Высокочастотный кварцевый генератор



Высокочастотный кварцевый генератор
Высокочастотный кварцевый генератор
Высокочастотный кварцевый генератор
Высокочастотный кварцевый генератор

 


Владельцы патента RU 2439775:

Гуськов Юрий Станиславович (RU)
Силаев Евгений Александрович (RU)

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к высокочастотным кварцевым генераторам, и может быть использовано в качестве устройства для формирования спектрально-чистых опорных сигналов гетеродинов когерентных радиолокационных станций сантиметрового и миллиметрового диапазона длин волн. Технический результат - повышение частоты выходного сигнала устройства при относительном снижении спектральной плотности мощности фазовых и амплитудных шумов кварцевого генератора. Устройство содержит три транзистора, кварцевый резонатор, двадцать два конденсатора, семь катушек индуктивности, десять резисторов, стабилизатор напряжения. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к высокочастотным кварцевым генераторам, и может быть использовано в качестве устройства для формирования опорных сигналов гетеродинов когерентных радиолокационных станций сантиметрового и миллиметрового диапазона длин волн.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен высокочастотный кварцевый генератор, содержащий усилитель с обратной связью, состоящей из кварцевого резонатора с SC-срезом и цепи согласования входного сопротивления усилителя с эквивалентным сопротивлением кварцевого резонатора (патент США №4843349).

Известен кварцевый генератор с низким уровнем фазовых шумов, работающий на пятой механической гармонике резонатора с SC-срезом (McClelland Т. et al. "100 MHz crystal oscillator with extremely low phase noise". Proc. of 1999 Joint Meeting EFTF - IEEE International Frequency Control Symposium, pp.331-334).

Известен высокочастотный кварцевый генератор, выполненный с умножением на три частоты пятой механической гармоники кварцевого резонатора (патент США №5223801).

Известен высокочастотный каскодный кварцевый генератор с повышенным отрицательным сопротивлением цепи обратной связи (Takehiko A. et al. "A High Frequency Cascode Oscillator with Negative Resistance Enhancement Circuit and Its Analysis". Division of Electrical and Computer Engineering. Yokohama National University. Proc. of 2005 IEEE International Frequency Control Symposium, pp.522-525).

Известен высокочастотный кварцевый генератор, содержащий два каскада на транзисторах, один из которых выполнен с общей базой, а другой - с общим коллектором, с кварцевым резонатором, включенным между эмиттерами транзисторов (патент на изобретение РФ №2319285).

Известна модификация высокочастотного кварцевого генератора по схеме Батлера на кварцевом резонаторе 100 МГц SC-среза с низким уровнем фазовых шумов и двумя буферными каскадами (Sakamoto К. et al. "Development of ultra low noise VHF OCXO with excellent temperature stability". Proc. of 2008 IEEE International Frequency Control Symposium, pp.565-568).

Общим недостатком вышеупомянутых кварцевых генераторов является их недостаточная высокочастотность. Следствием недостаточно высокой частоты сигнала задающего генератора являются неудовлетворительная чистота спектра сигнала гетеродина вследствие прохождения слишком часто расположенных спектральных составляющих опорного колебания задающего генератора сквозь фильтры тракта гетеродина. Еще одним следствием недостаточно высокой частоты задающего генератора является чрезмерно высокая кратность умножения частоты опорного колебания автогенератора, поднимающая уровень спектральной плотности мощности его фазовых шумов G(f) на величину 201g(N), где N - коэффициент умножения частоты опорного колебания, f - частота отстройки от номинальной частоты сигнала F.

Одна из задач настоящего изобретения состоит в получении спектрально-чистого сигнала гетеродина сантиметрового или миллиметрового диапазона длин волн, который при этом обладает низкой и определенным образом распределенной по оси частот спектральной плотностью мощности фазовых шумов G(f) в заданном диапазоне отстроек анализируемой частоты f от частоты сигнала F, то есть низкой и определенным образом распределенной по оси времени кратковременной нестабильностью частоты dF в заданном диапазоне временных интервалов Т (интервалов когерентности сигналов гетеродина и радиолокационной станции в целом).

