Memahami Litar Pengayun Kristal

Konfigurasi litar pengayun kristal keadaan pepejal asas kini lebih maju, hampir semua litar menjadi pengubahsuaian sistem tiub vakum yang diiktiraf secara meluas seperti pengayun Pierce, Hartley, Clapp dan Butler dan berfungsi dengan kedua-dua peranti bipolar dan FET.

Walaupun semua litar ini pada asasnya memenuhi objektif yang dirancang, terdapat banyak aplikasi yang memerlukan sesuatu yang sama sekali berbeza atau di mana fungsi perlu dijelaskan dengan tepat.

Di bawah ini terdapat rangkaian rangkaian, untuk pelbagai aplikasi langsung dari LF hingga rangkaian VHF, yang biasanya tidak terlihat dalam penggunaan atau buku amatur yang ada.

Teknik litar pengayun kristal keadaan pepejal asas sudah mapan sekarang, kebanyakan litar merupakan penyesuaian dari teknologi tiub vakum yang terkenal seperti pengayun Pierce, Hartley, Clapp dan Butler dan menggunakan kedua-dua peranti bipolar dan FET.

Walaupun rangkaian ini pada dasarnya memenuhi tujuan yang diinginkan, terdapat banyak aplikasi yang memerlukan sesuatu yang berbeza atau di mana prestasi perlu dicirikan dengan pasti.

Disajikan di sini adalah berbagai rangkaian, untuk berbagai aplikasi dari LF hingga julat VHF, yang tidak biasa dijumpai dalam penggunaan atau sastra amatur saat ini.

MODUL OPERASI

Titik yang jarang dinilai, atau hanya diabaikan, adalah kenyataan bahawa kristal kuarza dapat berayun dalam mod resonan selari dan mod resonan siri. Kedua-dua frekuensi dibahagi dengan perbezaan kecil, biasanya 2-15 kHz melebihi julat frekuensi.

Frekuensi resonan siri lebih kecil dalam frekuensi berbanding selari.

Kristal khusus yang direka untuk digunakan dalam mod selari mungkin digunakan dengan tepat dalam rangkaian resonan siri sekiranya kapasitor setara dengan magnitud dengan kapasitans beban tepatnya (biasanya 20,30, 50 atau 100 pF) dilampirkan secara bersiri dengan kristal.

Malangnya, tidak mungkin untuk membalikkan tugas untuk kristal resonan siri dalam litar mod selari. Kristal mod siri mungkin akan berayun melebihi frekuensi yang dikalibrasi dalam keadaannya dan mungkin tidak layak untuk memuatkannya secara kapasitif.

Kristal Overtone berjalan dalam mod siri pada nada ketiga, kelima atau ketujuh, dan pengeluar biasanya mengkalibrasi kristal dalam frekuensi nada.

Menjalankan kristal dalam mod selari dan mengalikan frekuensi 3 atau 5 kali menghasilkan hasil yang lebih baru dengan mengoperasikan kristal yang sama tepat dalam mod siri apabila nada ke-3 atau ke-5.

Semasa membeli kristal nada jauh dari dilema dan kenal pasti frekuensi yang anda mahukan, bukannya frekuensi asas yang jelas.

Kristal asas dalam julat 500 kHz hingga 20 MHz umumnya dibina untuk mod selari berfungsi namun operasi mod siri dapat diminta.

Untuk kristal frekuensi rendah hingga 1 MHz, salah satu mod boleh dipilih. Kristal Overtone biasanya meliputi julat 15 MHz hingga 150 MHz.

PERINGKAT LEBIH LANJUT atau PENGGUNA APERIODIK

Pengayun yang tidak pernah menggunakan litar yang diselaraskan seringkali sangat berguna, sama ada sebagai ‘pemeriksa kristal’ atau alasan lain. Terutama untuk kristal LF, litar yang diselaraskan mungkin agak besar.

