Кварцевые генераторы и сфера их применения — Компоненты и технологии

По мере развития электроники все большую роль в аппаратуре начинает играть цифровая техника. Никакие мало-мальски технически сложные устройства, будь то спутниковый ресивер либо схема управления электродвигателем, не обходятся без микропроцессорных узлов, и в них все большую роль играют электронные компоненты, отвечающие за генерацию тактовой частоты: ведь от этого зависит и надежность управляющей системы, и точность показаний измерительного прибора, и устойчивость работы связного передатчика.

Бурный прогресс в электронике и смежных отраслях привел к тому, что появился новый тип прибора, предназначенного для генерации сигналов с высокой стабильностью. Если рассмотреть схемы многих цифровых (и не только) устройств, то легко заметить, что достаточно распространенными являются узлы генерации частоты. Естественно, если подобный узел достаточно часто приходится включать в устройство, то вполне логичным ходом является разработка унифицированного модуля, предназначенного как раз для генерации сигнала.

Эти готовые функционально законченные узлы представляют собой резонатор со схемой генерации, усиления и формирования выходного сигнала, помещенные в герметичный корпус. Такой электронный прибор, как правило, не требует большого количества дополнительных элементов обвязки и отличается широким диапазоном исполнений. Если рассматривать корпуса, то тут существует масса исполнений — от полноразмерного DIL-14 до сверхминиатюрных SMD толщиной 1 мм (рис.1). Есть полностью экранированные приборы с заземленным корпусом, есть приборы в керамическом корпусе, существуют и устройства в пластмассовом корпусе — для недорогой техники. Наиболее известными производителями генераторов в мире являются Epson, Ralton, Jauch и Hosonic.

Рис. 1 Корпусы кварцевых генераторов

Генераторы выпускаются во всем разнообразии возможных требований к выходному сигналу: есть генераторы, работающие со стандартной ТТЛ-логикой, с выходным сигналом с КМОП-уровнем для экономичных устройств, а есть и такие, которые выдают на выходе чистую синусоиду, как, например, некоторые генераторы компании Morion. Существует достаточно много видов кварцевых генераторов, имеющих различные функциональные возможности и области применения. В первую очередь стоит отметить отключаемые генераторы, которые имеют управляющий вывод для переключения их в третье высокоимпендансное состояние, благодаря чему появляются довольно широкие возможности для управления генератором. Например, с помощью управляющего вывода можно организовать режим stand-by в том случае, когда необходимо отключить генерацию, либо же в целях снижения энергопотребления устройства.

Типичный представитель — серия генераторов HO-26 производства корпорации Hosonic, способная выдавать КМОП-сигнал с частотой до 125 МГц.

Для кварцевых резонаторов наиболее критичным параметром является стабильность тактовой частоты. Для некоторых устройств, таких, как системы связи, навигации, точной настройки и точного времени, допуск по стабильности, которым обладают типовые резонаторы, уже не удовлетворяет как класс. Следовательно, возникла потребность вдругих приборах, обладающих совершенно другими характеристиками стабильности. Так что же это закомпоненты?

Одна из бурно развивающихся ветвей отрасли — VCXO, генераторы, управляемые напряжением. Эти приборы обладают отличительной особенностью — возможностью изменения тактовой частоты в зависимости от напряжения на управляющем входе (диапазон подстройки может составлять от200 ppm), что открывает широкие возможности для настройки и калибровки вплоть до использования в качестве PLL-генератора. Производством подобных приборов занимается компания Hosonic. Они выпускаются в различных исполнениях —от типового генератора в стандартном корпусе VC-61 досверхминиатюрного компонента для SMD-монтажа VC-S толщиной менее 2 мм.

Частота генератора может изменяться от множества внешних факторов и наиболее критичным здесь является изменение температуры. Теоретически можно взять VCXO и подключить к нему через калибровочный вход схему, которая будет отслеживать изменения через внешний датчик и выдавать некий компенсационный сигнал на выходе, но никакому разработчику не хочется себе лишней головной боли, а стабильность генерации критична… Здесь назревает еще одно техническое решение — термокомпенсированные генераторы напряжения. Они уже содержат схему компенсации температурного дрейфа частоты, при этом точность может достигать значений вплоть до 0,5 ppm. Более того, термостатированные генераторы работают в более широком диапазоне температур, нежели их нетермостатированные собратья — работоспособность сохраняется при температуре вплоть до –60 °С. Термостатированные генераторы обладают еще одним достоинством— меньшим временем выхода на режим (стабильная частота устанавливается за несколько секунд). Существуют различные разновидности генераторовтермостатов, втом числе приборы со схемой термической стабилизации и генераторы сустройствами подогрева кварцевого кристалла. Для высокоточной аппаратуры разработаны ультрапрецизионные генераторы, которые имеют выдающиеся характеристики по стабильности и не менее выдающуюся стоимость.

Еще одно из направлений в разработке кварцевых генераторов — так называемые программируемые генераторы. Суть в следующем: часто производители имеют в своей номенклатуре сотни позиций с различными значениями тактовых частот, но все равно всвязи с появлением новых разработок есть потребность в том, чтобы расширять линейку продуктов, и все это требует ресурсов и времени. А если появляется какая-либо новая разработка и необходимо срочно ее внедрять, то тут-то можно и воспользоваться программируемым осциллятором. Не менее эффективно их использовать в качестве генераторов на нестандартные частоты в малых партиях приборов. Такие компоненты выпускает, например, фирма Epson. Так, серия SG-8002CA может работать с частотами от 1 до 125 МГц при типовом значении стабильности 50 ррm (рис.2).

Рис. 2 Кварцевый генератор

Следующий виток эволюции — еще более интересное устройство VCXO со схемой умножения частоты для работы на более высоких частотах, нежели стандартный потолок для подобного рода приборов (125 МГц). Например, очень интересный генератор MLO80100 выпускает фирма M/A-COM, входящая в концерн Tyco Electronics. Этот прибор может работать на частотах 920–950МГц, перестраиваясь в этом диапазоне при температурном дрейфе всего 0,06МГц/°С. Прибор выпускается в виде гибридного экранированного модуля под бескорпусный монтаж (рис.3).

Рис. 3 Кварцевый генератор

Устройство позиционируется производителем как эффективное решение для систем связи и телеметрии. Эта же компания производит синтезаторы частоты, по сути дела являющиеся гипертрофированными VCXO (рис.4). Они содержат схему стабилизированного генератора, устройство умножения частоты с программируемым коэффициентом умножения, несколько петель обратной связи для калибровки и устройство управления генерацией. Типичный представитель таких устройств — синтезатор частоты для CDMA базовых станций MLS9203-01815 счастотным диапазоном работы 1780–1850МГц. Он имеет шаг перестройки частоты всего 50кГц (рис. 5). У фирмы M/A-COM есть целая линейка подобного рода приборов для работы в составе различных высокочастотных устройств: абонентских базовых станций, беспроводных сетей, систем навигации и т.п. Частотный диапазон работы компонентов лежит в интервале от 30 МГц до 2,5 ГГц. Более подробно схемотехнику и особенности этих элементов мы предполагаем описать вотдельной статье.

Рис. 4

Рис. 5

Итак, существует устойчивая тенденция кразвитию кварцевых резонаторов и интеграции их с другими электронными блоками. При использовании кварцевых генераторов и им подобных компонентов появляется хорошая возможность упростить схему устройства, уменьшить количество дискретных элементов, и как следствие, резко повысить надежность разрабатываемого прибора. Следуя общей тенденции интеграции электронных блоков (в особенности это касается подстраиваемых генераторов и синтезаторов частоты), подобные компоненты существенно улучшают как массо-габаритные характеристики разрабатываемых устройств, так и их технический уровень.

Литература

1. http://www.hosonic.com/index_frequency.htm.
2. http://www.morion.com.ru/russian/contact/.
3. http://www.murata.com/ceralock/index.html.
4. http://www.raltron.com/products/clocks/default.asp.
5. http://www.macom.com/parametric/parametable.jsp?id=Synthesizers.

