Pag-unawa sa Mga Crystal Oscillator Circuits

Subukan Ang Aming Instrumento Para Sa Pagtanggal Ng Mga Problema





Ang mga pangunahing pagsasaayos ng circuit ng oscillator ng circuit ng estado ay mas binuo ngayon, halos lahat ng mga pag-ikot ay binabago ng malawak na kinikilalang mga sistema ng vacuum tube tulad ng osceillator ng Pierce, Hartley, Clapp at Butler at gumagana sa parehong mga bipolar at FET device.

Bagaman ang lahat ng mga circuit na ito sa panimula ay natutugunan ang kanilang naka-disenyo na layunin, maraming mga application na tumatawag para sa isang bagay na ganap na naiiba o kung saan kinakailangang tumpak na inilarawan ang pagpapaandar.



Nakalista sa ibaba ang isang hanay ng mga circuit, para sa iba't ibang mga application mula mismo sa LF sa pamamagitan ng saklaw ng VHF, na hindi karaniwang nakikita sa mga umiiral na paggamit ng amateur o mga libro.

Ang mga pangunahing diskarte sa circuit ng oscillator ng kristal na solidong estado ay mahusay na naitatag ngayon, ang karamihan sa mga circuit ay mga pagbagay ng kilalang teknolohiya ng vacuum tube tulad ng osceillator ng Pierce, Hartley, Clapp at Butler at ginagamit ang parehong mga bipolar at FET device.



Habang ang mga circuit na ito ay karaniwang natutupad ang kanilang inilaan na layunin, maraming mga application na nangangailangan ng isang bagay na naiiba o kung saan ang pagganap ay kailangang mapagkakatiwalaan na nailalarawan.

Itinanghal dito ang iba't ibang mga circuit, para sa isang hanay ng mga application mula sa LF sa pamamagitan ng saklaw ng VHF, na hindi karaniwang matatagpuan sa kasalukuyang paggamit ng amateur o panitikan.

MODES NG OPERASYON

Ang isang puntong bihirang pinahahalagahan, o simpleng napapansin, ay ang katunayan na ang mga kristal na kuwarts ay maaaring magpilos sa isang parallel resonant mode at isang serye na resonant mode. Ang dalawang dalas ay pinaghihiwalay na may isang maliit na pagkakaiba, karaniwang 2-15 kHz sa saklaw ng dalas.

Ang dalas ng resonant frequency ay mas maliit sa dalas kumpara sa parallel.

Ang isang tukoy na kristal na idinisenyo para magamit sa parallel mode ay maaaring naaangkop na inilapat sa isang serye ng resonant circuit dapat ang isang kapasitor na katumbas ng laki sa eksaktong load capacitance nito (karaniwang 20,30, 50 o 100 pF) ay nakakabit sa serye ng kristal.

Sa kasamaang palad, hindi posible na baligtarin ang gawain para sa serong resonant na kristal sa mga parallel mode na circuit. Ang serye ng mode na kristal ay marahil ay mag-oscillate lampas sa naka-calibrate na dalas nito sa sitwasyon nito at maaaring hindi magagawa upang mag-load nang sapat.

pana-panahong butler circuit

Ang mga kristal na Overtone ay tumatakbo sa serye mode sa pangkalahatan sa pangatlo, ikalima o ikapitong overtone, at ang tagagawa ay karaniwang nagko-calibrate ng kristal sa dalas ng overtone.

Ang pagpapatakbo ng isang kristal sa parallel mode at pag-multiply ng dalas ng 3 o 5 beses ay bumubuo sa halip ng isang bagong kinalabasan sa pamamagitan ng tiyak na pagpapatakbo ng parehong kristal sa serye mode sa kanyang ika-3 o ika-5 overtone.

Habang ang pagbili ng mga overtone na kristal ay lumayo sa problema at kilalanin ang dalas na gusto mo, sa halip na ang maliwanag na pangunahing dalas.

Pangunahing mga kristal sa loob ng saklaw na 500 kHz hanggang 20 MHz ay ​​pangkalahatang binuo para sa paggana ng parallel mode subalit maaaring hilingin sa pagpapatakbo ng serye.

Para sa mga mababang kristal na dalas hanggang sa 1 MHz, maaaring mapili ang alinmang mode. Karaniwang sumasakop sa mga kristal na Overtone ang saklaw na 15 MHz hanggang 150 MHz.

MALAKING HALAGA o APERIODIC OSCILLATORS

Ang mga oscillator na hindi gumagamit ng mga naka-tune na circuit ay madalas na kapaki-pakinabang, maging bilang mga 'kristal na pamato' o anumang magkakaibang dahilan. Lalo na para sa mga kristal ng LF, ang mga naka-tune na mga circuit ay maaaring medyo malaki.

Sa kabilang banda, karaniwang hindi sila wala ng kanilang sariling mga bitag. Ang ilang mga kristal ay madaling kapitan ng oscillation sa mga hindi kanais-nais na mode, lalo na ang mga DT at CT cut crystals na inilaan para sa LF quartz oscillators.

Tunay na ito ay isang magandang ideya upang matiyak na ang output ay nasa tamang dalas at walang maliwanag na 'mode kawalang-tatag'. Pinapaliit ito ng pagliit ng puna sa mas mataas na mga frequency.

Sa mga espesyal na kaso, ang teorya sa itaas ay maaaring makalimutan at ang isang oscillator na nagtataglay ng isang nakatutok na circuit na inilapat bilang isang kahalili, (ang mga oscillator ng kristal na LF ay sinuri pagkatapos).

Mga Crystal Circuit

Ang unang circuit sa ibaba ay isang emitter-kaisa oscillator, isang pagkakaiba-iba ng Butler circuit. Ang output ng circuit sa Fig. 1 ay karaniwang sine wave na bumabawas ng emitor risistor ng Q2 ay nagpapalakas ng harmonic output.

Bilang isang resulta, ang isang 100 kHz na kristal ay bumubuo ng mahusay na mga harmonika sa pamamagitan ng 30 MHz. Ito ay isang circuit mode ng serye.

Ang isang hanay ng mga transistors ay maaaring gamitin. Para sa mga kristal sa itaas ng 3 MHz, pinapayuhan ang mga transistor na may mataas na produkto na makakuha ng bandwidth. Para sa mga kristal sa loob ng 50 kHz hanggang 500 kHz assortment, ang mga transistors na may mataas na LF na nakuha, tulad ng 2N3565 ay ginustong.

Bukod pa rito, para sa mga kristal sa loob ng seleksyon na ito, ang pinapayagan na pagwawaldas ay karaniwang mas mababa sa 100 microwatts at pagpipilit ng amplitude ay maaaring maging mahalaga.

Ang pinababang boltahe ng suplay, sa hakbang na may mahusay na pagsisimula, ay iminungkahi. Ang pagbabago ng circuit sa pamamagitan ng pagsasama ng mga diode tulad ng ipinakita sa Larawan 3 ay isang mas kapaki-pakinabang na pamamaraan, at pinahusay ang pagsisimula ng kahusayan.

Ang circuit ay mag-oscillate sa kasing taas ng 10 MHz gamit ang naaangkop na mga halaga ng transistors at emitter resistor. Karaniwang inirerekumenda ang isang tagasunod na emitter o buffer ng tagasunod na mapagkukunan.

Ang magkatulad na mga puna sa itaas ay kumonekta sa Larawan 2. Ang isang tagadala ng tagasunod ng emitter ay isinasama sa loob ng circuit na ito.

Ang dalawang mga circuit ay medyo sensitibo sa dalas at sa mga pagkakaiba-iba ng boltahe ng kuryente at mga spec ng pag-load. Inirerekumenda ang isang pagkarga ng 1 k o mas mataas.

emitter kaisa oscillator serye mode circuit


Ang TTL lC ay maaaring isama sa mga circuit ng kristal oscillator bagaman maraming nai-publish na mga circuit ang nagtataglay ng kahila-hilakbot na pagsisimula ng kahusayan o karanasan na hindi maulit dahil sa malawak na mga parameter sa lC,.

Ang circuit sa Fig. 4. ay na-eksperimento ng may-akda sa saklaw na 1 MHz hanggang 18MHz at hikayatin. Ito ay isang serye mode oscillator at papuri sa mga kristal na AT-cut.

TTL crystal oscillator

Ang output ay humigit-kumulang na 3 V na rurok hanggang sa rurok, parisukat na alon hanggang sa halos 5 MHz sa itaas na ito ay nagiging mas katulad sa mga pulso na kalahating sine. Ang pagsisimula ng kahusayan ay napakahusay, na lumilitaw na kadalasang isang kritikal na kadahilanan sa mga oscillator ng TTL.

Mababang FREQUENCY CRYSTAL OSCILLATORS

Ang mga kristal sa loob ng saklaw na 50 kHz hanggang 500 kHz ay ​​humihiling ng mga natatanging kadahilanan na hindi namataan sa mas laganap na AT o BT na gupitin ang mga kristal na HF.

Ang katulad na paglaban sa serye ay mas malaki at ang pinapayagan nilang pagwawaldas ay limitado sa ilalim ng 100 microwatts, perpekto na 50 microwatts o mas mababa.

Ang circuit sa Larawan 5 ay isang oscillator ng serye mode. Nag-aalok ito ng benepisyo ng hindi nangangailangan ng isang nakatutok na circuit, at nagtatampok ng isang pagpipilian ng output ng sine o square na alon. Para sa mga kristal sa loob ng spectrum na 50-150 kHz, pinayuhan ang 2N3565 transistors kahit na nakita ng publisher na makatuwiran ang BC107.

