Кварцевый генератор Советский патент 1993 года по МПК H03B5/32 

N.

fe

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в измерительной аппаратуре. Целью изобретения является уменьшение нестабильности частоты. Кварцевый генератор содержит первый диффе- ренциальный усилитель 1, первый неинвертирующий усилитель 2, первый 3 и второй 4 резисторы, кварцевый резонатор 5, второй неинвертирующий усилитель 6, третий 7 и четвертый 8 резисторы, второй 9 и 10 дифференциальные усилители. Цель изобретения достигается за счет того, что подключённое параллельно кварцевому резонатору эквивалентное отрицательное сопротивление имеет симметричную вольт-амперную характеристику, 1.ил.

V

Ю О О

ю

ON

Изобретение предназначено для использования в радиотехнической аппаратуре разл йчХОгб назначения, в частности в измерительной технике.

Известны кварцевые генераторы, выполненные в базе дифференциальных усилителей. Эти генераторы используются в радиотехнических приборах в качестве источников опорного сигнала стабильной частоты. Базовым элементом этих генераторов является дифференциальный усилитель, со1 держащий два транзистора, коллекторы которых через нагрузки подключены к шине питания, а эмиттеры соединены и через генератор стабильного (постоянного) тока (ГСТ) подключены к общей шине. В качестве ГСТ могут использоваться токостабилизи- рующий транзистор или резистор, питающийся от источника постоянного тока, Базы транзисторов являются неинвертирующим и инвертирующим входами дифференциального усилителя; а коллекторы этйх т ран- з исторов соответственно инверсным и .неинвёрсным выходами.

Недостатками таких генераторов являются повышенное содержание высших гармоничных составляющих тока, протекающего через резонатор, низкая стабильность частоты, невозможность получения удвоенной частоты.

Из известных кварцевых генераторов на дифференциальных усилителях наиболее близким по технической сущности является генератор, содержащий дифференциальный усилитель, неинверсный вход которого подключён ко входу неинвертирующего усилителя Выход неинвертирующего усилителя подключен через резисторы соответственно к неинвентирующему и инвертирующему входам усилителя. Кварцевый генератор подключен между инвертирующим входом усилителя и общей тиной. Автоколебания снимаются с инверсного выхода усилителя. Выход ГСТ усилителя используется для контроля режима по постоянному току.

При. отсутствии кварцевого резонатора сигналы, поступающие на входы дифференциального усилителя через резистор (положительная обратная связь) и через резистор (отрицательная обратная связь) - одинаковые, и автоколебания ё генераторе не могут возникйуть. Включение кварцевого резонатора уменьшает глубину отрицательной обратной связи на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса кварца, на которой его эквивалентное сопротивление минимально. В результате в схеме возникают колебания,контролируемые кварцем.„

Выполнение генератора на дифференциальном усилителе, отличающемся стабильностью режима, определяет высокую стабильность частоты. Включение кварце5 вого резонатора в цепь отрицательной обратной связи обеспечивает устойчивую работу на рабочей частоте кварца без перехода на побочные резонансы (что особенно важно, например, для резонаторов с двух0 поворотными срезами, значения частот по- , бочных резонансов у которых всего на 8-9%% больше рабочего). Однако в известном генераторе имеется большой коэффициент нелинейных искажений, обуслов- 5 ленный нелинейностью и несимметричностью вольт-амперной характеристики дифференциального усилителя, работающего с . самоограничением амплитуды в режиме большого сигнала.

0 В связи с этим через кварцевый резонатор протекают высшие составляющие тока, которые обусловливают так называемую нелинейную поправку к частоте колебаний. Дестабилизирующие факторы (изменб5 ние температуры, напряжения питания и тип) приводят к вариации этой поправки, т.е. к увеличению нестабильности частоты. При появлении сигнала помехи (например, в цепи питания) возникает дополни0 тельная компонента нестабильности частоты. Сигнал помехи, приложенный к резонатору, обусловливает поправку к частоте, пропорциональную KUnSinQ, где К - коэффициент пропорциональности, Un - ам5 плитуда напряжения помехи, Q - фазовый угол между напряжением на резонаторе и помехой, .:

Целью изобретения является уменьшение нестабильности частоты.

0 Поставленная цель достигается тем, что в кварцевый генератор, содержащий первый дифференциальный усилитель, неинверсный выход которого подключен к входу первого неинвертйрующего усилителя, пер5 вый и второй резисторы, первые выводы которых подключены к выходу первого неинвертирующего усилителя, кварцевый резонатора, первый вывод которого подключен ко второму выводу второго рези0 стора, дополнительно введены второй неинвертирующий усилитель, вход которого подключен к инверсному выходу первого дифференциального усилителя, третий и четвертый резисторы, первые выводы кото5 .рых подключены к выходу второго неинвертирующего усилителя, а также второй и третий дифференциальные усилители, между неинвертирующим входом второго и инвертирующим входом третьего дифференциальных усилителей включен

кварцевый резонатор, инвертирующие входы второго и третьего дифференциальных усилителей подключены к вторым выводам соответственно третьего и четвертого резисторов, неинвертирующиё входы этих усилителей подключены ко вторым выводам соответственно первого и второго резисторов, выходы сигналов стабильного тока второго и третьего дифференциальных усилителей подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам первого дифференциального усилителя.