Зачем используются кварцевые генераторы, в каких сферах

Кварцевый генератор представляет собой устройство для создания колебаний, которые производятся специальным резонатором (относится к электронным компонентам), состоящим из заготовки, выполненной из кристалла соответствующего минерала, и электродов. Колебания отличаются значительной степенью стабильности частоты. Причиной является высокое качество резонатора.

Актуальные сведения

Такие устройства являются одними из наиболее популярных источников тактовых импульсов. Они применяются практических в любых схемах электронных приборов. Здесь стоит упомянуть системы транспортировки информации, радиолокации, навигации, вычислительную технику, устройства телеметрии и т. д. Помимо этого, кварцевые генераторы используются для измерения целого ряда различных физических параметров (давления, температуры, влажности и т. д.).

Частота колебаний кварцевого генератора может находиться в диапазоне от нескольких килогерц до сотен мегагерц. Этот параметр зависит от размеров резонатора, упругости кварца, пьезоэлектрической постоянной и формы заготовки.

Схема такого генератора, как правило, элементарна в настройках и регулировании. Многие кварцевые генераторы, используемые в цифровой технике производятся по одному и тому же принципу. Устройство, включает в себя один инвертор, резистор и пару конденсаторов. Чтобы не вызывать перегрузок на выходе, генератор нагружается только на один или два КМОП-входа. Также присутствует буферный элемент.

Параметры всех составляющих могут быть отрегулированы, причем пределы настройки весьма велики. Это касается емкости конденсаторов, сопротивления резистора. Схема не слишком энергоемкая, поэтому можно обеспечить экономию ресурсов.

Любые генераторы должны соответствовать следующим требованиям:

• Быть работоспособными под влиянием различных внешних факторов, при старении.
• Оставаться надежными и функционировать с требуемыми показателями при учете разброса параметров кварцевого резонатора.
• Демонстрировать необходимую мощность, частоту, а также их стабильность.

Вышеприведенные нюансы помогут оценить особенности использования кварцевых генераторов.

Кварцевый генератор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Ква́рцевый генера́тор — автогенератор электромагнитных колебаний с колебательной системой, в состав которой входит кварцевый резонатор. Предназначен для получения колебаний фиксированной частоты с высокой температурной и временно́й стабильностью, низким уровнем фазовых шумов.

Характеристики

Миниатюрный кварцевый резонатор на частоту 4 МГц, закрытый в герметичный корпус HC-49.

Частота

Пассивная эквивалентная схема кварцевого резонатора.

Частота собственных колебаний кварцевого генератора может находиться в диапазоне от нескольких кГц до сотен МГц. Она определяется физическими размерами резонатора, упругостью и пьезоэлектрической постоянной кварца, а также тем, как вырезан резонатор из кристалла. Так как кварцевый резонатор является законченным электронным компонентом, его частоту можно изменять внешними элементами и схемой включения в очень узком диапазоне выбором резонансной частоты (параллельный или последовательный) или понизить параллельно включённым конденсатором. Существуют, однако, кустарные методики подстройки резонатора. Это целесообразно в случаях, когда желательно иметь несколько резонаторов с очень близкими параметрами. Для уменьшения частоты на кристалл кратковременно воздействуют парами иода (это увеличивает массу серебряных обкладок), для увеличения частоты обкладки резонатора шлифуют.

В 1997 году компания Epson Toyocom выпустила в свет серию генераторов SG8002, в конструктиве которых присутствуют блок подстроечных конденсаторов и два делителя частоты. Это позволяет получить практически любую частоту в диапазоне от 1 до 125 МГц. Однако данное достоинство неизбежно влечёт за собой недостаток — повышенный джиттер (фазовый шум). Цитата: Генератор с внутренними цепями фазовой автоподстройки частоты необходимо с предельной осторожностью применять в схемах, содержащих внешние цепи ФАПЧ.^[1]

Стабильность частоты

Колебания кварцевого генератора характеризуются высокой стабильностью частоты (10⁻⁵ ÷ 10⁻¹²), что обусловлено высокой добротностью кварцевого резонатора (10⁴ ÷ 10⁵).

Уровень фазовых шумов

У лучших генераторов спектральная плотность мощности фазовых шумов может быть менее −100 дБн/Гц на отстройке 1 Гц и менее −150 дБн/Гц на отстройке 1 кГц при выходной частоте 10 МГц.

Мощность

Мощность кварцевого генератора не превышает нескольких десятков милливатт^{[источник не указан 1643 дня]}. При более высокой мощности кристалл кварцевого резонатора может разрушиться из-за возникающих в нём сильных механических напряжений. На практике, при необходимости получения большей мощности от стабилизированного кварцевым резонатором генератора применяется усилитель.

Тип выходного сигнала

Генераторы могут изготавливаться как в модификации с синусоидальным выходным сигналом, так и с сигналом прямоугольной формы, совместимым по логическим уровням с одним из стандартов (TTL, CMOS, LVCMOS, LVDS и т. д.).

Наличие и тип термостабилизации

• термокомпенсированные (TCXO)
• термостатированные (OCXO, DOCXO)

Возможность перестройки частоты

• фиксированной частоты
• частота управляется напряжением (VCXO)
• частота управляется цифровым кодом (NCXO)

Принцип работы

Внешнее напряжение на кварцевой пластинке вызывает её деформацию. А она, в свою очередь, приводит к появлению электрического заряда на поверхности кварца (пьезоэлектрический эффект). В результате этого механические колебания кварцевой пластины сопровождаются синхронными с ними колебаниями заряда на её поверхности, и наоборот.

Для обеспечения связи резонатора с остальными элементами схемы непосредственно на кварц наносятся электроды, либо кварцевая пластинка помещается между обкладками конденсатора.

Для получения высокой добротности и стабильности резонатор помещают в вакуум и поддерживают постоянной его температуру.

Примеры схемотехнической реализации

Использование

Кварцевые генераторы используют для измерения времени (кварцевые часы, электронные часы), в качестве стандартов частоты. Кварцевые генераторы широко применяются в цифровой технике в качестве генераторов тактовых импульсов.

См. также

Примечания

Литература

• Смагин А. Г., Ярославский М. И. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы. — М.: «Энергия», 1970. — 488 с. — 6000 экз.

• Шитиков Г. Т., Цыганков П. Я., Орлов О. М. Высокостабильные кварцевые автогенераторы / Под ред. Г. Т. Шитикова. — М.: «Советское радио», 1974. — 376 с. — 11 300 экз.

• Альтшуллер Г. Б. Управление частотой кварцевых автогенераторов. — Изд. 2-е, перераб. и доп.. — М.: «Связь», 1975. — 304 с. — 7000 экз.

• Альтшуллер Г. Б., Елфимов Н. Н., Шакулин В. Г. Кварцевые генераторы: Справочное пособие. — М.: Радио и связь, 1984. — 232 с. — 27 000 экз.

Кварцевый генератор — Википедия. Что такое Кварцевый генератор

Ква́рцевый генера́тор — автогенератор электромагнитных колебаний с колебательной системой, в состав которой входит кварцевый резонатор. Предназначен для получения колебаний фиксированной частоты с высокой температурной и временно́й стабильностью, низким уровнем фазовых шумов.

Характеристики

Миниатюрный кварцевый резонатор на частоту 4 МГц, закрытый в герметичный корпус HC-49.

Частота

Пассивная эквивалентная схема кварцевого резонатора.

Частота собственных колебаний кварцевого генератора может находиться в диапазоне от нескольких кГц до сотен МГц. Она определяется физическими размерами резонатора, упругостью и пьезоэлектрической постоянной кварца, а также тем, как вырезан резонатор из кристалла. Так как кварцевый резонатор является законченным электронным компонентом, его частоту можно изменять внешними элементами и схемой включения в очень узком диапазоне выбором резонансной частоты (параллельный или последовательный) или понизить параллельно включённым конденсатором. Существуют, однако, кустарные методики подстройки резонатора. Это целесообразно в случаях, когда желательно иметь несколько резонаторов с очень близкими параметрами. Для уменьшения частоты на кристалл кратковременно воздействуют парами иода (это увеличивает массу серебряных обкладок), для увеличения частоты обкладки резонатора шлифуют.

