Caracteristici stabilizarea frecvenței de cuarț a generatoarelor

Deși toate enumerate în măsurile secțiunea anterioare cresc stabilitatea oscilatoare locale este dificil de a obține o stabilitate valori relative de frecvență de peste 10 -3. 10 -4. Această instabilitate duce la o îngrijire de configurare frecvență dispozitivul de recepție la o frecvență de 100 MHz cu 100. 10 kHz. Această valoare depășește lățimea canalului de frecvență a sistemelor moderne de comunicații mobile. La frecvențe mai mari, poziția driftului frecvenței absolute în funcție de temperatura mai deteriorează.

Prin urmare, locul de muncă a fost făcut pentru a spori stabilitatea elementelor de control de frecvență. Rezultatul este un stabil cu două ordine de mărime mai mare decât atunci când sunt utilizate ca elemente de control rezonatoare frecvență generatoare de cuarț. Astfel, este posibil să se asigure o stabilitate relativă a frecvenței oscilatorului 10 ~ 5 până la 10 -8.

rezonatoare de cuarț

Cristalul este utilizat într-un control de frecvență radio heterodine ca vibrație a circuitului LC rezonant. Din cauza pierderilor de energie scăzute în rezonator este posibil să se realizeze un factor de calitate de mai multe mii.

Luați în considerare modul de a construi rezonatoare de cuarț, și principiile pe care se lucrează. cristale de cuarț sunt cunoscute în natură ca piatra de cristal, ametist sau rauchtopaz. Ca exemplu, Figura 1 prezintă o fotografie a cristalelor drusen rauchtopaz.

Figura 1. Aspectul de cristale de cuarț

O caracteristică a cristalului de cuarț este că acesta are un efect piezoelectric. efectul piezoelectric este cauzat de structura specială a unui cristal de cuarț. Este o prismă hexagonală regulată. Schematic aranjamentul de ioni de oxigen și siliciu în cristal de cuarț prezentat în figura 2.

Figura 2. Dispunerea ionilor de oxigen și siliciu într-un cristal de cuarț

Cristalul se observă în mod explicit electric axa x și axa y mecanică. Când compresia cristalului de-a lungul ionii de oxigen negativi axa mecanică y sunt deplasate dintr-o parte, iar ionii pozitivi de siliciu altele. Rezultatul este o diferență de potențial. Compresie sau tensiune de-a lungul axei Z determină apariția taxelor pe fețele. Prin urmare, axa Z numită optică.

Datorită simetriei axei mecanice și electrice cristal de cuarț se poate realiza în trei moduri diferite. Efectul nu se schimbă. Figura 3 arată cum să taie placa de cristal de cuarț la marginile sale au avut loc diferență de potențial.

Figura 3. Deoarece placa piezoelectrică este tăiat dintr-un cristal de cuarț,

Cut, așa cum se arată în figura 3, a fost numit XT-cut. Schimbarea dimensiuni cutoff XT ale plăcilor de cuarț la aplicarea o diferență de potențial la suprafață este prezentată în figura 4.

Figura 4. Variația dimensiuni de plăci XT-cut cuarț, la o diferență de potențial la sol a suprafeței

XT-cut este utilizat pentru producerea de joasă frecvență rezonatoare de cristal de cuarț. De exemplu, timpul de rezonatoare de frecvență 32768 kHz. Desenul de cristal ceas este prezentat în figura 5. Acesta este conceput ca furca furca. Această formă, precum și în tehnica muzicală permite obținerea foarte mare Q rezonator

Figura 5. furcii de tragere cu cuarț furculiță rezonator oră

Oscilațiile formă de umăr ale diapazon ceas cristal de cuarț este prezentat în Figura 6.

Figura 6. Oscilațiile ceas umăr cristal

Photo ceas de cristal cu capac de protecție îndepărtat este prezentat în figura 7.

