Багаточастотний кварцовий генератор

Реферат: Багаточастотний кварцовий генератор за схемою ємнісної трикрапки містить транзистор, резистори забезпечення робочої точки транзистора, базовий і колекторний конденсатори зв'язку ємнісної трикрапки, двочастотну кварцову коливальну систему з резонансними частотами f1 і f2, послідовний LC-контур, налаштований на різницеву частоту fp=f2-f1 і включений паралельно колекторному конденсатору зв'язку, а також джерело живлення. Послідовно з колекторним конденсатором зв'язку включена котушка індуктивності, і резонансна частота послідовного LC-контуру з котушкою індуктивності і колекторним конденсатором зв'язку налаштована на сумарну частоту fc=f2+f1. UA 122989 U (54) БАГАТОЧАСТОТНИЙ КВАРЦОВИЙ ГЕНЕРАТОР UA 122989 U UA 122989 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до радіотехніки та може бути використана у системах телекомунікацій та радіовимірювань. Відомі багаточастотні кварцові генератори [Теорія і реалізаційні основи інваріантних п'єзорезонансних коливальних систем / Ф.Ф. Колпаков, С.К. Підченко. - Харків: Нац. аерокосм. ун-т "Харків. авіац. ін-т", 2011. - С. 263-297] та [А. С. 623246 СССР, МПК Н03В 5/32; Н03С 3/22. Частотно-модулированный кварцевый генератор], що містять двочастотні кварцові коливальні системи. Найбільш близьким аналогом є відомий багаточастотний кварцовий генератор [А.С. 623246 СССР, МПК Н03В 5/32; Н03С 3/22. Частотно-модулированный кварцевый генератор / А.А. Зеленский, Ф.Ф. Колпаков, О.А. Мещеряков и др. (СССР) № 2421257/18-09; заявл. 15.11.76; опубл. 05.09.78, Бюл. № 33] за схемою ємнісної трикрапки, що містить транзистор, резистори забезпечення робочої точки транзистора, базовий і колекторний конденсатори зв'язку ємнісної трикрапки, двочастотну кварцову коливальну систему з резонансними частотами f1 і f2, послідовний LC-контур, налаштований на різницеву частоту fp=f2-f1 і включений паралельно колекторному конденсатора зв'язку, а також джерело живлення. Недоліками пристрою-аналога є високий рівень комбінаційних коливань у вихідному сигналі генератора та знижена стійкість двочастотних асинхронних коливань в діапазонах температур і напруг джерел живлення. В основу корисної модної поставлена задача в зниженні рівня комбінаційних коливань в вихідному сигналі генератора і збільшенні стійкості двочастотних асинхронних коливань у діапазонах температур і напруг джерел живлення. Поставлена задача вирішується тим, що у багаточастотному кварцовому генераторі за схемою ємнісної трикрапки, який містить транзистор, резистори забезпечення робочої точки транзистора, базовий і колекторний конденсатори зв'язку ємнісної трикрапки, двочастотну кварцову коливальну систему з резонансними частотами f1 і f2, послідовний LC-контур, налаштований на різницеву частоту fp=f2-f1 і включений паралельно колекторному конденсатора зв'язку, а також джерело живлення, згідно з корисною моделлю, послідовно з колекторним конденсатором зв'язку включена котушка індуктивності і резонансна частота послідовного LCконтуру з котушкою індуктивності і колекторним конденсатором зв'язку налаштована на сумарну частоту fc=f2+f1. Суттєві ознаки пристрою, що пропонується: послідовно з колекторним конденсатором зв'язку включена котушка індуктивності; резонансна частота послідовного LC-контуру з котушкою і колекторним конденсатором зв'язку налаштована на сумарну частоту fc=f2+f1. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де зображено: Фіг. 1 - Схема багаточастотного кварцового генератора. Фіг. 2, 3, 4, 5 - Приклади двочастотних кварцових коливальних систем. Фіг. 6 - Спектральні складові першого і другого порядків вихідного сигналу транзистора і залежність реактивного опору X колекторного ланцюга зв'язку ємнісної трикрапки від частоти f. Багаточастотний кварцовий генератор (Фіг. 1) містить: 1 - транзистор; 2, 3, 4 - резистори забезпечення робочої точки транзистора; 5 і 6 - базовий і колекторний конденсатори зв'язку ємнісної трикрапки; 7 - двочастотна кварцова коливальна система; 8 - послідовний LC-контур, налаштований на різницеву частоту fp=f2-f1; 9 - джерело живлення; 10 - додатково введена котушка індуктивності. Двочастотними кварцовими коливальними системами мають бути: два паралельно з'єднаних одночастотних кварцових резонатора (Фіг. 2); два кварцових резонатора, виконані на одній п'єзопластині перемінної товщини (Фіг. 3); один двоелектродний кварцовий резонатор, в якому крім основного є інтенсивний ангармонічний резонанс (Фіг. 4); керована варикапами двокварцова коливальна система (Фіг. 5). Запропонований пристрій працює наступним чином. Багаточастотний кварцовий генератор виконаний на основі одночастотної схеми ємнісної трикрапки, у якій як кварцову