Кварцевий генератор

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающей и радиоприемной аппаратуре. Известен кварцевый генератор с малым изменением выходного напряжения, выполненный по емкостной трехточечной схеме, выходное напряжение снимается с сопротивления резистора, включенного в цепь коллектор-эмиттер биполярного транзистора. Он содержит один транзистор, шесть резисторов (три резистора подачи напряжения смещения и термостабилизации, резистор нагрузки, резистор фильтра в цепи питания и резистор, уменьшающий склонность генератора к паразитным колебаниям), кварцевый резонатор с последовательно включенной катушкой индуктивности для коррекции частоты генерации (для обеспечения режима работы вблизи последовательного резонанса резонатора), пять конденсаторов (два разделительных, два в цепи связи транзистора с кварцевым резонатором, блокирующий конденсатор фильтра в цепи питания) [1, с.133]. Недостатком этого кварцевого генератора является невозможность обеспечения высокой стабильности амплитуды напряжения и частоты выходных колебаний и кроме того, устойчивости работы генератора при широком диапазоне изменения питающего напряжения, именно из-за того, что в качестве нагрузки использовано сопротивление обычного постоянного резистора. Известен также кварцевый генератор, в котором малое изменение уровня выходного напряжения и частоты на кварцевом резонаторе достигается использованием схемы с автоматической регулировкой амплитуды колебаний (АРА). Он содержит три транзисторных каскада, первый из которых является собственно генератором, выполненным по емкостной трехточечной схеме на первом биполярном транзисторе, второй каскад буферный на втором биполярном транзисторе, каскад на третьем биполярном транзисторе с диодом управляет смещением транзистора, уменьшая таким образом первоначальное изменение амплитуды, выходных колебаний кварцевых генераторов. Кроме четырех полупроводниковых приборов в схеме генератора использовано девять резисторов, семь конденсаторов, катушка индуктивности с последовательно включенным с ним кварцевым резонатором [1, с.134]. К недостаткам данного устройства относятся невозможность поддержания постоянного уровня выходного напряжения, так как система автоматической регулировки амплитуды (АРА) для нормальной работы принципиально требует наличия изменения этого уровня. Следовательно, этот кварцевый генератор не может обеспечить высокую стабильность амплитуды и частоты выходных колебаний и, кроме того, высокую устойчивость работы генератора к изменению питающих напряжений в широком диапазоне, а также является конструктивно сложным устройством. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является кварцевый генератор с малым изменением выходного напряжения, содержащий два последовательно включенных биполярных транзистора, кварцевый резонатор, две катушки индуктивности, по шесть конденсаторов и резисторов. Последовательно соединенные первый блокировочный конденсатор и резистор, включенные между шиной питания и общей шиной, три последовательно соединенных режимных резистора делителя є цепи баз транзисторов, второй блокировочный конденсатор, подключенный к базе второго транзистора, два конденсатора в цепи связи первого транзистора с кварцевым резонатором (один включен между базой и эмиттером, другой - между эмиттером и общей шиной), пятый резистор термостабилизации включен между эмиттером и общей шиной, между базой первого транзистора и общей шиной включены последовательно соединенные корректирующая катушка индуктивности с параллельной цепью из кварцевого резонатора и антипаразитного (шестого) резистора. Вторая катушка индуктивности с последовательно соединенными пятым и шестым конденсаторами образует колебательный контур, автотрансформаторно включенный в коллекторную цепь второго транзистора в качестве нагрузки. Работа описанного устройства заключается в следующем. Кварцевый генератор выполнен по емкостной трехточечной схеме на первом транзисторе, вместо резистора нагрузки в коллекторную цепь включается малое входное сопротивление усилительного каскада с общей базой на втором транзисторе. Выходное напряжение генератора снимается с параллельного контура, включенного в коллекторную цепь усилительного каскада, причем нагрузка выбирается из условий устойчивой работы усилительного каскада в недонапряженном режиме для исключения влияния изменения ее на частоту генератора, В данном устройстве сведено к минимуму влияние сопротивления нагрузки на уровень амплитуды выходных колебаний генератора, однако не обеспечивается высокая устойчивость режима генерации (стабильность частоты и амплитуды выходного напряжения) при изменении питающих напряжений в широком диапазоне [1, с.133]. Недостаточная стабильность амплитуды напряжения и частоты выходных колебаний, а также недостаточная устойчивость работы генератора-прототипа при изменении напряжения питания в широком диапазоне подтверждена экспериментально (см. например, прилагаемый акт лабораторных испытаний). Кроме того, это устройство является конструктивно сложным. В основу изобретения поставлена задача создать такой кварцевый генератор, который за счет введения новых связей обладал бы повышенной стабильностью амплитуды напряжений и частоты выходных колебаний и, кроме того, обладал бы повышенной устойчивостью работы генератора к изменению питающих напряжений в широком диапазоне и был бы проще в конструктивной реализации. Поставленная задача решается за счет того, что в кварцевом генераторе, содержащим два биполярных транзистора, две катушки индуктивности, кварцевый резонатор, четыре конденсатора, последовательно соединенные резистор и первый конденсатор, включенные между шиной питания и общей шиной, второй вывод первой катушки индуктивности соединен с первым выводом второй катушки индуктивности и с местом соединения резистора и первого конденсатора, свободные выводы первой и второй катушек индуктивности, а также выводы второго конденсатора, подключены к коллекторам первого и второго транзисторов соответственно, коллектор первого транзистора соединен с базой второго транзистора, а база первого транзистора с эмиттером второго транзистора, кварцевый резонатор, последовательно соединенный с третьим конденсатором, включен между эмиттером и коллектором второго транзистора, эмиттер первого транзистора подключен к общей шине, четвертый конденсатор одним выводом подключен к коллектору первого транзистора, а второй вывод конденсатора служит выходом генератора. Принципиальная электрическая схема предлагаемого кварцевого генератора приведена на фиг.1. Он содержит два биполярных транзистора 1, 2, две катушки индуктивности 3, 4, кварцевый резонатор 5, четыре конденсатора 6 9, резистор 10. При этом эмиттер транзистора 1 соединен с общей шиной, база транзистора 1 соединена с эмиттером транзистора 2, а база транзистора 2 - с коллектором транзистора 1, второй вывод катушки индуктивности 3 соединен с первым выводом катушки индуктивности 4 и с местом соединения последовательной цепи из конденсатора 6 и резистора 10, включенных между общей шиной и шиной питания, последовательная цепь из кварцевого резонатора 5 и конденсатора 8 включена между эмиттером и коллектором транзистора 2, свободные выводы первой и второй катушек индуктивности 3 и 4, а также выводы конденсатора 7, подключены к коллекторам транзисторов 1 и 2 соответственно, конденсатор 9 одним выводом подключен к коллектору транзистора 1, а второй его вывод служит вы ходом генератора. Предлагаемый кварцевый генератор работает следующим образом. Эквивалентная схема генератора показана на фиг. 2 и представляет собой индуктивный трехточечный генератор с кварцевым резонатором 5, включенным последовательно с емкостью конденсатора 8 в цепи базы транзистора 1. При этом транзистор 2 по высокой частоте эквивалентно представляют своими паразитными емкостями, образованными переходами: база - эмиттер, коллектор - эмиттер, база - коллектор и Эти паразитные емкости транзистора 2 совместно с емкостью конденсатора 7 образуют результирующую емкость между коллектором транзистора 1 и общей точкой катушки индуктивности 4 и конденсатора 8. После включения источника питания базаэмиттерные переходы транзисторов 1 и 2 оказываются открытыми, при этом в цепи коллектора транзистора 1 начинает протекать ток (фиг.1), тем самым обеспечивается самовозбуждение схемы. Поскольку переход эмиттер - база транзистора 2 включен параллельно переходу база коллектор транзистора 1, то максимально возможное напряжение на коллекторе транзистора 1 не может превышать суммарного напряжения двух переходов эмиттер-база транзисторов 1 и 2. Это напряжение остается постоянным при изменении напряжения источника питания в процессе работы генератора. Таким образом, рабочее напряжение генератора ограничено в процессе генерирования суммарным напряжением двух эмиттерно-базовых переходов и остается постоянным при изменении напряжения питания схемы. На фиг.3 приведены результаты экспериментальных исследований зависимостей амплитуд вы ходных напряжений и и относительных нестабильностей частоты и для заявляемого объекта (1) и прототипа (2). Как видно, эффективность стабилизации амплитуды выходного напряжения и частоты составляют соответственно 102 и 8,4 в диапазоне изменения напряжения Результаты подтверждают возможность достижения задачи и цели изобретения и эффективность по сравнению с прототипом. Получаемый технический результат при осуществлении изобретения заключается: а) в повышении стабильности амплитуд выходного напряжения кварцевого генератора, что позволяет оптимизировать режим последующи х каскадов (усилителей, смесителей, умножителей частоты). Малое изменение амплитуды напряжения на выходе частотно-модулированного или частотно-манипулированного генератора позволяет получить малый уровень паразитной амплитудной модуляции. б) в повышении устойчивости работы генератора, которая поддерживает напряжение постоянного уровня на кварцевом резонаторе, и тем самым уменьшает изменение тока через него и, следовательно, повышает стабильность частоты за счет уменьшения составляющих нестабильности частоты от мощности, рассеиваемой в кварцевом резонаторе, а также из-за изменения высших гармонических составляющих в кварцевом генераторе. в) в упрощении конструкции кварцевого генератора. По сравнению с устройствомпрототипом предложенный генератор содержит на семь элементов меньше (пять резисторов и два конденсатора). Таким образом, предложенное устройство отличается от устройства-прототипа, реализуемо и позволяет получить положительный эффект, поставленный в задаче на изобретение.