В 1997 году компания Epson Toyocom выпустила в свет серию генераторов SG8002, в конструктиве которых присутствуют блок подстроечных конденсаторов и два делителя частоты. Это позволяет получить практически любую частоту в диапазоне от 1 до 125 МГц. Однако данное достоинство неизбежно влечёт за собой недостаток — повышенный джиттер (фазовый шум). Цитата: Генератор с внутренними цепями фазовой автоподстройки частоты необходимо с предельной осторожностью применять в схемах, содержащих внешние цепи ФАПЧ.^[1]

Стабильность частоты

Колебания кварцевого генератора характеризуются высокой стабильностью частоты (10⁻⁵ ÷ 10⁻¹²), что обусловлено высокой добротностью кварцевого резонатора (10⁴ ÷ 10⁵).

Уровень фазовых шумов

У лучших генераторов спектральная плотность мощности фазовых шумов может быть менее −100 дБн/Гц на отстройке 1 Гц и менее −150 дБн/Гц на отстройке 1 кГц при выходной частоте 10 МГц.

Мощность

Мощность кварцевого генератора не превышает нескольких десятков милливатт^{[источник не указан 1643 дня]}. При более высокой мощности кристалл кварцевого резонатора может разрушиться из-за возникающих в нём сильных механических напряжений. На практике, при необходимости получения большей мощности от стабилизированного кварцевым резонатором генератора применяется усилитель.

Тип выходного сигнала

Генераторы могут изготавливаться как в модификации с синусоидальным выходным сигналом, так и с сигналом прямоугольной формы, совместимым по логическим уровням с одним из стандартов (TTL, CMOS, LVCMOS, LVDS и т. д.).

Наличие и тип термостабилизации

• термокомпенсированные (TCXO)
• термостатированные (OCXO, DOCXO)

Возможность перестройки частоты

• фиксированной частоты
• частота управляется напряжением (VCXO)
• частота управляется цифровым кодом (NCXO)

Принцип работы

Внешнее напряжение на кварцевой пластинке вызывает её деформацию. А она, в свою очередь, приводит к появлению электрического заряда на поверхности кварца (пьезоэлектрический эффект). В результате этого механические колебания кварцевой пластины сопровождаются синхронными с ними колебаниями заряда на её поверхности, и наоборот.

Для обеспечения связи резонатора с остальными элементами схемы непосредственно на кварц наносятся электроды, либо кварцевая пластинка помещается между обкладками конденсатора.

Для получения высокой добротности и стабильности резонатор помещают в вакуум и поддерживают постоянной его температуру.

Примеры схемотехнической реализации

Использование

Кварцевые генераторы используют для измерения времени (кварцевые часы, электронные часы), в качестве стандартов частоты. Кварцевые генераторы широко применяются в цифровой технике в качестве генераторов тактовых импульсов.

См. также

Примечания

Литература

• Смагин А. Г., Ярославский М. И. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы. — М.: «Энергия», 1970. — 488 с. — 6000 экз.

• Шитиков Г. Т., Цыганков П. Я., Орлов О. М. Высокостабильные кварцевые автогенераторы / Под ред. Г. Т. Шитикова. — М.: «Советское радио», 1974. — 376 с. — 11 300 экз.

• Альтшуллер Г. Б. Управление частотой кварцевых автогенераторов. — Изд. 2-е, перераб. и доп.. — М.: «Связь», 1975. — 304 с. — 7000 экз.

• Альтшуллер Г. Б., Елфимов Н. Н., Шакулин В. Г. Кварцевые генераторы: Справочное пособие. — М.: Радио и связь, 1984. — 232 с. — 27 000 экз.

Электронные генераторы. Виды и устройство. Работа и особенности

Устройства, преобразующие электроэнергию источника постоянного тока в незатухающую энергию электрических колебаний расчетной частоты и формы, называются электронные генераторы.

Такие генераторы приобрели популярность в электронике, компьютерной технике, радиоприемниках. Генераторами может выдаваться сигнал частотой до нескольких мегагерц. Форма выходного напряжения имеет формы синусоиды, прямоугольника и пилы.

Контур колебаний получает возбуждение от наружного источника тока, появляются колебания, которые со временем затухают, так как сопротивление поглощает энергию. Чтобы колебания не затухали, в контуре нужно восполнять потерю энергии. Этот процесс восполнения выполняется положительной обратной связью. Эта связь подает в контур некоторую часть сигнала, который должен совпадать с сигналом обратной связи.

 

Электронные генераторы состоят из следующих частей:

• Контур колебаний, задающий частоту генератора.
• Усилитель, повышающий амплитуду сигнала на выходе контура колебаний.
• Обратная связь, подающая некоторое количество энергии в контур.

Электронные генераторы используют постоянный ток для образования колебаний переменного тока, и являются схемами с положительной связью.

Классификация

Электронные генераторы делятся на несколько классов по различным параметрам. Рассмотрим основные разновидности таких генераторов.

По форме сигнала:

• В виде синусоиды.
• Прямоугольные.
• В форме пилы.
• Специальные.

По частоте:

• Высокочастотные (более 100 килогерц).
• Низкочастотные (менее 100 килогерц).

По возбуждению:

• С независимым возбуждением.
• Автогенераторы (самовозбуждение).

Автоматическим генератором называют устройство, которое самостоятельно возбуждается, без воздействия извне, преобразует поступающую энергию в колебания. Электронные генераторы выполняются по схемам, аналогичным усилителям, за исключением отсутствия питания сигнала входа. Вместо него используют обратную связь, которая является передачей некоторого количества сигнала выхода на вход.

Определенная форма сигнала создается обратной связью. Частота колебаний создается на цепях RС или LС, и зависит от времени зарядки емкости. Сигнал обратной связи приходит на вход усилителя, где повышается в несколько раз и выходит. Часть сигнала возвращается и ослабевает в несколько раз, что дает возможность поддерживать одинаковую амплитуду сигнала на выходе.

Генераторы с внешним видом возбуждения считаются усилителями мощности с определенным частотным интервалом. На его вход подается сигнал от автогенератора, усиливается определенный интервал частот.

Электронные генераторы RС

Для образования низкочастотных генераторов применяют усилители. В них вместо обратной связи монтируют RС цепи для создания некоторой частоты колебаний. Эти цепи являются фильтрами частоты, которые пропускают сигналы в специальном интервале частот и не пропускают за его пределами. По обратной связи возвращается некоторая полоса частот.

Типы фильтров

• Низкочастотные фильтры.
• Высокочастотные фильтры.
• Полосовые фильтры.
• Заграждающие фильтры.

Характеристикой фильтра является частота среза. Если взять положение ниже этой частоты, или выше, то сигнал значительно уменьшается. Заграждающие и полосовые фильтры имеют характеристику в виде ширины полосы.

На рисунке изображена цепь генератора с синусоидальным сигналом. Усиление определяется цепью обратной связи R1, R2. Для создания нулевого сдвига по фазе обратная связь подключена от выхода усилителя на неинвертирующий его вход. Цепь обратной связи выступает в качестве полосового фильтра.

Для стабилизации величины частоты пользуются кварцевыми резонаторами, которые состоят из минеральной тонкой пластины, закрепленной в держателе. Кварц славится своим пьезоэффектом. Это дает возможность применять его в качестве системы, аналогичной колебательному контуру со свойством резонанса. Частота резонанса пластин колеблется от единиц до тысяч мегагерц.

Мультивибраторы

Эти электронные генераторы создают колебания формы прямоугольника, являются 2-х каскадным усилителем с обратной связью на основе резисторов. Выходы каскадов соединены со входами. Название этого генератора объясняет наличие значительного количества гармоник.

Мультивибратор способен действовать в нескольких режимах:

• Автоколебательный режим.
• Синхронизация.
• Ждущий режим.

В первом виде режима мультивибратор работает с самовозбуждением. При синхронизации на генератор оказывает воздействие внешнее напряжение с частотой импульсов. Ждущий режим подразумевает работу с внешним возбуждением.

Автоколебательный режим мультивибратора

Устройство мультивибратора включает в себя два каскада усилителя с резисторами. Выходы каскадов подключены ко входам других каскадов через емкости С1 и С2.

Мультивибраторы с аналогичными транзисторами и симметричными компонентами имеют название симметричных.

