Кварцевый генератор

/Вар БЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССР . М 1706002; кл, Н 03 В 5/36, 07,07.89.(57) Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в.качестве высоко- стабильного источника опорной частоты, Целью изобретения является повышение . стабильности частоты при расширении диапазона изменения нагрузок. Кварцевый генератор содержит первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой транзисторы 1, 2, 3, 4, 5, 6, кварцевый резонатор (КР) 7, резистор 8, первый и второй отражатели тока 9, 10, первый и второй источники тока 11, 12. В кварцевом генераторе выходной сигнал пропорционален току КР, вольт-амперная характеристика активной части независимо от нестабильности параметров всех транзисторов, а первый й второй отражатели тока обеспечивают повышение стаби)тьностй частоты з",) счетнезавйсимЬсти ее от изменения нагрузок, 2 ил.Изобретение относится к радиотехнике тивной части определяется нескомпенсироипредназначенодляиспользования вкаче- ванными параметрами транзисторов и нестве высокостабильного источника опорной стабильна, что приводит к нестабильностичастоты в составе экономичной малогаба- мощности рассеиваемой на пьезоэлементеритной радиоэлектронной аппаратуры. 5 кварцевого резонатора, Низкая нагрузочная;Известен кварцевый генератор, содер- способность данного генератора обусловжащий усилитель на первом транзисторе, ливает возможность работы генератораохваченном отрицательной обратной лишь на высокоомную нагрузку, т.е. диапасвяэью через первый транзистор обратной зон изменения нагрузок генератора огранисвязи, имеющий активную нагрузку, состо чен.ящую иэ второго транзистора, охваченного Цель изобретения - повышение стаотрицательной обратной связью через вто- бильности частоты при расширении диапарой транзистор обратной связи, и охвачен- зона изменения нагрузок,ный положительной обратной связью через Поставленная цель достигается тем, чтокварцевый резонатор. 15 в кварцевый генератор, содержащий перНедостаток данного генератора - пони- вый транзистор, коллектор которого соедиженнаястабильностьчастоты,атакжевысо- нен с первой шиной питания, второйкий уровень нелинейных искажений транзистор, эмиттер которого соединен свыходного сигнала.:. эмиттером первого транзистора, резистор,Известентакже кварцевый гейератор, 20 первый вывод которого соединен с коллек-содеркащий первый и второй транзисторы, тором второго транзистора, третийохваченные положительной обратной:транзистор и кварцевый резонатор,связью с помощью третьего и четвертого первый вывод которого соединен с первойтранзисторов обратной связи, при этом шиной питания, при этом первый и второйкварцевый резонатор одним выводом под транзисторы выполнены с одинаковым тиключен к общей шине; а другим - через пом проводимости, третий транзистор вы-конденсатор - к эмйттеру первого транзи- . полнен с тийом проводимости,стора. ,противоположным типу проводимости перНедостатком этого кварцевого гейера- . вого транзистора, дополнительно введенытора является повышенная температурная 30 четвертый, пятый и шестой транзисторы,и режимная нестабильность частоты вслед- первый и второй источники тока и первый иствие пропорциональности напряжения пи- . второй отражатели тока, при этом эмиттертания активйой части генератора и токов третьеготранзисторасоединенсбазойпер"смещения транзисторов напряжению пря-: ваго транзистора и эмиттером пятого транмосмещенногор-п-перехода 35 зистора, база и коллектор которогоНаиболее близким потехнйческой сущ-соединены с коллектором второго транзиности к предлагаемому является кварцевыйстора и с базой шестого транзистора, колгенератор, содержащий первый транзи- лекторкоторогосоединенсвходом первогостор, коллектор которого соединен с первой отражателя тока, эмиттер шестого транзи- шиной питания, второй транзистор, амит стора соединен с вторым выводом кварцетер которого соединен с эмиттером первого во го резонатора, базой второготранзистора, резистор, первый вывод кото- транзистора и с эмиттером четвертого транрого соединен с коллектором второго тран- зистора, база которого соединена с базой изистора, третий транзистор и кварцевый коллектором третьего транзистора, коллекрезонатор, первый вывод которого соеди торчетвертоготранзисторасоединен с вхонен с первой шиной питания, при этом пер- дом второго отражателя тока, первый .