Parehong pagkakaiba-iba ay maaaring sapat para sa mga kristal sa loob ng saklaw na 150 kHz hanggang 500 kHz. Kung sa palagay mo ang kristal ay may kasamang isang malaking katumbas na paglaban sa serye, pagkatapos ay maaari mong taasan ang halaga ng R1 hanggang 270 ohms at R2 hanggang 3.3 k.

Mababang dalas ng serye mode oscillator circuit

Para sa pagpapatakbo ng square wave, ang C1 ay 1 uF (o marahil isang lakas sa tabi, o mas malaki kaysa dito). Para sa output ng sine wave, ang C1 ay wala sa circuit.

Ang kontrol sa amplitude ay hindi kinakailangan. Ang output ng sinus na alon ay humigit-kumulang na 1 V rms, square waive output sa paligid ng 4 V na rurok hanggang sa rurok.

Ang circuit sa Larawan 6 ay talagang isang binagong uri ng Colpitts oscillator, kasama ang pagsasama ng risistor Rf upang makontrol ang feedback. Ang mga capacitor C1 at C2 ay dapat mabawasan sa pamamagitan ng kinakalkula na magnitude habang nadagdagan ang dalas.

Sa 500 kHz, ang mga halaga para sa C1 at C2 ay dapat na humigit-kumulang na 100 pF at 1500 pF na magkatugma. Ang circuit na napatunayan ay nag-aalok ng output ng sine wave gamit ang pangalawang maharmonya sa paligid ng 40 dB mas mababa (o mas mataas).

Ito ay madalas na nai-minimize sa pamamagitan ng maingat na pag-aayos ng Rf at C1. Tandaan na, sa nabawasan na halaga ang isang puna ay mahalaga upang magawa ito, nangangailangan ito ng halos 20 segundo para makamit ng oscillator ang buong output.

Ang output ay halos 2 hanggang 3 volts na rurok hanggang sa rurok. Kapag kailangan mo ng isang output na puno ng mga harmonika, ang madaling pagsasama ng isang 0.1 uF capacitor sa emitor risistor ay makakamit nito. Kasunod na pagtaas ng output sa paligid ng 5 V na rurok hanggang sa rurok.

Ang boltahe ng suplay ng kuryente ay maaaring mabawasan sa mga ganitong kaso upang mabawasan ang pagwawaldas ng kristal. Maaaring magamit ang ibang mga transistor, kahit na ang bias at puna ay maaaring na-tweak. Para sa mga cantankerous crystal na idinisenyo upang magpilos sa mga mode bukod sa mga nais mo, ang circuit ng Fig.7 ay masidhing iminungkahi

100 kHz na naka-tune ng circuit ng kristal oscillator

Ang feedback ay pinamamahalaan ng isang tapikin kasama ang load ng kolektor ng Q1. Ang pagkakakulong ng amplitude ay mahalaga upang mapanatili ang pagwawaldas ng kristal sa loob ng mga hangganan. Para sa 50 kHz crystals ang coil ay kailangang 2 mH at ang resonating capacitor na 0.01 uF. Ang output ay humigit-kumulang na 0.5 V rms, sa panimula ay isang alon ng sine.

Ang paggamit ng isang tagasunod ng emitter o tagasunod na tagasunod ng pinagmulan ay lubos na inirerekomenda.

Kung sakaling ang isang parallel mode na kristal ay ginamit ang 1000 pF capacitor na ipinahiwatig sa serye na may kristal ay dapat mabago sa napiling capacitance ng kristal (karaniwang 30, 50 hanggang 100 pF para sa mga ganitong uri ng mga kristal).

HF CRYSTAL OSCILLATOR CIRCUITS

Ang mga solidong disenyo ng estado para sa mga kilalang AT-cut HF na kristal ay may posibilidad na maging lehiyon. Ngunit, hindi kinakailangang mga resulta kung ano ang maaari mong asahan na magkaroon. Ang karamihan ng mahahalagang kristal hanggang sa 20 MHZ ay karaniwang pinili para sa paggana ng parallel mode.

Gayunpaman, ang ganitong uri ng mga kristal ay maaaring gamitin sa mga oscillator ng serye mode sa pamamagitan ng pagpoposisyon ng nais na capacitance ng pag-load sa serye sa kristal tulad ng naunang nasabi. Ang dalawang uri ng circuit ay tinalakay sa ibaba.

Ang isang mahusay na oscillator para sa saklaw ng 3 hanggang 10 MHz na hindi hinihingi ang isang naka-tune na circuit ay ipinakita sa Larawan 8 (a). Ito ay natural, ang parehong circuit bilang Fig.6. Ang circuit ay gumagana ng napakahusay pababa sa 1 MHz kapag ang C1 at C2 ay mas mataas kaysa sa 470 pF at 820 pF ayon sa pagkakabanggit. Maaari itong magamit sa 15 MHz kung ang kaganapan C1 at C2 ay nabawasan sa 120 pF at 330 pF. ayon sa pagkakabanggit.

parallel circuit oscillator

Pinayuhan ang circuit na ito para sa mga hindi kritikal na layunin kung saan nais ang malaking output ng maayos at hindi isang pagpipilian. Ang pagsasama ng isang naka-tune na circuit tulad ng sa 8b ay minimimize ang harmonic output nang malaki.

Ang isang tuned circuit na mayroong isang malaking Q ay karaniwang inirerekomenda. Sa isang 6 MHz oscillator, Nakamit namin ang mga resulta sa ibaba. Ang pagkakaroon ng isang coil Q ng 50 ang 2nd harmonic ay 35 dB hanggang sa pababa.

Ang pagkakaroon ng Q ng 160, naging -50 dB! Ang Resistor Rf ay maaaring mabago (dagdagan ng kaunti) upang mapahusay ito. Ang output ay karagdagan naitaas gamit ang isang mataas na Q coil.

Tulad ng dating naobserbahan, na may nabawasan na feedback nangangailangan ito ng maraming sampu-sampung segundo upang makamit ang 100% na output mula sa pag-on, kahit na, ang pagsasabog ng dalas ay kamangha-mangha.

Ang paggana sa iba't ibang mga frequency ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pag-aayos ng mga capacitor at coil na epektibo.

Ang circuit na ito (Larawan 8) ay maaari ding mabago sa isang lubhang kapaki-pakinabang na VXO. Ang isang maliit na maliit na inductance ay tinukoy sa serye na may kristal at isa sa mga capacitor sa loob ng feedback circuit ay ginagamit bilang isang variable na uri.

Ang isang karaniwang two-gang 10-415 pF transmitter tuning capacitor ay ganap na maisasagawa ang gawain. Ang bawat gang ay conected sa parallel.

variable frequency oscillator VXO

Ang saklaw ng pag-tune ay natutukoy ng kristal, ang inductance ng L1 at ang dalas. Ang isang mas malaking saklaw sa pangkalahatan ay maa-access gamit ang mas mataas na mga kristal na dalas. Ang katatagan ay lubos na mahusay, nakakakuha ng malapit sa ng kristal.

Isang VHF OSCILLATOR-MULTIPLIER

Ang circuit sa Fig.10 ay isang nabagong bersyon ng 'impedance inverting' overtone oscillator. Karaniwan, ang paglalapat ng impedance inverting circuit ang kolektor ay maaaring hindi ma-untun o ma-grounded para sa RF.

Ang kolektor ay maaaring iakma sa dalawang beses o 3 beses na dalas ng kristal upang mabawasan ang output sa dalas ng kristal, iminungkahi ang isang 2x na naka-tune na circuit.

HINDI KA DAPAT ibagay ang kolektor sa dalas ng kristal, o kung hindi man ay maaaring mag-oscillate ang circuit na may dalas na maaaring wala sa kontrol ng kristal. Kailangan mong panatilihin ang nangunguna sa kolektor napakaliit at isa sa isa hangga't maaari.

Ang mga resulta sa pagtatapos gamit ang ganitong uri ng circuit ay mahusay. Halos lahat ng mga output bukod sa nais na output ay nasa -60 dB o mas mataas.

Ang produksyon ng ingay ay umabot ng hindi bababa sa 70 dB sa ilalim ng nais na output. Lumilikha ito ng isang natitirang oscillator ng conversion para sa mga converter ng VHF / UHF.

Praktikal na 2 V ng RF ay maaaring makuha sa mainit na terminal ng L3 (orihinal ng may-akda sa 30 MHz). Ang isang kinokontrol na supply ng Zener ay masidhing inirerekomenda.

Tulad ng itinuro sa loob ng diagram, iba't ibang mga halaga ng circuit ay mahalaga para sa iba't ibang mga transistor. Ang mga ligaw sa tukoy na istraktura ay maaari ring mangailangan ng mga pagbabago. Maaaring magamit ang L1 upang ilipat ang kristal sa dalas. Ang mga maliit na pagbabago sa dalas (tungkol sa 1 ppm) ay nagaganap habang inaayos ang L2 at L3 pati na rin ang paggamit ng mga pagkakaiba-iba ng pag-load. Nasabi na, sa totoong pagsubok, ang mga bagay na ito ay maaaring hindi gaanong mahalaga.




Nakaraan: Mga Parameter ng Datasheet ng Maghahambing Susunod: Paano Mag-Wire ng MQ-135 Gas Sensor Module nang Tama