Кварцевый осциллятор Советский патент 1936 года по МПК H03B5/34 

В целях упрощения и удешевления радиостанций, работающих в коротковолновом, а в особенности в ультракоротковолновом диапазоне волн, желательно иметь в задающем генераторе стабильные колебания возможно более короткой волны, сохраняя при этом достаточную полезную мощность. При кварцевой стабилизации технически непригодно применять пластины (вследствие их хрупкости) тоньше 0,5 мм. Поэтому для получения в задающем генераторе стабильных колебаний более короткой волны целесообразно возбуждать кварц в обертонах основного колебания пластины по толщине. Кварцевые пластины при возбуждении их в обертонах по толщине в обычных осцилляторных схемах оказываются мало „активными. Одной из главных причин этого явления служит все возрастающее (с укорочением волны) вредное влияние статической емкости кварца, а также емкостей, приключенных параллельно ему.

Предлагаемое осуществление схем кварцевых осцилляторов основано на компенсации вредной статической емкости кварца путем включения последовательно с кварцем компенсационной самоиндукции. Величина компенсационной самоиндукции берется такой, чтобы совместно со статической емкостью кварца она была настроена на частоту, равную или

близкую основной частоте (или обертону) колебаний кварцевой пластины).

Прежде чем перейти к формулировке принципов построения схем кварцевых осцилляторов, следует указать на то, что, как известно, эквивалентную схему лампового генератора можно представить в виде замкнутой цепи, состоящей из последовательно соединенных междусобой звеньев (четырехполюсников). Каждое из звеньев (четырехполюсников) может представлять собой любую комбинацию из самоиндукций, емкостей и сопротивлений.

Предлагаемые схемы кварцевых осцилляторов, в которых осуществляется компенсация вредной статической емкости кварца, могут быть разделены на два класса: к первому классу относятся кварцевые осцилляторы, отличающиеся тек, что параллельно одному из звеньев в цепи самоврзбужденного лампового генератора включается контур, состоящий из соединенных последовательно кварца и катущки самоиндукции, причем статическая емкость кварца вместе с самоиндукцией настроены на частоту, равную или близкую основной частоте (или гармоники) колебаний кварцевой пластины; второй класс образуют кварцевые осцилляторы, отличающиеся тем, что параллельно одному из звеньев в ЦЕПИ самовозбуждения лампового генератора с

обратной связью, препятствующей; самовозбуждению, приключается контур, состоящей из соединенных последовательно кварца и катушки самоиндукции, причем статическая емкость кварца вместе с самоиндукцией настроена на частоту, близкую к основной частоте (или гармоники) колебания кварцевой пластины.

На чертеже фиг. 1 схематически изображает кзарцевые осцилляторы первого и второго классов; фиг. 2, 3 и 4-некоторые из возможных схем кварцевых осцилляторов первого класса; фиг. 5 иллюстрирует работу кварцевых осцилляторов первого класса; фиг. б изображает эквивалентную схему кварцевого осциллятора по фиг. 2; фиг. 7 и 8-некоторые из возможных схем кварцевых осцилляторов второго класса; фиг. 9 иллюстрирует работу кварцевого осциллятора, изображенного на фиг. 7.

Как видно из фиг. 1, контур, состоящий из кварца Q и компенсационной самоиндукции L, приключен параллельно одному из звеньев (четырехполюсников) в цепи самовозбуждения.

На фиг. 2, 3 и 4 представлены некоторые из возможных схем кварцевых осцилляторов первого класса. Все эти схемы характеризуются тем, что при отключенном контуре, содержащем кварц Q и компенсационную самоиндукцию L, ламповый генератор самовозбужден и его параметры подобраны таким образом, чтобы генератор развивал максимальную мощность колебаний на частоте кварца. Величина компенсационной самоиндукции L подбирается такой, чтобы собственная частота контура, образованного компенсационной самоиндукцией L, и статической емкости кварца была бы близка или равнялась основной частоте (или гармонике) колебаний кварцевой пластины. При переключении контура, содержащего кварц и компенсационную самоиндукцию, параллельно одному из звеньев в цепи самовозбужденного лампового генератора получается следующая картина. На частотах, лежащих в некотором диапазоне по обе стороны от основной частоты (или гармоники) кварцевой пластины, сопротивление звена, параллельно которому приключается кварц и самоиндукция L, оказывается шунтированным малым сопротивлением. Вследствие этого условия самовозбуждения нарушаются и генерация прекращается. На частоте кварца появляется пьезо-электрическая проводимость, резонанс контура, содержащего кварц, нарушается и схема самовозбуждается на частоте кварца. ,

Фиг. 5 иллюстрирует работу кварцевых осцилляторов первого класса. Здесь по оси абсцисс отложена Частота со, а по оси ординат ток / в анодном контуре осциллятора.

На фиг. б в качестве пояснения фиг. 1 представлена эквивалентная схема кварцевого осциллятора, изображенного на фиг. 2. Здесь R- внутреннее сопротивление лампы. Четырехполюсник, ограниченный пунктиром, представляет собой трансформатор с коэфициентом трансформации (Jt, эквивалентный коэфициенту усиления . лампы.

На фиг. 7 и 8 представлены некоторые из возможных схем кварцевых осцилляторов второго класса. Схемы кварцевых осцилляторов второго класса характеризуюся тем, что при отключенном контуре, содержащем кварц и компенсационную самоиндукцию L, ламповый генератор ие может самовозбудиться на частоте кварца. В этих схемах контур, образованный из последовательно соединенных кварца Q и самоиндукции L, играет двоякую роль.

Самоиндукция L вместе со статической емкостью С кварца настроена на частоту, близкой к основной частоте (или гармонике) колебаний кварцевой пластины, благодаря чему осуществляется компенсация вредной статической емкости G кварца.

При отсутствии пьезо-электрической проводимости проводимость звена, параллельно которому приключается кварцевый контур, имеет значение, препятствующее самовозбуждению генератора на частоте кварца. При появлении пьезоэлектрической проводимости последняя изменяет величину и фазу коэфициента обратной связи так, что наступает самовозбуждение осциллятора на частоте кварца. Таким образом осуществляется осцилляторный режим работы схем.