Sebaliknya, mereka biasanya bukan tanpa perangkap mereka sendiri. Beberapa kristal terdedah kepada ayunan pada mod yang tidak diingini, terutamanya kristal potong DT dan CT yang ditujukan untuk pengayun kuarza LF.

Ini adalah idea yang baik untuk memastikan bahawa output berada pada frekuensi yang betul dan tidak ada 'mod ketidakstabilan' yang jelas. Meminimumkan maklum balas pada frekuensi yang lebih tinggi biasanya menyelesaikannya.

Dalam kes-kes khas, teori di atas dapat dilupakan dan pengayun yang mempunyai litar diselaraskan digunakan sebagai alternatif, (pengayun kristal LF dikaji selepas itu).

Litar Kristal

Litar pertama di bawah adalah pengayun berpasangan pemancar, variasi litar Butler. Output litar pada Gambar 1 pada dasarnya gelombang sinus yang menurunkan perintang pemancar Q2 meningkatkan output harmonik.

Hasilnya, kristal 100 kHz menghasilkan harmonik yang sangat baik melalui 30 MHz. Ia adalah rangkaian mod siri.

Pelbagai transistor boleh digunakan. Untuk kristal di atas 3 MHz, dinasihatkan transistor yang mempunyai produk dengan lebar jalur yang tinggi. Untuk kristal dalam jarak 50 kHz hingga 500 kHz, transistor dengan keuntungan LF tinggi, seperti 2N3565 lebih disukai.

Selain itu, untuk kristal dalam pilihan ini, pembuangan yang dibenarkan biasanya lebih rendah daripada 100 mikrowatt dan pengekangan amplitud mungkin penting.

Voltan bekalan yang dikurangkan, sesuai dengan permulaan yang cekap, dicadangkan. Mengubah rangkaian melalui penyertaan dioda seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3 adalah teknik yang lebih bermanfaat, dan kecekapan permulaan ditingkatkan.

Litar akan berayun setinggi 10 MHz menggunakan nilai transistor dan perintang pemancar yang sesuai. Pengikut pemancar atau penyokong pengikut sumber biasanya disyorkan.

Komen yang serupa dengan yang disebutkan di atas berhubung dengan Gambar 2. Penyangga pengikut pemancar dimasukkan dalam litar ini.

Kedua-dua litar agak sensitif terhadap frekuensi dan variasi voltan kuasa dan spesifikasi beban. Muatan 1 k atau lebih tinggi disyorkan.

TTL lC dapat digabungkan dengan litar pengayun kristal walaupun banyak litar yang diterbitkan mempunyai kecekapan permulaan yang mengerikan atau mengalami ketidakulangan kerana parameter yang luas di lC ,.

Litar pada Gambar 4. telah dieksperimen oleh penulis pada julat 1 MHz hingga 18MHz dan akan digalakkan. Ini adalah pengayun mod siri dan kristal pemotong AT.

Keluarannya sekitar 3 V puncak ke puncak, gelombang persegi hingga sekitar 5 MHz di atas yang ini berubah menjadi lebih mirip dengan denyutan separuh sinus. Kecekapan permulaan adalah luar biasa, yang nampaknya merupakan faktor kritikal dengan pengayun TTL.

OSCILLATORS KRISTAL FREKUENSI RENDAH

Kristal dalam julat 50 kHz hingga 500 kHz menuntut faktor khas yang tidak dilihat pada kristal HF yang dipotong AT atau BT yang lebih lazim.

Rintangan siri yang serupa jauh lebih besar dan pelesapan yang dibenarkan terhad kepada di bawah 100 microwatt, idealnya 50 microwatts atau lebih rendah.

Litar dalam Rajah 5 adalah pengayun mod siri. Ia menawarkan kelebihan tidak memerlukan rangkaian yang diselaraskan, dan mempunyai pilihan output gelombang sinus atau persegi. Untuk kristal dalam spektrum 50-150 kHz, transistor 2N3565 dinasihatkan walaupun penerbit mendapati BC107 wajar.

