellikle LF kristalleri için, ayarlanmış devreler oldukça büyük olabilir.

Öte yandan, genellikle kendi tuzakları da yoktur. Birkaç kristal istenmeyen modlarda salınıma duyarlıdır, özellikle LF kuvars osilatörleri için tasarlanmış DT ve CT kesim kristalleri.

Çıkışın doğru frekansta olduğundan ve 'mod kararsızlığı' nın görülmediğinden emin olmak gerçekten iyi bir fikirdir. Daha yüksek frekanslarda geri beslemeyi en aza indirmek genellikle bunu çözer.

Özel durumlarda, yukarıdaki teori unutulabilir ve alternatif olarak uygulanan ayarlanmış bir devreye sahip bir osilatör uygulanabilir (LF kristal osilatörleri daha sonra gözden geçirilir).

Kristal Devreler

Aşağıdaki ilk devre, Butler devresinin bir varyasyonu olan emitör-bağlı bir osilatördür. Şekil 1'deki devrenin çıkışı temelde sinüs dalgasıdır, Q2'nin yayıcı direncini düşürerek harmonik çıkışı artırır.

Sonuç olarak, 100 kHz'lik bir kristal, 30 MHz üzerinden mükemmel harmonikler üretir. Seri mod devresidir.

Bir dizi transistör kullanılabilir. 3 MHz üzerindeki kristaller için, yüksek kazanç bant genişliğine sahip bir ürüne sahip transistörler tavsiye edilir. 50 kHz ila 500 kHz arasında değişen kristaller için, 2N3565 gibi yüksek LF kazançlı transistörler tercih edilir.

Ek olarak, bu seçim dahilindeki kristaller için, izin verilen yayılma normalde 100 mikro dalgadan daha düşüktür ve genlik kısıtlaması gerekli olabilir.

Verimli başlatma ile adım adım azaltılmış besleme voltajı önerilir. Devreyi, Şekil 3'te gösterildiği gibi diyotların dahil edilmesiyle değiştirmek daha faydalı bir tekniktir ve başlangıç ​​verimi arttırılır.

Devre, uygun transistörler ve yayıcı direnç değerleri kullanılarak 10 MHz kadar yüksek salınım yapacaktır. Genellikle bir yayıcı takipçisi veya kaynak takipçisi tamponu önerilir.

Yukarıdaki için aynı yorumlar Şekil 2 ile bağlantılıdır. Bu devre içinde bir yayıcı takipçi tamponu bulunmaktadır.

İki devre, frekansa ve güç voltajı değişikliklerine ve yük özelliklerine biraz duyarlıdır. 1 k veya daha yüksek bir yük önerilir.

TTL lC, kristal osilatör devreleriyle birleştirilebilir, ancak yayınlanmış çok sayıda devre korkunç başlatma verimliliğine sahiptir veya lC'lerde geniş parametreler nedeniyle tekrarlanamazlık yaşar.

Şekil 4'teki devre, yazar tarafından 1 MHz ila 18 MHz aralığında denenmiştir ve teşvik edilecektir. Bu, seri modlu bir osilatördür ve AT kesimli kristalleri tamamlar.

Çıkış, tepeden tepeye yaklaşık 3 V'dur, yaklaşık 5 MHz'e kadar kare dalgadır ve bunun üzerinde yarım sinüs darbelerine daha benzer hale gelir. Başlangıç ​​verimliliği mükemmeldir ve bu, TTL osilatörleri için çoğunlukla kritik bir faktör gibi görünmektedir.

DÜŞÜK FREKANSLI KRİSTAL OSİLATÖRLER

50 kHz ila 500 kHz aralığındaki kristaller, daha yaygın AT veya BT kesim HF kristallerinde görülmeyen ayırt edici faktörler gerektirir.

Benzer seri direnci çok daha büyüktür ve izin verilen dağılımları 100 mikrowattın altında, ideal olarak 50 mikrowatt veya daha düşüktür.

Şekil 5'teki devre, seri modlu bir osilatördür. Ayarlanmış bir devreye ihtiyaç duymama avantajını sunar ve sinüs veya kare dalga çıkışı seçeneği sunar. 50-150 kHz spektrumundaki kristaller için, yayıncı BC107'yi makul bulsa bile 2N3565 transistör tavsiye edilir.