В режиме автоколебаний мультивибратор может находиться в 2-х состояниях равновесия:

1. Один транзистор в насыщении, второй в отсечке.
2. Первый транзистор на отсечке, другой в насыщении.

Такие положения неустойчивы. Одна схема переходит в другую с эффектом лавины с помощью обратной связи. Для оптимизации формы импульсов на выходе генератора подключают разделительные диоды в схемы коллекторов. Через диоды подключают вспомогательные резисторы.

По такой схеме после закрытия одного транзистора и уменьшения потенциала коллектора диод тоже закрывается. При этом он отключает конденсатор от цепи. Конденсатор заряжается через вспомогательный резистор. Наибольшая длина импульсов определяется параметрами частоты транзисторов.

Такой тип схемы дает возможность создать импульсы практически прямоугольной формы. В качестве недостатков можно отметить малую скважность и невозможность плавного регулирования периода колебаний.

По такой схеме резисторы R2 и R5 включены параллельно емкостям С1 и С2. Резисторы R(1, 3, 4, 6) создают делители напряжения, которые стабилизируют потенциал базы транзистора. При коммутации мультивибратора ток базы резко меняется. Это уменьшает время снижения зарядов в базе и увеличивает скорость выхода транзистора из насыщения.

Ждущий мультивибратор (одиночный)

Если мультивибратор действует в режиме автоколебаний и не имеет устойчивости, то его можно преобразовать в генератор с одной устойчивой позицией и одной неустойчивой позицией. Такие цепи имеют название одновибраторов (релаксационных реле). Чтобы перевести схему из одного состояния в другое, необходимо воздействие внешнего импульса.

В неустойчивой позиции цепь находится некоторое время, зависящее от ее параметров. Далее она скачкообразно возвращается в устойчивую позицию. Чтобы получить ждущий режим генератора, необходимо собрать следующую схему:

В исходном положении транзистор VТ1 находится в закрытом виде. При поступлении на вход плюсового импульса по транзистору идет ток коллектора. При изменении разности потенциалов на транзисторе VТ1 оно подается через емкость С2 на базу VТ2. С помощью обратной связи повышается лавинный эффект, который приводит к закрытию VТ2 и открытию VТ1.

В такой неустойчивой позиции схема находится до полного разряда емкости С2. Далее транзистор VТ2 открывается, VТ1 закрывается. Положение схемы возвращается в первоначальную позицию.

Похожие темы:

Работа

и ее различные приложения

Электронная схема или электронное устройство, которое используется для генерации периодически колеблющегося электронного сигнала, называется электронным генератором. Электронный сигнал, создаваемый генератором, обычно является синусоидальной или прямоугольной волной. Электронный генератор преобразует сигнал постоянного тока в сигнал переменного тока. Радио- и телевизионные передатчики транслируются с помощью сигналов, генерируемых генераторами.Электронные звуковые сигналы и звуки видеоигр генерируются сигналами генератора. Эти осцилляторы генерируют сигналы, используя принцип колебаний.

Существуют различные типы электронных схем осцилляторов, такие как линейные осцилляторы — осциллятор Хартли, осциллятор с фазовым сдвигом, осциллятор Армстронга, осциллятор Клаппа, осциллятор Колпитца и т. Д., Осцилляторы релаксации — осциллятор Ройера, кольцевой осциллятор, мультивибратор и т. Д. и осциллятор, управляемый напряжением (VCO).В этой статье давайте подробно обсудим кварцевый генератор, например, что такое кварцевый генератор, схему кварцевого генератора, работу и использование кварцевого генератора в электронных схемах.

Что такое кварцевый осциллятор?

Кварцевый генератор

Электронная схема, которая используется для генерации электрического сигнала точной частоты за счет использования механического резонанса колеблющегося кристалла, изготовленного из пьезоэлектрического материала. Существуют разные типы пьезоэлектрических резонаторов, но обычно в генераторах этих типов используется кварцевый кристалл.Следовательно, эти электронные схемы генератора называют кварцевыми генераторами.

Принципиальная схема кварцевого генератора

Принципиальная схема кварцевого генератора может быть представлена ​​следующим образом:

Электронный символ для пьезоэлектрического кристаллического резонатора

На приведенной выше диаграмме представлен электронный символ пьезоэлектрического кристаллического резонатора, который состоит из двух металлизированных электродов и кристалл кварца.

Эквивалентная принципиальная схема кварцевого кристалла

На приведенном выше рисунке показана эквивалентная принципиальная схема кварцевого кристалла в электронном генераторе, который состоит из резистора, катушки индуктивности и конденсаторов, которые соединены, как показано на рисунке.

Кристаллический осциллятор Рабочий

Атомы, молекулы, ионы упорядочены в трех пространственных измерениях с повторяющимся узором, образуя твердое тело, которое можно назвать кристаллом. Кристалл может быть изготовлен практически из любого объекта, сделанного из эластичного материала, с использованием соответствующих электрических преобразователей. Поскольку каждый объект имеет собственную резонансную частоту вибрации, сталь обладает высокой скоростью звука и очень эластична.

Таким образом, сталь часто используется вместо кварца в механических фильтрах.Эта резонансная частота зависит от различных параметров, таких как размер, эластичность, скорость звука и форма кристалла. В общем, форма высокочастотных кристаллов представляет собой простую прямоугольную пластину, а форма низкочастотных кристаллов имеет форму камертона, как показано на рисунке ниже.

Высокочастотные прямоугольные пластинчатые кристаллы и низкочастотные вилочные кристаллы

Схема кварцевого генератора работает по принципу обратного пьезоэлектрического эффекта, т.е.е., механическая деформация вызывается приложением электрического поля к определенным материалам. Таким образом, он использует механический резонанс вибрирующего кристалла, который изготовлен из пьезоэлектрического материала, для генерации электрического сигнала определенной частоты.

Эти кварцевые кварцевые генераторы обладают высокой стабильностью, имеют хорошую добротность, небольшие размеры и очень экономичны. Следовательно, схемы кварцевого генератора превосходят другие резонаторы, такие как LC-схемы, поворотные вилки и т. Д.Как правило, кварцевый генератор 8 МГц используется в микропроцессорах и микроконтроллерах.

Эквивалентная электрическая схема также представляет действие кристалла в кристалле. Основные компоненты, используемые в схеме, индуктивность L1 представляет массу кристалла, емкость C1 представляет податливость, сопротивление R1 представляет трение внутренней структуры кристалла, а C0 используется для представления емкости, которая образуется из-за механического формования кристалла.

Принципиальная схема кварцевого генератора состоит из последовательного резонанса и параллельного резонанса, т.е.е., две резонансные частоты. Если реактивное сопротивление, создаваемое емкостью C1, равно реактивному сопротивлению, создаваемому индуктивностью L1, и противоположно ему, то возникает последовательный резонанс. Последовательные и параллельные резонансные частоты представлены как fs и fp соответственно, а значения fs и fp могут быть определены с помощью следующих уравнений, показанных на рисунке ниже.

Резонансная частота серии

и частота параллельного резонанса

Таким образом, импеданс приблизительно равен сопротивлению R1 в этом состоянии.Если реактивное сопротивление последовательного резонансного плеча равно реактивному сопротивлению, вызванному емкостью C0, возникает параллельный резонанс. Таким образом, внешняя цепь в этом состоянии предлагает очень высокий импеданс кристалла.

График зависимости импеданса от частоты

На приведенном выше рисунке показан график между импедансом и частотой цепи кварцевого генератора. Обычно кварцевые генераторы имеют диапазон частот от 32 кГц до 200 МГц.

Использование кварцевого генератора

В целом мы знаем, что кварцевые генераторы используются в микропроцессорах и микроконтроллерах для обеспечения тактовых сигналов.Давайте рассмотрим микроконтроллер 8051, для которого необходима схема внешнего кварцевого генератора на 12 МГц, хотя (в зависимости от модели) микроконтроллер 8051 может работать на частоте 40 МГц (макс.). 8051 требует 12 тактовых циклов для одного машинного цикла, чтобы обеспечить эффективную частоту цикла от 1 МГц (с учетом тактовой частоты 12 МГц) до 3,33 МГц (с учетом максимальной тактовой частоты 40 МГц). Этот кварцевый генератор используется для генерации тактовых импульсов, необходимых для синхронизации всех внутренних операций.