Kedua-dua varietas ini mungkin mencukupi untuk kristal dalam lingkungan 150 kHz hingga 500 kHz. Sekiranya anda fikir kristal itu merangkumi rintangan siri setara yang besar, maka anda boleh meningkatkan nilai R1 hingga 270 ohm dan R2 hingga 3.3 k.

Untuk operasi gelombang persegi, C1 adalah 1 uF (atau mungkin bersebelahan, atau lebih besar daripadanya). Untuk output gelombang sinus, C1 tidak berada dalam litar.

Amplitud kawalan tidak diperlukan. Output gelombang sinus adalah kira-kira 1 V rms, keluaran pengecualian persegi sekitar 4 V puncak ke puncak.

Litar pada Gambar. 6 sebenarnya adalah jenis osilator Colpitts yang disemak semula, dengan kemasukan perintang Rf untuk mengatur maklum balas. Kapasitor C1 dan C2 mesti diminimumkan melalui magnitud yang dikira semasa frekuensi meningkat.

Pada 500 kHz, nilai untuk C1 dan C2 mestilah kira-kira 100 pF dan 1500 pF. Litar seperti yang terbukti menawarkan output gelombang sinus menggunakan harmonik kedua sekitar 40 dB lebih rendah (atau lebih tinggi).

Ini sering dikurangkan melalui penyesuaian Rf dan C1. Ingat bahawa, pada jumlah yang dikurangkan, maklum balas sangat penting untuk mencapai ini, memerlukan sekitar 20 saat untuk pengayun mencapai output penuh.

Output adalah sekitar 2 hingga 3 volt puncak ke puncak. Apabila anda memerlukan output yang dimuatkan dengan harmonik, kemasukan kapasitor 0.1 uF yang mudah ke atas perintang pemancar akan berjaya melakukannya. Output seterusnya meningkat menjadi sekitar 5 V puncak ke puncak.

Voltan bekalan kuasa dapat diturunkan dalam kes seperti itu untuk mengurangkan pembuangan kristal. Transistor lain mungkin digunakan, walaupun bias dan maklum balas mungkin harus diubah. Untuk kristal cantankerous yang dirancang untuk berayun dalam mod selain yang anda mahukan, litar Rajah 7 sangat disarankan

Maklum balas diatur oleh ketukan sepanjang beban pemungut Q1. Pengekangan amplitud penting untuk mengekalkan penyebaran kristal di dalam sempadan. Untuk kristal 50 kHz, gegelung perlu 2 mH dan kapasitornya yang bergema 0.01 uF. Output adalah kira-kira 0,5 V rms, pada dasarnya gelombang sinus.

Pengunaan pengikut emitter atau sumber penyokong pengikut sangat digalakkan.

Sekiranya kristal mod selari digunakan kapasitor 1000 pF ditunjukkan secara bersiri dengan kristal mesti diubah menjadi kapasitansi beban kristal yang dipilih (biasanya 30, 50 hingga 100 pF untuk jenis kristal ini).

PEKELILING OSCILLATOR HF CRYSTAL

Reka bentuk keadaan pepejal untuk kristal HF AT-cut yang terkenal cenderung legiun. Tetapi, hasilnya tidak semestinya seperti yang anda harapkan. Sebilangan besar kristal penting hingga 20 MHZ biasanya dipilih untuk fungsi mod selari.

Walaupun demikian, kristal jenis ini dapat digunakan dalam pengayun mod seri dengan meletakkan kapasitansi beban yang diinginkan secara bersiri dengan kristal seperti yang dinyatakan sebelumnya. Kedua-dua jenis litar dibincangkan di bawah.

