Кварцевый генератор с перестраиваемой частотой

Иногда возникает необходимость построить стабильный генератор, который можно перестраивать по частоте в небольших пределах. Это, к примеру, может понадобиться при создании простых передатчиков с частотной модуляцией либо генераторов плавного диапазона аппаратуры связи, а также в других случаях, где требуется стабильный генератор с перестройкой частоты. Построение высокостабильных генераторов с LC-контуром сопряжено с необходимостью принятия ряда известных конструктивных мер, ведущих в конечном итоге к громоздкости конструкции. Поэтому гораздо удобнее в качестве высокостабильного резонансного контура генератора использовать кварцевый резонатор. Вопрос в том, как достичь перестройки такого генера­тора в заданных пределах?

При построении кварцевых генераторов, как правило, используется последовательный резонанс кварца [1], так как на него не оказывает влияния конструктивная емкость и частота получается более стабильной. Резонансные частоты кварцевого резонатора можно сдвигать, подключая параллельно ему или последовательно с ним внешние реактивные элементы. Проще всего перестраивать генератор, включив последовательно с кварцевым ре­зонатором варикап. Но диапазон перестройки в таком варианте невелик, и чтобы его увеличить, следует последовательно с резонатором, кроме ва­рикапа, включить еще и катушку индуктивности. При этом частота последовательного резонанса снизится, резонансный интервал увеличится и при том же изменении емкости варикапа существенно увеличится диапазон перестройки. Однако необходимо учесть, что центральная частота генератора, отно­сительно которой будет осуществляться перестройка, снизится.



Как показала практика, самым надежным способом расширения диапазона перестройки является комбинированное включение реактивностей, при котором частоты последовательного и параллельного резонанса сдвигаются в противоположные стороны. Это позволяет существенно расширить ре­зонансный интервал и увеличить диапазон перестройки при сохранении номинального значения частоты генерации и высокой стабильности [2].

На рисунке показана схема генератора — емкостная трехточка с общей базой и комбинированным подключением реактивных элементов к кварцевому резонатору. Положительная обратная связь (ПОС) образована за счет подачи части сигнала с коллектора на эмиттер транзистора VT1 через емкостный делитель С4С5. Контур L4C3 настроен на рабочую частоту 27 МГц, третью гармонику кварцевого резонатора ZQ1. В цепь базы транзистора включен частотный модулятор на варикапе VD1, который образует цепь отрицательной обратной связи (ООО). Условие баланса амплитуд для возникновения генерации соблюдается тогда, когда глубина ООО становиться меньше глубины ПОС, а это воз можно только на частоте последовательного резонанса ZQ1 или вблизи нее, где возникает баланс фаз. Небольшая входная емкость транзистора VT1 слабо влияет на частотный модулятор, что является преимуществом данной схемы.

Сопротивление резистора R1 в 10 раз превышает импеданс реактивных элементов схемы. Импеданс конденсатора С2 на рабочей частоте намного ниже импеданса катушки L2. Резисторы R2— R4 устанавливают режим работы транзистора, от которого зависит мощность генератора. Следует иметь в виду, что увеличение мощности приводит, во- первых, к ухудшению стабильности, во- вторых, к увеличению ВЧ напряжения на варикапе, что может приводить к такому неприятному явлению, как детектирование варикапом.

Катушки индуктивности L1—L4 намотаны на каркасах диаметром 5 мм с подстроечниками из карбонильного железа Р-100. L1 содержит 13 витков провода ПЭВ-2 0,15, L2 и L3 — по 20 витков ПЭВ-2 0,12, L4 — 5 витков ПЭВ-2 0,4.

Налаживание генератора осуществляется в следующей последовательности.

К выходу генератора подключают осциллограф и частотомер, на резистор R1 подают управляющее напряжение 3 В. Подстроечники катушек L1, L3 полностью выводят, a L2, L4 — полностью вводят. Включают питание генератора (при этом он не должен возбудиться) и проверяют режимы транзистора по постоянному току. Медленно подстраивая катушку L4, наблюдают скачкообразное появление генерации на экране осциллографа и устанавливают частоту генерации на 2...3 кГц выше номинальной. Подстроечник катушки L4 фиксируют и больше не трогают. Подстройкой катушки L1 устанавливают номинальную частоту генератора — 27000 кГц.

ЛИТЕРАТУРА
1. Лабутин Л. Кварцевые резонаторы. — Радио, 1975, № 3, с. 13—16.
2. Волков В., Рубинштейн М. Перестраиваемый кварцевый генератор. — Радио, 1972, № 10, с. 18.

Источник: Журнал Радио, 2007, № 3.