Управляемый кварцевый генератор с умножением частоты

 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к кварцевым автогенераторам, предназначенным для генерирования высокостабильных частотно-модулированных колебаний. Предлагается управляемый кварцевый генератор с умножением частоты, в котором осуществляется удвоение частоты первой механической гармоники кварцевого резонатора. Основная часть схемы выполнена по типу емкостной трехточки, причем для получения ЧМ-колебаний использован варикап. Коллекторная цепь генератора, выделяющая вторую гармонику, обладает нулевым импедансом на первой гармонике, что сохраняет условия самовозбуждения и поддержания устойчивых колебаний на первой гармонике и существенно уменьшает влияние импеданса нагрузки на частоту колебаний. Достигаемый технический результат - слабая зависимость частоты кварцевого генератора от импеданса нагрузки, что позволяет, например, в случае использования последнего в составе многокаскадного радиопередатчика исключить дополнительные буферные каскады либо в случае необходимости непосредственно подключить кварцевый генератор к антенне без опасения заметного влияния ее рассогласования на частоту основного тона. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к кварцевым автогенераторам, предназначенным для генерирования высокостабильных частотно-модулированных колебаний.

Известен (см. Г.Б.Альтшуллер. Управление частотой кварцевых генераторов. -М. : Связь, 1969) управляемый кварцевый генератор, содержащий транзистор, коллектор которого соединен с общей шиной между эмиттером и коллектором, а между базой и эмиттером включены конденсаторы.

База транзистора соединена с общей шиной через последовательную цепь, содержащую кварцевый резонатор и реактивный управляющий элемент. Постоянное напряжение смещения на базе устанавливается с помощью двух резисторов, один из которых связывает базу с общей шиной, а другой - с источником питания. Между эмиттером и источником питания включен резистор, а источник питания блокирован конденсатором.

Недостатком данного технического решения (как и других схем управления кварцевых генераторов) является ограничение их рабочей частоты сверху из-за принципиальной необходимости работы на 1-ой механической гармонике кварцевого резонатора, ибо при работе на более высоких гармониках управляемость по частоте существенно снижается.

Поэтому для достижения требуемой рабочей частоты используют чаще всего разного рода умножители частоты в виде отдельных каскадов. Во всех случаях связь кварцевого генератора с нагрузкой делают минимальной для снижения влияния возможного изменения импеданса нагрузки на частоту генерируемых колебаний. С этой же целью между кварцевым генератором и нагрузкой включают дополнительные буферные каскады (см. Г.Б.Альтшуллер и др., Кварцевые генераторы, Справочное пособие, М.: Радио и связь, 1984).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является техническое решение управляемого кварцевого генератора с буферным каскадом (см. Г. Б. Альтшуллер, Управление частотой кварцевого генератора, М.: "Связь", 1975), содержащего первый транзистор, между базой и эмиттером которого включен конденсатор, а его эмиттер связан с общей шиной параллельным соединением конденсатора и резистора. Между базой 1-го транзистора включено последовательное соединение конденсатора индуктивности, кварцевого генератора, зашунтированного резистором, и варикапа, подключенного катодом к общей шине. К аноду варикапа через последовательно соединенные резистор и конденсатор подводится внешний модулирующий сигнал. Смещение на анод варикапа подводится через резистор от отрицательного зажима источника питания, положительный зажим которого соединен с общей шиной. Источник питания блокирован конденсатором. База первого транзистора соединена с общей шиной резистором, а его контроллер соединен с эмиттером второго транзистора, входящего в состав буферного каскада. Коллектор второго транзистора подключен к параллельному контуру, состоящему из индуктивности и двух конденсаторов, причем оба конденсатора включены в емкостную ветвь контура. С другой стороны контур подключен к источнику питания. Для обеспечения связи генератора с нагрузкой последняя подключается к средней точке соединения конденсаторов параллельного контура. Между базами обоих транзисторов включен резистор, а между базой второго транзистора и общей шиной включен конденсатор. Постоянное смещение к базе второго транзистора подводится через резистор, связывающий базу с источником питания.

Данное техническое решение предусматривает для уменьшения влияния импеданса нагрузки на частоту генерируемых колебаний включение дополнительного буферного каскада, что влечет за собой усложнение схемы.

Предлагаемое изобретение направлено на уменьшение влияния изменения импеданса нагрузки на частоту генерируемых колебаний управляемого кварцевого генератора при одновременном осуществлении удвоении частоты непосредственно в схеме генератора.

Это достигается тем, что в управляемый кварцевый генератор, содержащий транзистор, эмиттер которого соединен с общей шиной через параллельное соединение резистора и конденсатора, между базой и эмиттером включен конденсатор, база соединена с общей шиной резистором, к базе подключено также последовательное соединение, связывающее ее с общей шиной и содержащее конденсатор, индуктивность, кварцевый резонатор, зашунтированный резистором, и варикап, причем катод варикапа соединен с общей шиной, цепь подачи внешнего модулированного сигнала на анод варикапа, состоящая из резистора и конденсатора, резистор, соединяющий анод варикапа с отрицательным зажимом источника питания, положительный зажим которого подключен к общей шине, между зажимами источника питания включен блокировочный конденсатор, введены следующие элементы: дроссель, включенный между отрицательным зажимом источником питания и коллектором, последовательный контур, включенный между коллектором и общей шиной и настроенный на частоту 1-ой гармоники кварцевого резонатора, конденсатор, соединяющий коллектор с общей шиной и образующий совместно с последовательным контуром параллельный резонанс на частоте 2-ой гармоники, резистор, соединяющий базу транзистора с отрицательным зажимом источника питания.