Существует множество применений кварцевого генератора в различных областях, и несколько приложений кварцевого генератора показаны ниже:

Применение кварцевого генератора в военной и авиакосмической промышленности

Использование кварцевого генератора в военной и аэрокосмической сферах предназначено для установления эффективной связи системы, для целей навигации, радиоэлектронной борьбы, в системах наведения и так далее.

Использование кварцевого генератора в исследованиях и измерениях

Кварцевый генератор используется в исследованиях и измерениях для космической навигации, космического слежения, в измерительных инструментах и ​​медицинских устройствах и т. Д.

Промышленное применение кварцевого генератора

Существует огромное количество промышленных приложений кварцевого генератора, например, в компьютерах, цифровых системах, контрольно-измерительной аппаратуре, системах фазовой автоподстройки частоты, судостроении, модемах, датчиках, телекоммуникациях, дисководах и т. Д.

Использование кварцевого генератора в автомобилестроении

Кристаллический генератор используется для управления двигателем, стереосистемой, часами и бортовым компьютером, а также в системе GPS.

Потребительские приложения кварцевого осциллятора

Кварцевые генераторы используются во многих потребительских товарах, таких как системы кабельного телевидения, персональные компьютеры, видеокамеры, игрушки и видеоигры, радиосистемы, сотовые телефоны и т. Д.

Знаете ли вы типы схем кварцевого генератора? Кроме того, техническая помощь может быть предоставлена ​​на основе ваших комментариев, размещенных в комментариях ниже.

.

Различные типы генераторов Cicuits и их приложения

Генераторы представляют собой электронные схемы, которые создают соответствующий электронный сигнал, обычно синусоидальный и прямоугольный. Это очень важно для других типов электронного оборудования, таких как кварцевый генератор, который используется в качестве кварцевого генератора. Радиопередатчики с амплитудной модуляцией используют колебания для генерации сигнала несущей. Радиоприемник AM использует специальный генератор, который называется резонатором, для настройки станции.Генераторы присутствуют в компьютерах, металлоискателях, а также в оружии. Различные типы генераторов описаны ниже.

Что означает осциллятор?

Генератор работает по принципу колебаний и представляет собой механическое или электронное устройство. Периодическое изменение между двумя вещами основано на изменениях энергии. Колебания используются в часах, радиоприемниках, металлоискателях и во многих других устройствах, использующих генераторы.

Генератор

Принцип генераторов

Генератор преобразует постоянный ток из источника питания в переменный ток, и они используются во многих электронных устройствах. В генераторах используются сигналы синусоидальной и прямоугольной формы. Некоторые из примеров — это сигналы, передаваемые радио- и телевизионными передатчиками, часы, которые используются в компьютерах и в видеоиграх.

Типы генераторов

Есть два типа электронных генераторов : линейные и нелинейные генераторы.Линейные генераторы выдают синусоидальный вход. Линейные осцилляторы состоят из массы m и ее линейной силы в состоянии равновесия. Применяя нижнюю часть крюка, пружина создает линейную силу для небольших перемещений.

Различные типы генераторов упомянуты ниже, а некоторые из них объясняются .

• Осциллятор Армстронга
• Кристаллический осциллятор
• Осциллятор Хартли
• RC-фазовый осциллятор
• Осцилляторы Колпитца
• Осциллятор с перекрестной связью
• Осциллятор Dynatron
• Осциллятор Мейснера
Осциллятор с фазовым сдвигом Осциллятор с фазовым сдвигом Осциллятор
• Осциллятор Робинсона
• Осциллятор Tri-Tet

Осциллятор Армстронга

Осциллятор Армстронга представляет собой электронный осциллятор LC , и для генерации этого осциллятора мы используем индуктивность и конденсатор.В 912 году американский инженер Эдвин Армстронг изобрел генератор Армстронга, и это была первая схема генератора, а также в 1913 году этот генератор был использован в первой электронной лампе Александром Мейснером, австрийским инженером.

Осциллятор Армстронга

Осциллятор Армстронга известен как тиклерный осциллятор из-за индивидуальных особенностей сигнала обратной связи, который должен производить колебания, магнитно связанные с индикатором резервуара.Будем считать, что связь слабая, но поддерживающих колебаний достаточно. Следующее уравнение показывает частоту колебаний f. Осциллятор Армстронга также называют осциллятором Мейснера или тиклером.

f = 1 / 2Π√LC

Для достижения колебаний с фазовым сдвигом 180 градусов в колебаниях Армстронга используется транзистор, показанный на рисунке выше. Из рисунка видно, что на выходе идет первичный трансформатор, в нем есть транзистор, а обратная связь берется со вторичной обмотки трансформатора.Если смотреть на точки полярности, вторичная обмотка трансформатора инвертируется с помощью первичной обмотки. Рабочая частота обеспечивается конденсатором C1 и первичной обмоткой трансформатора.

Генератор Хартли

Генератор Хартли представляет собой электронный генератор . Частота этого колебания определяется настроенным контуром. Настроенная схема состоит из конденсатора и катушки индуктивности, следовательно, это LC-генератор. В 1915 году американский инженер Ральф Хартли изобрел этот генератор.Особенностями схемы Хартли являются настроенная схема, состоящая из одного конденсатора, включенного параллельно с двумя катушками индуктивности, включенными последовательно. Сигнал обратной связи снимается с центрального соединения двух индукторов для создания колебаний. Перейдите по ссылке ниже, чтобы узнать больше о схеме осциллятора Хартли и ее работе

Осциллятор Хартли

Генератор Хартли параллелен Колпиттам, за исключением того, что он использует пару ответвительных катушек в качестве альтернативы двух ответвлений конденсаторов.Из приведенной ниже схемы выходное напряжение создается на катушке индуктивности L1, а напряжения обратной связи — на катушке индуктивности L2. Сеть обратной связи представлена ​​в математическом выражении, которое приведено ниже

Сеть обратной связи = XL2 / XL1 = L 2 / L 1

Приложения

• Это колебание будет производить желаемый диапазон частот
• Генераторы Хартли: используется в радиочастоте в диапазоне 30 МГц
• В радиоприемнике используется этот генератор, и он имеет широкий диапазон частот

Генератор Колпитца

Генератор Колпитца был разработан американскими инженерами Эдвином Х.Колпитца в 1918 году. Этот генератор представляет собой комбинацию катушек индуктивности и конденсатора. Осциллятор Колпиттса имеет обратную связь с активными устройствами, которые снимаются с делителя напряжения и состоят из двух конденсаторов, включенных последовательно через катушку индуктивности. Перейдите по ссылке ниже, чтобы узнать больше о работе осциллятора Collpits и его применении

Генератор Колпитса

Цепи Колпитса состоят из устройств усиления, таких как биполярный переход, полевой транзистор, операционный усилитель и электронные лампы.Выход подключен к входу в контуре обратной связи, он имеет параллельную настроенную схему и функционирует как полосовой фильтр, используемый в качестве частоты генератора. Этот генератор электрически является двойным по отношению к генератору Хартли, поэтому сигнал обратной связи берется с индуктивного делителя напряжения, у которого есть две катушки в серии.

На следующей схеме показана схема Колпитса с общей базой. Катушка индуктивности L и оба конденсатора C1 и C2 включены последовательно с параллельным контуром резонансного резервуара, и это дает частоту генератора.Напряжение на выводе C2 прикладывается к переходу база-эмиттер транзистора для создания колебаний обратной связи.

Приложения

• Он используется для генерации синусоидальных выходных сигналов с очень высокой частотой
• Используется очень широкий диапазон частот
• Он используется в радио- и мобильной связи
• В коммерческих целях используется множество приложений

Многоволновой осциллятор

Многоволновой генератор был изобретен французским инженером Жоржем Лаховским в период с 1920 по 1940 год.Он показал, что ядро ​​клетки с нитями стоит, оно очень похоже на электронный осциллятор и обладает способностью принимать и отправлять вибрационную информацию. Многоволновые генераторы являются экспериментальными, это исследование для исторического инструмента, и здесь нет никаких медицинских заявлений. Блок многоволнового генератора представляет собой печатную плату антенны золотого сечения.

