Чтобы генерировать электрические колебания в генераторе обратной связи, должны быть соблюдены условия фазы и амплитуды для данной частоты. Фазовое условие может быть определено как требование положительной обратной связи. Сумма фазовых сдвигов усилителя и обратной связи должна быть равна 0 или 2nP (n = 1,2, 3, ...). Условие амплитуды требует, чтобы усиление контура, которое является произведением усиления и коэффициента обратной связи, было больше
1. Генераторы обратной связи можно разделить на две группы:
1. Неинвертирующий усилитель требует цепи обратной связи, которая не вводит фазовый сдвиг для частоты (нулевой фазовый сдвиг).
2. Для реверсивного усилителя требуется цепь обратной связи, в которой вводится фазовый сдвиг P радиан (180 °). Обе версии генераторов показаны на рисунке.
Кварцевый резонатор, используемый в качестве элемента обратной связи, не вводит фазовый сдвиг для последовательного резонанса. Это соответствует ситуации на рисунке 1а). Если усилитель имеет достаточно высокий коэффициент усиления для компенсации
Потери в цепи обратной связи, система будет колебаться на частоте f r. Можно генерировать на частоте f L или частоте параллельного резонанса, если нагрузочная способность C L соединена последовательно с кварцем. Эта емкость используется при калибровке кварца у производителя. В сочетании с кварцевым триммером, подключенным последовательно, можно будет точно определять частоту колебаний независимо от точности кварца и параметров элементов схемы.
Есть совершенные усилители с нулевым фазовым сдвигом. Реверсивные усилители, используемые для реализации микропроцессорных часов, состоят из каскада логических схем, которые для генерируемой частоты вводят определенный сдвиг фазы. Это вытекает даже из определенного времени.
Это вызывает ухудшение так называемого кратковременная стабильность и вводит быстрые изменения частоты с английского как джиттер. Сдвиг фазы, вносимый усилителем, может учитываться путем присоединения индуктивности L m к идеальному усилителю. Генерация будет возбуждаться с частотой, на которой кварц компенсирует сдвиг, вносимый индуктивностью L m. В случае схема на рисунке а) будет иметь частоту ниже, чем f r.
В этой схеме возможно возникновение генерации при последовательной резонансной частоте индуктивности L m и результирующей емкости C m (кварцевая емкость при сборочных мощностях). Этот недостаток лишен в схеме на рисунке б). Емкость C L будет компенсировать индуктивность, а кварц и генератор будут генерировать частоту, равную или чуть большую, чем f r. Указанный здесь C L не является нагрузочной способностью кварца, используемой для его калибровки. Практически это будет подстроечник, который позволяет точную настройку генерируемой частоты. Для генераторов, использующих реверсивный усилитель, требуется система фазовой связи.
Примеры таких схем показаны на рисунке .
Такие генераторы широко известны как так называемые трехточечные генераторы. Цепи обратной связи являются параллельными резонансными цепями с разделенным реактивным сопротивлением в одной ветви. Пропорции разделенных реактивных сопротивлений определяют коэффициент обратной связи. Схема с рисунок. 3а) называется генератором с общей емкостью или генератором Пирса. Он также известен под именами генератора Колпитс или Клапп. Схема на рисунке 3 б) представляет собой генератор Хартли, также называемый генератором Миллера. Кварц в этом виде генераторов используется в качестве индуктивности.
Кварцевое реактивное сопротивление между последовательным и параллельным резонансами является таким характером. Одной из регулировок обычно является подстроечный конденсатор для подстройки частот. Его емкость должна быть близка к объему C L, используемому при калибровке кварца. Инвертирующий усилитель ближе к идеальному, потому что обычно это однокаскадный усилитель.
В качестве первого представить так называемые Генератор Батлера.
Он использует двухступенчатый транзисторный усилитель, состоящий из каскада в схеме с общей базой (T1) и каскада с общим коллектором (T2). Обе стадии не вводят фазовый сдвиг. Схема должна генерировать с кварцем с небольшим сопротивлением на частоте, определяемой резонансным контуром в коллекторе Т1.
Включение кварца вызовет возбуждение на последовательной резонансной частоте f r, если емкость C достаточно велика. Уменьшение его значения до уровня C L вызовет генерацию, определяемую частотой кварца. Эта схема особенно полезна для работы на кварцевых гармониках из-за наличия резонансного контура, который настроен на требуемую гармонику. Используются нечетные гармоники (n = 3, 5, ...). Используется для частот порядка 100 МГц.
Для работы на основных гармониках вместо резонансного контура достаточно резистора. Частоту колебаний задает кварц. Следующие схемы - генераторы Пирса и Колпитса.
Генератор 1
Это фактически одни и те же схемы, когда речь идет о соединении элементов с транзисторными выводами. Они отличаются общим электродом транзистора - подключены к земле. В генераторе Пирса излучатель является общим, а коллектор - в генераторе Колпитца.
Преимущество генератора Пирса заключается в том, что резисторы, поляризующие базу транзистора, подключены только к емкости С1. Они не подавляют напрямую резонансный контур, используя кварц в качестве индуктивности. Часто в серии с кварцем емкость C L или переменная емкость комбинируется.
В генераторе Колпитца резонансный контур шунтируется резисторами, поляризующими основание транзистора. Это становится фактором, увеличивающим нагрузку на транзистор и ухудшающим стабильность частоты. Одним из решений является использование полевого транзистора. Преимущество обеих этих схемы заключается в подключении емкостей С1 и С2 параллельно соответствующей емкости транзистора. Это уменьшает влияние изменений емкости транзистора (при изменении температуры или напряжения питания) на рабочие условия генератора.
Чтобы избежать нежелательных последствий, не переусердствуйте с запасом усиления. Максимальное усиление может быть в 2 ÷ 3 раза выше, чем требуется для возбуждения. Уровень сигнала, подаваемого на кварц, не должен превышать допустимых пределов, установленных изготовителем. Кварцы на низких частотах, особенно миниатюрные, легко могут выйти из строя при превышении допустимого уровня сигнала.
Если генератор должен характеризоваться высокой стабильностью частоты, кварц должен стимулироваться с минимальной энергией - намного менее допустимой. Усилитель такого генератора снабжен автоматическим контролем амплитуды, чтобы он не менял условия работы кварца. Нагрузка должна быть подключена не напрямую к кварцевому генератору, а через дополнительный усилитель, так называемый буферный каскад. Кратко для ознакомления о кварцевых генераторах.
