Кварцевый генератор

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в измерительной аппаратуре. Целью изобретения является уменьшение нестабильности частоты. Кварцевый генератор содержит первый дифференциальный усилитель 1, первый неинвертирующий усилитель 2, первый 3 и второй 4 резисторы, кварцевый резонатор 5, второй неинвертирующий усилитель 6, третий 7 и четвертый 8 резисторы, второй 9 и 10 дифференциальные усилители. Цель изобретения достигается за счет того, что подключённое параллельно кварцевому резонатору эквивалентное отрицательное сопротивление имеет симметричную вольт-амперную характеристику, 1.ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5?)5 Н 03 В 5/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР I". 8ReC (ГОСПАТЕНТ СССР) гг где @ П- .„- „

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (213 4910301! 09 (22) 11.02.91. (46) 23,01.93. Бюл. М. 3 (71) Ленинградский научно-исследовательский радиотехнический институт и Ленинградский государственный технический университет им. M.È.Êàëèíèíà (72) А.Л.Борисенко, О.T.Соколов. Д.Ю.Зайцев, С,П,Ковита и АЛ,Мясников (56) Электроника. 1975, т. 48, N 17, с. 53-54. (54) КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР (57) Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в измерительной

„„ Ы„„ i 790026 А1 аппаратуре, Целью изобретения является уменьшение нестабильности частоты. Кварцевый генератор содержит первый дифференциальный усилитель 1, первый неинвертирующий усилитель 2, первый 3 и второй 4 резисторы, кварцевый резонатор

5, второй неинвертирующий усилитель 6, третий 7 и четвертый 8 резисторы, второй 9 и 10 дифференциальные усилители. Цель изобретения достигается за счет того, что подключенное параллельно кварцевому резонатору эквивалентное отрицательное сопротивление имеет симметричную вольт-амперную характеристику, 1 ил.

1790026

Изобретение предназначено для использования в радиотехнической аппаратуре рээличногб назначения, в частности в измерительной технике.

Известны кварцевые генераторы, выполненные в базе дифференциальных усилителей. Зти генераторы используются в радиотехнических приборах в качестве источников опорного сигнала стабильной частоты. Базовым элементом этих генераторов является дифференциальный усилитель, содержащий два транзистора, коллекторы которых через нагрузки подключены к шине питания, а эмиттеры соединейы и через генератор стабильного (постоянного) тока ."5 (ГСТ) подключены к общей шине. В качестве

ГСТ могут использоваться токостабилизирующий транзистор или резистор, питающийся от источника постоянного тока, Базы транзисторов являются неинвертирующим 20 и инвертирующим входами дифференци ального усилителя, э коллекторы этих транзисторов соответственно инверсным и неинверсным выходами.

Недостатками таких генераторов явля- 25 ются повышенное содержание высших гармоничных составляющих тока, протекающего через резонатор, низкая стабильность частоты, невозможность получения удвоенной частоты. 30

Из известных кварцевых генераторов на дифференциальных усилителях наиболее близким по технической сущности является генератор, содержащий дифференциальный усилитель, неинверсный вход которого З5 подключен ко входу неинвертирующего усилйтеля. Выход неинвертирующего усилителя подключен через резисторы соответственно к неинвентирующему и инвертирующему входам усилителя, Кварце- 40 вый генератор подключен между инвертирующим входом усилителя и общей

Шиной. Автоколебанйя снимаются с инверсного выхода усилителя, Выход ГСТ усилителя используется для контроля режима по постоянному току.

