Керований кварцовий генератор

Реферат: UA 90271 U UA 90271 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до галузі радіотехніки і може бути використана в пристроях генерації сигналів з управлінням частотою, частотною модуляцією або маніпуляцією. Відомий кварцовий генератор на базі операційного підсилювача з мостом Віна [1]. Генератор містить операційний підсилювач з позитивним зворотним зв'язком, в який ввімкнено RC - міст Віна, та від'ємним зворотним зв'язком, в який ввімкнено дільник напруги на резисторах. Недоліками даного кварцового генератора є неможливість управління частотою, низька стабільність генерованих коливань. Найбільш близьким по конструкції до заявленого є керований кварцовий генератор [2], який містить операційний підсилювач з ланцюгами позитивного та від'ємного зворотних зв'язків, в ланцюзі від'ємного зворотного зв'язку застосований керований п'єзокварцовий резонатор, підключений між інвертувальним входом операційного підсилювача і нульовим проводом; позитивний зворотний зв'язок, в ланцюг якого між виходом і прямим входом операційного підсилювача підключений резистор; підключені паралельно конденсатор і два резистори між неінвертувальним входом операційного підсилювача і нульовим проводом; електронний ключ підключений паралельно до одного з резисторів позитивного зворотного зв'язку. Недоліками даного кварцового генератора є складність компенсації змінювання параметрів електричної еквівалентної схеми п'єзокварцового резонатора при управлінні частотою, що знижує надійність роботи генератора. В основу корисної моделі поставлено задачу спрощення закону компенсації змінювання параметрів електричної еквівалентної схеми п'єзокварцового резонатора при управління частотою та підвищення надійності роботи генератора. Поставлена задача вирішується шляхом створення керованого кварцового генератора, який містить операційний підсилювач з ланцюгами позитивного та від'ємного зворотних зв'язків, в ланцюзі позитивного зворотного зв'язку застосований керований п'єзокварцовий резонатор, електроди збудження якого підключені між неінвертувальним входом операційного підсилювача і нульовим проводом схеми, керуючий вхід якого підключений до джерела постійної напруги через електронний ключ, між неінвертувальним входом операційного підсилювача та його виходом послідовно ввімкнено конденсатор і керований за опором резистор, керуючий вхід якого з'єднаний з джерелом постійної напруги, від'ємний зворотний зв'язок утворений дільником напруги на двох резисторах. Корисна модель ілюструється схемою на кресленні. Схема кварцового генератора містить операційний підсилювач 1, між виходом якого та нульовим проводом схеми послідовно ввімкнені резистори 2 і 3, причому точка їх сполучення підключена до інвертувального входу, між виходом та неінвертувальним входом послідовно ввімкнені керований за опором резистор 4 і конденсатор 5, між неінвертувальним входом та нульовим проводом схеми паралельно ввімкнені електроди збудження керованого п'єзокварцового резонатора 6 та конденсатор 7, причому на керований за опором резистор 4 і на електронний ключ керованого п'єзокварцового резонатора 8 одночасно подається сигнал управління, який формується джерелом постійної напруги 9. Кварцовий генератор працює наступним чином. Частота генерації гармонічних коливань генератору з мостом Віна визначається рівнянням: ~ fA  45 50 1 , (1) 2RC де R, С - відповідно опір та ємкість елементів, які утворюють ланцюг позитивного зворотного зв'язку. При вмиканні керованого п'єзокварцового резонатора 6 між неінвертувальним входом операційного підсилювача 1 та нульовим проводом схеми, при частоті послідовного резонансу електрична еквівалентна схема резонатора відповідає схемі мосту Віна. Таким чином, у запропонованій схемі умови виникнення гармонійних коливань визначаються двома співвідношеннями - рівнянням (1), та відомим рівнянням [3] частоти послідовного резонансу для керованого п'єзокварцового резонатора з модуляцією міжелектродного зазору: fK x   fK0 k 2  x  / k1  x  , (2) 55 де fK 0  4h1c 66 /  0,5 - базове значення частоти послідовного резонансу керованого п'єзорезонатора; 1 UA 90271 U  4k 2   k1  2h 0 ; k 2  k11  26  ;   22 2    5 10 15 20 с66 - пружна постійна п'єзокварцу; ε22 - діелектрична постійна п'єзокварцу; 2h - частотовизначальний розмір п'єзокристала; k 2 - коефіцієнт електромеханічного зв'язку п'єзокварцу; 26 ρ - щільність п'єзокристала; x - величина міжелектродного зазору п'єзокварцового резонатора. Регулювання частоти в запропонованому генераторі досягається використанням керованого п'єзокварцового резонатора 6, в якому зміна частоти послідовного резонансу виконується шляхом регулювання зазору між рухомим електродом збудження та поверхнею п'єзокристала за допомогою електромеханічного лінійного індукційно-динамічного