Кварцевый генератор

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в электронных часах. Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды выходных колебаний. Кварцевый генератор содержит инвертирующий усилитель 1, п-канальный МОП-транзистор 2, р-канальный МОП-транзистор 3, первый 4 и второй 5 конденсаторы, кварцевый резонатор 6 и формировтаель 7 пороговых напряжений. При этом частотозадающая цепь кварцевого генератора выполнена на конденсаторах 4 и 5 и кварцевом резонаторе 6. Транзисторы 2 и 3 включены в цепь отрицательной обратной связи инвертирующего усилителя 1. Пороговое напряжение на затворах транзисторов 2 и 3 задается формирователем 7 так, чтобы обеспечить стабилизацию амплитуды выходных колебаний за счет изменения сопротивления каналов транзисторов 2 и 3 при минимальном шунтировании кварцевого резонатора 6. 3 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э Н 03 8 5/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ж

С (21) 4321837 f 09 (22) 06.10.87 (46) 23,09.91. Бюл. N. 35 (71) Ленинградское производственное обьединение "Электронприбор" (72) М.М.Грудников, Е.И.Андреев и С.В,Ма.еркович (53) 621.373.5(088.8) (56) Патент США N4..218..661, .кл. .331-116 опублик. 19.07.80.

Патент США М 4.328.571, кл. 331-116. опублик. 04.05.82, (54) КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР (57) Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в электронных часах. Цель изобретения — повышение стабильности амплитуды выходных

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в электронных часах, Цель изобретения — повышение стабильности амплитуды выходных колебаний.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема кварцевого генератора; на фиг.2 — вариант выполнения формирвоателя опорных напряжений; на фиг.3 — графики, поясняющие принцип действия кварцевого генератора.

Кварцевый генератор содержит инвертирующий усилитель 1, и-канальный МОПтранзистор 2, р-канальный МОП-транзистор

3. первый 4 и второй 5 конденсаторы, кварцевый резонатор 6, формирователь 7 пороговых напряжений.

Формирователь 7 содержит и-канальный МОП-транзистор 8. р-канальный МОП. Ж 1679599 А1 колебаний, Кварцевый генератор содержит инвертирующий усилитель 1, и-канальный

MOll-транзистор 2, р-канальный МОП-транзистор 3, первый 4 и второй 5 конденсаторы, кварцевый резонатор 6 и формировтаель 7 пороговых напряжений, При этом частотозадающая цепь кварцевого генератора выполнена на конденсаторах 4 и 5 и кварцевом резонаторе 6. Транзисторы 2 и 3 включены в цепь отрицательной обратной связи инвертирующего усилителя 1. Пороговое напряжение на затворах транзисторов 2 и 3 задается формирователем 7 так, чтобы обеспечить стабилизацию амплитуды выходных колебаний за счет изменения сопротивления каналов транзисторов 2 и 3 при минимальном шунтировании кварцевого резонатора 6. 3 ил. транзистор 9, первый 10 и второй 11 транзисторы тока.

Инвертирующий усилитель 1 содержит и-канальный МОП-транзистор 12 и р-канальный МОП-транзистор 13.

Кварцевый генератор работает следующим образом.

Характерными режимами работы кварцевого генератора являются (см, фиг.3) режим запуска l и режим стационарных колебаний И.

При подключении источника питания и при любом изменении напряжения питания стоковые напряжения р-канального МЛПтранзистора 9 и и-канального МОП-транзистора 8 формирвоателя 7 не изменяются.

В первый момент после подключения источника питания первый конденсатор 4 разряжен, на входе кварцевого генератора

1679599 потенциал общей шины, р-канальный МОПтранзистор!р 13 инвертирующего усилителя 1 заперт, и-канальный МОП-транзистор 12 инвертирующего усилителя 1 открыт, на выходе инвертирующего усилителя 1 — напряжение -Е.

При этом р-канальный МОП-транзистор

3 заперт по истоку, à и-канальный- МОПтранзистор 2 открыт напряжением на его затворе. Ток стока и-канального МОП-транзистора 2 заряжает первый конденсатор 4 до тех пор, пока напряжение на входе ин вертирующего усилителя 1 не станет равным пороговому напряжению р-канального

МОП-транзистора 13 инвертирующего усилителя 1; В этот момент инвертирующий усилитель 1 оказывается-в линейном режиме, а и-канальный МОП-транзистор 2 мгновенно запирается. Инвертирующий усилитель 1 в линейном режиме имеет большой коэффициент усиления по напряжению (порядка 100 — 200). Шунтирующий эффект от элементов обратной связи для инвертирующего усилителя 1 и кварцевого резонатора

6 отсутствует, поскольку и-канальный МОПтранзистор 2 и р-канальный MOIL-транзистор 3 заперты напряжением на их истоках.