При.отсутствии кварцевого резонатора сигналы, поступающие на входы дифференциального усилителя через резистор (поло- 50 жительная обратная связь) и через резистор . (отрицательная обратная связь) — одинаковые, и автоколебания в генераторе не могут возникнуть. Включенйе кварцевого резонатора уменьшает глубину отрицательной об- 55 ратной связи на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса кварца, на которой его эквивалентное сопротивление минимально. В результате в схеме возникают колебания, контролируемые кварцем.„

Выполнение генератора на дифференциальном усилителе, отличающемся стабильностью режима, определяет высокую стабильность частоты. Включение кварцевого резонатора в цепь отрицательной обратной связи обеспечивает устойчивую работу на рабочей частоте кварца без перехода на побочные резонансы (что особенно важно, например, для резонаторов с двухповоротными срезами, значения частот побочных резонансов у которых всего на

8 — 9,% больше рабочего). Однако в известном генераторе имеется большой коэффициент нелинейных искажений, обусловленный нелинейностью и несимметричностью вольт-амперной характеристики дифференциального усилителя, работающего с самоограничением амплитуды в режиме большого сигнала.

В связи с этим через кварцевый резонатор протекают высшие составляющие тока, которые обусловливают так называемую

"нелинейную" поправку к частоте колебаний, Дестабилизирующие факторы (изменение температуры, напряжения питания и тип) приводят к вариации этой поправки, т,е. к увеличению нестабильности частоты.

При появлении сигнала помехи (например, в цепи питания) возникает дополнительная компонента нестабильности частоты. Сигнал помехи, приложенный к резонатору, обусловливает поправку к частоте, пропорциональную KU>sinQ, где К— коэффициент пропорциональности, Un — амплитуда напряжения помехи, Q — фазовый угол между напряжением на резонаторе и помехой, Целью изобретения является уменьшение нестабильности частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в кварцевый генератор, содержащий первый дифференциальный усилитель, неинверсный выход которого подключен к входу первого неинвертйрующего усилителя, первый и второй резисторы, первые выводы которых подключены к выходу первого неинвертирующего усилителя, кварцевый резонатора, первый вывод которого подключен ко второму выводу второго резистора, дополнительно введены второй неинвертирующий усилитель, вход которого подключен к инверсному выходу первого дифференциального усилителя, третий и четвертый резисторы, первые выводы которых подключены к выходу второго неинвертирующего усилителя, а также второй и " третий дифференциальные усилители, между неинвертирующим входом второго и инвертирующим входом третьего дифференциальных усилителей включен

1790026

40

4г, 50 кварцевый резонатор, инвертирующие входы второго и третьего дифференциальных усилителей подключены к вторым выводам соответственно третьего и четвертого резисторов, неинвертирующие входы этих усилителей подключены ко вторым выводам соответственно первого и второго резисторов, выходы сигналов стабильного тока второго и третьего дифференциальных усилителей подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам первого дифференциального усилителя.

Сущность изобретения заключается в том, что вновь введенные блоки и связи позволяют избежать воздействия четных гармоник в цепи резонатора, что приводит к достижению поставленной цели.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

B устройстве к неинвертирующему выходу дифференциального усилителя 1 подключен вход неинвертирующего усилителя

2, первые выводы первого и второго резисторов 3 и 4 обьединены и подключены к выходу неинвертирующего усилителя 2.

Первый вывод кварцевого резонатора 5 подключен ко второму выводу первого резистора 3, а второй вывод резонатора 5 подключен к выходу второго неинвертирующего усилителя 6 через третий резистор

7, первый вывод этого резистора объединен также с первым выводом четвертого резистора 8, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя 9. Неинвертирующий вход этого усилителя соединен с первым выводом резонатора 5, а инвертирующий .вход третьего дифференциального усилителя 10 — со вторым выводом резонатора 5.

Выходы сигналов стабильного тока второго

9 и третьего 10 дифференциальных усилителей подключены соответственно к инверсному входам первого дифференциального усилителя 1, Выходами основной частоты кварцевого генератора являются выходы усилителей 9 и 10, а выходом удвоенной . частоты — выходы сигнала стабильного тока усилителя 1. Как уже было сказано, дифференциальные усилители 1, 9, 10 могут быть выполнены по известной схеме. Неинвертирующие усилители 2, 6 генератора (2) представляют собой эмиттерные повторители.