перетворювача. Конструкція керованого п'єзокварцового резонатора запропонована у [4]. При управлінні параметрами імпульсів збудження лінійного індукційно-динамічного перетворювача досягається змінювання міжелектродного зазору в межах 0…0,15 мм, що призводить до відносної перебудови -3 резонансної частоти до (0,5…1,2)×10 . Одночасно, відбувається зміна параметрів електричної еквівалентної схеми кварцового резонатора. Зокрема, активний динамічний опір R1 при зміні міжелектродного зазору змінюється у відповідності до рівняння: R1x   k 3 1  k 4 x 2 (3) де k 3  Sh2 ; k 4   22 ; 0 2h 25 30 35 40 45 50 hS - величина внутрішнього тертя п'єзокристалічного елемента. При регулюванні частоти змінюванням міжелектродного зазору в запропонованих межах, динамічний опір може змінюватися на 60…80 відсотків, що призведе до порушення умов генерації. Для компенсації змінювання параметрів електричної еквівалентної схеми п'єзокварцового резонатора при управління частотою в схему від'ємного зворотного зв'язку введений керований за опором резистор 4, опір якого визначається сигналом управляння UУ, який формується джерелом постійної напруги 9. Змінювання опору керованого резистора 4 повинно відповідати закону змінювання динамічного опору електричної еквівалентної схеми керованого п'єзокварцового резонатора R1, тобто: R1x   R 4 UÓ  , (4) де R4 - опір керованого резистора 4. Одночасно, сигнал управляння UУ подається на електронний ключ керованого п'єзокварцового резонатора 8, де перетворюється у прямокутні імпульси з заданою частотою та шпаруватістю, які подаються на індуктор лінійного індукційно-динамічного перетворювача керованого п'єзокварцового резонатора 6 і визначають величину міжелектродного зазору. Таким чином, змінювання величини динамічного опору електричної еквівалентної схеми п'єзокварцового резонатора при змінюванні величини міжелектродного зазору компенсується змінюванням величини опору керованого резистора 4. Паралельно керованому п'єзокварцовому резонатору 6 ввімкнено конденсатор 7 для узгодження частоти генерації, визначеною (1) з частотою послідовного резонансу п'єзокварцового резонатора та компенсації незначного змінювання статичної ємкості п'єзокварцового резонатора С0 при змінюванні міжелектродного зазору, причому ємкість конденсатора 7 повинна бути набагато більше величини статичної ємкості п'єзокварцового резонатора С0. Ланцюг позитивного зворотного зв'язку утворений дільником напруги на резисторах 2 і 3, причому їх величина повинна відповідати співвідношенню: R2=3R3, (5) 55 2 UA 90271 U 5 10 15 20 де R2 - опір резистора 2,R3 - опір резистора 3. Таким чином, за рахунок використання керованого п'єзокварцового резонатора і керованого резистора в ланцюзі від'ємного зворотного зв'язку, ввімкнення паралельно керованому п'єзокварцовому резонатору додаткового конденсатора, отриманий технічний результат: можливість керування частотою генератора, спрощення закону компенсації змінювання параметрів електричної еквівалентної схеми п'єзокварцового резонатора при управлінні частотою та підвищення надійності роботи генератора. Джерела інформації: 1. Кауфман М. Практическое руководство по расчетам схем в электронике: Справочник. В 2х т. Т.1: Пер. с англ. / М. Кауфман, А.Г. Сидман - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 368 с. 2. Патент UA № 65387, МПК" Н03С 3/00 керований кварцовий генератор / С.В. Хуторненко, В.М. Савченко, Д.А. Семенець, Д.П. Васильчук, О.М. Рисований. - № u201104153: заявл. 06.04.2011; опубл. 12.12.2011, Бюл. № 23. 3. Савченко В.М. Параметри електричної схеми Batterworth-Van Dyke п'єзоелемента з міжелектродним зазором і однобічним масонавантаженням / В. Савченко, С. Хуторненко // Системи озброєння і військова техніка. - 2008. - № 2(14). – С. 104. - 107. 8 4. Патент UA 57121 Україна МПК Н03Н 9/00 П'єзоелектричний резонатор з керуванням частоти / С.В. Хуторненко, В.М. Савченко, Д.А. Семенець та ін. - № u201009357; заявл. 26.07.2010; опубл. 10.02.2011, Бюл. № 3. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Керований кварцовий генератор, який містить операційний підсилювач з ланцюгами позитивного та від'ємного зворотних зв'язків, в ланцюзі позитивного зворотного зв'язку застосований керований п'єзокварцовий резонатор, електроди збудження якого підключені між неінвертувальним входом операційного підсилювача і нульовим проводом схеми, керуючий вхід якого підключений до джерела постійної напруги через електронний ключ, який відрізняється тим, що між неінвертувальним входом операційного підсилювача та його виходом послідовно ввімкнено конденсатор і керований за опором резистор, керуючий вхід якого з'єднаний з джерелом постійної напруги, від'ємний зворотний зв'язок утворений дільником напруги на двох резисторах. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3