Параметри кварц честота стабилизиране на генератори

Въпреки че всички изброени в предходния раздел мерки увеличи стабилността на местните осцилатори е трудно да се получи относителни стойности честота стабилност над 10 -3. 10 -4. Тази нестабилност води до настройка грижи честота приемно устройство с честота 100 MHz от 100. 10 кХц. Тази стойност надхвърля ширината на честотната канал на съвременните мобилни комуникационни системи. При по-високи честоти, позицията на абсолютна честота плаващите зависимост от температурата повече се влошава.

Ето защо, работата е извършвана за увеличаване на стабилността на елементите за управление на честотата. Резултатът е стабилна два порядъка по-висока, отколкото когато се използват като контролни елементи честота генератори кварцови резонатори. По този начин е възможно да се осигури относителна честота стабилност на осцилатора 10 -5 до -8 10.

кварцови резонатори

Кристалът се използва в радио контрол хетеродинни честота като вибрационна резонансната трептящ кръг. Поради ниското равнище на енергийните загуби в резонатора е възможно да се постигне качествен фактор на няколко хиляди.

Помислете как да се изгради кварцови резонатори, и принципите, на които те работят. Кварцови кристали са известни в природата като кварц, аметист или rauchtopaz. Като пример, Фигура 1 показва снимка на друзи rauchtopaz кристали.

Фигура 1. Появата на кварцови кристали

Отличителна черта на кварцов кристал е, че тя има пиезоелектрически ефект. Пиезоелектричен ефект се причинява от специална структура на кварцов кристал. Тя е редовен шестоъгълна призма. Схематично подреждането на кислородни йони и силиций в кварцов кристал е показано на фигура 2.

Фигура 2. Подредбата на кислородни йони и силиций в кварцов кристал

Кристалът се наблюдава изрично електрически х-ос и механичната ос у. При компресиране на кристала по механичен ос у отрицателни кислородни йони са изместени от една страна, и положителни йони силициеви друг. В резултат се получава потенциална разлика. Компресия или напрежение по оста Z предизвиква появата на такси по лицата. Следователно, Z-оста наречен оптичен.

Поради симетрията на кварцов кристал механични и електрически ос може да се извърши по три различни начина. Ефектът не се променя. Фигура 3 показва как да се намали кварцов кристал плоча на своите ръбове настъпили потенциална разлика.

Фигура 3. Както пиезоелектричен плоча се срязва от кварцов кристал,

Cut, както е показано на Фигура 3, се нарича XT-срез. Промяна XT размери изключване на кварцови плочи при прилагане на потенциална разлика на повърхността е показано на Фигура 4.

Фигура 4. Вариант на размери XT нарязан кварцова плоча на потенциална разлика за прилагане на повърхността

XT-срез се използват за производството на нискочестотни кварцови кристални резонатори. Например, време резонатори честота 32 768 кХц. Чертеж часовник кристали е показан на Фигура 5. Той е проектиран като вилица вилица. Тази форма, както и в музикален техника позволява да се получи много високо-Q резонатор

Фигура 5. вилката на изтегляне с вилка кварцов резонатор час

трептения формата рамото на камертон кварцов кристал часовник е показано на фигура 6.

Фигура 6. Колебанията гледат кристал рамото

Фото часовник кристал с отстранени защитно покритие е показано на фигура 7.

Фигура 7. Видът на часовника кристал

Трябва да се отбележи, че подобна нарязани кварцови плочи не позволява да се получи висока стабилност на честота на трептене. Фигура 8 показва типичен зависимост на честотата отклонение XT-срез от температурата на околната среда на среда кварцов резонатор.

Фигура 8. Зависимостта на резонансната честота на поддържане на температурата за XT нарязан кварцова плоча

Както се вижда от графиката, когато промяна на температурата от -25 ° С до + 75 ° С, честотата отива millionnyh 80 (ррт). Това съответства на честота 10 -4 стабилност. което е достатъчно за ръчен часовник синхронизация микропроцесор, но е твърде малък, за да се стабилизира носеща честота приемно-предавателните устройства на.

Той има много по-добри характеристики, които най-изрязани кварцов кристал. За разлика XT отрязък в АТ-срез плоча се срязва при ъгъл на механично ос Z. стойността му е 35 ° 15 '(при честоти над 10 MHz прекъсване ъгъл ще бъде 18 ° в продължение на 35'). Следователно, в плаката при прилагане на променливо напрежение генерира промяна в дебелина, както е показано на фигура 9.

Фигура 9. Изместване повърхности АТ-срез кварцова плоча при прилагане на потенциална разлика, за да го

В AT резонатор му резонансна честота зависи от дебелината на плочата. Дебелината на кварцова плоча се определя като 1661 mm / (честота в MHz). Плочата може да се намали като лента и се поставят в същия случай като кварцов часовник.

Фигура 10 появата на малък размер кварцов кристал AT нарязан с

Въпреки това, за да се намалят загубите, и елиминиране на паразитни трептения на нежелани честоти (а именно, че не се изисква в приемници хетеродинни и предаватели патогени), формата на плоча с формата на диск или лещи. Поява кварцов резонатор с АТ-срез плоча е показана на Фигура 11.

Фигура 11. Външният вид на кристален осцилатор с АТ-срез

Фигура 12 показва типична зависимост на честотата отклонение на кварцов резонатор AT нарязан на температурата на околната среда в различни срязване ъгъл отклонения от оптималната стойност на 35 ° 15 '.

Фигура 12. Типични температурната зависимост на честотата отклонение на кристален осцилатор АТ-срез

Както се вижда от графиката, и точно на ъгъла на рязане на кварцов кристал, в същия температурен интервал осцилатор честота плаващите кристал е по-малко от ± 10 ppm. Това съответства на честотата на 10 -5 нестабилност.

Еквивалентната схема на кварцов резонатор е показано на Фигура 13, и неговите характеристики устойчивост в зависимост от честотата, - на фигура 14.

Фигура 13 - еквивалентна схема на кварцов резонатор

Последователно линия в еквивалентна схема плоча представлява основната честота на трептене, трета и, ако е необходимо, петата хармонична на основната трептенията. Кондензатор С1 представлява капацитет kvartsederzhatelya.

Фигура 14 - зависимостта на съпротивлението на честотата на кварцов резонатор

В честотния диапазон между серийно съпротивление резонанс (минимум) за паралелен резонанс (импеданс максимум) кварцов резонатор има индуктивен импеданс. Един от най-често срещаните схеми кристални осцилатори, направена на биполярен транзистор е показано на Фигура 15.

Фигура 15 - схема кварцов генератор на биполярен транзистор

Това е типична диаграма Kolpittsa. където Z1 кварцов резонатор използва на мястото на индуктор.

Заедно с статията "особеностите на кварцов стабилизиране на генератори" да се чете: