Кварцевый генератор с автоматической регулировкой амплитуды

 

Использование: в радиотехнике, в аппаратуре различного назначения, в частности в измерительной технике. Сущность изобретения: кварцевый генератор с автоматической регулировкой амплитуды содержит первый и второй дифференциальные усилители 1, 2, первый и второй неинвертирующие усилители 3, 4, резисторы 5 - 8, кварцевый резонатор 9, блок 10 стабилизации аммлитуды, элемент 11 с электрически управляемым сопротивлением. Связи между элементами, их взаимодействие таковы, что позволяют повысить стабильность частоты автоколебаний. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в аппаратуре различного назначения, в частности в измерительной технике.

Целью изобретения является повышение стабильности частоты автоколебаний.

На чертеже представлена структурная электрическая схема кварцевого генератора с автоматической регулировкой амплитуды.

Кварцевый генератор с автоматической регулировкой амплитуды (АРА) содержит первый и второй дифференциальные усилители (ДУ) 1, 2, первый и второй неинвертирующие усилители 3, 4, первый, второй, четвертый и третий резисторы 5-8, кварцевый резонатор 9, блок 10 стабилизации амплитуды, элемент 11 с электрически управляемым сопротивлением, блок 10 содержит буферные усилители 12, 13, преобразователь 14 переменного напряжения в постоянное.

Кварцевый генератор с АРА работает следующим образом.

Пусть на выходах неинвертирующих усилителей 3, 4 возникли противофазные сигналы. В отсутствии кварцевого резонатора 9 и при равных сопротивлениях резисторов 5 и 6 (7 и 8) на входах ДУ 1 (или ДУ 2) действуют соответственно равные и синфазные напряжения. Синфазные напряжения ДУ 1 и ДУ 2 не усиливают и автоколебания в схеме отсутствуют. При включенном кварцевом резонаторе 9 на частоте, близкой к частоте его последовательного резонанса, неинвертирующий вход ДУ 1 и инвертиующий вход ДУ 2 оказываются соединенными через малое сопротивление кварцевого резонатора 9. В этом случае амплитуды сигналов, действующих на инвертирующем входе ДУ 1 и на неинвертирующем входе ДУ 2, превышают амплитуду сигналов, действующих на других входах этих усилителей. Сигнал с инвертирующего входа ДУ 1 усиливается и выделяется на инверсном выходе этого усилителя в фазе, а на неинверсном - в противофазе. С инверсного выхода через неинвертирующий усилитель 3 и резистор 6 сфазированный сигнал снова поступает на инвертирующий вход ДУ 1, образуя первую петлю положительной обратной связи. Противофазный сигнал с неинверсного выхода ДУ 1 через неинвертирующий усилитель 4 и резистор 7 поступает на неинвертирующий вход ДУ 2. Усиленный и повернутый по фазе на 180^о сигнал на инверсном выходе оказывается сфазированным с сигналом на таком же выходе ДУ 1. Он также поступает на вход неинвертирующего усилителя 3, образуя вторую петлю положительной обратной связи для ДУ 1. Аналогично действуют сигналы в ДУ 2, образуя идентичные цепи положительной обратной связи. Амплитудное условие самовозбуждения выполняется на частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора 9. При этом на инвертирующих и на неинвертирующих входах ДУ 1 и ДУ 2 действуют равные и противофазные сигналы.

По мере нарастания колебаний на выходе блока 10 стабилизации амплитуды возникает постоянное напряжение, отпирающее транзистор, на котором выполнен элемент 11. Сопротивление канала транзистора элемента 11 шунтирует нагрузку в каждом плече ДУ 1 и ДУ 2. Таким образом коэффициент усиления этих усилителей уменьшается без изменения режима их работы. Амплитуда автоколебаний определяется из условия U = =U_пор/K, где U - напряжение на одном из выходов ДУ 1/2, К - коэффициент усиления буферного усилителя 12(13); U_пор - пороговое напряжение, с которого начинает работать преобразователь 14.

В предлагаемом кварцевом генераторе с АРА режим работы всех усилителей близок к линейному, что уменьшает коэффициент нелинейных искажений. Симметричное включение кварцевого резонатора 9 ослабляет влияние помехи на частоту. Сигналы, действующие на электродах кварцевого резонатора, равны и противофазны, что устраняет влияния четных гармоник на частоту. В совокупности эти меры уменьшают компоненты нестабильности частоты. Кварцевый генератор АРА удобен для микроисполнения и сохраняет все положительные свойства прототипа. Одновременно он отличается от последнего повышенной стабильностью частоты.

При конкретном выполнении неинвертирующих усилителей 3 и 4 можно использовать эмиттерные повторители на одном транзисторе с непосредственными связями. Буферные усилители 11 и 12 - двухтранзисторные по схеме ОК-ОЭ. Преобразователь 14 - два транзистора p-n-p с нулевым смещением на базах.

Формула изобретения

КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР С АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКОЙ АМПЛИТУДЫ, содержащий первый дифференциальный усилитель, кварцевый резонатор, первый вывод которого соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя и первым выводом первого резистора, второй и третий резисторы, блок стабилизации амплитуды, при этом первый вывод второго резистора подключен к инвертирующему входу первого дифференциального усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты автоколебаний, введены второй дифференциальный усилитель, первый и второй неинвертирующие усилители, четвертый резистор, элемент с электрически управляемым сопротивлением, при этом второй вывод кварцевого резонатора подключен к первому выводу третьего резистора и к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к первому выводу четвертого резистора, выход первого неинвертирующего усилителя соединен с вторыми выводами первого и второго резисторов, выход второго неинвертирующего усилителя соединен с вторыми выводами третьего и четвертого резисторов, вход первого неинвертирующего усилителя соединен с инверсными выходами первого и второго дифференциальных усилителей, с первым выходом элемента с электрически управляемым сопротивлением и с первым входом блока стабилизации амплитуды, вход второго неинвертирующего усилителя соединен с неинверсными выходами первого и второго дефференциальных усилителей, с вторым выходом элемента с электрически управляемым сопротивлением и с вторым входом блока стабилизации амплитуды, выход которого подключен к входу элемента с электрически управляемым сопротивлением.

РИСУНКИ

Рисунок 1