коливальну систему використовують кварцовий резонатор, при цьому необхідні фазові умови збудження коливань забезпечують конденсатори 5, 6 зв'язку ємнісної трикрапки. При підключенні в такий генератор одного з варіантів реалізації (Фіг. 2, 3, 4, 5) двочастотної кварцової коливальної системи 7 режим одночасної генерації двох асинхронних коливань не забезпечується через "конкуренцію" цих коливань, що збуджуються одним загальним нелінійним активним елементом - транзистором 1. Це пояснюється тим, що нелінійний активний елемент у момент включення живлення при впливі на його вході двох асинхронних коливань частот f1, f2 формує у вихідному струмі комбінаційні складові частот fmn = ± m f1 ± n f2 порядку 1 UA 122989 U 5 10 15 20 25 30 35 р=m+n (где m, n - натуральні числа та нуль), у тому числі сумарної та різницевої частот f11=f2 ± f1 (m=1, n=1), а також частот f02=2f2 (m=0, n=2), f20=2f1 (m=2, n=0) других гармонік (фіг. 6). Для кварцованих коливань частот f1, f2 фазові умови самозбудження виконуються схемою ємнісної трикрапки, а для комбінаційних коливань другого порядку фазові умови не виконуються, так як у схемі генератора на цих частотах забезпечується негативний зворотній зв'язок. При цьому в автоколивальній системі генератора здійснюється ефект "конкуренції" багаточастотних коливань, який в результаті призводить до придушення одного з основних коливань та до моночастотного режиму роботи генератора. Використання в пристрої-прототипі послідовного LC-контуру 8, налаштованого на різницеву частоту fp=f2-f1 і включеного паралельно колекторному конденсатору 6 зв'язку ємнісної трикрапки призводить до придушення в кільці зворотного зв'язку найбільш інтенсивного (більш низькочастотного) комбінаційного коливання другого порядку різницевої частоти, оскільки X(fp)  0 (Фіг. 6). При цьому зникає необхідність забезпечення фазових умов збудження цього коливання та послаблюється ефект "конкуренції" багаточастотних коливань. Тому в пристроїпрототипі багаточастотний режим асинхронних коливань реалізовується, але зони параметрів генератора (напруги джерела живлення, температури навколишнього середовища та ін.), в яких ці коливання стійкі, обмежені через існування в кільці зворотного зв'язку менш інтенсивних, ніж різницеве, але досить інтенсивних сумарного коливання та коливань других гармонік. Включення послідовно з колекторним конденсатором зв'язку додаткової котушки індуктивності і налаштування резонансної частоти послідовного LC-контуру з цією котушкою і колекторним конденсатором зв'язку на сумарну частоту fc=f2+f1 призводить до режекції складових частот fc, 2f2, 2f1 у кільці зворотного зв'язку автогенератора, так як на цих частотах реактивний опір колекторного ланцюга зв'язку ємнісної трикрапки X0 (Фіг. 6). Тому відбувається додаткове ослаблення ефекту "конкуренції" багаточастотних коливань та розширення зон стійкості таких коливань. Комп'ютерне моделювання та експериментальні дослідження засвідчили, що для ефективної режекції комбінаційних коливань частот fc, 2f2, 2f1 добротність послідовного контуру з конденсатора 6 та котушки 10 індуктивності повинна бути Qfc/fp, а для реалізації показаної на Фіг. 6 залежності реактивного опору колекторного ланцюга зв'язку ємнісної трикрапки від частоти співвідношення індуктивностей Lp и Lc котушок сумарного та різницевого послідовних LC-контурів - Lp/Lc  16. Реалізація запропонованого пристрою дозволяє також отримати на виході генератора (на емітері транзистора) двочастотні коливання кварцованих частот f1, f2 з меншим рівнем комбінаційних коливань другого порядку частот fс, 2f2, 2f1, ніж у пристрої-прототипі. Таким чином, в запропонованому багаточастотному кварцовому генераторі стає можливим зниження рівня комбінаційних коливань у вихідному сигналі генератора та підвищення стійкості двочастотних асинхронних коливань у діапазонах температур та напружень джерел живлення. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Багаточастотний кварцовий генератор за схемою ємнісної трикрапки, який містить транзистор, резистори забезпечення робочої точки транзистора, базовий і колекторний конденсатори зв'язку ємнісної трикрапки, двочастотну кварцову коливальну систему з резонансними частотами f1 і f2, послідовний LC-контур, налаштований на різницеву частоту fp=f2-f1 і включений паралельно колекторному конденсатору зв'язку, а також джерело живлення, який відрізняється тим, що послідовно з колекторним конденсатором зв'язку включена котушка індуктивності, і резонансна частота послідовного LC-контуру з котушкою індуктивності і колекторним конденсатором зв'язку налаштована на сумарну частоту fc=f2+f1. 2 UA 122989 U 3 UA 122989 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4