|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN Dao động thạch anh trên sóng hài. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Đài thiết kế nghiệp dư Sử dụng sơ đồ dao động thạch anh không vòng (CG) của tác giả [1, 2], có thể tạo ra không chỉ ở hài thứ nhất (cơ bản) của thạch anh, mà còn ở hài thứ ba của nó. Đồng thời, điều thú vị cần lưu ý là trong các mạch này, cả thạch anh được thiết kế đặc biệt để tạo ra sóng hài (cái gọi là sóng hài) và thạch anh thông thường đều hoạt động ở sóng hài thứ ba. Tuy nhiên, các mạch trên còn lâu mới làm cạn kiệt mạch của các bộ tạo dao động thạch anh âm lượng không vòng. 1. CH như vậy đơn giản hơn sơ đồ từ [1, 2]. Thoạt nhìn, mạch này trông giống như mạch "ba điểm" điện dung nổi tiếng, nhưng nó khác với mạch "cổ điển". Máy phát thiếu một trong các tụ phản hồi (giữa đế và bộ phát của bóng bán dẫn) so với mạch KG "cổ điển". Ngoài việc giảm số lượng phần tử, mạch còn có những ưu điểm khác, KG "cổ điển" được tạo độc quyền trên sóng hài đầu tiên của thạch anh. Trong nhiều thí nghiệm, tác giả chưa bao giờ có thể thu được thế hệ ở sóng hài (cơ học) thứ ba. Mạch như trong Hình 1, với điện dung C3 đủ nhỏ (thường là vài chục picofarad), dễ dàng bắt đầu ở sóng hài thứ ba của thạch anh. Đồng thời, khi điện dung C3 tăng lên, mức điện áp RF đầu ra của KG giảm dần (tần số của các dao động được tạo ra cũng giảm nhẹ hàng chục - hàng trăm hertz) Khi C3 tăng thêm, máy phát chuyển sang vùng dao động hai tần số, sau đó các dao động được tạo ra "nhảy" lên tần số của sóng hài thứ nhất. Biên độ của các dao động được tạo ra trong trường hợp này lại tăng lên.
Với mức tăng C3 thậm chí còn lớn hơn, biên độ dao động giảm dần, kèm theo tần số giảm nhẹ, và cuối cùng, ở điện dung C3 đủ lớn (ví dụ: một số nanofarad cho thạch anh ở tần số 27 MHz), dao động KG bị phá vỡ. Bức tranh về các hiện tượng xảy ra trong CG khi điện dung C3 tăng lên được thể hiện trong hình. 2.
Biên độ của điện áp đầu ra của KG trong quá trình tạo ở sóng hài thứ nhất (đối với thạch anh "hài") lớn hơn trong quá trình tạo ở sóng hài thứ ba (đối với cùng một thạch anh). Vì vậy, trong hình. Hình 2 chỉ ra trường hợp tổng quát nhất, khi thạch anh có thể tạo ra cả ở hài cơ học thứ nhất và thứ ba. Đôi khi (rất hiếm) vẫn có thạch anh chỉ tạo ra sóng hài đầu tiên. Trong trường hợp này, trong Hình. 2, chỉ còn lại một đỉnh (bên phải), trong khi đỉnh bên trái và vùng dao động hai tần số biến mất. Để quan sát "nhảy" ở tần số KG khi điện dung C3 thay đổi, cần kết nối máy hiện sóng RF và máy đo tần số với KG thông qua các giai đoạn đệm tốt (có điện trở đầu vào hơn 10 kΩ và điện dung đầu vào không quá vài picofarad). Vì C3, KPI (12 ... 495 pF) được sử dụng, được đưa vào mạch KG trực tiếp hoặc thông qua các điện dung nhỏ (vài chục picofarad). KPI được kết nối với bảng KG bằng dây dày không cách điện có độ dài tối thiểu có thể. Tuy nhiên, từ quan điểm sử dụng thực tế, sơ đồ được hiển thị trong Hình. 3. Trong trường hợp này, các yêu cầu đối với giai đoạn đệm được giảm đáng kể. Tuy nhiên, ngay cả khi mạch KG như vậy được sử dụng như một phần của máy thu hoặc máy thu phát, giai đoạn đệm (ít nhất là đơn giản nhất) vẫn được mong muốn. Cũng cần ổn định nguồn điện của các mạch KG trên. Cần chú ý đặc biệt đến các giá trị điện trở trong mạch (Hình 1 và 3): chúng không thể thay đổi trong một phạm vi rộng. Vì vậy, đối với sơ đồ KG theo Hình. 1 ở điện áp nguồn 9 ... 12 V, phải đáp ứng điều kiện sau: R1=R2=20*R3; R3 = 470...2000 ôm (1) KG theo hình. 3 ở cùng một điện áp cung cấp yêu cầu các điều kiện sau: R1 \u2d R20 \u4d 3 * R4 (tại RXNUMX "RXNUMX); R4 = 470.. 2000 Ôm, (2) hoặc R1=20*R4; R2 = 10*R4 (với R3 ~= R4); R4 = 470...2000 Ôm; R3 <= 1000 Ôm. (3) Chỉ khi các điều kiện (1), (2) hoặc (3) được đáp ứng, các cơ chế QTCT sẽ hoạt động như mô tả ở trên. Việc lựa chọn điện trở phân cực được thực hiện bằng cách sử dụng các khuyến nghị từ [3]. Trở kháng đầu ra của KG (Hình 3) gần bằng R3.
Các giai đoạn đệm cho các CG như vậy có thể được sử dụng giống như trong [2]. Tuy nhiên, bạn phải luôn nhớ rằng tầng đệm có thể phân biệt (và trong một số trường hợp là tích hợp) tín hiệu đầu vào, dẫn đến biến dạng dạng sóng trong trường hợp tín hiệu hình sin. Các sơ đồ KG ở trên có thể được khuyến nghị sử dụng rộng rãi trong các thiết kế vô tuyến nghiệp dư. Đặc biệt thành công, theo tác giả, là sơ đồ trong hình. 3, có đầu ra RF 50-ohm (ở xếp hạng R1=R2=10 kOhm, R3=51 Ohm). Các sơ đồ KG này, theo phân loại [5], "hai điểm", có khả năng hoạt động trên cả hài thứ nhất và thứ ba của thạch anh. Ví dụ, thạch anh RK-169 trong sơ đồ theo hình. 3 (R3=51 Ohm) được tạo ra ở tần số 27411 kHz tại C3=51 pF và ở tần số 9142,42 kHz tại C3=330 pF, trong khi tần số 27,41 MHz được chỉ định trên thân thạch anh. Bây giờ hãy xem xét các máy phát do tác giả thiết kế trên cơ sở nguyên mẫu - máy phát Pierce, là máy phát có khớp nối điện dung thông qua các tụ điện C2 và C4 (Hình 4).
Bộ cộng hưởng thạch anh, khi hoạt động trong bộ tạo dao động Pierce, có điện kháng cảm ứng, vì vậy bộ tạo dao động như vậy hoạt động trong dải tần giữa tần số của chuỗi fs và fp song song của cộng hưởng thạch anh. Theo [4], thạch anh trong bộ tạo này tạo ra ở tần số gần với fp, tuy nhiên, trong [6] lưu ý rằng tần số tạo ra gần với fs hơn là fp. Về vấn đề này, việc phân chia các CG như vậy thành các bộ tạo cộng hưởng nối tiếp và song song không hoàn toàn thành công do sự phụ thuộc của tần số được tạo vào các giá trị phản ứng có trong mạch (ví dụ: trong Hình 5, đây là C2 và C4).
Trên hình. 4 điện trở R1 và R2 tạo thành một bộ chia điện áp để tạo ra điện áp phân cực cần thiết của đế của bóng bán dẫn VT1. Để đạt được độ ổn định nhiệt độ cao của điểm vận hành, mạch OOS cho dòng điện một chiều R3-C3 được sử dụng. Tụ C1 và C3 là tụ chặn, đủ dung lượng nên không ảnh hưởng đến tần số của KG. Đồng thời, các tụ điện C2 và C4 tham gia trực tiếp vào việc tạo ra các dao động và tần số phụ thuộc vào điện dung của chúng. Điện trở phản kháng (cảm ứng) của cuộn cảm L1 rất lớn (lớn hơn nhiều so với điện kháng của các tụ điện C2, C4 và thạch anh ZQ1), do đó, vai trò của cuộn cảm L1 trong mạch Pierce KG chỉ bị giảm xuống khi phân tách dòng điện DC và RF. Vì lý do này, L1 có thể được thay thế bằng một số nguồn hiện tại khác (thậm chí là điện trở). Cần đặc biệt lưu ý rằng việc sử dụng các cuộn cảm như vậy (đặc biệt là với hệ số chất lượng cao Q) trong một số trường hợp có thể dẫn đến việc kích thích máy phát hoàn toàn không ở tần số thạch anh. Sự ra đời của van tiết lưu làm giảm độ tin cậy của CG, vì vậy tốt hơn là bạn nên từ bỏ nó nếu có thể. Sơ đồ làm việc của CG được thể hiện trong hình. 5. Chọn điện dung của các tụ điện C2=C3 đủ nhỏ, ta thu được sự phát sinh ở sóng hài bậc ba của thạch anh. Khi các điện dung này tăng lên, mô hình được hiển thị trong Hình. 2 và với các giá trị đủ lớn của các điện dung này, chúng ta thu được thế hệ ở sóng hài