Figura 7. Aspectul de cristal ceas

Trebuie remarcat faptul că o placi tăiate cuarț similare nu permite să se obțină o stabilitate mare a frecvenței de oscilație. Figura 8 prezintă dependența tipică a abaterii de frecvență XT-cut de temperatura ambiantă a mediului de cuarț rezonator.

Figura 8. Dependența frecvenței de rezonanță a menținerea temperaturii pentru XT-cut placă de cuarț

După cum se vede din acest grafic, atunci când se schimbă temperatura de la -25 ° C până la + 75 ° C, frecvența merge la millionnyh 80 (ppm). Aceasta corespunde unei frecvențe de 10 -4 stabilitate. care este suficientă pentru microprocesor sincronizare ceas de mână, dar este prea mic pentru a stabiliza transceivere frecvență purtătoare.

Ea are caracteristici mult mai bine la-tăiate de cristal de cuarț. Spre deosebire XT-felie din placa AT-cut este tăiată la un unghi față de axa mecanică Z. Valoarea sa este de 35 ° 15 „(la frecvențe mai mari unghiul de decuplare 10 MHz va fi de 18 ° pentru 35“). Prin urmare, în placa de la aplicarea tensiunii de curent alternativ schimbare generată în grosime așa cum se arată în figura 9.

Figura 9. Suprafețele Shift AT-cut placă de cuarț, la aplicarea unui potențial diferență să-l

În AT Rezonatorul frecvența sa de rezonanță depinde de grosimea plăcii. Grosimea plăcii de cuarț este definit ca 1,661 mm / (frecvență în MHz). Placa poate fi tăiată ca o bandă și plasate în același caz ca și ceasul de cuarț.

Figura 10. Aspectul unui cristal de dimensiuni mici, cuarț AT-cut cu

Cu toate acestea, pentru a reduce pierderile și eliminarea oscilațiilor parazite la frecvențe nedorite (și anume, este necesar în receptoarele heterodină și emițătoare de agenți patogeni), forma plăcii realizate sub forma unui disc sau a lentilei. Aspect cuarț rezonator cu placa AT-cut este prezentată în figura 11.

Figura 11. Aspectul oscilator cristal cu AT-cut

Figura 12 prezintă dependența tipică a frecvenței deviație a rezonatorului cuarț AT tăiat la temperatura mediului ambiant, la diferite abateri de unghi de forfecare de la valoarea optimă de 35 ° 15“.

Figura 12. dependența de temperatură tipică a derivei frecvență a oscilatorului de cristal AT-cut

După cum se vede din grafic, și exact la unghiul tăiat al unui cristal de cuarț, în același interval de temperatură cristal frecvență oscilator târârea mai mică de ± 10ppm. Aceasta corespunde unei frecvențe de 10 -5 instabilitate.

Circuitul echivalent al rezonatorului cuarț prezentat în figura 13, iar caracteristicile de rezistență în funcție de frecvență - în Figura 14.

Figura 13 - Circuit echivalent al rezonatorului cuarț

buclă succesivă în placa de circuit echivalent reprezintă frecvența de oscilație de bază, al treilea și, dacă este necesar, a cincea armonică a oscilației fundamentale. Condensatorul C1 reprezintă capacitate kvartsederzhatelya.

Figura 14 - Dependența rezistenței frecvenței de cuarț rezonatorului

În intervalul de frecvență între seria rezonanța (minim impedanță) la rezonanță paralelă (impedanța maximă) Rezonatorul cuarț are o impedanta inductiv. Una dintre cele mai comune circuite oscilatoare de cristal, realizate pe tranzistorul bipolar este prezentat în figura 15.

Figura 15 - Schema de oscilator cu cuarț pe un tranzistor bipolar

Acesta este un tipic diagramă Kolpittsa. în care Z1 cuarț rezonator utilizat în locul inductor.

Împreună cu articolul „Particularitatile de stabilizare de cuarț a generatoarelor de frecvență“ se va citi: