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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 석영 발전기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 아마추어 무선 장비의 매듭. 발전기, 헤테로다인 LC 회로 형태의 공진기에서 수행되는 자체 발진기 주파수의 상대적 불안정성은 일반적으로 10-3... 10-4. 발전기의 주파수 안정성은 품질 계수와 진동 시스템의 안정성에 크게 좌우됩니다. LC 회로의 품질 계수는 일반적으로 200 ... 300보다 높지 않습니다. 최신 무선 송신기 및 수신기는 주파수 안정성에 대한 더 높은 요구 사항이 적용됩니다. 일반적으로 적어도 10의 장기 상대 주파수 불안정성-6... 10-8, 석영 공진기를 사용하여 달성할 수 있습니다. 석영 공진기의 품질 계수는 LC 회로의 공진기 품질 계수보다 몇 배나 높으며 10입니다.4... 106. 수정 발진기에는 많은 회로가 있습니다. 따라서 실제로 가장 일반적으로 사용되는 계획을 고려할 필요가 있게 되었습니다. 일반적으로 인정되는 석영 공진기의 등가 회로는 그림 1에 나와 있습니다. 동적 인덕턴스 Ls, 동적 커패시턴스 Cs 및 손실 저항 Rs는 압전 소자의 직접 및 역 압전 효과와 공진 특성의 존재로 인한 것입니다. 병렬 커패시턴스 Cp는 압전체의 전극간 커패시턴스, 케이스의 커패시턴스 및 실장에 기인한다. 동적 분기의 공진 주파수를 수정 공진기 Fs의 직렬 공진 주파수라고 합니다.
수정 공진기 Q의 품질 계수는 직렬 발진 회로 공식에 따라 동적 분기에 의해 결정됩니다. Q=(2pFsL)/Rs 병렬 공진 Fp의 주파수는 Fs보다 다소 높으며, 이는 Cp, Cs 및 Ls의 병렬 공진으로 인한 것입니다. 수정 공진기의 중요한 매개변수는 r로 표시되고 용량성 계수라고 하는 동적 정전용량에 대한 병렬의 비율입니다. r=참조/Cs 다양한 문헌 출처에 따르면 석영의 AT 컷에 대한 용량 계수는 220...250입니다. Cs/Cp<0,1을 고려하면 병렬 공진 주파수에 대한 근사식을 사용할 수 있습니다. Fp=Fs(1+(Cs/2Cp)). 용량성 계수 r > 25의 경우 석영 공진기의 병렬 및 직렬 공진 주파수의 차이로 정의되는 공진 간격은 다음과 같이 쓸 수 있습니다. dF=Fs/2r. 석영 공진기의 기계적 고조파에서 공진 간격은 감소하고 다음 식에 의해 결정됩니다. dFn=Fs/(2rn2) 여기서 n은 고조파 수입니다. 용량 성 계수는 공진기의 공진 갭의 크기를 결정하므로 제어되는 수정 발진기의 주파수 편차, 회로 매개 변수가 변경될 때의 주파수 안정성, 수정 자체 발진기 회로에서 발진의 발생 및 유지 조건 . 여기되는 수정 공진기의 능력을 평가하기 위해 일부 수정 발진기 회로는 다음 매개변수를 사용합니다. 품질 요소. 공진기의 용량 계수에 대한 품질 계수의 비율로 정의됩니다. m=Q/r. 석영 공진기의 경우 M 값은 1 ~ 10000 범위에 있으며 M<2에서 공진기의 리액턴스는 양수(용량성)이며 유도 반응 영역이 없습니다. 결과적으로, 유도 반응을 필요로 하는 수정 발진기의 회로에서 그러한 공진기의 여기는 불가능해집니다. M>2일 때 공진기는 유도 반응 면적을 가지며, M의 값이 클수록 이 면적이 넓어진다. 실제로 두 가지 유형의 수정 발진기가 가장 널리 사용됩니다. a) 수정 공진기가 발진 회로의 일부이고 인덕턴스와 동일한 발생기 b) 피드백 회로에 수정 공진기가 포함된 발전기는 협대역 필터로 사용되며 능동 저항과 동일합니다. 수정 공진기를 유도 반응을 갖는 회로의 소자로 사용하는 수정 발진기를 발진기라고 하고, 피드백 회로에 수정 공진기를 포함하는 발진기를 직렬 공진 발생기라고 합니다. 접지 된 이미 터 (용량 성 2 점)가있는 회로에 따라 만들어진 컬렉터와베이스 사이에 석영이있는 석영 발진기의 발진기 회로가 그림 XNUMX에 나와 있습니다.
현재, 용량성 22점은 공진기가 기본 주파수에서 작동할 때 최대 66MHz, 3차 기계적 고조파에서 여기될 때 최대 XNUMXMHz의 주파수 범위에서 널리 사용됩니다(그림 XNUMX). 고주파 접지 이미 터가있는 회로의 컬렉터와베이스 사이에 석영 공진기가있는 자체 발진기는 고조파 배음에 대한 기생 진동이 발생하지 않으며 공급 전압 및 주변 온도의 변화에 따라 우수한 주파수 안정성을 갖습니다.
공급 전압 및 시간에 따라 트랜지스터의 반응성 매개 변수 변화의 영향은 커패시턴스 C1, C3 (그림 2)이 증가함에 따라 약해집니다. 발진기의 작동 주파수가 Fg에 접근함에 따라. 그러나 정전 용량이 과도하게 증가하면 자기 여기 조건이 저하됩니다. 한편, 커패시턴스가 증가하면 공진기에서 소실되는 전력이 증가하여 생성 주파수의 불안정성이 증가합니다. 사양에 따르면 석영에서 소비되는 전력은 1 ~ 2mW로 제한됩니다. 그러나 이러한 소산 전력을 갖는 1 ... 22 MHz의 주파수 범위에서 직렬 공진 주파수는 소산 전력에 따라 달라지며 비례 계수는 (0,5 ... 2) • 10-9 Hz / μW이므로, 매우 안정적인 발전기의 경우 소산 전력 공진기는 0,1 ~ 0,2mW로 제한되어야 합니다. 실제로 생성 주파수가 Fs에서 공진 간격의 1/3 이하가 되도록 커패시턴스 C3, C3을 선택하는 것이 좋습니다. 석영 공진기가 석영의 홀수 기계적 고조파에서 여기되면 저항 R4 대신 인덕터 Lk가 켜집니다(그림 0,7). 생성 주파수에서 Lk-C0,8 회로는 커패시턴스를 가져야 합니다. 공진 주파수는 생성 주파수보다 낮아야 합니다. 회로 매개변수는 고유 주파수가 생성 주파수의 XNUMX ... XNUMX이 되도록 선택해야 합니다. 결과적으로 회로는 필요한 고조파의 주파수에서 용량성 전도를 가지므로 더 낮은 고조파와 기본 주파수에서 발생할 가능성을 제거합니다. 22MHz 이상의 주파수에서 작동하는 발진기 발생기에서 공진기는 일반적으로 3차 또는 5차 고조파에서 여기되지만 병렬 커패시턴스의 영향이 강하기 때문에 더 높은 고조파에서는 여기되지 않습니다. 그림 2에 표시된 것보다 더 자주 컬렉터와베이스 사이에 석영 공진기가있는 석영 발진기의 용량 성 4 점 회로는 접지 된 컬렉터가있는 트랜지스터를 켜는 회로에 사용됩니다 (그림 3). 이 회로는 전자적으로 조정 가능한 발진기(varicap 석영과 직렬로 연결된 경우)에 특히 유용하며 접지된 이미터 회로보다 차단 요소가 적습니다. 수정 발진기 분야의 많은 전문가들은 공진기의 기본 또는 3차 기계적 고조파에서 작동하는 모든 수정 발진기 회로 중에서 용량성 5점을 최고로 간주합니다. XNUMX차 및 XNUMX차 고조파에서 여기되는 인덕턴스를 포함하지 않는 용량성 XNUMX점 회로가 있다는 점에 유의해야 합니다.
회로에 석영이 있는 자동 발진기. 인덕터 L4이 그림 1의 회로에서 석영과 직렬로 연결되면 새로운 특성이 나타납니다. 발전기(그림 5)에서는 수정 공진기에 의해 안정화되지 않는 자체 발진이 가능합니다.
공진기의 병렬 커패시턴스의 리액턴스가 석영 공진기의 동적 분기의 리액턴스보다 작은 고주파수에서 병렬 커패시턴스 Cp를 통한 자기 여기가 가능합니다. 인덕턴스 L1의 존재는 직렬 공진 주파수와 직렬 공진 주파수 아래의 특정 디 튜닝 영역에서 위상 균형을 수행 할 가능성을 의미합니다. 인덕턴스 L1은 M<2 및 석영의 등가 리액턴스가 유도성이 될 수 없는 조건에서 위상 균형의 구현을 보장합니다. 이는 회로에 수정이 포함된 발진기가 수정 공진기의 더 높은 주파수와 더 높은 수의 기계적 고조파에서 작동할 수 있음을 의미합니다. 고주파 및 더 높은 기계적 고조파에서 가장 가능성이 높은 병렬 커패시턴스 Cp를 통한 기생 자기 여기를 배제하기 위해 저항 R1이 공진기와 병렬로 연결되어 기생 자기 여기 회로에 손실이 발생합니다. 직렬 공진 발생기 회로를 사용하여 기계적 고조파에서 수정 공진기의 활동에 대한 요구 사항을 줄일 수 있습니다. 주파수와 고조파 수가 증가함에 따라 등가 저항의 증가와 정적 (병렬) 커패시턴스 Ср의 션트 효과 증가로 인해 수정 공진기의 활동이 감소하기 때문에 중화하거나 보상해야합니다 그것. 중화는 석영이 평형 브리지의 암 중 하나에 배치되는 브리지 회로에서 수행할 수 있습니다. 직렬 공진의 브리지 자체 발진기. 그림 6의 회로에서 브리지의 정확한 균형(Cp=C2, XL1-2=XL2-3)으로 피드백은 공진기의 동적 분기를 통해서만 수행됩니다. 석영 공진기의 기계적 고조파에서 공진기 직렬 분기의 전도도가 급격히 증가하고 브리지가 불균형하며 적절한 회로 요소 선택으로 발전기가 여기됩니다. L1-C3 루프는 원하는 고조파 주파수로 조정되어야 합니다.