Приложения

• Исцеляющее действие этого колебания очень плохое из-за целостной работы
• Процесс исцеления осуществляется всеми частями тела
• MWO используется во многих странах мира отдельными лицами
• Этот осциллятор является применяется для лечения рака

В этой статье описаны различных типов схем генераторов и их применение .Я надеюсь, что, прочитав эту статью, вы узнали о различных типах осцилляторов и их применении. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно этой статьи или реализации каких-либо проектов в области электроники, пожалуйста, оставьте комментарий в разделе ниже. Вот вам вопрос, , какой тип осциллятора не имеет LC осцилляторов ?

.

VCXO Кварцевый генератор с регулируемым напряжением »Примечания по электронике

Кварцевые генераторы, управляемые напряжением, VCXO представляют собой электронные компоненты или модули, которые обеспечивают стабильность кварцевого резонатора и могут иметь небольшую регулировку, управляемую напряжением.

---

Кристаллы кварца, Руководство Xtals Включает:
Кристаллы кварца: xtals Что такое кварц Как работает кристалл Кристаллический обертон Частота вытягивания кристалла кварца Кристалл кварца огранки Кварцевое старение Изготовление кристаллического резонатора Как указать кристалл кварца VCXO TCXO OCXO Кристаллический фильтр Монолитный кристаллический фильтр Керамический фильтр

---

Кварцевые генераторы, управляемые напряжением, VCXO находят применение во многих радиочастотных схемах, где требуется стабильность кварцевого генератора, но с возможностью их небольшого изменения или регулировки.

Название VCXO происходит от того факта, что кварцевые резонаторы часто называют «Xtals», то есть VCXO означает Xtal Oscillator с управлением по напряжению.

Использование VCXO позволяет сочетать высокий уровень стабильности кварцевого кристалла с низким уровнем фазового шума, в то же время позволяя изменять или подрезать частоту на небольшую величину.

Часто VCXOs представляют собой электронные компоненты, которые используются, где может потребоваться небольшая программируемая регулировка сигнала, например, в качестве опорного сигнала в пределах электронной системы Здесь VCXO может быть запрограммирован с использованием напряжения, полученное из цифрового сигнала.

VCXO

также можно использовать там, где можно использовать управляющее напряжение для противодействия изменениям частоты, вызванным температурой, старением и т. Д. Таким образом, они находят применение во многих конструкциях электронных схем.

Схема VCXO

Базовая схема VCXO состоит из стандартного кварцевого генератора, но с электронными средствами настройки или небольшого «подтягивания» частоты. Это почти всегда достигается с помощью варакторных или варикапных диодов. В большинстве VCXO пара встречных диодов размещена поперек кристалла.Обратное смещение применяется к анодам диодов, которые затем действуют как переменный конденсатор на кристалле. В большинстве случаев используется схема генератора Колпитца.

Типовая схема VCXO

Величина, на которую может быть изменена частота кристалла, зависит от множества факторов, включая уровень применяемой емкости, условия самой схемы и кристалла. Однако частота не может быть увеличена слишком далеко, потому что активность кристалла уменьшается с увеличением уровня емкости на кристалле.Если необходимо, чтобы VCXO работал в большом диапазоне, в цепь можно включить индуктор.

Приложения VCXO

VCXO используются во многих приложениях. Вот несколько:

Производительность VCXO

Используя этот подход, достаточно легко получить значения вариации частоты VCXO в диапазоне от 35 до 50 ppm / вольт, а VCXO с этими значениями довольно распространены.

Естественно тот факт, что частота VCXO может быть изменена, снижает общую производительность схемы генератора.Характеристики фазового шума генератора ухудшаются, поскольку эффективная добротность резонатора значительно снижается. Кроме того, стабильность частоты не так хороша.

Одна из основных проблем VCXO — это температурный дрейф. Поскольку это варьируется в диапазоне регулирования напряжения, его нельзя оптимизировать для всех уровней управляющего напряжения, окончательная конструкция является компромиссом. Это при использовании без других форм температурной компенсации, они могут дрейфовать больше, чем другие формы кварцевых генераторов.

Определение VCXO

Многие VCXO заказываются как модули у специализированного поставщика этих элементов. Для получения необходимого продукта необходимо их правильно указать.

При указании VCXO обычно необходимы следующие параметры:

• Частота: Обычно указывается в МГц для частот выше 1,0 МГц и в кГц ниже. Также необходимо указать правильное количество десятичных знаков, чтобы производитель мог определить требуемую частоту.Обратитесь к информации производителя для правильного числа — обычно шесть или семь значащих цифр.
• Стабильность частоты: Несмотря на то, что VCXO являются переменными, базовую стабильность частоты все же необходимо указать. Обычно это делается для комнатной температуры, 20 ° C, и при установке контрольной точки напряжения на ее центральное значение. Стабильность частоты принята для работы в диапазоне рабочих температур. Значение указывается в миллионных долях, ppm.Стандартные характеристики стабильности обычно составляют ± 25ppm, ± 50ppm и ± 100ppm.
• Вывод: VCXO необходимы для ряда приложений. Некоторые из них могут использоваться для управления различными формами логики, тогда как другие могут потребоваться для аналоговых приложений. Требования к выходным данным являются важным элементом общей спецификации.

• Диапазон рабочих температур: Большинство кварцевых генераторов с регулируемым напряжением имеют рабочий температурный диапазон, в котором они будут работать.Соответственно необходимо указать диапазон для VCXO. Есть три основных диапазона:

  • 0–70 ° C — часто упоминается как промышленный температурный диапазон. Обычно он подходит для работы в офисе или лаборатории.
  • -10 — + 70 ° C — Промышленный диапазон, который необходим там, где диапазоны температур могут колебаться более широко.
  • -40 — + 85 ° C — это приближается к военному диапазону (обычно от -40 до + 125 ° C) и требуется там, где требуется гораздо больший диапазон температур.Например, для оборудования, которое можно использовать снаружи.

  Следует помнить, что в элементе оборудования часто наблюдается повышение температуры, и это означает, что электронные компоненты в оборудовании будут работать при температуре выше окружающей внешней температуры. Это необходимо учитывать на этапе проектирования электроники, чтобы гарантировать выбор VCXO с подходящим диапазоном рабочих температур.

• Отклонение или тяговое усилие: Отклонение или тяговое усилие VCXO — это частотный диапазон, в котором VCXO можно тянуть или подрезать, и обычно он дается для допустимого диапазона входного управляющего напряжения.

  Отклонение VCXO указывается в частях на миллион, PPM, для данного напряжения. Как и ожидалось, большие значения девиации дают больший диапазон настройки, но VCXO меньшие уровни девиации обеспечивают большую стабильность и меньший фазовый шум.

  Как правило, лучше не указывать диапазон отклонения, превышающий необходимый. Это связано с тем, что VCXO с большим диапазоном отклонения будет менее стабильным с температурой и временем. Лучше всего оставить небольшой запас, но не сильно переоценивать этот электронный компонент.

• Передаточная функция или полярность наклона: Хотя более нормальным является увеличение частоты при увеличении входного управляющего напряжения, это не всегда так.

  При выборе этих электронных компонентов всегда необходимо проверять полярность наклона: положительное означает, что положительное изменение напряжения приведет к увеличению частоты VCXO, а отрицательное наклонение означает, что отрицательное изменение напряжения вызовет частота, чтобы двигаться выше.

• Напряжение питания: Необходимо указать напряжение питания для VCXO, чтобы обеспечить его работу с источниками питания, доступными в электронной конструкции.

  Также проверьте допуск источника питания, чтобы убедиться в отсутствии несоответствий в допусках — часто любой регулятор напряжения сможет обеспечить более жесткие спецификации напряжения, чем требуется VCXO, но всегда стоит проверять на этапе проектирования электроники, поэтому потом неприятных сюрпризов не будет.