Функциональное взаимодействие элементов схемы предлагаемого устройства сохраняет условия возникновения и поддержания устойчивых стационарных колебаний на частоте 1-ой гармоники кварцевого резонатора, ведет к уменьшению влияния изменения импеданса нагрузки на частоту колебаний благодаря созданию на нагрузке режима короткого замыкания на частоте 1-ой гармоники и осуществляет удвоение частоты непосредственно в схеме генератора.

Предлагаемый управляемый кварцевый генератор с умножением частоты собран по схеме емкостной трехточки и включает в себя транзистор VT1, между базой и эмиттером которого включен конденсатор C4, а между эмиттером и общей шиной включены параллельно соединенные резистор R6 и конденсатор C5. Между базой транзистора и общей шиной включено последовательное соединение конденсатора C2, индуктивности L1, кварцевого резонатора BQ1, зашунтированного резистором R3, и варикапа VD1, подключенного катодом к общей шине. К точке соединения варикапа VD1 и кварцевого резонатора подключена последовательная цепочка, состоящая из резистора R1 и конденсатора C1, через которую подается модулирующий сигнал. Смещение на варикап VD1 подводится через резистор R2 от источника питания E, положительный зажим которого соединен с корпусом, а между отрицательным зажимом источника E и корпусом включен блокировочный конденсатор C3. К базе транзистора подключены также два резистора: R5, соединяющий базу с корпусом, и R4, соединяющий с отрицательным зажимом источника питания. Между коллектором транзистора и отрицательным зажимом включен дроссель Др1, а между контроллером и корпусом включены последовательный контур L2, C6, настроенный на частоту 1-ой гармоники кварцевого генератора, и конденсатор C7, образующий с контуром L2, C6 параллельный резонанс на 2-ой гармонике.

Конденсатор C8 соединяет коллектор транзистора с внешней нагрузкой.

Предложенное устройство было проверено в конкретной конструктивной реализации. В качестве активного элемента использовался транзистор 2Т3129А-9.

Предложенное устройство работает следующим образом: при правильном выборе номинальных величин элементов схемы в генераторе, собранном по схеме емкостной трехточки, имеются условия для возникновения и установления колебаний на частоте 1-ой механической гармоники кварцевого генератора. Подключение к коллектору последовательного контура L2, C6, настроенного на частоту 1-ой гармоники, сохраняет в классическом понимании емкостную трехточку и не препятствует возникновению колебаний, т. к. контур L2, C6 на частоте 1-ой гармоники обеспечивает на коллекторе режим короткого замыкания. Конденсатор C7 совместно с элементами L2, C6 создает на коллекторе условие параллельного резонанса на частоте 2-ой гармоники, что способствует выделению сигнала 2-ой гармоники, содержащейся в спектральном составе коллекторного тока. Существенное уменьшение влияния импеданса нагрузки на частоту генерируемых колебаний происходит благодаря тому, что цепь, подключенная к коллектору, обладает нулевым импедансом на основной гармонике. Слабая зависимость частоты предлагаемого кварцевого генератора от импеданса нагрузки позволяет в случае использования кварцевого генератора в составе радиопередатчика исключить дополнительные буферные и умножительные каскады и при необходимости непосредственно подключить кварцевый генератор к нагрузке (например, к антенне) без опасения заметного влияния ее рассогласования на частоту.

Формула изобретения

Управляемый кварцевый генератор с умножением частоты, содержащий транзистор, эмиттер которого соединен с общей шиной через параллельное соединение резистора и конденсатора, между базой и эмиттером включен конденсатор, база соединена с общей шиной резистором, к базе подключено также последовательное соединение, связывающее ее с общей шиной и содержащее конденсатор, индуктивность, кварцевый резонатор, зашунтированный резистором, и варикап, причем катод варикапа соединен с общей шиной, цепь подачи внешнего модулирующего сигнала на анод варикапа, состоящая из резистора и конденсатора, резистор, соединяющий анод варикапа с отрицательным зажимом источника питания, положительный зажим которого подключен к общей шине, между зажимами источника питания включен блокировочный конденсатор, отличающийся тем, что между коллектором и отрицательным зажимом источника питания включен дроссель, между коллектором и общей шиной включен последовательной контур, состоящий из конденсатора и индуктивности и настроенный на частоту первой гармоники кварцевого резонатора, конденсатор, соединяющий коллектор с общей шиной и образующий совместно с последовательным контуром параллельный резонанс на частоте второй гармоники, база транзистора через резистор соединена с отрицательным зажимом источника питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1