вый и второй транзисторы выйолйены сйсточниктокавключенмеждувторойшинойодинаковым типом проводимости, третий питания и коллекторомтретьеготранзистотранзистор выполнен с типом пРоводимо- ра, второй источник тока включен междустй, противоположным типу проводимости 50 второй шинойпитания и эмиттером первогопервого транзистора. . . транзистора, второй вывод резистора соеНедостатки этого кварцевого генерато- . динен с первой шиной, шины питания перра - пониженная стабильность частоты и - вого и второго отражателей токамалая нагрузочная способность. Неста-подключены соответственно к первой и втобильность частоты обусловлена тем, что в 55 рой шинам питания, а выходы первого иданном генераторе стабилизировано лишь второго отражателей тока соединены и яв-малосигнальное значение эквивалентного ляются выходом кварцевого генератора,отрицательного сопротивления активнОй четвертый транзистор выполнен с типом части генератора, в области же ограничения проводимости, одинаковым с типом провосигналавольт-ампернаяхарактеристикаак- димости третьего транзистора, а пятый и(4) Обэ 2 Обэ 1=Обэб - Обэб шестой транзисторы выполнены с типомпроводимости, одинаковым с типом проводимости первого транзистора,Сопоставительный анализ заявляемоготехнического решения, прототипа и аналогов показывает, что предлагаемый кварцевый генератор имеет следующие новыесущественные признаки: активная часть генератора построена таким образом, что дляуправления усилительным дифференциальным каскадом на первом и втором транзисторах используются включенныепараллельно по высокой частоте транзисторные пары на третьем-четвертом и пятом-шестом транзисторах; которыеодновременно служат для замыкания цепиположительной обратной связи в активнойчасти генератора. При этом коллекторныетоки четвертого и шестого транзисторовсуммируются на выходе генератора при помощи отражателей тока,Положительный эффект достигается эасчет того, что при указанном включениитранзисторов формирование вольт-амперной характеристики активной части генера. тора осуществляется путем сравнениябазо-амиттерных напряжений согласованных по параметрам транзисторов, что обусловливает взаимную компенсациюнестабильности их параметров на всем рабочем участке вольт-амперной характеристики. За счет стабилизациивольт-амперной характеристики активнойчасти генератора достигается повышениестабильности мощности и спектральногосостава сигнала на кварце, Применение навыходе генератора отражателей тока позволяет улучшить спектральный состав выходного сигнала, т.к. на выход генераторапоступает сигнал пропорциональный току.кварца, спектральный состав которого определяется частотно-избирательными свойствами кварцевого резонатора. При этомулучшается развязка генератора и нагрузки,а мощность выходного сигнала может бытьувеличена увеличением коэффициента передачи токовых отражателей,На фиг. 1 приведена электрическая схема кварцевого генератора; на фиг, 2 - распределение токов в схеме генератора приего работе,Кварцевый генератор содержит первый1, второй 2, третий 3, четвертый 4, пятый 5и шестой 6 транзисторы, кварцевый резонатор 7,резистор 8, первый 9 и второй 10отражатели тока, первый 11 и второй 12источники тока.Работу предлагаемого кварцевого генератора рассмотрим при следующих допущениях: транзисторы 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6 идентичны, базовые токитранзисторов пренебрежимо малы по сравнению с их коллекторными токами, транзисторы работают на частотах много меньших Ю - граничной ча стоты коэффициента передачи транзисторов по току в схеме с общей базой а .Первоначально подаются напряженияна шины питания и токи источников тока такой величины, чтобы вывести все транэи сторы в активный режим. При этом эмиттерные токи транзисторов 3, 4, 5 и 6 устанавливаются равными току 1 о источника тока 11, а эмиттерные токи транзисторов 1 и 2 равными половине тока 1 о 2 источника 15 тока 12, и в генераторе возбуждаются колебания на частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора, При этом ток кварца 1, поступающий на вход активной части генератора (см, фиг, 2) делится на ток 20 1, втекающий в эмиттер транзистора 6 ипоступающий далее на вход отражателя тока 9, и ток 12, втекающий в змиттер транзистора 4 и далее поступающий на вход отражателя тока 10, т.е.;25 В случае равенства коэффициента передачи отражателей тока выходной ток квар цевого генератора равен; где А - коэффициент передачи токовых от ражателей.Токи 11 и 12 вызывают изменение базоэмиттерных напряжений транзисторов 6 и 4, что приводит к появлению переменного тока 13 в дифференциальном каскаде на 40 транзисторах 1 и 2, поступающего на резистор 8.Определим значение тока 1 з. Для этогопросуммируем базо-эмиттерные напряжения по контуру, образованному транзисто рами 1,2,3 и 4 и по .