thứ nhất của thạch anh. Trên các bóng bán dẫn VT2 và VT3, một giai đoạn đệm được tạo ra, đó là một bộ theo dõi bộ phát được kết nối lần lượt với nhau. Điện trở R3 và R7 là antiparasitic, chúng dùng để tăng tính ổn định của tầng đệm. Nếu chúng ta chấp nhận rằng С2=С3, thì khi KG hoạt động ở sóng hài bậc XNUMX, các điện dung này có thể được xác định từ biểu thức C2 \u3d CXNUMX \uXNUMXd L, (pF) trong đó L là bước sóng của sóng hài bậc ba, m. Để hoạt động đáng tin cậy ở sóng hài đầu tiên, các điện dung này phải được chọn bằng 3 và tốt nhất là lớn gấp 5 lần. Trên hình. Hình 6 cho thấy sơ đồ gắn RF với vôn kế có điện trở đầu vào cao, với sự trợ giúp của nó và sử dụng đường cong hiệu chuẩn, điện áp RF ở bộ thu VT1 đã được xác định (Hình 5). Tiền tố được kết nối với vôn kế có điện trở cao (RBX> 1 MΩ) ở chế độ đo điện áp DC.
Dữ liệu thu được cho một trong các thạch anh điều hòa (46,516 MHz) được trình bày trong Bảng 1. Như có thể thấy từ bảng, đối với thạch anh ở tần số khoảng 50 MHz, những công suất mà bản thân bảng mạch và bóng bán dẫn có là đủ. Đối với thạch anh ở tần số 27 MHz, không quan sát thấy sự tạo ra sóng hài thứ ba khi không có C2 và C3.
Các bóng bán dẫn lưỡng cực (BT) được sử dụng để chế tạo bộ tạo dao động thạch anh (CG) được đặc trưng bởi điện dung đủ lớn giữa các điện cực (Cbe, CKg, Cke), vốn có trong chính bóng bán dẫn. Chúng tôi sẽ gọi chúng là điện dung bên trong của bóng bán dẫn... Do điện dung bên trong của BT đáng kể, hoạt động của KG trên các bóng bán dẫn này đã được xác định không chỉ bởi điện dung của tụ điện mà còn bởi điện dung bên trong của BT. Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường vi sóng (FET) có một hoặc hai cổng cách điện có điện dung bên trong rất nhỏ, nhỏ hơn một bậc độ lớn (hoặc thậm chí nhiều hơn) so với điện dung bên trong của RF BT. Do đó, công việc của KG trên FET lò vi sóng sẽ chỉ được xác định chủ yếu bởi điện dung của các tụ điện, cũng như bởi điện dung ký sinh của quá trình lắp đặt. Mạch KG được đề xuất trên FET (Hình 7) được thực hiện trên cơ sở bộ theo dõi nguồn. Vì hiện tại FET vi sóng được sử dụng rộng rãi nhất với hai cổng cách điện và để so sánh hoạt động của KG trên các bóng bán dẫn lưỡng cực và hiệu ứng trường, cần có FET một cổng, FET như vậy được lấy từ FET cổng kép bằng cách kết nối các cổng của nó với nhau. Cho rằng các FET vi sóng đã qua sử dụng hoạt động ở dải tần lên tới vài gigahertz, chúng rất dễ bị tự kích thích (các rãnh in trên bảng "hoạt động" như một loại mạch vi sóng).
Để loại bỏ hiện tượng tự kích thích, tác giả đã sử dụng điện trở SMD chống ký sinh trùng có điện trở thấp, giá trị được chọn theo kinh nghiệm (trong Hình 7, đây là R3 và R4). Các điện trở SMD như vậy được hàn vào các đầu nối FET được rút ngắn đến độ dài tối thiểu có thể để lắp. Sơ đồ hoàn chỉnh của CG được điều tra trên FET vi sóng được hiển thị trong Hình. 8. Tầng đệm này có các đặc tính tốt hơn nhiều so với tầng đệm trên HF BT (Hình 5).
Thoạt nhìn, các mạch CG cho BT và PT giống nhau về nguyên tắc hoạt động (cả hai mạch đều dựa trên tín hiệu điện áp băng thông rộng), nhưng các thí nghiệm đã chỉ ra rằng chúng hoạt động khác nhau. Trong CG trên BT (Hình 1), với một điện dung (nhỏ) nhất định của tụ điện trong mạch phát của bóng bán dẫn, việc tạo ra sóng hài thứ ba xảy ra. Khi điện dung của tụ điện tăng lên, sự phát điện vẫn xảy ra ở cùng một sóng hài của thạch anh. Và chỉ khi tăng thêm điện dung của tụ điện quy định, máy phát mới chuyển sang vùng dao động phức tạp. Vùng dao động phức tạp thường được quan sát thấy trong một phạm vi thay đổi khá hẹp về điện dung của tụ điện (phân số ... đơn vị picofarads). Trong cùng một khu vực, có một đỉnh (cực đại) của điện áp đầu ra. Việc tăng thêm điện dung của tụ điện dẫn đến tạo ra sóng hài cơ học đầu tiên của thạch anh. Trong CG trên FET vi sóng, khi sử dụng thạch anh tần số đủ thấp (ví dụ: với sóng hài cơ học đầu tiên khoảng 9 MHz), sự thay đổi trạng thái được mô tả ở trên hoàn toàn không được quan sát, điều này có thể được giải thích trong phép tính gần đúng đầu tiên bằng điện dung bên trong rất nhỏ của FET. Để kiểm tra giả định này với sự trợ giúp của một tụ điện đi kèm đặc biệt (6,8 pF), được chỉ ra trong Hình. 7 và 8 là Szi, điện dung tương ứng của bóng bán dẫn được tăng lên một cách giả tạo, điều này làm cho hoạt động của KG trên BT và PT có thể so sánh được. Dữ liệu cho KG trên FET (tần số và điện áp đầu ra) không có tụ điện được trình bày trong Bảng 2. Trong bảng. Hình 3 hiển thị dữ liệu cho trường hợp khi lắp đặt thêm một tụ điện có điện dung 6,8 pF. Trong trường hợp này, cùng một thạch anh (27668 kHz) đã được sử dụng, cũng như các điện trở R1=R2=20 kOhm. Sau khi lắp thêm tụ điện Czi, KG đang xem xét bắt đầu hoạt động tương tự như KG trên BT. Nếu KG trên FET hoạt động với thạch anh tần số cao (ví dụ: thạch anh có sóng hài cơ học đầu tiên khoảng 15 MHz), thì bản thân điện dung bên trong của FET (Czi) đã đủ để KG hoạt động bình thường. Dữ liệu cho CG với thạch anh tần số cao được trình bày trong Bảng. 4 (ở 46,516 MHz). Trong trường hợp này, R1 \u2d R20 \uXNUMXd XNUMX kOhm. Sự phụ thuộc của tần số và điện áp đầu ra vào giá trị của C3 từ bảng. 2 và 3 được trình bày bằng đồ họa trong hình. 9 và 10, và khỏi bàn. 4 - trong hình. mười một.
Ghi chú: 1 Tại C3=20 pf có một vùng dao động hai tần số. 2 Nếu R1=R2=1 MΩ, quá trình tạo chỉ xảy ra ở tần số 15,52 MHz Các bóng bán dẫn của bộ tạo dao động và tầng đệm của tất cả các mạch KG được xem xét hoạt động ở các mức tín hiệu RF đáng kể và do đó gây ra các biến dạng phi tuyến tính đáng kể. Ở đầu ra của KG còn có các hài điện của tín hiệu với mức đáng kể. Tần số của các họa âm này lớn hơn một số nguyên lần tần số cơ bản (tức là họa âm thứ nhất). Ví dụ, khi thạch anh đang hoạt động ở tần số 9 MHz, các tần số 18, 27, 36, 45 MHz, v.v. cũng sẽ xuất hiện ở đầu ra của KG. Tuy nhiên, theo quy luật, các sóng hài cao hơn này có độ lớn hoặc yếu hơn so với sóng hài đầu tiên. Các sóng hài cơ học của thạch anh không chính xác là một số nguyên lần lớn hơn nhau. Do đó, sóng hài cơ học thứ nhất và thứ ba của thạch anh sẽ khác nhau về tần số theo hệ số không bằng ba. Sử dụng đặc điểm này của sóng hài cơ học của thạch anh, người ta có thể phân biệt giữa sóng hài cơ học thực và sóng hài điện. Ví dụ: sử dụng dữ liệu từ Bảng 1, chúng tôi thu được tỷ lệ tần suất f3/f1 = (46518,46+46518,15)*2/(2*(15516,82+15513,54))=46518,3/15515,18=2,998 (4) Tần số của bộ cộng hưởng dựa trên sóng hài cơ học được xác định, theo [9], bằng biểu thức fn = n(1 -Yn)*f1, (5) trong đó fn là tần số của sóng hài cơ học thứ n của thạch anh, n là số sóng hài tương ứng (trường hợp này là số nguyên lẻ), f1 là tần số của sóng hài cơ học thứ nhất của thạch anh, Yn là hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào số sóng hài. Ví dụ, Y3=0,001 [9] Do đó, biểu thức (5) cho sóng hài cơ học thứ ba có dạng: f3=3*(1-0,001)*f1, (6) từ đâu f3/f1 = 3*(1 -0,001) = 2,997 (7) Vì các giá trị số của biểu thức (4) và (7) thực tế trùng khớp, chúng ta có thể nói rằng việc tạo ra có thể thực hiện được trong máy phát ở cả sóng hài cơ học thứ nhất và thứ ba của thạch anh. Vùng dao động phức tạp (Hình 2) tồn tại trong tất cả các mạch KG được xem xét ở trên. Nó có thể được phát hiện bằng cách kết nối máy hiện sóng với đầu ra KG. Một hình ảnh phức tạp được quan sát trên màn hình, khác xa với hình sin thông thường. Trong vùng dao động phức tạp cùng tồn tại dao động của cả hài cơ thứ 3 và thứ XNUMX. Việc tăng điện dung của tụ điện tương ứng (CXNUMX) dẫn đến giảm biên độ của sóng hài thứ XNUMX và tăng biên độ của sóng hài thứ nhất. Trong tất cả các CG được xem xét, khi tạo sóng hài cơ đầu tiên, điện áp đầu ra cao hơn một chút so với khi tạo ở sóng hài thứ ba. Dao động với tần số của sóng hài cơ học thứ nhất luôn "mạnh" hơn dao động với tần số thứ ba, do đó, điện áp đầu ra của KG tăng trong vùng dao động hai tần số cùng với sự tăng điện dung của tụ "điều khiển" (C3). Ngược lại, việc tăng điện dung của tụ điện "điều khiển" bên ngoài vùng dao động hai tần số dẫn đến giảm điện áp đầu ra của máy phát. Sự khác biệt quan sát được trong hoạt động của CG trên BT và FET, cũng như hoạt động bất thường của CG trên FET trong trường hợp sử dụng thạch anh tần số đủ thấp, là do sự khác biệt về giá trị của Cbe đối với BT và Czi đối với FET (Cbe "Czi). Nếu chúng ta so sánh Cbe và Czi bằng cách kết nối một điện dung bổ sung Cdop (Cdop ~= Czi) giữa cổng và nguồn của FET, CG trên BT và FET bắt đầu hoạt động gần như giống nhau.Vì tất cả các mạch của CG được xem xét ở trên hoạt động trên cả sóng hài cơ học thứ nhất và thứ ba của thạch anh, để phân tích, bạn có thể sử dụng mạch tương đương của thạch anh như trong Hình 12.
Sử dụng mạch thạch anh như vậy, có thể biểu diễn mạch tương đương của bộ tạo dao động FET theo Hình. 13.
Tất cả các sơ đồ KG được xem xét không chứa bất kỳ mạch dao động (cộng hưởng) nào, ngoại trừ chính thạch anh. Điều này giúp đơn giản hóa rất nhiều việc sản xuất và điều chỉnh các CG điều hòa như vậy bằng cách chỉ chọn về cơ bản điện dung của tụ điện "điều khiển". Văn chương
Tác giả: V.Artemenko, UT5UDJ, Kiev
Một cách mới để kiểm soát và điều khiển tín hiệu quang
05.05.2024 Bàn phím Primium Seneca
05.05.2024 Khai trương đài quan sát thiên văn cao nhất thế giới
04.05.2024
▪ Nga tạo ra Con thuyền của Noah ▪ Một cách hiệu quả để chiết xuất hydro từ nước biển
▪ phần của trang web Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện. Lựa chọn bài viết ▪ bài báo Sinh học đại cương. Giường cũi ▪ bài viết Sự khác biệt giữa con lừa và con lừa là gì? đáp án chi tiết ▪ bài Cây xá xị đỏ. Truyền thuyết, canh tác, phương pháp áp dụng ▪ bài viết Cải thiện chỉ số của năm tới. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện ▪ bài viết Túi hữu ích. tiêu điểm bí mật
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này