Pengayun yang baik untuk julat 3 hingga 10 MHz yang tidak memerlukan litar yang diselaraskan ditunjukkan pada Gambar 8 (a). Secara semula jadi, litar yang sama seperti Rajah 6. Litar berfungsi dengan baik hingga 1 MHz apabila C1 dan C2 masing-masing lebih tinggi daripada 470 pF dan 820 pF. Ini dapat digunakan hingga 15 MHz jika C1 dan C2 diturunkan menjadi 120 pF dan 330 pF. masing-masing.

Litar ini dinasihatkan untuk tujuan tidak kritikal di mana output harmonik yang besar diinginkan, atau bukan pilihan. Kemasukan litar yang diselaraskan seperti pada 8b meminimumkan output harmonik dengan ketara.

Litar yang diselaraskan dengan Q yang besar biasanya disyorkan. Dalam pengayun 6 MHz, Kami telah mencapai hasil di bawah. Memiliki gegelung Q 50 harmonik ke-2 adalah 35 dB sepanjang perjalanan ke bawah.

Memiliki Q 160, harganya -50 dB! Resistor Rf dapat diubah (bertambah sedikit) untuk meningkatkan ini. Keluarannya juga dinaikkan menggunakan gegelung Q yang tinggi.

Seperti yang diperhatikan sebelumnya, dengan penurunan maklum balas memerlukan beberapa puluhan saat untuk mencapai output 100% dari menghidupkan, walaupun begitu, ketahanan frekuensi sangat hebat.

Berfungsi pada frekuensi yang berbeza dapat dicapai dengan menyesuaikan kapasitor dan gegelung dengan berkesan.

Litar ini (Gbr. 8) juga dapat diubah menjadi VXO yang sangat berguna. Induktansi kecil didefinisikan secara bersiri dengan kristal dan salah satu kapasitor dalam litar maklum balas digunakan sebagai jenis pemboleh ubah.

Kapasitor penala pemancar dua-geng 10-415 pF biasa akan melaksanakan tugas dengan sempurna. Setiap geng disambungkan secara selari.

Julat penalaan ditentukan oleh kristal, induktansi L1 dan frekuensi. Julat yang lebih besar umumnya dapat diakses menggunakan kristal frekuensi yang lebih tinggi. Kestabilan sangat baik, hampir dengan kristal.

PENGGUNA OSCILLATOR VHF

Litar pada Rajah 10 adalah versi pengubah suai overtone ‘impedance inverting’ yang diubah suai. Biasanya, menggunakan litar pembalik impedans pengumpul sama ada tidak digunakan atau dibumikan untuk RF.

Pengumpul dapat ditala dua kali atau 3 kali frekuensi kristal untuk meminimumkan output pada frekuensi kristal, dicadangkan rangkaian 2x disetel.

ANDA TIDAK PERLU menyesuaikan pengumpul ke frekuensi kristal, jika tidak litar boleh berayun dengan frekuensi yang mungkin di luar kawalan kristal. Anda perlu mengekalkan plumbum pengumpul sangat kecil dan satu demi satu sebanyak yang anda boleh.

Hasil akhir menggunakan litar jenis ini sangat bagus. Hampir semua output selain output yang diinginkan adalah pada -60 dB atau lebih tinggi.

Pengeluaran kebisingan mencapai sekurang-kurangnya 70 dB di bawah output yang diinginkan. Ini mewujudkan pengayun penukaran yang luar biasa untuk penukar VHF / UHF.

Secara praktikal 2 V RF dapat diperoleh pada terminal panas L3 (asal pengarang pada 30 MHz). Bekalan yang diatur oleh Zener sangat disyorkan.

Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, pelbagai nilai litar penting untuk pelbagai transistor. Strays dalam struktur tertentu juga memerlukan pengubahsuaian. L1 boleh digunakan untuk menggerakkan kristal pada frekuensi. Pengubahsuaian kecil dalam frekuensi (kira-kira 1 ppm) berlaku semasa menyesuaikan L2 dan L3 serta menggunakan variasi beban. Setelah mengatakan bahawa, dalam ujian sebenar, perkara-perkara ini mungkin tidak signifikan.