• Ток питания: Потребляемый ток питания важен по разным причинам. Первый — обеспечить доступную мощность, а второй — рассеиваемую мощность — сумма мощности, требуемой всеми электронными компонентами в электронной конструкции, повысит температуру внутри устройства и может означать, что охлаждение в той или иной форме будет обязательный. Проверка того, что требуемый ток доступен и находится в пределах ожидаемого повышения температуры, является ключевой частью конструкции электроники.Многие VCXO потребляют от 10 до 30 мА в зависимости от используемой технологии, мощности привода и тому подобного.

• Конфигурация выхода и возможности привода: Различные VCXO имеют разные конфигурации выходной цепи. Важно убедиться, что выход будет удовлетворительно взаимодействовать с другими элементами электронной конструкции. Импеданс, емкость, импеданс, конфигурация и т.п.

• Фазовый шум: Уровень фазового шума сигнала может быть важным во многих приложениях.Обычно это определяется в терминах уровня в дБ относительно несущей в полосе пропускания 1 Гц и при заданном смещении. Типичная спецификация может быть выражена в -130 дБн / Гц при смещении 1 кГц от несущей. Если характеристика фазового шума является, в частности, графиком фазового шума, может потребоваться важный диапазон частотного сдвига.

  Примечание о фазовом шуме:

  Фазовый шум состоит из небольших случайных возмущений фазы сигнала, т.е.е. фазовый джиттер. Эти возмущения фактически представляют собой фазовую модуляцию, и в результате генерируются шумовые боковые полосы. Они распространяются по обе стороны от основного сигнала и могут быть отображены на анализаторе спектра как фазовый шум с одной боковой полосой.

  Подробнее о Фазовый шум.

• Пакет: Необходимо указать корпус, так как кварцевые генераторы, управляемые напряжением, бывают разных форм, и могут быть доступны различные варианты от монтажа через сквозное отверстие до устройств поверхностного монтажа SMD.Пакеты часто соответствуют стандартам двойного линейного монтажа или различным общим схемам поверхностного монтажа для удобства, хотя некоторые из них имеют свои особенности. Также для крупномасштабного производства с использованием автоматизированного производственного оборудования часто доступны такие варианты, как лента и катушка. Они особенно применимы для SMD-версий этих электронных компонентов.

VCXO — это электронные компоненты, которые часто используются в ряде областей проектирования радиочастот. Кварцевые генераторы с регулируемым напряжением можно купить в виде небольших модулей у многих производителей кварцевых резонаторов и кварцевых генераторов, и, как правило, доступен широкий ассортимент.Большинство поставщиков также могут изготовить нестандартные конструкции. При производстве всего электронного оборудования эти модули VCXO можно рассматривать как обычные электронные компоненты, что упрощает их использование.

Кроме того, VCXO широко доступны, и большинство из них представляют собой недорогие электронные компоненты, в то же время обеспечивая превосходный уровень производительности в широком спектре электронных конструкций.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

.

TCXO Кварцевый осциллятор с температурной компенсацией »Электроника

Кварцевые генераторы с температурной компенсацией, TCXO используются, когда требуется более высокий уровень точности и стабильности, чем это возможно с генератором xtal.

---

Кристаллы кварца, Руководство Xtals Включает:
Кристаллы кварца: xtals Что такое кварц Как работает кристалл Кристаллический обертон Частота вытягивания кристалла кварца Кристалл кварца огранки Кварцевое старение Изготовление кристаллического резонатора Как указать кристалл кварца VCXO TCXO OCXO Кристаллический фильтр Монолитный кристаллический фильтр Керамический фильтр

---

Как видно из названия, кварцевый генератор с температурной компенсацией обеспечивает средства противодействия изменению частоты, вызванному изменением температуры в кварцевом генераторе.

Буквы TCXO обозначают Xtal осциллятор с температурной компенсацией — Xtal — это короткое от кристалла и подразумевает кварцевый резонатор. Модуль TCXO может обеспечить значительно улучшенные характеристики по сравнению со стандартным кварцевым генератором, особенно с точки зрения стабильности частоты в диапазоне температур.

Путем измерения температуры и приложения корректирующего напряжения к VCXO стабильность частоты в диапазоне температур значительно улучшается при сохранении низких затрат — при использовании кварцевого генератора с духовым управлением OCXO будет значительно дороже и намного больше по размеру.

Часто широкий спектр TCXO различной частоты, напряжения питания и комплектов доступен от многих дистрибьюторов, что позволяет использовать эти электронные компоненты или модули во многих электронных конструкциях или частях электронного оборудования.

Температурные характеристики кварцевого генератора

Кварцевые генераторы

способны обеспечить гораздо лучший уровень производительности, чем у контуров LC-резонаторов. Тем не менее, кварцевые генераторы по-прежнему подвержены влиянию температуры.

Угол среза и другие аспекты кристалла кварца имеют большое влияние на характеристики.

В результате определены специальные разрезы, и один из них, известный как АТ-разрез, наиболее широко используется для этих и многих других радиочастотных приложений с кварцевым кристаллом. Это дает хороший уровень производительности для ВЧ-цепей с точки зрения подавления нежелательных форм вибрации, а также доступный частотный диапазон, а также температурную стабильность.

Несмотря на это, кристаллы огранки AT сами по себе не могут соответствовать требованиям для многих приложений, и требуется температурная компенсация, если они должны работать удовлетворительно в требуемом диапазоне — часто требуется 1–70 ° C при эластичности..

График температурной частоты кварцевого резонатора (кристалл АТ)

Влияние температуры в значительной степени повторяемо и определяемо. Поэтому можно использовать электронную конструкцию для компенсации этого. Добавив к базовому генератору дополнительные электронные компоненты, можно значительно уменьшить эффекты, вызванные изменениями температуры: кварцевый генератор с температурной компенсацией, TCXO.

Типичное сравнение типичных или ожидаемых уровней производительности приведено в таблице ниже:

От

Обзор производительности TCXO
Диапазон температур	Базовый кварцевый генератор	TCXO
0C до 70C	± 25 частей на миллион	± 1.5 страниц в минуту
от -20 ° C до 70 ° C	± 30 частей на миллион	± 2,5 частей на миллион
от -40 ° C до 85 ° C	± 40 частей на миллион	± 3 частей на миллион
На рисунке показаны типичные цифры, которые можно ожидать для TCXO и стандартного кварцевого генератора.

Примечание: Эти показатели производительности являются очень обобщенными и могут использоваться только в качестве приблизительного ориентира.Точные цифры будут зависеть от используемого изделия, и цифры для них должны быть получены из таблиц данных производителя.

Раствор TCXO

TCXO регулирует частоту генератора, чтобы компенсировать изменения, которые произойдут в результате изменений температуры. Для этого основным элементом TCXO является кварцевый генератор с регулируемым напряжением VCXO. Он подключен к цепи, которая измеряет температуру и прикладывает небольшое корректирующее напряжение к генератору, как показано ниже.

Блок-схема TCXO

Генератор с регулируемой температурой состоит из ряда различных элементов:

• Компенсационная сеть: Компенсационная сеть является ключом к работе всей системы. Примерная кривая температурной частотной характеристики генератора приведена выше. Фактическая кривая может быть приблизительно выражена в виде полиномиального выражения 3-го порядка, хотя более точное представление учитывает некоторые нелинейности и оказывается близким к полиному 5-го порядка.Компенсационная сеть должна определять температуру и вырабатывать напряжение, обратное этому.

  В ранних электронных конструкциях TCXO использовалась аналоговая схема и часто напрямую использовалась сеть электронных компонентов, включая конденсаторы, резисторы и термисторы, для непосредственного управления частотой колебаний. Этот тип схемы включал в себя как блоки на схеме компенсационной цепи, так и блок регулирования частоты кристалла. Даже сегодня доступны некоторые из этих более простых аналоговых TCXO

  Компенсационное напряжение, используемое в TCXO

  В настоящее время технологии обычно используют косвенный подход, при котором температура измеряется в компенсационной сети и генерируется напряжение, которое обеспечивает изменение частоты, обратное температурной кривой.Это может быть достигнуто с помощью некоторой относительно простой цифровой обработки, обеспечивающей лучшую линеаризацию с использованием PROM или другой памяти с температурной кривой, обратной кривой кристалла. Это позволяет правильно линеаризовать все участки кривой.