Напряжение на выходе инвертирующего усилителя 1, отличающееся от напряжения 0 или -Е всего лишь на величину

30-50 мВ„запирает и-канальный МОПтранзистор 2 и р-канальный МОП-транзистор 3.

В кварцевом генераторе начинает развиваться колебательный процесс с нарастающей амплитудой колебаний, Наконец, кварцевый генератор выходит в стационарный режим колебаний, где двойная амплитуда колебаний на выходе равна Е.

На фиг.3 приведены зпюры входного и, выходного напряжений кварцевого генератора в процессах запуска и выхода в режим стационарных колебаний, В режиме II стационарных колебаний на входе инвертирующего усилителя 1. сигнал имеет, как правило, синусоидальную форму, а на выходе — прямоугольную или трапецеидальную, При открытом р-канальном МОПтранзисторе 13 инвертирующего

МОП-усилителя 1 и запертом п-канальном

МОП-транзисторе 12 инвертирующего

МОП-усилителя 1 открыт р-канальный МОПтранзистор 3, а в противоположном состоянии инвертирующего усилителя 1 открыт и-канальный МОП-транзистор 2.

Одним из условий устойчивости стационарного режима колебаний кварцевого генератора является стабилизация рабочей точки инвертирующего усилителя 1 по входу, вокруг которой и происходят колебания.

40

45 Кварцевый генератор, содержащий ин50

5

В свою очередь, условием стабильности рабочей точки по входу усилителя 1 является равенство "0" изменения напряжения на первом конденсаторе 4 за два такта (один период) колебаний кварцевого генератора 1.

При равенстве токов соответственно оканального МОП-транзистора 2 и р-канального MOIL-транзистора 3 !2 = !э условию баланса соответсвтует равенство (длительности) тактов t> и tz. Если по какой-либо причине случилось так, что t1 > t2, то и paGoчая точка,инвертирующего усилителя 1 по входу смещается в направлении потенциала общей шины, что уменьшает длительности первого такта т! и увеличивает длительность второго такта tz до тех пор, пока не наступит выравнивание длительности этих тактов

1 = u. Иногда эта автоматическая балансировка кварцевого генератора происходит

3а несколько периодов.

Работа кварцевого генератора в режиме больших импульсных токов b и!з позволяет сократить время t< и tz, в течение которого инвертирующий МОП-усилитель 1 находится в нелинейной области, тем рамым приблизить форму выходного напряжения к синусоидальной и уменьшить паразитную мощность за счет искажения формы выходного напряжения.

В формирователе 7 пороговых напряжений вместо первого 10 и второго 11 генераторов тока могут использоваться либо резисторы, либо композиции транзисторов и резисторов, связанные по схеме, приведенной на фиг.2. Схема "Скомпенсированного" триггера (см. фиг.2), где положительная обратная связь (ОС) двух каскадов усиления скомпенсирована отрицательной ОС затвор-сток, исток-подложка внутри каскадов, физически реализует наилучшим образом условные нагрузочные генераторы тока 10, 11 формирователя 7 опорных напряжений.

Формула изобретения вертирующий усилитель, который подключен между шиной питания и общей шиной, первый конденсатор, который включен между входом инвертирующего усилителя и общей шиной, второй конденсатор, который включен между выходом инвертирующего усилителя и общей шиной, кварцевый резонатор, который включен между входом и выходом инвертирующего усилителя, и-канальный МОП-транзистор, сток и исток которого подключены соответственно к выходу и входу инвертирующего усилителя, р-канальный МОП-транзистор, сток и исток которого подключены соответственно к выходу и входу инвертирующего усилителя, 1679599

15 отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности амплитуды выходных колебаний, в него введены формирователь пороговых напряжений, который выполнен на р-канальном МОП-транзисторе, исток и подложка которого подключены к общей шине, а сток и затвор через первый генератор тока — к шине питания, и-канальном МОП-транзисторе, исток и подложка которого подключены к шине питания, а сток и затвор через второй генератор тока к общей шине, при этом затвор р-канального

МОП-транзистора подключен к стоку р-канального МОП-транзистора формирователя пороговых напряжений, затвор

5 и-канального МОП-транзистора подключен к стоку и-канального MOll-транзистора формирователя пороговых напряжений, подложки и-канального MOll-транзистора и р-канального МОП-транзистора подключе10 ны соответственно к шине питания и общей шине.

1679599

Корректор С.Черни

Составитель В.Рудаи

Техред М.Моргентал

Редактор Т.Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3220 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета flo изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5