Her iki çeşit de 150 kHz ila 500 kHz aralığındaki kristaller için yeterli olabilir. Kristalin büyük bir eşdeğer seri direnç içerdiğini düşünüyorsanız, o zaman R1 değerini 270 ohm'a ve R2'yi 3,3 k'ye yükseltebilirsiniz.

Kare dalga işlemleri için C1, 1 uF'dir (veya belki de yanında veya ondan daha büyük bir büyüklüktür). Sinüs dalgası çıkışı için C1 devrede değildir.

Genlik kontrolü gereksizdir. Sinüs dalgası çıkışı yaklaşık 1 V rms, kare feragat çıkışı tepeden tepeye 4 V civarındadır.

Şekil 6'daki devre, geri beslemeyi düzenlemek için rezistör Rf'nin dahil edilmesiyle aslında Colpitts osilatörünün revize edilmiş bir türüdür. Kondansatörler C1 ve C2, frekans arttıkça hesaplanan büyüklüklerle en aza indirilmelidir.

500 kHz'de, C1 ve C2 değerleri yaklaşık olarak 100 pF ve 1500 pF olmalıdır. Kanıtlanmış devre, ikinci harmoniği yaklaşık 40 dB daha düşük (veya daha yüksek) kullanarak sinüs dalgası çıkışı sunar.

Bu genellikle Rf ve C1'in dikkatlice ayarlanmasıyla en aza indirilir. Unutmayın, azaltılmış miktarda geri bildirim bunu başarmak için gereklidir, osilatörün tam çıktıya ulaşması için yaklaşık 20 saniye gerekir.

Çıkış, tepeden tepeye yaklaşık 2 ila 3 volttur. Harmonik yüklü bir çıkışa ihtiyaç duyduğunuzda, 0,1 uF kapasitörün yayıcı direnci üzerine kolayca dahil edilmesi bunu başaracaktır. Çıkış daha sonra tepeden tepeye yaklaşık 5 V'a yükselir.

Bu gibi durumlarda, kristal dağılımını azaltmak için güç kaynağı voltajı azaltılabilir. Önyargı ve geri bildirimin ayarlanması gerekse de, diğer transistörler kullanılabilir. İstediklerinizin yanı sıra modlarda salınım yapacak şekilde tasarlanmış eğik kristaller için, Şekil 7'deki devre şiddetle tavsiye edilir.

Geri bildirim, Q1'in toplayıcı yükü boyunca bir dokunuşla yönetilir. Genlik sınırlaması, kristal dağılımını sınırlar içinde tutmak için önemlidir. 50 kHz kristaller için bobinin 2 mH olması ve rezonans kapasitörünün 0.01 uF olması gerekir. Çıkış, temelde bir sinüs dalgası olan yaklaşık 0,5 V rms'dir.

Bir yayıcı takipçisi veya kaynak takipçisi tamponunun kullanılması şiddetle tavsiye edilir.

Paralel mod kristalinin kullanılması durumunda, kristal ile seri olarak gösterilen 1000 pF kapasitör, kristalin seçilen yük kapasitansına (bu tip kristaller için tipik olarak 30, 50 ila 100 pF) değiştirilmelidir.

HF KRİSTAL OSİLATÖR DEVRELERİ

İyi bilinen AT-cut HF kristalleri için katı hal tasarımları lejyon olma eğilimindedir. Ancak sonuçlar, beklediğiniz gibi olmayabilir. 20 MHZ'ye kadar olan temel kristallerin çoğu, tipik olarak paralel mod çalışması için seçilir.

Bununla birlikte, bu tür kristaller, daha önce belirtildiği gibi, istenen yük kapasitansını kristal ile seri olarak konumlandırarak seri modlu osilatörlerde kullanılabilir. İki tür devre aşağıda tartışılmaktadır.