Сущность изобретения заключается в том, что вновь введенные блоки и связи позволяют избежать воздействия четных гармоник в цепи резонатора, что приводит к достижению поставленной цели.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

В устройстве к неинвертирующему выходу дифференциального усилителя 1 подключен вход неинвертирующего усилителя 2, первые выводы первого и второго резисторов 3 и 4 объединены и подключены к выходу неинвертирующего усилителя 2. Первый вывод кварцевого резонатора 5 подключен ко второму выводу первого резистора 3, а второй вывод резонатора 5 подключен к выходу второго неинвертирующего усилителя б через третий резистор 7, первый вывод этого резистора объединен также с первым выводом четвертого резистора 8, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя 9. Неинвертирующий вход этого усилителя соединен с первым выводом резонатора 5, а инвертирующий .вход третьего дифференциального усилителя 10 - со вторым выводом резонатора 5. Выходы сигналов стабильного тока второго 9 и третьего 10 дифференциальных усилителей подключены соответственно к инверсному входам первого дифференциального усилителя 1. Выходами основной частоты кварцевого генератора являются выходы усилителей 9 и 10, а выходом удвоенной частоты - выходы сигнала стабильного тока усилителя 1. Как уже было сказано, дифференциальные усилители 1, 9, 10 могут быть выполнены по известной схеме. Неинвертирующие усилители 2, 6 генератора (2) представляют собой эмиттерные повторители.

Кварцевый генератор работает следующим образом,

. При отключении резонатора 5 и одинаковых по величине резисторах 3, 4, 7, 8 напряжения, поступающие на входы каждого из дополнительных дифференциальных усилителей 9 и 10 равны по величине и противофазны. Поэтому напряжение сигнала на выходе ГСТ будет отсутствовать. При включении кварцевого резонатора 5 между неин- вертирующим входом усилителя 9 и инвертирующим входом усилителя 10, на которых сигналы противофазны, на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса кварца, эти входы соединены через его малое эквивалентное сопротивление,

0 Поэтому амплитуда сигнала на входах усилителей 9, 10, к которым подключен кварц, меньше амплитуды сигнала, действующего на вторых входах этих усилителей.

В результате на выходе ГСТ усилителей

5 9, 10 возникнут сигналы, соответственно противофазные сигналы на выходах неинвертирующих усилителей 2, 6. Эти сигналы через усилитель. 1, изменяющий фазу каждого из них на 180°, поступают на входы неинверти0 рующих усилителей 2, 6. Таким образом в схеме выполняется условие баланса фаз. При выполнении амплитудного условия самовозбуждения в схеме возникнут колебания, контролируемые кварцем. Выходные сигналы

5 снимаются с выходов усилителей 9 и 10, развязанных со схемой генератора. Они попарно . равны и противофазны. На входах дифференциального усилителя 1 также присутствуют равные и противофазные сигналы. В связи с

0 этим на его выходе ГСТ отсутствуют нечетные гармоники. Четные гармоники складываются. Поэтому с выхода ГСТ усилителя 1 можно снимать сигнал удвоенной частоты.

Предложенное включение обусловлива5 ет симметричную вольт-амперную характеристику эквивалентного отрицательного сопротивления, подключаемого к кварцевому резонатору. В этом случае в спектре тока через кварцевый резонатор отсутствуют

0 четные высшие гармоники. Нелинейная .поправка к частоте из-за действия высших гармоник уменьшается. При этом уменьшаются и изменения частоты из-за возможных вариаций поправки от действия дестабили5 зирующих факторов. На выходах резонато- ра при появлении сигнала помехи он будет равным по величине и синфазным, что не приведет к изменению частоты.

Предлагаемый генератор удобен для

0 микроисполнения, позволяет в несколько раз уменьшить ряд компонент нестабильности частоты. Имеет четыре развязанных выхода с попарно равными и противофазными сигналами и дополнительный выход для сиг- 5 нала удвоенной частоты.

Предлагаемый генератор выгодно отличается от прототипа. В нем достигается

уменьшение нестабильности частоты при сохранении всех положительных характеристик прототипа.

Формула изобретения

Кварцевый генератор, содержащий первый дифференциальный усилитель, неинверсный выход которого подключен к входу первого неинвертирующего усилителя, первый и второй резисторы, первые выводы которых подключены к выходу первого неинвертирующего усилителя, кварцевый резонатор, первый вывод которого подключен к второму выводу второго резистора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нестабильности частоты, введены второй неинвертирующий усилитель, вход которого подключен к инверсному выходу первого дифференциального усилителя, третий и четвертый резисторы, первые выводы кото0

5

рых подключены к выходу второго неинвертирующего усилителя, а также второй и третий дифференциальные усилители, нёинвертирующие входы которых подключены к вторым выводам, соответственно второго и первого резисторов, при этом второй вывод кварцевого резонатора соединен с вторым выводом третьего резистора и с инвертирующим входом третьего дифференциального усилителя, второй вывод четвертого резистора соединен с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, выходы сигналов стабильного тока второго и третьего дифференциальных усилителей подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам первого дифференциального усилителя.