이 방식에서는 5차 또는 7차 고조파에서 석영 공진기를 여기할 수 있습니다. 공진기의 정전 용량을 중화하는 방식은 최대 100MHz의 주파수에서 사용할 수 있지만 작동 모드에 매우 중요하고 조정하기 어렵습니다. 중성화 발진기의 주파수 상한은 기생 커패시턴스로 인해 루프의 초기 커패시턴스를 작게 만들 수 없기 때문에 주파수가 증가함에 따라 큰 등가 루프 저항을 얻기가 어렵기 때문입니다. 버틀러 방식(그림 7)은 최대 100MHz 범위에서 불안정화 요인에 대한 가장 큰 저항이 특징입니다. 발생 주파수의 상한은 이미 터 팔로워의 특성 열화 때문입니다. 버틀러 회로에서 수정 공진기는 트랜지스터의 이미 터 사이의 피드백 회로에 포함됩니다. 트랜지스터 VT1은 공통 컬렉터가있는 구성표에 따라 연결되고 공통베이스가있는 트랜지스터 VT2가 연결됩니다. 이 회로의 단점은 병렬 석영 커패시턴스 Cp를 통한 입력과 출력의 연결로 인한 기생 자기 여기 경향입니다. 이 현상을 제거하기 위해 인덕터를 석영에 병렬로 연결하여 석영의 병렬 커패시턴스와 함께 기생 발진의 주파수에 맞춰진 공진 회로를 형성합니다.
보상 Avg가있는 하나의 트랜지스터에서 Butler 방식에 따른 자체 발진기. 최대 300MHz의 주파수에서는 단일 단계 필터 회로, 예를 들어 공통 기반 필터 회로를 사용하는 것이 좋습니다(그림 8). 본질적으로 이러한 발진기는 회로가 협 대역 필터 역할을하는 석영 공진기를 통해 바이폴라 트랜지스터의 이미 터에 연결된 단일 스테이지 증폭기입니다. 병렬 석영 커패시턴스 Cp와 코일 L2에 의해 형성된 회로는 사용된 고조파의 주파수에 동조됩니다. 작동 주파수가 증가하면 트랜지스터의 등가 전도도가 증가합니다. 자기 여기 조건의 충족이 악화됩니다. 그러나 이것에도 불구하고 고주파에서 이 발진기의 자기 여기 조건은 컬렉터와 베이스 사이에 석영이 있고 회로에 석영이 있는 발진기보다 더 쉽게 충족되며 이것이 장점을 결정합니다.
결론적으로, 고려된 수정 발진기 회로는 석영 공진기에 의해 안정화된 모든 발진기 회로를 소진하지 않으며 회로의 선택은 필요한 등가 매개변수를 갖는 석영 공진기의 존재에 의해 결정적으로 영향을 받는다는 점에 유의해야 합니다. 출력 전력, 공진기에서 소비되는 전력, 장기 안정성 주파수 등에 대한 요구 사항 공진기에 대해 조금. 발전기용 공진기를 선택할 때 공진기의 품질 계수에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 높을수록 주파수가 더 안정적입니다. 진공 공진기는 품질 계수가 가장 높습니다. 그러나 공진기가 좋을수록 더 비쌉니다. 종종 높은 수준의 측면 공진을 갖는 공진기가 있습니다. 소련에서는 석영 공진기 외에도 니오브산 리튬(RN 또는 RM으로 표시), 탄탈산 리튬(RT로 표시) 및 기타 압전 소자로 공진기를 생산했습니다. 이러한 공진기의 등가 매개변수는 석영 공진기의 매개변수와 다르기 때문에 케이스에 표시된 주파수가 같더라도 석영이 완벽하게 작동하는 회로에서는 구동되지 않을 수 있습니다. 주파수 안정성과 튜닝 정확도가 떨어질 수 있습니다. 소련의 기업은 원칙적으로 기계적 고조파에서 기본 주파수가 최대 20 ... 22MHz 이상인 석영 공진기를 생산했습니다. 이것은 석영 판의 구식 가공 기술 때문입니다. 외국 기업은 기본 주파수가 35MHz인 석영을 생산합니다. 주요 외국 회사는 첫 번째 고조파 주파수가 250MHz에 도달하는 체적 두께 전단 진동에서 작동하는 소위 역 메사 구조의 형태로 공진기를 생산합니다! 인덕턴스 및 커패시턴스 매개변수가 분산된 시스템이 발진 시스템으로 사용되는 발진기 회로에서 이러한 수정 공진기를 사용하면 주파수 곱셈 없이 최대 750MHz의 주파수까지 매우 안정적인 발진을 얻을 수 있습니다! 저자: O. Belousov, Vatutino, Cherkasy 지역; 간행물: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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