контуру, образованному транзистора 50 ми 1,2, би 5: гДе Обэ - базо-эмиттеРное напРЯжение 1-го55 транзистора,Представив значения базо-эмиттерныхнапряжений транзисторов с помощью уравнения Эберса-Молла с точностью до значения обратного тока р-п-перехода,резистора 8. ротивление активной о: где Й - сопротивлениДинамическое со части генератора равЖ, 11 оквчб"Д.,1 преобразуем уравнения (3) и (4) к следующему виду: где уравнение (5) получено из (3), а (6) - из (4).15Соотношения (5) и (6) позволяют выразитьи 2 через з откуда в соответствии с (1) получим; 35Преобразуем (8) так, чтобы представитьэ как функцию кв. Напряжение высокой частоты на цевом резонаторе приближенно равн пряжению на резисторе 8, т.к. паде напряжений на низкоомных сопротив ях эмиттера транзисторов 4 и 6 мож сравнении с ним пренебречь. Таким зом, вольт-амперная характеристика а ной части генератора описыва следующим выражением; При этом егомалосигнальное значение (при кв - О) определяется следующим соотношением: Иэ выражений (10), (11), (12) видно, что как малосигнальное значение отрицательного сопротивления, так и вольт-эмперная характеристика активной части генератора в целом, определяются только сопротивлением резистора 8 и токами источников тока 11 и 12 и не зависят от параметров транзисторов, Так как стабильность параметров резистора и источников постоянного тока значительно выше стабильности параметров транзисторов, то имеет место повышение стабильности мощности рассеиваемой на пьезоэлементе кварцевого резонатора, а также стабилизация спектрального состава сигнала на кварце, что приводит к повышению стабильности частоты предлагаемого кварцевого генератора.Из выражения (2) видно, что выходной сигнал в кварцевом генераторе пропорционален току кварца, т.е. его спектральный состав определяется избирательностью. кварцевого резонатора. При этом, увеличивая коэффициент передачи отражателей тока А, несложно получить значение выходного тока примерно на порядок превышающее величину тока кварца, причем максимально допустимая амплитуда напряжения на внешней нагрузке также имеет повышенное значение и равна приблизительно половине напряжения питания. Вве- дение токовых отражателей, кроме этого, обеспечивает дополнительную развязку генератора от цепей нагрузки, что повышает надежность его работы и расширяет диапазон изменения нагрузки. ф о р мул а изобретен и я Кварцевый генератор, содержащий первый транзистор, коллектор которого соединен с первой шиной питания, второй транзистор, эмиттер которого соединен с эмиттером первого транзистора, резистор, первый вывод которого соединен с коллектором второго транзистора, третий транзистор и.кварцевый резонатор, первый вывод которого соединен с первой шиной питания, при этом первый и второй транзисторы выполнены с одинаковым типом проводимости, третий транзистор" выполнен с типом проводимости, противоположным типу проводимости первого транзистора, о т л и ч э ющ и й с я тем, что, с целью повышения стабиль10 1782333 ВрцвФьй ингратр Составитель В.ПрокопенкоТехред М,Моргентал Корректор М.М Редактор Заказ 4292 ВНИИПИ Госуда миши не Подписноетениям и открытикая наб., 4/5 ГКНТ СССР Тиражвенного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Рау водственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж, ул.Гагарина, 1 ности частоты при расширении диапазона изменения нагрузок, введены четвертый, пятый и шестой транзисторы, первый и второй источники тока и первый и второйотражатели тока, при этом эмиттер треть его транзистора соединен с базой первого транзистора и эмиттеромпятого транзистора, база и коллектор которого соединены с коллектором второго транзистора и с базой шестого транзистора, коллек тор которого соединен с входом первого отражателя тока, эмиттер шестого транзистора соединен с вторым выводом кварцевого резонатора, базой .второго транзистора и с эмиттером четвертого 15 транзистора, база которого соединена с базой и коллектором третьего транзистора, коллектор четвертого транзистора соединен с входом второго отражателя тока, первый источник тока включен между второй шиной питания и коллектором третьего транзистора, второй источник тока - между второй шиной питания и эмиттером первого транзистора, второй вывод резистора соединен с первой шиной питания, шины питания первого и второго отражателей тока подключены соответственно к первой и второй шинам питания,.а выходы первого и второго отражателей тока соединены и являются выходом кварцевого генератора, четвертый транзистор выполнен с типом проводимости, одинаковым с типом проводимости третьего транзистора, а пятый и шестой транзисторы - с типом проводимости, одинаковым с типом проводимости первого транзистора,