Известен высокочастотный кварцевый генератор, который, как показано на фиг.1, содержит кварцевый резонатор 5, один из выводов которого подключен к эмиттеру первого транзистора 3, подключенному к последовательному соединению резисторов, первого 2 и второго 4, точка соединения которых подключена к общей шине через первый конденсатор 1. База первого транзистора 3 подключена к общей шине. Коллектор первого транзистора 3 подключен к общей шине через параллельное соединение первой катушки индуктивности 6 с последовательным соединением конденсаторов, третьего 8 и четвертого 9, к общей точке которых подключен другой вывод кварцевого резонатора 5, первый затвор второго транзистора 15 и третий резистор 10, другой вывод которого подключен к общей шине. Второй затвор второго транзистора 15 подключен к общей точке последовательного соединения резисторов, четвертого 13, другим выводом подключенного к шине питания положительной полярности, и пятого 14, другим выводом подключенного к общей шине, параллельно которому включен пятый конденсатор 12. Исток второго транзистора 15 подключен к общей шине через шестой резистор 18, параллельно которому включен шестой конденсатор 16, а в цепи его стока включено параллельное соединение второй катушки индуктивности 17 и последовательного соединения двух конденсаторов, седьмого 19 и восьмого 20, общая точка которых подключена к базе третьего транзистора 23 и через седьмой резистор 21 соединена с общей шиной. В цепь коллектора третьего транзистора 23 включено параллельное соединение третьей катушки индуктивности 24 и последовательно соединенных конденсаторов, девятого 25 и десятого 26, точка соединения которых является выходным выводом генератора, а в цепь эмиттера включено восьмое сопротивление 22, подключенное к шине питания положительной полярности. Шина питания положительной полярности подключена к входу стабилизатора напряжения 11. Между шиной питания положительной полярности и общей шиной включен одиннадцатый конденсатор 27, между выходом стабилизатора напряжения 11 и общей шиной включен второй конденсатор 7. Также к выходу стабилизатора напряжения 11 подключен другой вывод второго резистора 4 (Silaev E., Bogomolov D. "Low Noise Ovenized Quartz Oscillator". Proc. of 1998 IEEE International Frequency Control Symposium, pp.349-352, принятый за прототип).

Недостаток прототипа, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в том, что в нем невозможно одновременно установить оптимальное значение коэффициента обратной связи автогенератора koc и оптимальное значение коэффициента связи автогенератора с буферным усилителем k, так как в прототипе коэффициенты k и kсв определяются соотношением емкостей конденсаторов, второго 8 и третьего 9, то есть равны друг другу, следовательно, оптимизировать можно только один из коэффициентов.

Еще один недостаток прототипа состоит в том, что в нем установка нулевого напряжения смещения на первом затворе полевого транзистора буферного усилителя посредством резистора 10 достигается за счет снижения приведенной добротности колебательной системы кварцевого автогенератора, так как согласно приближенной формуле приведенной добротности кварцевого автогенератора:

Qпр=Qк/(1+R2/RΣ+R10/RΣ),

где Qк - добротность кварцевого резонатора на k-ой механической гармонике, R2 - сопротивление первого резистора, R10 - сопротивление третьего резистора,

RΣ=Rк+R2+R10,

где Rк - эквивалентное сопротивление кварцевого резонатора на k-ой механической гармонике, сопротивление резистора 10 должно быть минимальным, а в соответствии с функцией, которую вынужденно выполняет резистор 10 в качестве шунтирующего входное сопротивление второго транзистора 15 по цепи первого затвора, оно не должно быть слишком малым.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы повысить частоту выходного сигнала предлагаемого кварцевого генератора по сравнению с прототипом. Вторая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы уменьшить спектральные плотности мощности фазовых и амплитудных шумов автогенератора на входе буферного усилителя по сравнению с прототипом. Третья задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы при сохранении приведенной добротности автогенератора повысить мощность сигнала на выходе автогенератора по сравнению с прототипом (то есть улучшить отношение сигнал/шум на входе буферного усилителя).

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении частоты выходного сигнала при одновременном снижении спектральной плотности мощности как фазовых, так и амплитудных шумов кварцевого автогенератора на входе буферного усилителя и повышении мощности сигнала на выходе автогенератора.

Данный технический результат достигается за счет повышения предельно достижимой частоты осцилляторных колебаний кварцевого автогенератора на первом транзисторе, за счет независимого выбора оптимального коэффициента обратной связи автогенератора и оптимального коэффициента связи автогенератора с буферным усилителем, а также за счет умножения частоты на третьем транзисторе и фильтрации субгармоник опорного колебания на ранней стадии его формирования.

Вышеуказанные технические задачи решены благодаря тому, что заявленный высокочастотный кварцевый генератор, так же как и прототип, содержит кварцевый резонатор, один из выводов которого подключен к эмиттеру первого транзистора, подключенному к выходу стабилизатора напряжения положительной полярности через последовательное соединение резисторов, четвертого и пятого, общая точка которых соединена с общей шиной первым конденсатором, коллектор первого транзистора соединен с общей шиной через первую катушку индуктивности; второй транзистор, первый затвор которого подключен к общей шине через шестой резистор, второй затвор второго транзистора подключен к делителю напряжения, состоящему из седьмого резистора, подключенному к шине питания положительной полярности и параллельного соединения восьмого резистора с девятым конденсатором, подключенного к общей шине, исток второго транзистора подключен к общей шине через параллельное соединение девятого резистора и десятого конденсатора, сток второго транзистора подключен к шине питания положительной полярности через параллельное соединение третьей катушки индуктивности и последовательного соединения одиннадцатого и тринадцатого конденсаторов; третий транзистор, база которого подключена к общей точке одиннадцатого и тринадцатого конденсаторов и через десятый резистор подключена к общей шине, а коллектор подключен к общей шине через параллельное соединение шестой катушки индуктивности с последовательным соединением конденсаторов, семнадцатого и девятнадцатого; двадцать третий конденсатор, включенный между шиной питания положительной полярности и общей шиной; стабилизатор напряжения положительной полярности, корпусным выводом подключенный к общей шине, входом подключенный к шине питания положительной полярности, а выходом подключенный к пятому конденсатору, другой вывод которого подключен к общей шине, при этом вышеупомянутые задачи решены, а технический результат достигнут благодаря тому, что, в отличие от прототипа, в заявленном высокочастотном кварцевом генераторе параллельно первой катушке индуктивности включено последовательное соединение шестого, седьмого и восьмого конденсаторов, параллельно которому включен подстроечный четвертый конденсатор, другой вывод кварцевого резонатора подключен к общей точке седьмого и восьмого конденсаторов, первый затвор второго транзистора подключен к общей точке шестого и седьмого конденсаторов, база первого транзистора через третий конденсатор подключена к общей шине, а через третий резистор - к средней точке последовательного соединения первого резистора, другим выводом подключенного к шине питания положительной полярности, и второго резистора, другим выводом подключенного к общей шине и зашунтированного по переменному току вторым конденсатором.

Формулу приведенной добротности заявленного кварцевого автогенератора можно представить в виде

Qпр=Qк/(1+R2/RΣ+R10пр/RΣ),

где Qк - добротность кварцевого резонатора на k-ой механической гармонике, R2 - сопротивление четвертого резистора,

RΣ=Rк+R2+R10пр,

где Rк - эквивалентное сопротивление кварцевого резонатора на k-ой механической гармонике,

R10пр=R10/(ω2(C37)2(R10)2+[1+C37/C36]2),

где ω - циклическая частота k-ой механической гармоники кварцевого резонатора, С36 - емкость седьмого конденсатора, С37 - емкость восьмого конденсатора.

При этом коэффициент обратной связи автогенератора приблизительно равен:

kос=C35C36/(C37[C35+C36]),

где С35 - емкость шестого конденсатора, С36 - емкость седьмого конденсатора, С37 - емкость восьмого конденсатора.

А коэффициент связи кварцевого автогенератора с буферным усилителем приблизительно равен

kсв=C35(C36+C37)/C36C37,

где С35 - емкость шестого конденсатора, С36 - емкость седьмого конденсатора, С37 - емкость восьмого конденсатора.

Таким образом, koc и kсв в заявленном устройстве могут быть выбраны оптимальными: koc из условий, следующих из решения комплексного уравнения стационарного режима автогенератора с кварцем в цепи обратной связи, a k - из условия согласования выходного сопротивления автогенератора с входным сопротивлением буферного усилителя. Это позволяет снизить спектральную плотность мощности фазовых шумов предлагаемого устройства по отношению к спектральной плотности мощности фазовых шумов прототипа.

В частном варианте воплощения параллельно одиннадцатому конденсатору включен подстроечный двенадцатый конденсатор, а параллельно тринадцатому конденсатору - подстроечный четырнадцатый конденсатор.

В одном частном варианте воплощения эмиттер третьего транзистора подключен к шине питания положительной полярности.

В еще одном частном варианте воплощения коллектор третьего транзистора подключен к общей шине последовательным соединением подстроечного пятнадцатого конденсатора и четвертой катушки индуктивности, а также последовательным соединением подстроечного шестнадцатого конденсатора и пятой катушки индуктивности, параллельно семнадцатому конденсатору включен подстроечный восемнадцатый конденсатор, а параллельно девятнадцатому конденсатору - подстроечный двадцатый конденсатор, точка соединения которых подключена к выходному выводу генератора через последовательное соединение седьмой катушки индуктивности и двадцать первого конденсатора, параллельно которому включен подстроечный двадцать второй конденсатор.

В другом частном варианте воплощения параллельно кварцевому резонатору включена вторая катушка индуктивности.

Для лучшего понимания идей изобретения ниже приводятся иллюстрирующие чертежи, показывающие один из частных вариантов выполнения устройства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 изображена электрическая принципиальная схема устройства согласно прототипу.

На фиг.2 изображена электрическая принципиальная схема одного из конкретных вариантов воплощения устройства согласно изобретению для случая кварцевого автогенератора на p-n-p биполярном транзисторе.

На фиг.3 представлен график экспериментально определенной зависимости спектральной плотности мощности фазового шума от частоты отстройки выходного сигнала гетеродина миллиметрового диапазона длин волн от его номинальной частоты для устройства, собранного по схеме фиг.2.

На фиг.4 представлен график экспериментально определенной зависимости спектральной плотности мощности амплитудного шума от частоты отстройки выходного сигнала гетеродина сантиметрового диапазона длин волн от его номинальной частоты для устройства, собранного по схеме фиг.2.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из частных вариантов воплощения, как показано на фиг.2, устройство содержит двадцать три конденсатора (с первого по двадцать третий), обозначенных позициями 28, 1, 32, 34, 7, 35, 36, 37, 12, 16, 19, 38, 20, 39, 40, 42, 25, 44, 26, 45, 47, 48 и 27, десять резисторов (с первого по десятый), обозначенных позициями 29, 30, 31, 2, 4, 10, 13, 14, 18 и 21, семь катушек индуктивности (с первой по седьмую), обозначенных позициями 6, 33, 17, 41, 43, 24 и 46, кварцевый резонатор 5, три транзистора (с первого по третий), обозначенных позициями 3, 15 и 23 и стабилизатор напряжения положительной полярности 11. Один из выводов кварцевого резонатора 5 подключен к эмиттеру первого транзистора 3. Эмиттер первого транзистора 3 подключен к выходу стабилизатора напряжения положительной полярности 11 через последовательное соединение резисторов, четвертого 2 и пятого 4. В цепь коллектора первого транзистора 3 включена первая катушка индуктивности 6, другой вывод которой подключен к общей шине. Первый затвор второго транзистора 15 соединен с общей шиной через шестой резистор 10. Второй затвор второго транзистора 15 подключен к делителю напряжения, состоящему из седьмого резистора 13, подключенного к шине питания положительной полярности, и восьмого резистора 14, подключенного к общей шине. Параллельно восьмому резистору 14 включен девятый конденсатор 12. Исток второго транзистора 15 подключен к общей шине через девятый резистор 18, параллельно которому включен десятый конденсатор 16, а сток второго транзистора подключен к шине питания положительной полярности через параллельное соединение третьей катушки индуктивности 17 с последовательным соединением конденсаторов, одиннадцатого 19 и тринадцатого 20, общая точка которых подключена к базе третьего транзистора 23 и через десятый резистор 21 подключена к общей шине. Эмиттер третьего транзистора 23 соединен с шиной питания положительной полярности. Между шиной питания положительной полярности и общей шиной включен двадцать третий конденсатор 27, между точкой соединения резисторов, четвертого 2 и пятого 4, и общей шиной включен первый конденсатор 28. Шина питания положительной полярности подключена к входу стабилизатора напряжения положительной полярности 11, выход которого подключен к пятому конденсатору 7, другой вывод которого подключен к общей шине.

Особенность устройства состоит в том, что база первого транзистора 3 соединена с общей шиной через параллельное соединение третьего конденсатора 32 и последовательно соединенных резисторов, третьего 31 и второго 30, к общей точке которых подключен первый резистор 29, другой вывод которого подключен к общей точке первого конденсатора 28 и пятого резистора 4, и второй конденсатор 1, соединенный с общей шиной. Параллельно кварцевому резонатору 5 включена вторая катушка индуктивности 33. Параллельно первой катушке индуктивности 6 включено последовательное соединение трех конденсаторов, шестого 35, седьмого 36 и восьмого 37, параллельно которым включен подстроечный четвертый конденсатор 34. Другой вывод кварцевого резонатора 5 подключен к общей точке седьмого 36 и восьмого 37 конденсаторов, а первый затвор второго транзистора 15 - к общей точке шестого 35 и седьмого 36 конденсаторов. Параллельно одиннадцатому конденсатору 19 подключен подстроечный двенадцатый конденсатор 38, а параллельно тринадцатому конденсатору 20 подключен подстроечный четырнадцатый конденсатор 39. Коллектор третьего транзистора 23 соединен с общей шиной параллельным соединением шестой катушки индуктивности 24 с последовательным соединением подстроечного пятнадцатого конденсатора 40 и четвертой катушки индуктивности 41, с последовательным соединением подстроечного шестнадцатого конденсатора 42 и пятой катушки индуктивности 43, с последовательным соединением семнадцатого 25 и девятнадцатого 26 конденсаторов. Параллельно семнадцатому 25 и девятнадцатому 26 конденсаторам, включены подстроечные конденсаторы, восемнадцатый 44 и двадцатый 45 соответственно. Выходной вывод генератора соединен с общей точкой семнадцатого 25 и девятнадцатого 26 конденсаторов через последовательное соединение седьмой катушки индуктивности 46 и двадцать первого конденсатора 47, параллельно которому включен подстроечный двадцать второй конденсатор 48.

В конкретном варианте воплощения устройства, показанного на фиг.2 и описанного выше, в качестве первого транзистора апробированы биполярные p-n-p транзисторы КТ3123А-2, NE97773 и BFT92, в качестве второго - полевые транзисторы с n-каналом BF998 и BF998WR, в качестве третьего - биполярный p-n-p транзистор BFT92, в качестве кварцевого резонатора - кварцы АТ-среза РКМ-10, работающие на 7-ой, 9-ой или 11-ой механической гармонике при кратностях умножения частоты колебания автогенератора N=3 либо N=2. В одном из конкретных вариантов воплощения частота опорных колебаний автогенератора составила 728 МГц, что доказывает высокочастотность предлагаемого устройства в главном аспекте - частоте опорного колебания самого кварцевого автогенератора. При этом третий транзистор работал в режиме усиления (N=1). При кратности умножения N=3 предельная выходная частота устройства была равна 1,26 ГГц. При кратности умножения N=2 выходная частота составила 1,18 ГГц. Так как данные результаты получены на кварцевых резонаторах, разработанных и настроенных на более низкие частоты и/или механические гармоники, то на кварцевых резонаторах, разработанных специально для дециметрового диапазона длин волн, предлагаемое устройство способно работать на более высоких частотах.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. После подачи положительного напряжения питания постоянного тока на шину питания стабилизатор напряжения 11 и пятый конденсатор 7 формируют стабильное напряжение постоянного тока с низким уровнем пульсаций, которое через пятый резистор 4 и четвертый резистор 2 подается на эмиттер первого транзистора 3, а через пятый резистор 4 и схему «бесшумового» питания, состоящую из первого резистора 29, второго резистора 30 и третьего резистора 31, подается на базу первого транзистора 3. Таким образом, первый транзистор 3 (транзистор автогенератора) включен по схеме с общим коллектором по постоянному току и по схеме с общей базой - по переменному току. При этом в кварцевом автогенераторе благодаря цепи обратной связи, образованной параллельным соединением кварцевого резонатора 5 и второй катушки индуктивности 33, предназначенной для компенсации паразитной емкости кварцевого резонатора 5, возникают условия для мягкого возбуждения осцилляторных колебаний в малой окрестности частоты последовательного резонанса кварцевого резонатора, возбуждаемого на одной из его нечетных механических гармоник (7-ой, 9-ой или 11-ой). Четвертый конденсатор 34, выполняющий функцию точной настройки, рассчитан таким образом, что максимальная вариация его емкости мала по сравнению с емкостью последовательного соединения конденсаторов: шестого 35, седьмого 36 и восьмого 37. Вследствие этого параллельный контур, служащий для селекции заданной механической гармоники кварца и состоящий из первой катушки индуктивности 6 и четвертого 34, шестого 35, седьмого 36 и восьмого 37 конденсаторов, имеет растянутый диапазон настройки, и кварцевый автогенератор может быть настроен на свою номинальную частоту с большей точностью.

Затем опорное колебание поступает на первый затвор второго транзистора 15, который вместе с параллельным контуром, образованным третьей катушкой индуктивности 17 и последовательным соединением параллельного соединения одиннадцатого конденсатора 19 и двенадцатого конденсатора 38 и параллельного соединения тринадцатого конденсатора 20 и четырнадцатого конденсатора 39, составляют буферный каскад. Двенадцатый конденсатор 38 служит для точной настройки контура на частоту опорных колебаний, а четырнадцатый конденсатор 39 - для согласования выходного сопротивления буферного каскада с выходным сопротивлением умножителя частоты (усилителя мощности). Сопротивление нулевого смещения на первом затворе, реализованное с помощью шестого резистора 10, позволяет минимизировать напряжение пульсаций на первом затворе второго транзистора 15. Усиление является второстепенной функцией буферного каскада. Главной функцией буферного каскада является уменьшение влияния умножителя частоты (усилителя мощности), а также последующего тракта гетеродина на стабильность частоты и спектральную плотность мощности фазовых шумов кварцевого автогенератора.

В предпочтительном варианте предлагаемого решения опорное колебание с выхода буферного каскада подается на умножитель частоты с кратностью умножения N=3, собранный на третьем транзисторе 23.

Следует подчеркнуть, что сущность предложенного решения в части предварительного умножения частоты генерируемого колебания, частота которого уже лежит в диапазоне дециметровых длин волн, непосредственно в устройстве, заключается в возможности сформировать спектрально-чистое колебание с частотой более 1 ГГц, являющееся исходным для его последующего переноса в сантиметровый или миллиметровый диапазон. При этом удается обойти практически мало реальную задачу для известного уровня техники о фильтрации побочных спектральных составляющих сигнала гетеродина миллиметрового диапазона длин волн до уровня минус (60…70) дБ. Фильтрация же первой и второй субгармоник опорного колебания фильтром, представленным в предлагаемом решении до уровня минус (50…70) дБ, задача реальная, обеспечивающая ослабление в последующих фильтрах тракта гетеродина побочных спектральных составляющих до уровня минус 70 дБ. Итак, после умножения частоты опорного колебания автогенератора, прошедшего буферный усилитель, с помощью умножителя частоты на третьем транзисторе 23 и фильтрации субгармоник и гармоник выходного сигнала кварцевого генератора с номерами n≠N, где N=3, а n=1, 2, 4, 5… фильтром, в состав которого входят конденсаторы: пятнадцатый 40, шестнадцатый 42, семнадцатый 25, восемнадцатый 44, девятнадцатый 26, двадцатый 45, двадцать первый 47 и двадцать второй 48 и катушки индуктивности: четвертая 41, пятая 43, шестая 24, седьмая 46, на выходе устройства формируется спектрально-чистый сигнал. При этом последовательный контур фильтра, состоящий из пятнадцатого конденсатора 40 и четвертой катушки индуктивности 41, настроен на частоту выбранной механической гармоники кварца (7-ой, 9-ой или 11-ой), то есть на частоту первой субгармоники (n=1) выходного сигнала. Последовательный контур фильтра, состоящий из шестнадцатого конденсатора 42 и пятой катушки индуктивности 43, настроен на частоту второй субгармоники (n=2) выходного сигнала и отфильтровывает спектральную составляющую опорного колебания с удвоенной частотой выбранной механической гармоники кварца (7-ой, 9-ой или 11-ой). Оба эти последовательные контура, включенные в параллель с шестой катушкой индуктивности 24, образуют на частоте третьей (N=3) гармоники, выбранной механической гармоники кварцевого резонатора, индуктивность, величина которой несколько отличается от величины индуктивности шестой катушки индуктивности 24 в меньшую сторону, что позволяет реализовывать в схеме фильтра значения индуктивности, которые иначе, из-за паразитных индуктивностей печатных проводников, реализовать было бы сложнее. Таким образом, построение выходного фильтра в предложенных устройствах позволяет получить необходимую чистоту спектра сигнала после переноса его в миллиметровый либо сантиметровый диапазон длин волн как за счет более высокой выходной частоты генератора, так и за счет более глубокой фильтрации субгармоник и высших гармоник его выходного сигнала.

Экспериментальная зависимость спектральной плотности мощности фазовых шумов от частоты отстройки от номинальной частоты выходного сигнала гетеродина миллиметрового диапазона длин волн, собранного на основе высокочастотного кварцевого генератора по схеме фиг.2, представлена на фиг.3.

Экспериментальная зависимость спектральной плотности мощности амплитудных шумов от частоты отстройки от номинальной частоты выходного сигнала гетеродина сантиметрового диапазона длин волн, собранного на основе высокочастотного кварцевого генератора по схеме фиг.2, представлена на фиг.4.

Изменения и модификации вышеописанного устройства, а также дополнительные применения принципов, заложенных в его основу, очевидные для специалистов в данной области техники, входят в объем изобретения.

1. Высокочастотный кварцевый генератор, содержащий кварцевый резонатор, один из выводов которого подключен к эмиттеру первого транзистора, подключенному к последовательному соединению четвертого и пятого резисторов, точка соединения которых подключена к общей шине через первый конденсатор, коллектор первого транзистора подключен к общей шине через первую катушку индуктивности; второй транзистор, первый затвор которого подключен к общей шине через шестой резистор, второй затвор второго транзистора подключен к общей точке последовательного соединения резисторов, седьмого, другим выводом подключенного к шине питания положительной полярности, и восьмого, другим выводом подключенного к общей шине, параллельно которому включен девятый конденсатор, исток второго транзистора подключен к общей шине через девятый резистор, параллельно которому включен десятый конденсатор, сток второго транзистора подключен к шине питания положительной полярности через параллельное соединение третьей катушки индуктивности с последовательным соединением одиннадцатого и тринадцатого конденсаторов; третий транзистор, база которого подключена к точке соединения конденсаторов, одиннадцатого и тринадцатого, а через девятый резистор - к общей шине, коллектор третьего транзистора подключен к общей шине через параллельное соединение шестой катушки индуктивности с последовательным соединением конденсаторов, семнадцатого и девятнадцатого; стабилизатор напряжения положительной полярности, входной вывод которого подключен к шине питания положительной полярности, корпусной вывод - к общей шине, а выходной вывод - к точке соединения пятого резистора и пятого конденсатора, другой вывод которого подключен к общей шине, двадцать третий конденсатор, включенный между шиной питания положительной полярности и общей шиной, отличающийся тем, что в нем параллельно первой катушке индуктивности включены последовательное соединение шестого, седьмого и восьмого конденсаторов и подстроечный четвертый конденсатор, другой вывод кварцевого резонатора подключен к общей точке последовательного соединения седьмого и восьмого конденсаторов, первый затвор второго транзистора подключен к общей точке последовательного соединения шестого и седьмого конденсаторов, база первого транзистора подключена через третий конденсатор к общей шине, а через третий резистор - к общей точке последовательного соединения резисторов, первого, другим выводом подключенного к общей точке последовательного соединения четвертого и пятого резисторов, и второго, другим выводом подключенного к общей шине, параллельно которому включен второй конденсатор.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в нем параллельно одиннадцатому конденсатору включен подстроечный двенадцатый конденсатор, а параллельно тринадцатому конденсатору - подстроечный четырнадцатый конденсатор.

3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в нем эмиттер третьего транзистора подключен к шине питания положительной полярности.

4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в нем коллектор третьего транзистора подключен к общей шине последовательным соединением подстроечного пятнадцатого конденсатора и четвертой катушки индуктивности, а также последовательным соединением подстроечного шестнадцатого конденсатора и пятой катушки индуктивности, параллельно семнадцатому конденсатору включен подстроечный восемнадцатый конденсатор, а параллельно девятнадцатому конденсатору - подстроечный двадцатый конденсатор, точка соединения которых подключена к выходному выводу генератора через последовательное соединение седьмой катушки индуктивности и двадцать первого конденсатора, параллельно которому включен подстроечный двадцать второй конденсатор.

5. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в нем параллельно кварцевому резонатору включена вторая катушка индуктивности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности, в пьезорезонансных датчиках.

Генератор // 2429556
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках.

Генератор // 2400921
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в резонаторных датчиках с магнитоэлектрическим преобразователем. .

Изобретение относится к области радиотехники, может использоваться для генерирования стабильных по частоте гармонических колебаний ВЧ- и ОВЧ-диапазонов в различных радиотехнических системах.

Генератор // 2340078
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности, в пьезорезонансных датчиках.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при построении задающих генераторов радиопередающих устройств. .

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для получения прямоугольных импульсов. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах генерирования и преобразования частоты импульсных сигналов. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоаппаратуре различного назначения. .

Изобретение относится к области электронной техники и может использоваться в пьезорезонансных датчиках. .

Изобретение относится к области радиотехники и, в частности, к генерированию высокостабильных прецизионных колебаний с кварцевой стабилизацией частоты

Генератор // 2490779
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, в частности в пьезорезонансных датчиках

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к генераторам с кварцевым резонатором. Технический результат заключается в обеспечении низкого уровня фазового шума выходного сигнала при постоянном уровне выходной мощности. Малошумящий кварцевый генератор с автоматической регулировкой усиления состоит из узла генератора, узла усилителя и узла автоматической регулировки усиления (АРУ), при этом узел генератора включает кварцевый резонатор, биполярный транзистор, пять конденсаторов, две катушки индуктивности, четыре резистора, узел усилителя включает МОП-транзистор, резистор и три конденсатора, выход узла генератора через конденсатор соединен с первым затвором МОП-транзистора, выход узла усилителя подключен к входу узла АРУ, выход которого соединен со вторым затвором МОП-транзистора, узел АРУ включает операционный усилитель и детектор мощности. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к высокочастотным кварцевым генераторам, и может быть использовано в качестве задающего устройства для формирования опорных сигналов гетеродинов когерентных радиолокационных систем сантиметрового и миллиметрового диапазона волн с низким уровнем фазовых шумов. Технический результат - создание конструкции многокварцевого высокочастотного термостатированного генератора, позволяющей сохранить величину спектральной плотности мощности фазовых шумов, а также уровень технических шумов и стабильность частоты выходного колебания, свойственные высокочастотному генератору с одним кварцевым резонатором. Высокочастотный многокварцевый генератор содержит внешний корпус с главным отсеком и дополнительными отсеками, внутренние корпуса микросборок, снабженные отсеками, основную и вспомогательную печатные платы, термостаты, терморезистор, электронагревательный элемент, низкочастотные фильтры питания, буферные усилители, сумматор мощности опорного колебания, высокочастотные кварцевые автогенераторы, которые смонтированы парами на четырех печатных платах, при этом каждый из них подключен к отдельному низкочастотному фильтру питания и буферному усилителю. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Генератор // 2504892
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках. Достигаемый технический результат - исключение постоянной составляющей напряжения возбуждения на входе резонатора и увеличение коэффициента усиления. Генератор содержит электромеханический резонатор и нейтрализующий конденсатор, первые выводы которых соединены между собой, дифференциальный каскад на двух МОП-транзисторах с одинаковым типом проводимости, выход которого через первый конденсатор соединен со входом усилителя, включающим в себя последовательно соединенные четыре комплементарные пары МОП-транзисторов, выход усилителя является выходом устройства и соединен со входом фильтра нижних частот. 6 ил.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках. Достигаемый технический результат - повышение стабильности частоты генерации. Кварцевый генератор содержит кварцевый резонатор, первый вывод которого соединен со входом инвертирующего усилителя и через первый резистор с его выходом, второй вывод кварцевого резонатора соединен через первый конденсатор со входом второго усилителя, который выполнен неинвертирующим, выход которого является выходом устройства, фазовый корректор, вход и выход которого соединены с выходом неинвертирующего усилителя и вторым выводом кварцевого резонатора соответственно, а вход неинвертирующего усилителя соединен с выходом инвертирующего усилителя через второй резистор или через второй резистор и второй конденсатор. 2 ил.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках. Достигаемый технический результат - повышение устойчивости работы генератора в различных условиях эксплуатации. Кварцевый генератор содержит кварцевый резонатор и блок компенсации его статической емкости, включающий последовательно соединенные первый инвертирующий усилитель и конденсатор, второй инвертирующий усилитель, каскодный неинвертирующий усилитель, выполненный на двух КМОП-транзисторах, фазовый корректор, выход которого через кварцевый резонатор соединен со входом каскодного неинвертирующего усилителя, выход которого соединен со входом второго инвертирующего усилителя, выход которого соединен со входом фазового корректора. 3 ил.
Наверх