Кварцевый генератор работает следующим образом, 5

При отключении резонатора 5 и одинаковых по величине резисторах 3, 4, 7, 8 напряжения, поступающие на входы каждого из дополнительных дифференциальных усилителей 9 и 10 равны по величине и противофазны, Поэтому напряжение сигнала на выходе ГСТ будет отсутствовать. При включении кварцевого резонатора 5 между неинвертирующим входом усилителя 9 и инвертирующим входом усилителя 10, на которых сигналы противофазны, на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса кварца, эти входы соединены через его малое эквивалентное сопротивление, Поэтому амплитуда сигнала на входах усилителей 9, 10, к которым подключен кварц, меньше амплитуды сигнала, действующего на вторых входах этих усилителей.

В результате на выходе ГСТ усилителей

9, 10 возникнут сигналы, соответственно противофазные сигналы на выходах неинвертирующих усилителей 2, 6. Эти сигналы через усилитель 1, изменяющий фазу каждого из них на 180О, поступают на входы неинвертирующих усилителей 2, 6. Таким образом в схеме выполняется условие баланса фаз. При выполнении амплитудного условия самовозбуждения в схеме возникнут колебания, контролируемые кварцем, Выходные сигналы снимаются с выходов усилителей 9 и 10, развязанных со схемой генератора. Они попарно равны и противофазны. На входах дифференциального усилителя 1 также присутствуют равные и противофазные сигналы, В связи с этим на его выходе ГСТ отсутствуют нечетные гармоники. Четные гармоники складываются.

Поэтому с выхода ГСТ усилителя 1 можно снимать сигнал удвоенной частоты.

Предложенное включение обусловливает симметричную вольт-амперную характеристику эквивалентного отрицательного сопротивления, подключаемого к кварцевому резонатору. B этом случае в спектре тока через кварцевый резонатор отсутствуют четные высшие гармоники. "Нелинейная" поправка к частоте из-за действия высших гармоник уменьшается, При этом уменьшаются и изменения частоты из-за возможных вариаций поправки от действия дестабилизирующих факторов, На выходах резонатора при появлении сигнала помехи он будет равным по величине Ll синфазным, что не приведет к изменению частоты.

Предлагаемый генератор удобен для микроисполнения, позволяет в несколько раз уменьшить ряд компонент нестабильности частоты, Имеет четыре развязанных выхода с попарно равными и противофазными сигналами и дополнительный выход для сигнала удвоенной частоты.

Предлагаемый генератор выгодно отличается от прототипа. В нем достигается уменьшение нестабильности частоты при сохранении всех положительных характеристик прототипа.

1790026

Формула изобретения

Составитель А. Борисенко

Техред М.Моргентал Корректор С.Патрушева

Редактор Т.Иванова

Заказ 352 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Кварцевый генератор, содержащий первый дифференциальный усилитель, неинверсный выход которого подключен к входу первого неинвертирующего усилителя, первый и второй резисторы, первые выводы которых подключены к выходу первого неинвертирующего усилителя, кварцевый резонатор, первый вывод которого подключен к второму выводу второго резистора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения нестабильности частоты, введены второй неинвертирующий усилитель, вход которого подключен к инверсному выходу первого дифференциального усилителя, третий и четвертый резисторы, первые выводы которых подключены к выходу второго неинвертирующего усилителя, а также второй и третий дифференциальные усилители, неинвертирующие входы которых подклю5 чены к вторым выводам, соответственно второго и первого резисторов, при этом второй вывод кварцевого резонатора соединен с вторым выводом третьего резистора и с инвертирующим входом третьего дифферен10 циального усилителя, второй вывод четвертого резистора соединен с инвертирующим входом второго дифференциал ьного усилителя, выходы сигналов стабильного тока второго и третьего дифференциальных

15 усилителей подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам первого дифференциального усилителя.