  В целом кривые кристалла относительно схожи от одного устройства к другому, хотя есть некоторые вариации, так что это может быть небольшим компромиссом. Используя подход PROM, можно создать кривую для каждого отдельного кристалла, хотя это значительно увеличит стоимость.

  Во многих случаях схема обработки включается в специальную ASIC, чтобы ее можно было адаптировать к приложению с одновременной оптимизацией производительности с точки зрения потребления тока.

• Схема включения генератора: После того, как напряжение было сгенерировано, оно подается на схему, которая может изменять частоту кварцевого генератора. Обычно это включает варакторный диод и некоторую фильтрацию нижних частот.

  Часто можно подтянуть генератор примерно до ± 50 ppm, так как это должно дать достаточный диапазон, чтобы приспособиться к колебаниям частоты в диапазоне температур.Также большинство TCXO имеют возможность регулировать частоту в соответствии со старением. Это также необходимо учесть в пределах рабочего диапазона кварцевого генератора.

• Кварцевый генератор: Схема генератора обычно представляет собой стандартную схему, но она предназначена для обеспечения рабочих условий для кристалла с идеальными уровнями возбуждения и т. Д.

  Типовая схема VCXO

  Кварцевый генератор разработан для оптимальной работы.Уровень обратной связи оптимизирован для обеспечения наилучших характеристик с точки зрения стабильности, фазового шума и отсутствия паразитных сигналов — кристаллы могут возбуждаться в различных режимах, и поэтому схему необходимо оптимизировать, чтобы гарантировать низкий уровень паразитных сигналов. генерируется. Одним из ключевых элементов этого является относительно низкий уровень обратной связи, но достаточный для обеспечения надежной работы схемы. Избыточный уровень обратной связи имеет тенденцию возбуждать нежелательные моды в кристалле кварца.

  Диапазон для генератора может быть балансом между надежной работой, производительностью и диапазоном, в котором можно регулировать генератор.Диапазон регулировки ограничен возможным снижением производительности. Поскольку кристаллы представляют собой элементы с очень высокой добротностью, можно только уменьшить частоту колебаний на определенную величину, прежде чем производительность упадет.

• Регулятор напряжения: Чтобы предотвратить нежелательные сдвиги частоты при изменении внешнего напряжения, в TCXO в целом следует включить регулятор напряжения, который сам по себе не должен вызывать нежелательных температурных эффектов.

  Вдобавок к этому выход регулятора напряжения должен иметь очень низкий уровень шума. Это связано с тем, что любой шум, выбросы и т. Д. Будут проявляться на выходе как фазовый шум. Часто эти генераторы используются в приложениях, где требуются разумные или низкие уровни фазового шума. Соответственно, производительность регулятора напряжения очень важна.

• Буферный усилитель: Буферный усилитель требуется в конструкции электронной схемы для увеличения мощности на выходе.Несмотря на добавление нескольких дополнительных электронных компонентов, он обеспечит изоляцию самого кварцевого генератора от любых видимых изменений внешней нагрузки. Это значительно улучшит стабильность, не давая фактической нагрузке каким-либо образом повлиять на частоту.

Дополнительно TCXO обычно имеют внешнюю регулировку, позволяющую периодически сбрасывать частоту. Это позволяет устранить эффекты старения кристалла. Период между настройками калибровки будет зависеть от требуемой точности, но обычно может составлять шесть месяцев или год.Если требуется очень высокий уровень точности, можно использовать более короткие периоды.

TCXO производительность

При рассмотрении TCXO для электронной конструкции необходимо учитывать основные технические характеристики и параметры устройства.

Некоторые из основных показателей производительности приведены ниже:

• Показатели стабильности TCXO: Температурные характеристики TCXO лучше, чем у обычного кварцевого генератора. Цифры обычно приводятся в частях на миллион, PPM в заданном диапазоне температур.Обычно часто можно увидеть цифры улучшения от 10 до 40 раз.

  В приведенной выше таблице приведены типичные значения для различных температурных диапазонов. Трудно достичь значений выше ± 1,5 ppm в диапазоне температур от 0 до 70 ° C, поскольку они попадают в категорию высокой точности, где значительно возрастают затраты.

• Рассеиваемая мощность: Рассеиваемая мощность TCXO будет больше, чем у обычного генератора, ввиду требуемых дополнительных схем.К тому же стоимость больше. Следует также помнить, что для стабилизации генератора потребуется некоторое время после запуска. Это может быть порядка 100 мс или, возможно, дольше, в зависимости от конструкции.
• TCXO package: TCXO могут поставляться в различных упаковках в зависимости от способа их разработки и требований конечного пользователя. Наиболее распространенная форма конструкции — это создание схемы на небольшой печатной плате, которая может быть помещена в металлический корпус.Затем его можно установить на главную печатную плату всего оборудования. Поскольку сам кристалл герметичен, это означает, что герметизация всего пакета TCXO не критична и даже не требуется для большинства приложений.

  Размеры упаковки, такие как 5×3,2×1,5 мм или 5×3,5×1 мм, широко используются для TCXO, и при необходимости доступны упаковки меньшего размера.

• Формат и уровень вывода: Важно убедиться, что вывод TCXO подходит для конкретного электронного дизайна.

  Формат вывода для TCXO важен. Поскольку многие TCXO используются для управления цифровыми схемами, большинство небольших корпусов генераторов создают так называемую ограниченную синусоидальную волну. Это подходит для управления логической схемой, хотя во многих случаях разумно пропустить ее через логический буфер, чтобы убедиться, что она достаточно квадратная. Часто выход представляет собой схему с открытым коллектором. Если требуется выход синусоидальной волны, то его следует выбрать с самого начала, и это ограничит доступный выбор.Также для других радиочастотных приложений может потребоваться синусоида.

  Уровень также важен, так как он должен быть достаточным для управления следующей стадией проектирования электронной схемы.

• Требования к питанию: Фактические требования к питанию будут зависеть от конкретного устройства. Многие работают от источников питания 3 В и могут потреблять всего 2 мА, хотя это будет зависеть от общего типа, производителя и конкретного выбранного устройства.Очевидно, необходимо убедиться, что схема может удовлетворить требования к мощности.

  В схемах, которые требуют особо чистого выхода с точки зрения фазового шума и т. Д., Стоит проверить подавление шума источника питания на выходе генератора.

Типы TCXO

Хотя кварцевые генераторы с температурной компенсацией обычно упоминаются таким образом, иногда используются более подробные описания. Это привело к появлению множества методов, которые можно использовать для обеспечения температурной компенсации.

• ADTCXO: Это аналогово-цифровой TCXO. Эта форма TCXO широко используется в сотовых телефонах. В нем используется аналоговая технология для обеспечения температурной коррекции генератора. Его преимущество заключается в том, что изменения происходят медленно, и не происходит скачков фазы, как это происходит с некоторыми полностью цифровыми типами.
• DCXO: DCXO — это форма генератора, в которой любая коррекция рассчитывается главным процессором в оборудовании.Таким образом, TCXO не является отдельным объектом, но обработка включена в процесс всего оборудования. В некоторых случаях это может помочь сократить расходы.
• DTCXO: Как можно догадаться, это цифровой TCXO. Он использует датчик температуры, а затем логические и математические функции используют цифровую схему вместе со справочной таблицей. Результирующая цифра цифровой коррекции преобразуется в аналоговый сигнал с помощью цифроаналогового преобразователя DAC.
• MCXO: MCXO использует микропроцессор для обеспечения обработки, позволяющей более точную компенсацию при различных обстоятельствах. Хотя производительность немного лучше, затраты выше, чем у других форм TCXO.

TCXO заполняют пробел между некомпенсированными кварцевыми генераторами, генераторами xtal и кварцевыми генераторами, полностью управляемыми печью, OCXO. Часто производительность TCXO будет более чем достаточной для многих приложений и за небольшую часть стоимости, меньшие габариты и меньшее энергопотребление, чем у OCXO.Поскольку TCXO обычно покупаются как модуль у производителя TCXO, их можно рассматривать как отдельный электронный компонент в производственном процессе, что упрощает производственный процесс. Таким образом, TCXO представляет собой очень привлекательное предложение для очень многих электронных схем и систем.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

.