Şekil 8 (a) 'da ayarlanmış bir devre gerektirmeyen 3 ila 10 MHz aralığı için iyi bir osilatör sunulmuştur. Doğal olarak, Şekil 6 ile aynı devredir. Devre C1 ve C2 sırasıyla 470 pF ve 820 pF'den yüksek olduğunda 1 MHz'e kadar son derece iyi çalışır. C1 ve C2'nin 120 pF ve 330 pF'ye düşürülmesi durumunda 15 MHz'e kadar kullanılabilir. sırasıyla.

Bu devre, büyük harmonik çıkışın istendiği veya bir seçenek olmadığı kritik olmayan amaçlar için önerilir. 8b'deki gibi ayarlanmış bir devrenin dahil edilmesi, harmonik çıkışı önemli ölçüde en aza indirir.

Genellikle önemli bir Q değerine sahip ayarlanmış bir devre önerilir. 6 MHz'lik bir osilatörde aşağıdaki sonuçlara ulaştık. Q bobini 50 olan 2. harmonik tamamen 35 dB idi.

160 Q ile -50 dB olmuştu! Bunu geliştirmek için direnç Rf değiştirilebilir (biraz artırılabilir). Çıkış ayrıca yüksek bir Q bobini kullanılarak yükseltilir.

Daha önce gözlemlendiği gibi, azalan geribildirimle, açıldıktan sonra% 100 çıktı elde etmek için birkaç on saniye gerekir, buna rağmen, frekans kararlılığı harika.

Kondansatörlerin ve bobinin etkin bir şekilde ayarlanmasıyla farklı frekanslarda çalışma sağlanabilir.

Bu devre (Şekil 8) ayrıca son derece kullanışlı bir VXO'ya dönüştürülebilir. Kristalle seri olarak küçük bir endüktans tanımlanır ve geri besleme devresindeki kapasitörlerden biri değişken tip olarak kullanılır.

Ortak bir iki gruplu 10-415 pF verici ayar kondansatörü görevi mükemmel şekilde yerine getirecektir. Her çete paralel olarak birleştirilir.

Ayar aralığı kristal, L1 endüktansı ve frekans tarafından belirlenir. Daha yüksek frekanslı kristaller kullanılarak genellikle daha geniş bir aralığa erişilebilir. Stabilite son derece iyi, kristale yaklaşıyor.

BİR VHF OSİLATÖR-ÇOKLAYICI

Şekil 10'daki devre, aşırı ton osilatörünün 'empedans tersine çeviren' değiştirilmiş bir versiyonudur. Tipik olarak, empedans ters çevirme devresini uygularken, toplayıcı ya RF için ayarlanmamış ya da topraklanmıştır.

Kristal frekansındaki çıkışı en aza indirmek için toplayıcı, kristal frekansının iki katına veya 3 katına ayarlanabilir, 2x ayarlanmış bir devre önerilmiştir.

Kollektörü ASLA kristal frekansına ayarlamamalısınız, aksi takdirde devre kristalin kontrolü dışında olabilecek bir frekansla salınabilir. Kollektör kurşununu olabildiğince küçük ve bire bir tutmanız gerekir.

Bu tür bir devre kullanılarak elde edilen sonuçlar harikaydı. İstenen çıkışın yanı sıra hemen hemen tüm çıktılar -60 dB veya daha yüksekti.

Gürültü üretimi, istenilen çıktı altında en az 70 dB'ye ulaşır. Bu, VHF / UHF dönüştürücüler için olağanüstü bir dönüşüm osilatörü oluşturur.

Pratik olarak 2 V RF, L3'ün sıcak terminalinde elde edilebilir (yazarın orijinali 30 MHz'de). Zener tarafından düzenlenmiş bir tedarik şiddetle tavsiye edilir.

Şemada belirtildiği gibi, çeşitli transistörler için çeşitli devre değerleri gereklidir. Belirli yapıdaki başıboşlar da modifikasyonlar gerektirebilir. L1, kristali frekansta hareket ettirmek için kullanılabilir. Frekansta küçük değişiklikler (yaklaşık 1 ppm), L2 ve L3 ayarlanırken ve ayrıca yük varyasyonları kullanılırken gerçekleşir. Bunu söyledikten sonra, gerçek testte bu şeyler önemsiz olabilir.